过程控制仪表及装置
化工过程控制及仪表 控制规律
公式：
e /(e maxe min) u /(u maxu min)
100%
1 (u maxu min) KP (e maxe min)
100%
对标准输入输出： δ=1／KP ×100% 特点： ① 反映快，控制作用及时
② 控制结果存在余差（可以单独使用），且KP↑→ 控制作用↑→余差↓ →系统稳定性↓
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δ
归纳
—化工仪表及自动化—
P ：△u =KPe
作用及时
I ： △u =1/ TI ∫ edt
消除余差
D
：
△u
=
TD
de dt
超前作用
PI ：△u = KP （ e+ 1/ TI ∫ edt）
1、基本和组合控制规律 及应用场合
PD： △u =Kp（e+TDddet ）
u
0
KIAt
TI 是反映积分控制作用强弱的系数。
t
TI 越小；积分控制作用越强。
特点： ① 控制结果消除余差 ② 控制作用慢（不单独使用）
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—化工仪表及自动化—
4、微分控制规律（D）
定义：输出信号变化量 △u 与偏差信号 e 的变化速度成正比。
公式： △u = TD
练习：P135. 4题 上页 小 结 下页
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—化工仪表及自动化—
3、积分控制规律（I）
定义：输出信号变化量 △u 与偏差信号 e 的积分成正比关系。
公式： △u =KI ∫ edt
=1/ TI ∫ edt
KI：积分速度（放大倍数）
过程控制仪表及控制系统课后习题答案
过程控制仪表及控制系统课后习题答案(林德杰)2(总18页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--lxc第一章思考题与习题1－2 图为温度控制系统，试画出系统的框图，简述其工作原理；指出被控过程、被控参数和控制参数。
解：乙炔发生器中电石与冷水相遇产生乙炔气体并释放出热量。
当电石加入时，内部温度上升，温度检测器检测温度变化与给定值比较，偏差信号送到控制器对偏差信号进行运算，将控制作用于调节阀，调节冷水的流量，使乙炔发生器中的温度到达给定值。
系统框图如下：被控过程：乙炔发生器被控参数：乙炔发生器内温度控制参数：冷水流量1－3 常用过程控制系统可分为哪几类答：过程控制系统主要分为三类：1. 反馈控制系统：反馈控制系统是根据被控参数与给定值的偏差进行控制的，最终达到或消除或减小偏差的目的，偏差值是控制的依据。
它是最常用、最基本的过程控制系统。
2．前馈控制系统：前馈控制系统是根据扰动量的大小进行控制的，扰动是控制的依据。
由于没有被控量的反馈，所以是一种开环控制系统。
由于是开环系统，无法检查控制效果，故不能单独应用。
3. 前馈－反馈控制系统：前馈控制的主要优点是能够迅速及时的克服主要扰动对被控量的影响，而前馈—反馈控制利用反馈控制克服其他扰动，能够是被控量迅速而准确地稳定在给定值上，提高控制系统的控制质量。
3－4 过程控制系统过渡过程的质量指标包括哪些内容它们的定义是什么哪些是静态指标哪些是动态质量指标答：1. 余差(静态偏差）e ：余差是指系统过渡过程结束以后，被控参数新的稳定值y(∞)与给定值c 之差。
它是一个静态指标，对定值控制系统。
希望余差越小越好。
2. 衰减比n:衰减比是衡量过渡过程稳定性的一个动态质量指标，它等于振荡过程的第一个波的振幅与第二个波的振幅之比，即：n ＜1系统是不稳定的，是发散振荡；n=1,系统也是不稳定的，是等幅振荡；n ＞1,系统是稳定的，若n=4,系统为4：1的衰减振荡，是比较理想的。
自动化仪表与过程控制
参考书
3
自动检测技术与装置. 张宏建等. 化学工业出版社. 2004.7
4
自动化仪表与过程控制. 施仁等. 电子工业出版社. 2009.2
5
自动检测技术及仪表控制系统. 张毅等. 化学工业出版社. 2005.3
6
过程控制及仪表. 邵裕森. 上海交大出版社
7
参考书
点名作业20%
1
Hale Waihona Puke 试验成绩10%2期末考试70%
3
考核方式
过程控制的特点
第一章 过程控制与自动化仪表概述
系统由被控过程和检测控制仪表组成 过程控制采用各种检测仪表、控制仪表和计算机等自动化工具，对整个生产过程进行自动检测、自动监督和自动控制。检测仪表把工艺参数转换为电信号或气信号，反映生产过程状况；控制仪表接受检测信号对过程进行控制。 被控过程的多样性 生产规模不同、工艺要求各异、产品品种多样导致过程的结构性、动态特性多样。通常被控过程属于多变量、大惯性、大时延特征，还有非线性与时变特性。（锅炉、热交换器、精馏塔） 控制方案的多样性 被控对象复杂导致控制方案多样性。单/多变量控制系统、常规仪表控制/计算机集散控制系统、提高控制品质的和实现特定要求的控制系统。单回路、串级、前馈、比值、均匀、分程、选择性、大时延、多变量系统，还有先进过程控制系统(自适应、预测、补偿、智能、非线性控制等)。
02
过程控制
自动化仪表----- 用于生产过程自动化的仪器或设备，是实现工业企业自动化的必要手段和技术工具。
特点----- 兼容性、统一标准
自动化仪表
连续生产过程主要有以下几种形式：
．传热过程 通过冷热物流之间的热量传递，达到控制介质温度、改变介质相态或回收热量的目的。典型设备：换热器
《过程控制及仪表》期末复习题(基础题目)
一、填空题二、自动调节系统方块图中，给定值R，测量值Z和偏差e三者之间的关系是e=R-Z。
一、过渡过程结束时，被控变量所达到的新的稳态值与原稳态值之差叫做余差二、串级调节系统中，主回路是一个定值调节系统。
1．电子电位差计是根据电压补偿原理工作的。
三、积分时间愈____长_____，积分作愈弱。
四、当一个调节器的输出信号同时送给两个调节阀，这两个调节阀工作在不同的信号区间，则构成的控制系统为___分程__控制系统。
五、在自动控制系统中，能够测量某物理量的大小并把它转化为一种特定信号的自动化装置是测量变送器。
1．过程控制仪表包括控制器、执行器、操作器以及可编程控制器等各种新型控制仪表及装置。
2．一台仪表性能的优劣通常可以用精确度、变差、灵敏度来评价。
3．基本控制规律包括双位控制、比例控制、比例积分控制、积分控制、微分控制、比例微分控制、以及比例积分微分控制。
4．二、选择题1.在自动化仪表中，显示仪表用于各种检测变量的显示、记录，按显示方式可分为三大类，下面哪项不属于显示方式。
（ B ）A 模拟式显示仪表B高端显示仪表 C 屏幕显示仪表 D 数字式显示仪表2.对于始点为0℃的电子电位差计，当输入端短路时，仪表指针应指在（ C ）。
A．始点B．终点C．室温D．原位置3. 下列（ A ）不是描述对象特性的参数。
A.过渡时间B.时间常数C.放大系数D.滞后时间4. 下面哪项不属于复杂控制系统。
（ A ）A. 自动控制系统与编程控制系统B. 比值控制系统均匀控制系统C 分程控制系统与选择性控制系统D 串级控制系统与前馈控制系统5. 串级控制系统中，副调节器一般采用（D ）调节规律A.PIB.PIDC.PDD.P6. 下面哪项不属于过程控制系统的分类。
CA过程自动检测系统 B 过程自动控制系统C过程自动显示系统D过程自动报警与联锁保护系统7. 如图为一个加热器控制系统，通过将进料与蒸汽进行换热达到对物料进行加热的目的，希望出料温度恒定。
工业自动化仪表及控制装置设备的分类标准及基础知识
工业自动化仪表及控制装置设备的分类标准及基础知识！随着生产规模的不断扩大和生产技术的发展，对生产过程自动化水平提出了越来越高的要求。
因此，工业仪表也经历了一个从无到有、由简单到复杂，由单一功能向多功能的发展过程。
从最初的只能在现场测量并显示温度(如玻璃温度计)、压力(如U形管压力计）、流量（如玻璃转子流量计）、液位(如玻璃管液位计）的就地检测仪表和只能进行简单控制的就地调节器，逐步向远传集中显示、远程控制的方向发展。
除检测各种参数的检测元件和检测仪表愈加齐全外，过程控制仪表的发展更是日新月异，经历了由气动单元组合仪表、电动单元组合仪表、电子式综合控制装置到工业计算机控制系统的飞跃。
工业自动化仪表品种繁多,从信息的获得、传递、反映和处理的过程把工业自动化仪表分为五大类；(1）检测仪表；（2)显示仪表；（3）控制仪表；(4）执行器;（5)集中监测与控制装置。
检测仪表生产过程中，介质在设备、管道不同部位的温度、压力、流量、物位以及其他物理量瞬息万变，始终处于变化之中。
检测仪表就是用以检测上述物理量在每个瞬间的量值。
按照所测量工艺参数的不同，检测仪表可分为如下几种: 1．温度仪表：常用的温度测量仪表有玻璃温度计、双金属温度计、压力式（温包）温度计、温度开关、热电偶、热电阻，还有辐射高温计及光学高温计、光电比色高温计等辐射式温度计.2．压力仪表：压力测量仪表用于检测压力、真空和压差。
根据其工作原理可分为：弹性式压力计（按其弹性元件又分为弹簧管压力计、膜片压力计、膜盒压力计、压力开关等）；传感式压力计（如电阻式、电容式、电感式、霍尔式压力计等）；液柱式压力计(如U形管、直管、倾斜管压力计)；还有精度较高通常用于校验标准压力表的活塞式压力计.3．流量仪表：流量测量仪表品种繁多，目前应用最为广泛的是由节流装置和与其配套的差压流量变送器.常用的节流装置有孔板、喷嘴和文丘里管。
其他常用的流量仪表还有水表、转子流量计、椭圆齿轮流量计、靶式流量计、电磁流量计、旋涡流量计、阿钮巴流量计、质量流量计等。
[第4讲]-自动化仪表及过程控制-第四章-过程控制仪表
![[第4讲]-自动化仪表及过程控制-第四章-过程控制仪表](https://img.taocdn.com/s3/m/908249a56529647d272852bc.png)
第四章过程控制仪表⏹本章提要1.过程控制仪表概述2.DDZ-Ⅲ型调节器3.执行器4.可编程控制器⏹授课内容第一节概述✧过程控制仪表---是实现工业生产过程自动化的重要工具，它被广泛地应用于石油、化工等各工业部门。
在自动控制系统中，过程检测仪表将被控变量转换成电信号或气压信号后，除了送至显示仪表进行指示和记录外，还需送到控制仪表进行自动控制，从而实现生产过程的自动化，使被控变量达到预期的要求。
过程控制仪表包括调节器（也叫控制器）、执行器、操作器，以及可编程调节器等各种新型控制仪表及装置。
过程控制仪表的分类：●按能源形式分类：液动控制仪表、气动控制仪表和电动控制仪表。
●按结构形式分类：基地式控制仪表、单元组合式控制仪表、组件组装式控制仪表、集散控制装置等。
[基地式控制仪表]以指示、记录仪表为主体，附加某些控制机构而组成。
基地式控制仪表特点：—般结构比较简单、价格便宜．它不仅能对某些工艺变量进行指示或记录，而已还具有控制功能，因此它比较适用于单变量的就地控制系统。
目前常使用的XCT系列动圈式控制仪表和TA系列简易式调节器即属此类仪表。
[单元组合式控制仪表]将整套仪表划分成能独立实现一定功能的若干单元，各单元之间采用统一信号进行联系。
使用时可根据控制系统的需要，对各单元进行选择和组合，从而构成多种多样的、复杂程度各异的自动检测和控制系统。
特点：使用灵活，通用性强，同时，使用、维护更作也很方便。
它适用于各种企业的自动控制。
广泛使用的单元组合式控制仪表有电动单元组合仪表(DDZ型)和气动单元组合仪表(QD2型)。
[组件组装式控制仪表]是一种功能分离、结构组件化的成套仪表(或装置)。
它以模拟器件为主，兼用模拟技术和数字技术。
整套仪表(或装置)在结构上由控制柜和操作台组成，控制柜内安装的是具有各种功能的组件板，采用高密度安装，结构紧凑。
这种控制仪表(或装置)特别适用于要求组成各种复杂控制和集中显示操作的大、中型企业的自动控制系统。
过程控制系统与仪表 王再英 第3章 控制仪表-2010
y = K pe
3.1 基本控制规律及特点
3.1.2 比例控制（P） 比例控制（ ）
杠杆（控制器） 杠杆（控制器） 浮球：测量元件 浮球：
活塞阀
图3-3 简单的自力式 比例控制系统示意图
29
3.1 基本控制规律及特点
原来系统处于平衡， 原来系统处于平衡，进 水量与出水量相等， 水量与出水量相等，此时进 水阀有一开度。 水阀有一开度。 t=0时 t=0时，出水量阶跃增 加，引起液位下降，浮球下 引起液位下降， 移带动进水阀开大。 移带动进水阀开大。 当进水量增加到与出水 量相等时，系统重新平衡， 量相等时，系统重新平衡， 液位也不再变化。 液位也不再变化。
y = K pe
（3-3） ）
K p为放大倍数（比例增益），它的大小决定了比例控制作用 为放大倍数（比例增益）， ），它的大小决定了比例控制作用 的强弱。 K p越大，比例控制作用越强。 的强弱。 越大，比例控制作用越强。
24
3.1 基本控制规律及特点
3.1.2 比例控制（P） 比例控制（ ）
y = K pe
（3-3） ）
比例度： 比例度：就是指控制器输入偏差的相对变化值与相应的输出的 相对变化值之比，用百分数表示： 相对变化值之比，用百分数表示：
e P= x −x min max
ymax
y − ymin
× 100%
（3-4） ）
式中： 为输入偏差 为相应的输出变化量 为输入偏差； 为相应的输出变化量； 式中：e为输入偏差；y为相应的输出变化量； (xmax − xmin )为测量输入的最大变化量，即控制器的输入量程； 为测量输入的最大变化量，即控制器的输入量程； ( y max − y min )为输出的最大变化量，即控制器的输出量程。 为输出的最大变化量，即控制器的输出量程。
控制装置与仪表
四、连续生产过程控制的数字控制装置
1.数字调节器
按控制回路数分：
1) 单回路调节器 2) 多回路调节器
按控制规律分：
1) PID调节器；
2) PID参数自整定调节器；
3) 自适应调节器； 4) 模糊控制器；
5) 智能调节器等。
第一节 控制装置与仪表的分类
2.工业控制计算机 (1)工业控制计算机的构成 (2)工业控制计算机的特点 (3)高性能特点的PC/104总线工控机 (4)PC_Based控制 3.分散控制系统
三、现场总线通信
1.传统DCS与FCS的区别（图1-4-5和图1-4-6） 2.完整控制回路中信号的传送过程（图1-4-7） 3.现场总线控制系统的工作原理（图1-4-8）
图1-4-5 传统DCS接线方式
图1-4-6 FCS接线方式
图1-4-7 使用FCS仪表功能块构成控制回路示意图
图1-4-8 使用FCS控制仪表的模块及层次示意图
四、电压信号的辅助作用 五、活零点的含义 六、四线制与二线制
1.四线制（图2-2-1） 2.二线制（图2-2-2）
七、数字控制装置与仪表信号的标准化
图2-2-1 四线制传输
图2-2-2 二线制传输
第三节 控制装置与仪表的干扰及抑制
一、干扰的来源与形式
1.干扰的来源 (1)经过漏电电阻耦合 (2)经过公共阻抗耦合 (3)电场耦合（图2-3-1） (4)磁场耦合（图2-3-2） 2.干扰的形式 (1)串模干扰（图2-3-3） (2)共模干扰（图2-3-4）
图1-3-1 应用电流信号时，仪表之间的连接
第三节 模拟信号制及供电方式
这种串联有以下缺点： 1)一台仪表损坏或需增减接收仪表时，将影响其他仪表工作。 2)由于串联工作，所以调节器、变送器等的输出端均处于高电位工 作，输出功率管易损坏，降低了仪表的可靠性。 3)几台仪表串联工作时，由于每两台仪表相接的端子电位相同，因 此在串联时需检查每台仪表的电路电位是否正确，这就对设计者和 使用者在技术上提出了较。 3.直流电压信号（图1-3-2） 4.信号上下限大小的比较
过程控制仪表.详解
过程控制 3、按结构形式分类
单元组合式仪表 基地式仪表 集散型计算机控制系统
现场总线控制系统
过程控制
单元组合式仪表： 根据控制系统各组成环节的不同功能和使用要求，将仪表做 成能实现一定功能的独立仪表（称为单元），各个仪表之间 用统一的标准信号进行联系。 将各种单元进行不同组合，可以构成多种多样、适用于各种不 同场合需要的自动检测或控制系统。 有电动单元组合仪表（DDZ）和气动单元组合仪表（QDZ）两 大类。都经历了I型、II型(010mA) 、III型(420mA, 15v)的 三个发展阶段。
最简单的电动执行器称为电磁阀
其它连续动作的电动执行器都使用电动机作动力元件，将
调节阀的信号转变为阀的开度 + 伺服电动机 伺服放大器 －
减速器
位置发生器
电动执行机构的构成框图
三、调节阀的气开和气关
1、执行机构与调节机构的组合
过程控制
气开阀：在有信号压力输入时阀打开、无信号压力时阀全关 气关阀：在有信号压力时阀关闭，无信号压力时阀全开 从控制系统角度出发，气开阀为正作用，气关阀为反作用
4、数学运算
过程控制
当检测信号与被控变量之间有一定的函数关系时，需要进行数 学运算获得实际的被控变量数值。
5、信号报警
如果检测变送信号超出工艺过程的运行范围，就要进行信号 报警和连锁处理。
6、数字变换
例如快速傅里叶变换、小波变换； 在计算机控制系统中，模数转换和数模转换时经常使用的。
3.3 执行器
过程控制
温度变送器 压力变送器 将各种被测参数变换成相 应的标准统一信号传送到 接收仪表或装置，以供显 示、记录或控制
过程控制与仪表课程设计
过程控制与仪表课程设计一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握过程控制与仪表的基本概念、原理和方法，培养学生运用过程控制与仪表知识解决实际问题的能力。
具体目标如下：1.知识目标：（1）掌握过程控制的基本概念、分类和特点；（2）理解仪表的原理、结构和应用；（3）熟悉过程控制系统的组成、功能和性能。
2.技能目标：（1）能够分析简单的过程控制系统和仪表系统；（2）具备设计过程控制系统和仪表系统的基本能力；（3）能够运用过程控制与仪表知识解决实际工程问题。
3.情感态度价值观目标：（1）培养学生的团队合作意识和沟通能力；（2）增强学生对过程控制与仪表工程实践的兴趣和责任感。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.过程控制基本概念：介绍过程控制的发展历程、分类、特点和应用领域；2.仪表原理与结构：讲述仪表的分类、原理、结构和应用，包括压力、温度、流量、液位等常见仪表；3.过程控制系统：介绍过程控制系统的组成、功能、性能指标和分类，包括单闭环控制系统、多闭环控制系统等；4.控制系统设计：讲解控制系统的设计方法和步骤，包括控制器选择、参数整定等；5.实际工程应用：分析实际工程中的过程控制与仪表问题，培养学生解决实际问题的能力。
三、教学方法本课程采用多种教学方法相结合的方式，以提高学生的学习兴趣和主动性：1.讲授法：讲解基本概念、原理和知识点，确保学生掌握基础；2.讨论法：学生就特定问题进行讨论，培养学生的思考和表达能力；3.案例分析法：分析实际工程案例，使学生能够将理论知识应用于实际问题；4.实验法：进行实际操作实验，培养学生动手能力和实验技能。
四、教学资源本课程的教学资源包括以下几个方面：1.教材：选用权威、实用的教材，为学生提供系统、全面的知识体系；2.参考书：提供相关领域的参考书籍，丰富学生的知识视野；3.多媒体资料：制作精美的PPT、教学视频等多媒体资料，提高学生的学习兴趣；4.实验设备：配置齐全的实验设备，为学生提供实践操作的机会。
《过程控制与仪表》课件
均匀控制系统
均匀控制
均匀控制系统主要用于解决控制过程 中存在的速率问题，通过调节受控变 量的变化速率，使系统达到稳定状态 。这种系统通常用于化工、冶金等行 业的连续生产过程。
05
仪表在过程控制系统中的应用
温度仪表的应用
总结词
温度仪表是过程控制中常用的仪表之一 ，用于测量物体的温度。
VS
详细描述
过程控制系统的故障诊断
观察法
通过观察仪表的显示值、设备的运行状态等 ，初步判断故障原因。
听诊法
通过听设备的运行声音，判断设备是否正常 运转。
触摸法
通过触摸设备的表面，感受设备的温度、振 动等，判断设备是否正常运转。
故障代码法
如果有故障代码显示，可以根据故障代码查 找故障原因。
过程控制系统的故障处理
被控对象，是实现过程控制的基础。
02
仪表基础知识
仪表的分类与选型
分类
根据测量参数和应用领域，仪表可分 为温度计、压力计、流量计、液位计 等。
选型
选择合适的仪表类型需要考虑测量精 度、量程、环境条件、安装要求等因 素。
仪表的工作原理
传感器
传感器是仪表的核心部分，负责将待测参数转换为电 信号。
转换电路
《过程控制与仪表》PPT 课件
• 过程控制概述 • 仪表基础知识 • 过程控制系统的设计 • 常见的过程控制系统 • 仪表在过程控制系统中的应用 • 过程控制系统的维护与故障处理
01
过程控制概述
过程控制的基本概念
01
过程控制是指在工业生产过程中，对工艺参数进行 检测、比较、调整和控制的手段。
02
详细描述
压力仪表的种类包括压力传感器、压力变送 器和压力表等，它们能够将压力信号转换为 电信号或数字信号，传输给控制系统。在石 油、化工、天然气等行业中，压力仪表的应 用非常广泛，对于保证设备和管道的安全运 行以及产品质量具有重要作用。
过程控制及自动化仪表总结
过渡过程的品质指标有哪些？请结合下图解释各种品质指 标的含义。
y
AB
新稳态值 原稳态值
B’
C
ts
t
过程控制及自动化仪表总结
2.过程参数检测技术
★温度的检测 热电偶、热电阻的测温原理、分度号的意义 热电偶产生热电势的条件 热电偶的应用定则 常用的冷端温度补偿方法
★压力的检测 弹性式压力计的测压原理 常用的弹性元件：弹簧管、膜片、波纹管 常用压力计的选过程型控制与及自使动化用仪表总结
❖ 用标准压力表来校准工业压力表时，应如何选用 标准压力表精度等级？可否用一台精度等级为 0.2级，量程为25MPa 的标准表来检验一台精 度等级为 1.5 级，量程为2.5MPa的压力表？为 什么？
过程控制及自动化仪表总结
练习题
❖ 用标准压力表来校准工业压力表时，应如何选用 标准压力表精度等级？可否用一台精度等级为 0.2级，量程为25MPa 的标准表来检验一台精 度等级为 1.5 级，量程为2.5MPa的压力表？为 什么？ ▪ 标准表可能产生的最大绝对误差为 △max1=(25-0)×0.2%=0.05 (MPa) ▪ 被校表允许的最大绝对误差为 △max2=(2.5-0)×1.5%=0.0375 (MPa) ▪ △max1 ＞ △max2 ，这种选择是不合适的。
❖ 什么是仪表的测量范围及上、下限和量程？彼此 有什么关系？
▪ 用于测量的仪表都有测量范围，测量范围的最 大值和最小值分别称为测量上限和测量下限， 量程是测量上限值和测量下限值的差，用于表 示测量范围的大小。
▪ 已知上、下限可以确定量程，但只给出量程则 无法确定仪表的上、下限以及测量范围。
过程控制及自动化仪表总结
过程控制及自动化仪表总结
过程控制知识点整理
第一章1、自动化仪表：是实现工业生产过程自动化的重要工具，它被广泛地应用于石油、化工等各工业部门。
在自动控制系统中，自动化仪表将被控变量转换成电信号或气压信号后，除了送至显示仪表进行指示和记录外，还需送到控制仪表进行自动控制，从而实现生产过程的自动化，使被控变量达到预期的要求。
2、过程控制仪表包括：检测仪表、调节仪表（也叫控制器）、执行器，以及可编程调节器等各种新型控制仪表及装置。
3、过程控制系统的主要任务是：对生产过程中的重要参数（温度、压力、流量、物位、成分、湿度等）进行控制，使其保持恒定或按一定规律变化。
4、标准信号制度：国际电工委员会规定：过程控制系统的模拟标准信号为直流电流4-20mA ，直流电压1-5V 。
我国DDZ 型仪表采用的标准信号：DDZ- Ⅰ型和DDZ- Ⅱ型仪表：0-10mA 。
DDZ- Ⅲ型仪表：4-20mA 。
5、我国的DDZ 型仪表采用的是直流电流信号作为标准信号。
6、采用电流信号的优点：电流不受传输线及负载电阻变化的影响，适于远距离传输。
动单元组合仪表很多是采用力平衡原理构成，使用电流信号可直接与磁场作用产生正比于信号的机械力。
对于要求电压输入的受信仪表和元件，只要在回路中串联电阻便可得到电压信号。
7、采用直流信号的优点：a.直流信号传输过程中易于和交流感应干扰相区别，且不存在移相问题；b.直流信号不受传输线中电感、电容和负载性质的限制。
8、热电偶是以热电效应为原理的测温元件，能将温度信号转换成电势信号（mV ）。
特点：结构简单、测温准确可靠、信号便于远传。
一般用于测量500～1600℃之间的温度。
9、热电偶的测温原理：将两种不同的导体或半导体连接成闭合回路，若两个连接点温度不同，回路中会产生电势。
此电势称为热电势，并产生电流。
10、对于确定的热电偶，热电势只与热端和冷端温度有关。
11、热电偶的基本定律:均质导体定律、中间导体定律、中间温度定律。
12、热电阻：对于500℃以下的中、低温，热电偶输出的热电势很小，容易受到干扰而测不准。
过程控制工程-试验装置介绍
实验装置介绍过程控制系统所采用的实验装置一般可分为两类，一类为物理模型实验装置，一类为半实物仿真实验装置。
课程中各种实验都可以在这两类装置上实现。
一、物理模型实验装置这一类实验装置是由真实的物理模型实现的。
其优点是装置中有真实的流体〔清洁的水〕流动，采用真实的测量装置和真实的控制阀。
可给学生非常真实的感官印象。
一般都采用清洁的循环水作为工艺介质，所以工艺参数只有液位和流量。
有些实验装置还有电加热设备，增加了温度参数。
这一类实验装置的缺乏是参数比拟单一，有一定的非线性。
具有加热功能的装置，会随实验的进展循环水温度会逐渐增高，这会造成温度控制不理想。
下面是使用比拟的几种物理模型实验装置1．普及型控制系统实验装置下面是一种比拟典型的普及型控制系统实验装置。
该装置由北京化工大学信息学院自动化系自行研制。
实验装置两局部组成：其一是包括测量变送器和控制阀在内的工艺设备；其二是作为控制工具计算机。
装置上共测量四个参数：上水槽液位、下水槽液位、流量1和流量2。
变送器的4~20mA信号接到信号调理板上，经过调理后的电压信号通过专用电缆连接到插在计算内的A/D+D/A板上。
系统用仪表的电源、D/A 电源、计算机电源、水泵的按钮开关、信号灯等设备都集成、组装在一个控制箱。
图F．41所示是自动化系统实验室的物理模型实验装置。
图F．42所示为工艺设备原理图。
图中有三只水槽，槽1、槽2为被控对象，它们的液位高度L1及L2分别通过两台差压变送器测出。
槽3为储槽，是为了构成水得循环而设置得。
储槽3中的水通过水泵1或2抽出，经过孔板和控制阀后送入槽1或槽2(视手动阀1、2、3、4的开闭而定)，两路水管中的水流量大小分别通过各自的差压变送器〔与孔板配合〕测出。
槽1中的水通过线性化流出口流入槽2，槽2中的水又通过其自身的线性化流出口流回到储槽3中。
这样对水来说，始终处于循环状态。
图F．41 物理模型实验装置图本装置除比值实验外，一般情况下F l所在的管道为主物料管道，F2管线那么作为加干扰用。
过程控制与系统(整理)
S10过程控制系统的基本概念1、过程控制仪表与装置的分类及特点按能源形式分类：可分为电动、气动、液动和机械式；按信号类型分类：模拟式和数字式（数字式调节器、工业控制计算机（IPC）、集散型控制系统DCS、现场总线控制系统FCS）两大类；按结构形式分类：单元组合式控制（变送单元、转换单元、调节单元、运算单元、显示单元、给定单元、执行单元、辅助单元）仪表、基地式控制仪表、集散系统（DCS系统是一种以微型计算机为核心的计算机控制装置。
其基本特点是分散控制、集中管理。
）、现场总线控制系统（FCS系统是基于现场总线技术的一种新型计算机控制装置。
其特点是现场控制和双向数字通讯）2、信号制即信号标准，是指仪表之间采用的传输信号的类型和数值。
目的：达到通用性和相互兼容性的要求，以便不同系列或不同厂家生产的仪表能够共同使用在同一控制系统中，实现系统的功能3单元组合仪表可分为：变送单元：它能将各种被测参数，如温度，压力，流量，液位等变换成相应的标准统一信号（4-20mA，0-10mA或20-100kPa）传送到接收仪表，以供指示、记录或控制。
执行单元:它按照调节器输出的控制信号或手动操作信号，操作执行元件，改变控制变量的大小。
调节单元:它将测量信号与给定信号进行比较，按偏差控制执行器的动作，使测量值与给定值相等。
(品种有：P、PI、、PD、PID)转换单元:将电压，频率等电信号转换为标准统一信号，或者进行标准统一信号之间的转换。
运算单元:它将几个标准统一信号进行加、减、乘、除、开方、平方等运算，适用于多种参数综合控制、配比控制、流量信号的温度压力水补偿计算等。
显示单元:它对各种被测参数进行指示、记录、报警和积算，供操作人员监视控制系统工况之用。
给定单元:输出标准统一信号，作为被控变量的给定值送到调节单元，实现定值控制。
其输出信号可以供给其它仪表作为参考基准值。
辅助单元:辅助单元是为了满足自动控制系统某些要求而增设的仪表（操作器、阻尼器、限幅器、安全栅等）。
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实验一、实验装置的基本操作与仪表调试
一、实验目的
1、了解本实验装置的结构与组成。
2、掌握压力变送器的使用方法。
3、掌握实验装置的基本操作与变送器仪表的调整方法。
二、实验设备
1、THKGK-1型过程控制实验装置
GK-02 GK-03 GK-04 GK-07-02
2、万用表一只
三、实验装置的结构框图
图1-1、液位、压力、流量控制系统结构框图
四、实验内容
1、设备组装与检查：
1）、将GK-02、GK-03、GK-04、GK-07挂箱由右至左依次挂于实验屏上。
并将挂件的三芯蓝插头插于相应的插座中。
2）、先打开空气开关再打开钥匙开关，此时停止按钮红灯亮。
3）、按下起动按钮，此时交流电压表指示为220V，所有的三芯蓝插座得电。
4）、关闭各个挂件的电源进行连线。
2、系统接线：
1）、交流支路1：将GK-04 PID调节器的自动/手动切换开关拨到“手动”位置，并将
其“输
出”接GK-07变频器的“2”与“5”两端（注意：2正、5负），GK-07的输出“A、B、C”接到GK-01面板上三相异步电机的“U1、V1、W1”输入端； GK-07 的“SD”与“STR”短接，使电机驱动磁力泵打水。
注(磁力驱动泵不可反转)
2）、交流支路2：将GK-04 PID调节器的给定“输出”端接到GK-07变频器的“2”与“5”
两端（注意：2正、5负）；将GK-07变频器的输出“A、B、C”接到GK-01面板上三相异步电机的“U2、V2、W2”输入端；GK-07 的“SD”与“STR”短接，使电机正转打水（磁力驱动泵不可反转）。
3、仪表调整：（仪表的零位与增益调节）
在GK-02挂件上面有四组传感器检测信号输出：LT1、PT、LT2、FT（输出标准DC0~5V），它们旁边分别设有数字显示器，以显示相应水位高度、压力、流量的值。
对象系统左边支架上有两只外表为蓝色的压力变送器，当拧开其右边的盖子时，它里面有两个3296型电位器，这两个电位器用于调节传感器的零点和增益的大小。
（标有ZERO的是调零电位器，标有SPAN 的是调增益电位器）
五、调试步骤如下：
1)、首先我们在水箱没水时调节零位电位器，使其输出显示数值为零。
2）、用交流支路1打水（也可以用交流支路2打水）：打开阀1、阀3、阀4，关闭阀5、阀6、
阀7，然后开启GK-07变频器及GK-04给定启动三相磁力泵给上、下水箱打水，使其液面均上升至10cm高度后停止打水。
3）、看各自表头显示数值是否与实际水箱液位高度相同，如果不相同则要调节增益电位器使其
输出大小与实际水箱液位的高度相同，同法调节上、下水箱压力变送器的零位和增益。
4）、按上述方法对压力变送器进行零点和增益的调节，如果一次不够可以多调节几次，使得实
验效果更佳。
六、实验报告
自行绘制表格测出压力变送器的特性。
实验二、单容水箱对象特性的测试
一、实验目的
1、了解单容水箱的自衡特性。
2、掌握单容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线。
3、实测单容水箱液位的阶跃响应曲线，用相关的方法分别确定它们的参数。
二、 实验设备
1、THKGK-1型过程控制实验装置：
GK-02 GK-03 GK-04 GK-07-02 2、万用表一只 3、计算机及上位机软件
三、实验原理
阶跃响应测试法是被控对象在开环运行状况下，待系统稳定后，通过调节器手动改变对象的输入信号（阶跃信号）。
同时，记录对象的输出数据和阶跃响应曲线，然后根据给定对象模型的结构形式，对实验数据进行合理的处理，确定模型中的相关参数。
图解法是确定模型参数的一种实用方法，不同的模型结构，有不同的图解方法。
单容水箱的数学模型可用一阶惯性环节来近似描述，且用下述方法求取对象的特征参数。
单容水箱液位开环控制结构图如图2-1所示：
图2-1、 单容水箱液位开环控制结构图
设水箱的进水量为Q1，出水量为Q2，水箱的液面高度为h ，将出水阀V2开至适当开度。
根据物料动态平衡的关系，求得：
在零初始条件下，对上式求拉氏变换，得：
式中，T=R2*C 为水箱的
时间常数（注意：阀V2的开
度大小会影响到水箱的时间常数），K=R2为过程的放大倍数，也是阀V2的液阻，C 为水箱的底面积。
令输入流量Q1（S ）=RO/S ，RO 为常量，则输出液位的高度为： 2-2
2-3
T S KR S KR TS S KR S H /1)1()(0
00+-
=+=Q R h dt
h
d C
R ∆=∆+∆221-2 11)()()(221+=+==TS K
CS R R s Q s H s G 阶跃输入
输出稳态值
因而有
时，当即=∞=
=∞∞−→−=O . O T
1-O R )(K R )()e -(1KR h(t) h K h t t
2-4
式（2-3）表示一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数，如图2-2所示。
由式（2-4）可知该曲线上升到稳态值的63.2%所对应的时
间，就是水箱的时间常数T 。
该时间常数T 也可以通过坐标原点对响应曲线作切线，此切线与稳
态值的交点所对应的时间就是时间常数T 。
其理论依据是： 图2-2 阶跃响应曲线
上式表示h （t ）若以在原点时的速度h （∞）/T 恒速变化，即只要花T 秒时间就可达到稳态值h （∞）。
式（2-2）中的K 值由下式求取：
K = h(∞)/R0 = 输入稳态值/阶跃输入
四、实验内容与步骤
1、按实验一的要求和步骤，对上、下水箱液位传感器进行零点与增益的调整。
2、按照图2-1的结构框图，完成系统的接线 （接线参照实验1），并把PID 调节器的“手动/自动”开关置于“手动”位置，此时系统处于开环状态。
3、将单片机控制挂箱GK-03的输入信号端“LT1、LT2”分别与GK-02的传感器输出端“LT1、LT2”相连；用配套RS232通讯线 将GK-03的“串行通信口”与计算机的COM1连接；打开所有电源开关用单片机进行液位实时监测；然后用上位机控制监控软件对液位进行监视并记录过程曲线。
4、利用PID 调节器的手动旋钮调节输出，将被控参数液位控制在4cm 左右。
5、观察系统的被调量——水箱的水位是否趋于平衡状态。
若已平衡，记录此时调节器
6、迅速增调“手动调节”电位器，使PID 的输出突加10%，利用上位机监控软件记下
)0.632h(0.632KR ) -(1KR h(T ) :
,01
-0e ∞====则有时当T t 0.63h h h 5)-(2 )
()
(00
100T
h T KR T
KR dt
t dh t t
T t
e ∞==
==-=
等到进入新的平衡状态后，再记录测量数据，并填入下表：
7、将“手动调节”电位器回调到步骤5）前的位置，再用秒表和数字表记录由此引起
8、重复上述实验步骤。
五、注意事项
1、做本实验过程中，阀V1和V2不得任意改变开度大小；
2、阶跃信号不能取得太大，以免影响系统正常运行；但也不能过小，以防止对象特性
的不真实
性。
一般阶跃信号取正常输入信号的5%~15%。
3、在输入阶跃信号前，系统必须处于稳定状态
4、在老师的帮助下，启动计算机系统和单片机控制屏。
六、实验报告要求
1、作出一阶环节的阶跃响应曲线。
2、根据实验原理中所述的方法，求出被测一阶环节的相关参数K和T。