9分程控制过程控制自动化解析
过程控制系统—分程控制系统(工业仪表自动化)
小结
分程控 制系统
分程控制系统的主要结构和 工作原理。
分程控制系统的应用场所。
思考
简述分程控制系统的工作原理。
分程控制系统
2.用来控制阀的可调范围，改善控制品质 有时生产过程负荷变化很大，要求有较大范围的流量变化。若用
一个控制阀，由于控制阀的可调范围R是有限的，当最大流量和最小 流量相差太悬殊时，就会降低控制系统的控制质量， 这时可采用分程 控制系统。
分程控制系统
3.用作生产安全的防护措施 有些生产过程在接近事故状态或某个参数达到极限值时，应当改
分程控制系统
课程导入
分程控制系统
主要结构
图1 氮封分程控制系统
分程控制系统
工作原理
分程控制系统
实际应用 1.用于控制两种不同介质以满足工艺生产的要求
图1 热交换器温度分程控制
图2 阀门动作示意图
采用热水与蒸汽两种不同物料作为调节介质，在一般控制系统中难于 实现，但在分程控制系统中，不仅充分利用了热水，而且节省了蒸汽。
DCS控制系统基础知识
DCS是计算机技术、控制技术和网络技术高度结合 的产物。DCS通常采用若干个控制器（过程站）对一个生 产过程中的众多控制点进行控制，各控制器间通过网络连 接并可进行数据交换。操作采用计算机操作站，通过网络 与控制器连接，收集生产数据，传达操作指令。因此， DCS的主要特点归结为一句话就是：分散控制集中管理。
第四阶段：第四代DCS系统，2000年以后
第四代DCS的体系结构主要分为四层结构:现场仪表层、控制装置单 元层、工厂(车间)层和企业管理层。一般DCS厂商主要提供除企业管理 层之外的三层功能，而企业管理层则通过提供开放的数据库接口，连 接第三方的管理软件平台(ERP, CRM, SCM等)。所以说，当今DCS主要 提供工厂(车间)级的所有控制和管理功能，并集成全企业的信息管理 功能。例如以Honeywell公司最新推出的Experion PKS(过程知识系统)、 Emerson公司的P1antWeb (Emerson ProcessManagement), Foxboro公 司A2、横河公司的R3 (PRM-_-C厂资源管理系统)和ABB公司的 Industrial IT系统。
第三节 CENTUM-CS控制系统的构成字母代号
集散控制系统基本构成图
CENTUM-CS系统外观图
DCS组成结构
DCS的过程控制站是一个完整的计算机系统，主 要由电源、高性能的中央处理器（CPU）、网络接口 组成。
高性能的中央处理器是现场过程控制的中心， 存放并运行所有的过程控制程序以及现场仪表数据 和控制数据。DCS的控制决策都是由它来执行的。
执行器
接受控制器的输出信号,直接控制能量或物料等调节介质的输 送量,达到控制温度、压力、流量、液位等工艺参数的目的。 测量变送器
自动控制原理总结归纳报告
9.预测控制(Predictive Control)
预测控制是在工业实践过程中独立发展起来的一种新型控制方法,它不仅适用于工业过程这种“慢过程”的控制,也能适用于快速跟踪的伺服系统这种“快过程”控制。目前实用的预测控制方法有动态矩阵控制(DMC),模型算法控制(MAC),广义预测控制(GPC),模型预测启发控制(MPHC)以及预测函数控制(PFC)等。这
系统分析方法是控制系统综合设计的基础这部分的内容主要包括时域分析法、根轨迹法、频域响应法是控制理论的重点。在控制系统中稳定性、快速性和准确性是对控制系统的基本要求也是衡量系统性能的重要指标控制系统不同的分析问题方法都是紧紧围绕这三个方面展开的。只要抓住这个特点就抓住了系统分析的关键有助于加深对不同方法的理解。例如以我军某军舰上的雷达定位系统为例假设给定目标信号要求设计控制器使系统在给定输入下跟踪指定目标最小且抗干扰性最好。这些生动的工程实例大大激发了我的兴趣使我感受到了控制理论的魅力深刻理解了
既打破了常规控制仪表功能的局限,又较好地解决了早期计算机系统对于信息、管理过于集中带来的危险,而且还有大规模数据采集、处理的功能以及较强的数据通信能力。
分布式控制系统既有计算机控制系统控制算法灵活,精度高的优点,又有仪表控制系统安全可靠,维护方便的优点。它的主要特点是:真正实现了分散控制;具有高度的灵活性和可扩展性;较强的数据通信能力;友好而丰富的人机联系以及极高的可靠性。
关键字：控制 方法 发展
正文:
一、自动控制理论的分析方法：（1）时域分析法；（2）频率法；（3）根轨迹法；（4）状态空间方法；（5）离散系统分析方法；（6）非线性分析方法
过程控制
串级控制系统的特点：1.对进入副回路的干扰有很强的抑制能力；2.能改善控制通道的动态特性，提高系统的快速反应能力；3.对非线性情况下的负荷或操作条件的变化，有一定的自适应能力。
过程控制的特点：（过程控制是生产过程自动化的简称，连续型）（工业生产过程：连续型、离散型、混合型）1.系统由被控过程与系列化生产的自动化仪表组成；2.被控过程复杂多样，通用系统难以设计；3.控制方案丰富多彩，控制要求越来越高；4.控制过程大多属于慢变过程与参量控制；5.定值控制是过程控制的主要形式。
前馈控制的特点：（设计原理“不变性原理”）1.基于扰动控制扰动；2.前馈控制是一种开环控制；3.前馈控制比反馈控制及时；4.只可测不可控；5.前馈补偿器为专用调节器。
反馈控制的特点：1.基于偏差来消除偏差；2.不及时的控制；调节器的作用总是落后与扰动；3.闭环控制；4.可消除多种扰动；5.控制规律：P,PI，PD，PID。
均匀控制的特点：1.系统结构无特殊性；2.参数均应缓慢的变化；3.参数变化应限制在允许范围内。
推理控制系统的特点：1.实现了不可测干扰的信号分离；2.实现了不可测干扰的估计；3.可实现理想控制。
连续型生产过程的主要特征：成流动状态的各种原材料在生产过程中，经过传热、传质或物理、化学变化等，大多会发生相变或分子结构的变化，从而产生新的产品。
过程控制系统的功能：1.变送与执行功能；2.作安全与环境保护功能；3.常规控制或高级控制功能；4.实时优化功能；5.决策管理与计划调度功能。
过程控制系统的性能指标：1.单向性能指标：（1）.衰减比，是衡量系统振荡过程衰减程度的指标，它定义为两个相邻的同向波峰值比；衰减率：一个周期后波动幅度衰减的程度。
（2）.最大动态偏差和超调量：在定值阶跃响应中，系统过渡过程的第一个峰值超出设定值的幅度，最大动态偏差占被控量稳态值的百分比称为超调量。
（3）.残余偏差：过渡过程结束后，被控量新的稳态值与设定值之间的差值。
9.分程控制-过程控制(自动化)解析
本讲主要内容
分程控制的特点与适用场合； 分程区间的确定方法； 阀位控制的概念与设计方法。
例1：间歇聚合反应器的控制问题
T
Y
冷水
“A”
蒸汽
“B”
控制要求：反应开始前，需要用蒸汽加热以达到反应所需 的温度；当反应开始后，因放出大量反应热，需要用冷水 进行冷却。要求全过程自动控制反应器的温度，怎么实现？
氮封的技术要求
实行氮封的技术要求是：要始终保持储罐内的 氮气压微量正压。储罐内储存物料量增减时， 将引起罐顶压力的升降，应及时进行控制，否 则将使储罐变形，更有甚者，会将储罐吸扁。 因此，当储罐内液面上升时，应停止继续补充 氮气，并将压缩的氮气适量排出。反之，当液 面下降时应停止放出氮气。只有这样才能达到 既隔绝空气，又保证容器不变形的目的。
多回路PID控制系统小结
用于改善控制系统性能的多回路PID系统 （1）串级控制系统； （2）前馈控制系统； （3）变增益/变比值控制系统。
用于满足工艺特定需要的多回路PID系统 （1）均匀控制系统； （2）比值控制系统； （3）分程控制系统； （4）阀位控制系统； （5）选择性控制系统。
练习
题1 下图为化学反应器的过程控制系统：1）说明图中的控制策略属于哪类控制系统？2） 最主要的被控变量是什么？最主要的操纵变量是什么？3）图中哪个控制器要整定的最慢， 哪个控制器要整定的最快？为什么？4）阀门V1是气开还是气关？为什么？V2是气开还是 气关？为什么？5）指出各图中控制器的正反作用，并给出选取的理由；6）给出图中控制 规律的选取。
0.10
调节阀气动信号（MPa）
避免两调节阀频繁开 闭的方法： （1）控制阀引入不 灵敏区。 （2）同时，控制器 引入调节死区（为什 么？）
化工仪表及自动化第8章 第六节 分程控制系统
第六节 分程控制系统
就控制阀的开、关形式分类
两个控制阀同向动作，即随着控制器输出信号 （即阀压）的增大或减小，两控制阀都开大或关 小。
两个控制阀异向动作，即随着控制器输出信号 的增大或减小，一个控制阀开大，另一个控制阀 则关小。
91
第六节 分程控制系统
图8-36 两阀同向动作
图8-37 两阀异向动作
98
可采用分程控制方案。
图8-41 贮罐氮封分程控制方案
图8-42 氮封分程阀特性图
解决贮罐中物料量的增减会导致氮封压力的变化的问题。
96
第六节 分程控制系统
三、分程控制中的几个问题
（1）控制阀流量特性要正确选择。
图8-43 阀门特性
97
第六节 分程控制系统
（2）大小阀并联时，大阀泄漏量不可忽视，否则就不能 充分发挥扩大可调范围的作用。当大阀泄漏量较大时， 系统的最小流通能力就不再是小阀的最小流通能力。 （3）控制器的选择和参数整定，可参照简单控制系统处 理。如果在运行中，两个控制通道特性不同，即广义对 象特性是两个，控制器参数不能同时满足两个不同对象 特性的要求。这时，只好照顾正常情况下的被控对象特 性，按正常情况下整定控制器的参数。对另一台阀的操 作要求，只要能在工艺允许的范围内即可。
前馈控制系统
前馈控制系统及其特点 前馈控制系统的主要形式 前馈控制系统的应用场合
选择性控制系统
基本概念 选择性控制系统的类型 积分饱和及其防止
2
内容提要
分程控制系统
概述 分程控制的应用场合 分程控制的几个问题
多冲量控制系统
3
概述
根据根据系统的结构和所担负的任务
复杂控制系统
92
第六节 分程控制系统
《分程控制》课件
对系统的性能进行测试，如响应时间、稳定性、精度等，确保其满 足设计要求。
故障诊断与处理
对系统运行过程中出现的故障进行诊断和处理，确保系统可靠性和 稳定性。
04
分程控制系统的优化
控制策略优化
控制策略的灵活性
为了适应不同的操作条件和系统变化，需要设计具有更高灵 活性的控制策略。例如，采用自适应控制策略，可以根据系 统参数的变化动态调整控制参数，提高系统的稳定性和性能 。
算法的精度和稳定性
为了提高控制精度和稳定性，需要对 算法进行改进。例如，采用更精确的 数值计算方法，减小算法误差；采用 自适应滤波技术，减小噪声干扰，提 高算法的稳定性。
控制器优化
控制器的可扩展性
为了满足系统规模不断扩大的需求，需 要设计具有可扩展性的控制器。例如， 采用模块化设计方法，将控制器划分为 多个模块并独立开发，便于后期维护和 升级。
分程控制系统在交通控制中具有广泛应用，能够实现交通信号的智能化管理和调度，提高道路通行效 率和交通安全。
详细描述
交通控制是城市交通管理的重要组成部分，分程控制系统可以将交通信号灯的控制分成多个阶段，根 据不同路段的交通流量和车辆行驶情况，对每个阶段进行分别控制。这有助于提高道路通行效率、缓 解交通拥堵、减少交通事故，为城市交通管理提供有力支持。
解释
分程控制的应用场景非常广泛，在化工生产中可以实现温度、压力、流量的精确 控制，在电力系统中可以实现发电、输电、配电的自动化控制，在制药领域可以 实现药物成分的精确配比和混合。
02
分程控制系统设计
系统架构设计
01
02
03
系统架构
分程控制系统的整体架构 ，包括输入、输出、控制 逻辑等部分。
过程控制课后习题答案及解析
过程控制课后习题答案及解析-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1第1章自动控制系统基本概念~~1-3 自动控制系统主要由哪些环节组成解自动控制系统主要由检测变送器、控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。
~~ 1-5 题1-5图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。
试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。
题1-5图加热器控制流程图解PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03；FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。
~~~~~ 1-7 在自动控制系统中，测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用解测量变送装置的功能是测量被控变量的大小并转化为一种特定的、统一的输出信号（如气压信号或电压、电流信号等）送往控制器；控制器接受测量变送器送来的信号，与工艺上需要保持的被控变量的设定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用特定信号（气压或电流）发送出去执行器即控制阀，它能自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度，从而改变操纵变量的大小。
~~~1-8．试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量、操纵介质解：被控对象（对象）——自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、生产设备或机器。
被控变量——被控对象内要求保持设定值的工艺参数。
控系统通常用该变量的名称来称呼，如温度控制系统，压力制系统等。
给定值（或设定值或期望值）——人们希望控制系统实现的目标，即被控变量的期望值。
它可以是恒定的，也可以是能按程序变化的。
2操纵变量（调节变量）——对被控变量具有较强的直接影响且便于调节（操纵）的变量。
或实现控制作用的变量。
操纵介质(操纵剂)——用来实现控制作用的物料。
9.分程控制-过程控制(自动化)解析
T2C
FC
冷却剂 加热剂 (C)
V1
V2
练习（续）
答：⑴ 是串级分程控制系统。 ⑵ 最主要的被控变量是反应器内温度，最主要的操纵变量是冷剂流量。 ⑶ 图中T1C要整定的最慢，FC最快。 ⑷ 阀门V1是气关，保证反应温度不致过高，从而生成其它产物。阀门 V2是气关。 ⑸ 图中：T1C反作用，T2C正作用，FC正作用。 (6) T1C：PID；T2C：P（PI，I弱）；FC：P。
分程控制应用之一（续）
对于此问题的解决办法：
采用两个控制阀（同为气开或气关），在小流量（低负荷）时用小阀 加酸或碱试剂，在大流量（高负荷）时用小阀不够时再开大阀加酸或碱试 剂。 比如：两阀分别为A和B，QAmax=4， QBmax=100，两阀的可调范围相等，即 RA=RB=30。若B阀的泄漏量为最大流量的0.02% ，即QBS=0.02%QBmax=0.02。 当采用分程控制后，最小流量和最大流量分别为： Qmin=QAmin+QBS=4/30+0.02=0.153；Qmax=QAmax+QBmax=4+100=104 因此此两阀组合在一起的可调范围将扩大到R=104/0.153≈680»30。
分程与阀位控制系统
本讲主要内容
分程控制的特点与适用场合； 分程区间的确定方法； 阀位控制的概念与设计方法。
例1：间歇聚合反应器的控制问题
T
Y
“A” “B”
冷水 蒸汽
控制要求：反应开始前，需要用蒸汽加热以达到反应所需 的温度；当反应开始后，因放出大量反应热，需要用冷水 进行冷却。要求全过程自动控制反应器的温度，怎么实现？
富气 C-201 TIC203
TC
D-201
通俗易懂 自动控制原理
通俗易懂自动控制原理
自动控制原理是指通过使用各种控制设备和技术，实现对系统或过程进行自动
监测、调节和控制的原理。
它在各个领域都得到了广泛应用，如工业自动化、交通运输、航空航天等领域。
本文将从通俗易懂的角度，对自动控制原理进行解释。
自动控制原理的核心是建立一个控制系统，该系统包括传感器、执行器、控制
器和反馈机制。
传感器用于监测系统的状态或变量，例如温度、压力、速度等。
执行器则根据控制信号来实施相应的操作，例如开关、阀门、电机等。
控制器是系统的大脑，根据传感器的反馈信息和预设的目标，生成控制信号并发送给执行器。
反馈机制用于将系统的实际输出与预期输出进行比较，从而进行误差修正。
在自动控制原理中，最常用的控制方法是反馈控制。
它基于系统的反馈机制，
通过不断比较实际输出与预期输出的差异，来调节执行器的操作以达到控制目标。
反馈控制具有稳定性好、动态响应快的特点，广泛应用于工业自动化和其他领域。
另外，自动控制原理还涉及到一些重要的概念和理论，例如控制系统的开环和
闭环，控制系统的稳定性分析，以及控制系统的频率响应等。
这些概念和理论为实现有效的自动控制提供了基础。
总之，自动控制原理是一门重要的学科，它通过使用各种控制设备和技术，实
现对系统或过程的自动监测、调节和控制。
通过合理应用自动控制原理，可以提高生产效率，降低人力成本，并且在提高系统稳定性和响应速度方面发挥着重要作用。
在不同领域的实际应用中，自动控制原理的应用将继续发展和完善，为人们提供更高效、安全和可靠的控制方法。
分程控制在生产过程中的应用
吸瘪 事 故 ， 作特 性 图为 ２ 操
（） ３ 即在 ００ ８ ０ ６ＭＰ 是 死 区 ， 个 调 节 阀都 全 闭 ， 个 ． ～． ２ ａ ５ ０ 两 两
调 节 阀之 间存 在 。 间 隙 的 日的是 防止 系 统 频繁 的变 化 ， 。 个 这种
案。
图 １ 储 罐 氨 封分 程 控 制 方 案 结构
图 ４ 分 程 控 制特 性 图
（） ４ 即在 Ｏ ５ ～ ． ２ Ｐ 之 间两 只 调节 阀都 处在 很 小 的 开 ． ８００ Ｍ ａ ０ ６ 度， 因为 调 节 阀 从 全 闭到 打 开 有 一 定 的 死 区 ， 持 调 节 阀 的 很 保 小开 度 ， 系 统 压 力 的 平 稳 很 有 好 处 ， 过 用 小 口径 的 调节 阀 对 通
１前 言 ．
分 程控 制 广 泛 的 用 在 石 油化 工 控 制 中 ， 用来 满 足 特 殊 的工
（ 从理论 卜 ２ ） 分析， 调节 当 器输出 为０ ２０ ６ Ｐ 时， 信号 ． ～． Ｍ ａ ０ ０
Ａ 阀 由全 开 到 全天 ， 节 器 输 出 为 ００ ． ａ时 ， 调 ． ０１ ６ ＭＰ Ｂ阀 由全 关 到拿 开 ， 以往 的传 统工 艺都 采 用如 图 ３控制 方 案 。
方案 对 于 控 制储 罐 的 压 力 是 比较 好 的方 案 ， 因 为对 于 Ｎ ２的压
力调 节 ， 精度 要 求 不 高 ， 罐液 面 上 空 问 较 大 ， 力对 象 时 间常 储 压
数较大， 留有一定的不灵敏区 ， 于缓慢变换过程是很有好处 对
的 ， 是 对 于 中间 缓 冲罐 来说 ， 但 要求 压 力 平 稳 ， 般 采 用 图 ４方 一
过程控制基础知识
绪论生产过程自动化，一般是指石油、化工、冶金、炼焦、造纸、建材、陶瓷及电力发电等工业生产中连续或按一定程序周期进行生产过程自动控制。
凡是采用模拟或数字控制方式对生产过程某一或某些物理参数进行自动控制通称为过程控制。
过程控制是自动控制学科一个重要分支。
一、过程控制定义和任务1.过程控制基本概念(1)自动控制。
在没有人直接参及下，利用控制装置操纵生产机器、设备或生产过程，使表征其工作状态物理参数(状态变量)尽可能接近人们期望值(即设定值)过程，称为自动控制。
(2)过程控制。
对生产过程所进行自动控制，称为过程控制。
或者说凡是采用模拟或数字控制方式对生产过程某一或某些物理参数进行自动控制通称为过程控制。
(3)过程控制系统。
为了实现过程控制，以控制理论和生产要求为依据，采用模拟仪表、数字仪表或微型计算机等构成控制总体，称为过程控制系统。
2.过程控制研究对象及任务过程控制是自动化一门分支学科，是对过程控制系统进行分析及综合。
综合是指方案设计。
3.过程控制目生产过程中，对各个工艺过程物理量或称工艺变量有着一定控制要求。
有些工艺变量直接表征生产过程，对产品产量及质量起着决定性作用。
例如，精馏塔塔顶或塔釜温度，一般在操作压力不变情况下必须保持一定，才能得到合格产品:加热炉出口温度波动不能超出允许范围，否则将影响后一工段效果:化学反应器反应温度必须保持平稳，才能使效率达到指标。
有些工艺变量虽不直接影响产品质量和产量，然而保持其平稳却是使生产获得良好控制前提。
例如，用蒸汽加热反应器或再沸器，如果在蒸汽总压波动剧烈情况下，要把反应温度或塔釜温度控制好将极为困难:中间储槽液位高度及气柜压力，必须维持在允许范围之内，才能使物料平衡，保持连续均衡生产。
有些工艺变量是决定安全生产因素。
例如，锅炉汽包水位、受压容器压力等，不允许超出规定限度，否则将威胁生产安全。
还有一些工艺变量直接鉴定产品质量。
例如，某些混合气体组成、溶液酸碱度等。
过程控制系统教学大纲精选全文完整版
可编辑修改精选全文完整版教学大纲英文课程名称：Process Control课程编号：0201508总学时：48 （其中理论课学时：44 实验学时：4）总学分：3先修课程：微机原理与接口技术、自动控制理论Ⅰ、检测仪表及检测技术适用专业：自动化开课单位：电子信息与控制工程学院自动化教研室执笔人：张新荣审校人：刘星萍一、课程教学内容第一章绪论第一节过程控制系统的组成及其分类简单控制系统的组成；控制系统按照给定信号分类；按照控制结构分类。
第二节过程控制系统的特点第三节过程控制系统的质量指标第四节过程控制系统的发展概况自动化控制系统的几个发展时期的时间。
第二章被控过程的数学模型第一节概述建立被控过程数学模型的目的；被控过程数学模型的类型。
第二节解析法建立过程的数学模型单容水槽过程、双容水槽过程数学模型机理建模方法；液阻、液容的概念；阶跃响应曲线特点；有时延单容水槽过程、有时延双容水槽过程数学模型；多容过程数学模型。
第三节响应曲线辨识过程的数学模型由对象阶跃响应曲线用作图法及两点法确定对象的传递函数。
第三章变送单元第一节概述变送的基本概念。
各种差压变送器结构、原理、特点。
第三节温度变送器温度变送器组成、工作原理及线性化原理。
第七节微型化、数字化和智能化变送器变送器的发展趋势；各种微型化、数字化和智能化变送器的结构、原理。
第四章调节单元概述调节器基本概念；PID控制规律；各控制规律的特点；参数改变对控制质量的影响。
第一节 DDZ—Ⅲ型调节器DDZ-Ⅲ型调节器输入部分；PI部分；PD部分；硬手动；软手动电路；输出部分工作原理。
第二节改进型调节器抗积分饱和调节器；微分先行PID调节器；比例微分先行PID调节器。
第三节数字式调节器数字式调节器组成、特点、应用。
第五章执行单元第一节概述执行器的作用；执行器的分类。
第二节电动执行机构电动执行机构结构、工作原理。
第三节气动执行机构气动执行机构结构、工作原理、作用形式。
第四节气动薄膜调节阀调节阀的工作原理；调节阀的分类；调节阀的选择。
过程控制及自动化仪表-复习重点知识点
1, 测量温度的方法：接触式，非接触式。
2, 热电偶：当两种不同导体货半导体连接成闭合回路时，若两个节点温度不同，回路中就会出现热电动势并产生电流。
3, 第三导体定律：除热电偶A, B两种导体外，又插入第三种导体C组合成闭合回路，只要插入的第三种导体的两个接点温度相等，它的接入对回路毫无影响。
4, 测量某一点压力及大气压力之差，当这点的压力高于大气压力时，此差值称为表压。
5, 利用弹性元件受压产生变形可以测量压力。
常用的弹性测压元件有：弹簧管（常用）, 水纹管及膜片三类。
6, 流量检测仪表：节流式流量计(在管道中放入肯定的节流元件，依据节流元件的推力或在节流元件前后形成的压差测量)分为：压差, 靶式, 转子流量计。
7, 热导式气体分析仪是一种物理式的气体分析仪。
依据不同气体具有不同的热传导实力这一特性，通过测定混合气体的导热系数，推算出其中某些成分含量。
（0度时H2为7.150，He为7.150）8, 调整器的作用：把测量值和给定值进行比较，依据偏差大小，按肯定的调整规律产生输出信号，推动执行器，对生产过程进行自动调整。
9, 调整规律：他的输出量及输入量（偏差信号）之间具有什么样的函数关系。
10, 比例调整特点：对干扰有及时而有力的抑制作用，但存在静态误差，是一种静差调整。
11, 积分调整特点：能够消退静差，即当有偏差存在时积分输出将随时间变化，当偏差消逝时输出能保持在某一值上不变。
但动作过于缓慢，过渡过程时间长，易造成系统不稳定。
12, 微分调整器：能在偏差信号出现或变化瞬间，马上依据变化趋势，产生调整作用，是偏差尽快的消退于萌芽状态之中。
但对静态片差毫无抑制实力，不能单独运用。
13, 在PID三作用调整器中，微分作用主要爱用来加快系统动作速度，削减超调，克服震荡。
积分作用主要用来消退静态误差。
将比例, 积分, 微分三种调整规律结合在一起，即可达到快速灵敏，又可达到平稳精确，只要协作得当便可得到满足的调整效果。
自动化仪表考试培训试题1
1.串级控制系统由于引入一个闭和的副回路,不仅能迅速克服作用于副回路的干扰,而且对作用于副对象上的干扰也能加速克服过程。
（）(1分)对错正确答案:错解析:2.在AB金属组成的热电偶中,接入连接导线C后,会影响所产生的电势值。
（）(1分)对错正确答案:错解析:3.补偿导线,对于各种热偶是通用的。
（）(1分)对错正确答案:错解析:4.目前使用的安全栅主要有电阻式、齐纳式、中继放大式和隔离式4种。
（）(1分)对错正确答案:对解析:5.结构化编程把过程要求的类似或相关的功能进行分类,并试图提供可以用于几个任务的通用解决方案。
向指令块提供有关信息(以参数方式),结构化程序能够重复利用这些通用模块。
（）(1分)对错正确答案:对解析:6.蝶阀特点是结构简单、流阻小,泄漏量大,适用于口径较大、大流量、低压差的场合。
（）(1分)对错正确答案:对解析:7.过滤操作时,通过过滤介质流出的液体称为滤渣。
（）(1分)对错正确答案:错解析:8.某蒸汽换热器正常工作时,操作压力控制在800KPa,实际操作时最大允许有±15KPa的测量误差,那么选用压力表的量程和精度等级各是1.2MPa;1.0级。
（）(1分)对错正确答案:对解析:9.当被测介质的化学性质具有腐蚀性,如氨气时,压力表的弹簧管材质应采用不锈钢或者合金钢材料。
（）(1分)对错正确答案:错解析:10.串级控制系统由于增加了副回路,因此具有一定的自适应能力,可用于负荷和操作条件有较大变化的场合。
（）(1分)对错正确答案:对解析:11.波纹管密封型上阀盖适用于有毒性、易挥发或贵重的流体,可避免介质外漏损耗,以及有毒易爆介质外漏而发生危险。
（）(1分)对错正确答案:对解析:12.转子流量计制造厂为了便于成批生产,在进行刻度时,是根据使用单位的实际情况,用水或空气对仪表进行标定并给出曲线的。
（）(1分)对错正确答案:错解析:13.气动喷嘴挡板放大机构的优点是:尺寸小,结构简单,紧凑,没有运动的摩擦零件,工作可靠,牢固耐用,成本低廉;缺点是容易被空气中的夹杂物堵塞。
过程控制- 第1章绪论
稳定性：系统具有抑制外部扰动，保持生产过程长期稳 定运行的能力。
过程控制是控制理论、工艺知识、计算机技术和自 动化仪表等知识相结合而构成的一门应用科学。
以具体实例来说明过程控制任务的具体实现
1.确定控制目标 ⑴ 在安全运行条件下，保证热油出口温度稳定。
⑵ 在安全运行条件下，保证热油出口温度和烟气 含氧量稳定。
㈡ 按给定值的信号特点分类
1.定值控制系统 x（t）=常数 2.随动控制系统 x（t） =RND（t） （自动跟踪系统）
目的是使所控制的工艺参数准确快速地跟随给定 值变化。 3.程序控制系统 x（t） =f（t） （顺序控制系统）
退火炉温度控制系统的给定值： 按升温、保温与逐次降温等程序自动变化的。
ISE e2 t dt min 0
时间乘误差的平方积分（ITSE）
ITSE te2 t dt min 0
误差绝对值积分（IAE）
IAE
0
e
t
dt
min
时间乘误差绝对值的积分（ITAE）
ITAE
0
t
et
dt
min
工艺管道及工艺流程图
控制流程图符号意义
序号
安装位置
图形符号
备注
周四现场教学分组：
学号 1001～1028 1029～1057 1058～最后
时间 8:30 ～9:00 9:00 ～9:30 9:30 ～10:00
地点：机电楼C129
回路编号
被测变量
工段号
功能
1.字母代号 2.仪表位号的书写规则
控制流程图字母意义
字
第一位字母
后继字母 字
母 被测变量 修饰词 功能 母
《自动控制原理》学习指南
《⾃动控制原理》学习指南《⾃动控制原理》学习指南前⾔本书是上海交通⼤学国家精品课程《⾃动控制原理》主讲教材《⼯程控制基础》的学习指导性的学习、教学⽤书。
《⼯程控制基础》是国家“⼗⼀五”规划教材，教育部⾃动化教学指导委员会推荐教材。
2006年出版以来，受到⼴⼤读者的厚爱。
2007年再版，并于2008年被评为国家级精品教材。
本书以国家精品教材为主线，参考教育部教指委对《⾃动控制原理》课程相关的知识领域、知识单元、知识点的要求，本着“加强基础、削枝强⼲、注重应⽤、逐步更新”的原则，⼒图通过教材的要点提⽰，为⼴⼤读者学习此课程提供必须掌握的基础理论和基本⽅法。
编者2012.11于上海⽬录第1章导论 (1)1.1 ⾃动控制系统的基本原理和组成 (1)1.2控制系统的分类 (2)1.3本书的主要内容及研究⼿段 (2)第2章数学模型 (5)2.1 传递函数定义 (6)2.2传递函数性质 (7)2.3 ⽅块图 (8)2.4 信号流程图 (9)第3章⾃动控制系统的时域分析 (12)3.1 控制系统的稳定性分析 (12)3.2 控制系统的稳态特性——稳态误差分析 (13)3.3 控制系统的动态特性——动态响应分析 (14)第4章根轨迹法 (17)4.1根轨迹的幅值条件和相⾓条件 (17)4.2绘制根轨迹的基本规则 (18)第5章线性系统的频域分析—频率响应法 (20)5.1频率特性 (20)5.2 频率特性图 (21)5.3 频域中的稳定性判据 (22)5.4 系统动态性能的频域分析与频域指标 (22)5.5基于开环频率特性的系统动态性能分析 (23)5.6基于闭环频率特性的系统动态性能分析 (24)5.7基于伯德图的系统稳态性能分析 (24)第6章线性控制系统的设计 (26)6.1 常见的⼏种校正装置连接⽅式 (26)6.2 不同域中系统动态性能指标的相互关系 (27)6.3 串联超前校正 (27)6.4 串联滞后校正 (30)6.5 串联滞后－超前校正 (34)6.6局部反馈校正 (35)6.7PID控制 (36)6.8前馈补偿 (38)第1章导论要点提⽰⼯业⾃动化是⼯业现代化的基础。
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反应器温度分程控制系统
分程控制
定义：若一台控制器去操纵几只阀门，并且是按输出 信号的不同区间操作不同的阀门，这种控制方式习惯 上称为分程控制。
根据阀的开闭形式，分程控制有同向分程、异向分程 两种。同向分程：多个阀同为气开阀，或同为气关阀。 异向分程：多个阀中一些为气开，其他为气关阀。同 向或异向规律的选择全由工艺的需要而定。
PC
“A”
N2
气开阀
在炼油厂或石油化 工厂中，有许多存 放着各种油品或石 油化工产品的储罐， 为使这些油品或产 品不与空气中的氧 气接触而被氧化变 质，常采用罐顶充 氮气的做法，使储 存物与外界空气隔 绝。
氮封的技术要求
实行氮封的技术要求是：要始终保持储罐内的 氮气压微量正压。储罐内储存物料量增减时， 将引起罐顶压力的升降，应及时进行控制，否 则将使储罐变形，更有甚者，会将储罐吸扁。 因此，当储罐内液面上升时，应停止继续补充 氮气，并将压缩的氮气适量排出。反之，当液 面下降时应停止放出氮气。只有这样才能达到 既隔绝空气，又保证容器不变形的目的。
C-201
TIC203
TC
分
FC
馏
一中回流 塔
FIC203
反应油气
富气
D-201 粗汽油 轻柴油 回炼油浆 外甩油浆
问题：TIC203与轻柴油的产品 质量关系密切，需要加以有效 控制。但原控制方案中三通调 节阀的调节能力不足，经常需 要人工干预（手动调节一中回 流量）。 如何改进方案？要求： （1）确保TIC203的控制能力； （2）尽可能使一中回流经换热 器进行能量回收； （3）一中回流量作为稳定塔的 热源，希望波动尽可能小。
＋
TC
－
＋
蒸汽阀
f2(t)
＋ 换热器
反应釜
Tm 温度测量
问题： Tm Tm f1 f2
分程控制系统非线性的补偿
冷水阀 f1(t)
Tsp
u(t)
＋
TC
－
＋
蒸汽阀
f2(t)
＋ 换热器
反应釜
Tm 温度测量
补偿原理： Tm f1 Tm f2 f1 u f2 u
分程控制非线性补偿方法
设计分程控制的目的：一是为扩大控制阀的可调范围， 以改善控制系统的品质；二是满足工艺上操作的特殊 要求。
分程控制应用之一
扩大控制阀的可调范围（同向分程） 控制阀的可调范围R：阀的静态指标，是控制阀可以调节的最
大流量与最小流量之比。国产柱塞型阀固有可调范围是30。 绝大多数化工生产过程中，R=30的控制阀足够满足生产要求。
对于废水处理中的pH值控制，可调范围要求特别大。工厂的 废液来自下水道、污水沉淀池、洗涤器等处，其流量变化可达4-5 倍，酸碱含量可以变化几十倍以上；废液中酸或碱的类型各异， 其含量变化使pH值也产生变化，因而这种场合需要的可调范围会 超过1000。
分程控制应用之一（续）
对于此问题的解决办法：
采用两个控制阀（同为气开或气关），在小流量（低负荷）时用小阀 加酸或碱试剂，在大流量（高负荷）时用小阀不够时再开大阀加酸或碱试 剂。 比如：两阀分别为A和B，QAmax=4， QBmax=100，两阀的可调范围相等，即 RA=RB=30。若B阀的泄漏量为最大流量的0.02% ，即QBS=0.02%QBmax=0.02。
反应器温度分程控制系统
问题： （1）选择两调节阀 的气开气关属性； （2）温度控制器的 正反作用； （3）协调两调节阀 的动作； （4）如何克服广义 对象的非线性。
反应器温度控制系统 调节阀的分程动作关系
阀开度(%) 气开阀
100
气 关
“A” 阀
“B”
0 0.02
0.06
0.10
调节阀气动信号（MPa）
控制阀分程动作---异向分程
工作过程： （1）当温度偏低时，调节阀 气动信号增大。若冷水阀A 还未全关，则逐步关冷水阀； 否则，开大蒸汽阀B； （2）当温度偏高时，调节阀 气动信号减少。若蒸汽阀B还 未全关，则逐步关蒸汽阀； 否则，开大冷水阀A；
分程控制系统的非线性
冷水阀 f1(t)
Tsp
u(t)
阀位控制系统
r1
主控制阀 对
主控制器
阀位控制器 （VPC）
象 副控制阀
r2
测量变送器
图中，r2为对应旁路阀（主控制阀）的较小开度设定值。阀 位控制器VPC和副控制阀及对象构成一个次控制回路，主控制 器和主控制阀（旁路阀）及对象构成主控制回路（具有良好 的动态品质）。
例3：分馏塔轻柴油 抽出塔板温度控制问题
0.10
调节阀气动信号（MPa）
避免两调节阀频繁开 闭的方法： （1）控制阀引入不 灵敏区。 （2）同时，控制器 引入调节死区（为什 么？）
Hale Waihona Puke B阀接受控制器的输出信号为0.02-0.058MPa，而A阀接受的信号 为0.062-0.10MPa。因此，在两个控制阀之间存在一个不灵敏区 （间隙区）。针对一般储罐顶部空隙较大，压力对象时间常数大， 而氮的压力控制精度要求不高的实际情况，存在一个不灵敏区是 允许的。
当采用分程控制后，最小流量和最大流量分别为： Qmin=QAmin+QBS=4/30+0.02=0.153；Qmax=QAmax+QBmax=4+100=104 因此此两阀组合在一起的可调范围将扩大到R=104/0.153≈680»30。
分程控制应用之二
满足工艺上操作的特殊要求（异向分程） 例1的间歇聚合反应器的温度控制就是这样的情况
补偿原理：
Tm f1 Tm f2 f1 u f2 u
若
3 Tm Tm f1 f2
阀开度(%)
100
“A”
“B”
0 0.02
0.04
0.06
0.10
调节阀气动信号（MPa）
f1 3 f2 u u
例2：贮罐气封分程控制系统
排空 气关阀 “B”
N2
分程与阀位控制系统
本讲主要内容
分程控制的特点与适用场合； 分程区间的确定方法； 阀位控制的概念与设计方法。
例1：间歇聚合反应器的控制问题
T
Y
冷水
“A”
蒸汽
“B”
控制要求：反应开始前，需要用蒸汽加热以达到反应所需 的温度；当反应开始后，因放出大量反应热，需要用冷水 进行冷却。要求全过程自动控制反应器的温度，怎么实现？
问题： （1）协调两调节阀的动作； （2）如何避免两调节阀的频繁开闭以减少N2用量?
图中所用的仪表均为气动仪表，A阀选择气开阀，B阀 选择气关阀，控制器具有反作用，采用PI控制规律 。
贮罐气封分程控制系统 分程动作过程
阀开度(%) 气
关 阀 气开阀
100
“B”
“A”
0 0.02
0.058 0.062