第四章 过程控制装置
现代电网运行技术(第四章安控装置)
信号处理与传输过程
处理后的数字信号通过内部总线传输到控制单 元，控制单元根据预设的控制策略进行分析和
判断。
安控装置的状态信息和电网实时信息通过通信单元上 传到上级调度中心，实现远程监控和操作。
采集单元将采集到的模拟量转换为数字信号， 并进行必要的滤波和处理，以消除干扰和噪声 。
控制单元根据分析结果发出控制指令，控制指令 通过内部总线传输到执行单元，执行相应的操作 。
03
安控装置在电网运行中的 应用
电力系统稳定控制
01
02
03
负荷控制
通过安控装置实时监测电 网负荷，采取相应措施如 切负荷等，确保电力系统 稳定运行。
频率控制
安控装置能够监测电网频 率，通过自动调整发电机 出力等方式，维持系统频 率在允许范围内。
电压控制
通过安控装置对电网电压 进行监测和调整，保证电 压质量，提高电力系统的 稳定性。
安控装置在电网运行中的应用案例
通过多个实际案例，分析了安控装置在电网运行中的应用情况，包括在不同场景下的应用效果和 存在的问题。
学员心得体会分享
加深了对安控装置的理解
通过本次课程的学习，我对安控装置有了更深入的了解， 包括其基本概念、工作原理和在电网运行中的应用等。
提高了分析和解决问题的能力
在学习过程中，我通过分析案例和模拟实验等方式，提高了自己 分析和解决问题的能力，对今后的学习和工作有很大的帮助。
现状
目前，安控装置已经成为电力系统不可或缺的一部分，广泛 应用于发电、输电、配电等各个环节。同时，随着新能源、 智能电网等技术的快速发展，安控装置也在不断升级和完善 ，以适应电网运行的新需求和新挑战。
在电网运行中的重要性
保障电网安全稳定运行
过程控制-4.7-选择控制
虑“脱火”又考虑“回火”的保护问题，就可以设计一个混合型选择系统来进行解决。
PT1
PC1
蒸汽
PA
PC2
PB
PC
LS
PC3
供水
PY PT2 V
图3 混合型选择控制系统
PT3
燃料气
3、混合型选择性控制系统（示例）
产生积分饱和的原因
1、控制系统中控制器具有积分控制规律； 2、控制器输入偏差长期存在得不到补偿。
选择性控制系统
防止积分饱和方法
1、限幅法 通过专门的技术措施对积分反馈信号加以限制（电动Ⅱ 型仪表、电动Ⅲ 型仪表中有专门设计的限幅控制器
2、外反馈法
在控制器处于开环状态时，借用其它相应信号对控制器 进行积分外反馈来限制积分的作用
PT1
蒸汽
PC1
PA
PC2
LS PB PY
供水
PT2
图2
V
图中，PC1，PC2 均为反作用，其中 PC1为正常情况下 工作的控制器， PC2为非正常情况 下的控制器，而且 是窄比例的（即比 例放大倍数很大）。
燃料气
蒸汽压力与燃料气压力选择控制系统
选择性控制系统
控制方案： 在正常情况下，燃料气压力低于产生脱火的压力（即低于给定植），PC2感受到的是负偏差，
控制方案： 在本方案中增加了一个带下限接点的压力控制器PC3和一个三通电磁阀。当燃料气压力正常时， PC3下限接点是断开的，电磁阀失电，低选器LS输出直通控制阀，此时系统的工作情况与图2相 同。一旦燃料气压力下降到低于下限值，PC3下限接点接通，电磁阀得电，于是便切断了低选器 LS至控制阀的通路，并使控制阀的膜头与大气相通，膜头压力将迅速下降到0，于是控制阀将关 闭，以防止“回火”的产生。当燃料气管线压力慢慢上升到正常值时，PC3接点又复断开，电磁
过程装备控制技术及应用(1)
比较自动控制与人工控制：在自动控制系统中，测量仪表,控制 仪表，自动调节阀分别代表了人工控制中人的观察，思考和手动操 作，因而大大降低了人的劳动强度；同时由于仪表的信号测量、运 算、传输、动作速度远远高于人的观察，思考和操作过程，因此自 动控制可以满足信号变化速度快，控制要求高的场合 。 1.2.2 控制系统的组成 从上面锅炉汽包水位的自动控制系统中可以看出，一个自动控 制系统主要由两大部分组成：一部分是起控制作用的全套自动控制 系统，它包括测量仪表，变送器，控制仪表以及执行器等；另一部 分是自动控制装置下的生产设备，即被控对象如锅炉、反应器、换 热器等。图1－1（b）中，锅炉、差压便送器、调节器、执行器等 构成了一个完整的自动控制系统。系统各部分的作用如下。 被控对象 ：在自动控制系统中，工艺变量需要控制的生产设备 或机器称为被控对象，简称对象。在化工生产中，各种塔器、反应 器、泵、压缩机以及各种容器。贮罐、贮槽、甚至一段输送流体的 管道或复杂塔器（如精馏塔）的某一部分都可以是被控对象。图1 －1的锅炉即为汽包水位控制系统中的被控对象。
过程装备控制技术及应用
机械工程学院：冯小康
前
言
《过程装备控制技术及应用》课程是经全国高等学校化工类及 相关专业教学指导委员会化工装备教学指导组讨论决定，确定为 “过程装备与控制工程”专业的核心课程之一。本专业学生通过该 课程的学习，可以将过程机械、计算机自动测试、控制、自动化等 方面的知识有机地结合在一起，培养学生成为掌握多学科知识与技 能的复合型人才。
（3）自动操纵系统 ： 这是一种根据预先规定的程序，自动的 对生产设备进行某种周期性操作，极大地减轻操作人员的繁重或重 复性体力劳动的装备。例如，合成氨造气车间煤气发生炉的操作就 是按照程序自动地进行的，如自动进行吹气、上吹、下吹制气、吹 净等步骤，周期性地接通空气与水蒸气实现自动操纵。 （4）自动控制系统： 利用一些自动控制仪表及装置，对生产 过程中某些重要的工艺变量进行自动调节，使它们在受到外界干扰 影响偏离正常状态后，能够自动地重新回复到规定的范围内，从而 保证生产的正常进行。
电子教案与课件：《过程控制及自动化仪表》电子课件 第四章 4.2
多转式电动执行机构的输出轴输出各种大小不等的 有效圈数，通常用于推动闸阀或由执行电动机带动 旋转式的调节机构，如各种泵等。
控制阀
1 控制阀（调节阀）结构
控制阀是一个局部阻力可以改变的节流元件。由 于阀芯在阀体内移动，改变了阀芯与阀座之间的流 通面积，即改变了阀的阻力系数，被调介质的流量 也就相应地改变，从而达到调节工艺参数的目的。
(f) 蝶阀
又名翻板（挡板）阀，如图411(f) 所示。它是通过杠杆带动挡板轴使挡 板偏转，改变流通面积，达到改变流 量的目的。蝶阀具有结构简单、重量 轻、价格便宜、流阻极小的优点，但 泄漏量大。适用于大口径、大流量、 低压差的场合，也可以用于浓浊浆状 或悬浮颗粒状介质的调节。
(g) 隔膜控制阀
执行机构 气动执行器的执行机构和机构主要分为薄膜式和活塞式。
薄膜式
活塞式
正作用形式: 信号压力增大, 推杆向下。 反作用形式: 信号压力增大, 推杆向上。
这种执行机构的输出位移 与输入气压信号成比例关系。 当压力与弹簧的反作用力平衡 时,推杆稳定在某一位置,信号 压力越大,推杆的位移量也越 大。(推杆的位移即为执行机 构的直线输出位移,也称行 程。)
气动：
气动执行器的执行机构和调节机构是统 一的整体，其执行机构有薄膜式和活塞式两 类。活塞式行程长，适用于要求有较大推力 的场合，而薄膜式行程较小，只能直接带动 阀杆。化工厂一般均采用薄膜式。（习惯称 为气动调节阀)是用压缩空气为能源，结构简 单、动作可靠、平稳、输出推动力大、维修 方便、防火防爆、价格较低、广泛应用于化 工、炼油生产。
正作用：阀芯向下，阀杆向下，流通面积 减少。
[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。
过程装备控制技术及应用课程教学大纲
《过程装备控制技术及应用》课程教学大纲课程编号：04021006课程名称：过程装备控制技术及应用英文名称：Control Technique and Application of Process Equipment课程类型：必修课课程性质：专业课总学时：48 讲课学时：42 实验（实践）学时：6学分：3适用对象：过程装备与控制工程专业全日制本科生先修课程：普通物理、电工与电子技术基础、大学计算机基础、化工原理一、编写说明（一）制定大纲的依据依据教育部过程装备与控制工程专业教学指导分委员会制定的过程装备与控制工程专业培养方案，并参照本学科专业人才培养规格与培养模式的要求进行编写。
（二）课程简介本课程主要讲授过程装备控制系统组成、结构、分类及性能指标；被控对象特性、简单控制系统和复杂控制系统；压力、温度、流量、液位、物质成分等参数的测量原理、方法及应用；传感器、过程控制变送器、调节器、执行器；计算机控制系统，先进控制系统；典型过程控制系统应用方案；培养“过程—装备—控制”一体化的复合型专业技术人才。
（三）课程的地位与作用本课程是过程装备与控制工程专业的主干专业课程之一，可以使本专业的学生将过程工艺、过程机械、计算机自动测试、控制、自动化等方面的知识有机的结合在一起；培养具有多学科知识与技能的复合型人才；本课程与其他专业课程（化工原理、过程设备设计、过程流体机械）互相联系，构成过程装备与控制工程的主干专业课程体系。
（四）课程性质、目的和任务课程性质：过程装备与控制工程专业（本科）的主干专业课程。
课程目的：通过教学过程使学生掌握过程控制的基本理论、过程检测技术方法及检测仪表、过程控制装置组成、工作原理及技术性能、化工过程典型控制系统应用方案。
课程任务：培养学生对过程装备进行控制方案分析、控制系统设计及先进控制技术的应用和开发能力。
（五）与其他课程的联系本课程学习需具备微机原理及电子技术基础知识，与其他课程（化工原理、过程设备设计、过程流体机械等）互相联系、渗透，相辅相承，构成专业课程体系。
过程控制-第四章
> 分类
气动调节阀 按使用能源分 电动调节阀 液动调节阀 直行程 角行程 P→l→Q I→l(θ)→Q
气动调节阀（广泛应用） 优点：以压缩气体为能源，结构简单、动作可靠稳定、输出力 大、安装维修方便、价格便宜、防火防爆 缺点：响应时间大、信号不适于远传 电动调节阀 优点：动作较快、特别适于远距离的信号传送、能源获取方便 缺点：价格较贵、一般只适用于防爆要求不高的场合
根据流体通过调节阀时对阀芯的作用方向，分为流开阀和流闭阀。 根据流体通过调节阀时对阀芯的作用方向，分为流开阀和流闭阀。 流开阀 流开阀稳定性好，有利于控制，一般情况下多采用流开阀。 流开阀稳定性好，有利于控制，一般情况下多采用流开阀。 阀芯有正装和反装两种形式。阀芯下移时， 阀芯有正装和反装两种形式。阀芯下移时，阀芯与阀座间的流通截 面积减小的称为正装阀；反之为反装阀。 面积减小的称为正装阀；反之为反装阀。
1.
定义
不同单位制下流量系数的定义不同。采用国际单位制时，流 量系数定义为：
在调节阀全开，阀前后压差为100kPa，流体密度为1g / cm3 (5 ~ 40o C的水) 时，每小时通过阀门的流量数（m3）。
例：若调节阀全开时，阀前后压差为400KPa，每小时通过的清水 400 KPa 流量为100m3 ,问阀的流量系数KV 为多少？ Q 100 解：KV = = = 50 ∆P 4 1 ρ
（4-7）
式中，Qmax ——总管最大流量； Q1min ——调节阀最小流量； Q2 ——旁路流量。
>并联管道时的实际可调比
Rr = Qmax Q1min + Q2 （4-7）
令x为调节阀全开时的流量与总管最大流量 之比，即： Q x = 1max Qmax
过程装备控制技术及应用复习题1-10页
《过程装备控制技术及应用》（本）课后复习题第一章控制系统的基本概念一、填空题1、评定过渡过程的性能指标主要有。
2、自动控制系统按设定值的不同形式可分为、、等控制系统。
3、过程控制系统基本组成是、、和等环节。
二、判断题1、系统的过渡时间短，则调节系统能及时克服干扰作用，调节质量就越高。
（）2、余差是指调节过程结束后，被调参数稳定值与测量值之差。
（）三、选择题1、系统的衰减一般为时最好。
A．20︰1 B. 8︰1 C. 4︰12、系统过渡过程中的最大偏差是指调节过程中出现的最大差值。
A．被调参数指示值与给定值的 B. 被调参数指示值与测量值的C. 新的稳定值与给定值的四、简答题1、在阶跃扰动作用下，自控系统的过渡过程有哪些基本形式？其主要品质指标有哪些？2、化工自动化主要包括哪些容？3、自动控制系统主要由哪些环节组成？4、图1-1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。
图1-1 某列管式蒸汽加热器控制流程图[P16，图1-17]5、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？6、图1-2为一组在阶跃扰动作用下的过渡过程曲线。
⑴指出每种过程曲线的名称。
⑵试指出哪些过程曲线能基本满足控制要求？哪些不能？为什么？图1-2 过渡过程曲线7、试画出衰减比分别为n<1,n=1,n>1,n→∞时的过度过程曲线？五、计算题某化学反应器工艺规定操作温度为(800±10)℃。
为确保生产安全，控制中温度最高不得超过850℃。
现运行的温度控制系统，在最大阶跃扰动下的过渡过程曲线如图1-3所示。
⑴分别求出最大偏差、余差、衰减比、过渡时间(温度进入按±2%新稳态值即视为系统已稳定来确定)和振荡周期。
⑵说明此温度控制系统是否满足工艺要求。
图1-3 温度控制系统过渡过程曲线第二章过程装备控制基础一、填空题1、按对象静态特性选择调节参数时，调节通道放大倍数越大，则克服干扰能力就越。
第四章执行器
§4.3 执行器
本节主要内容:
气动薄膜执行器的结构、类型及使用场合 ▲ 气动执行器 控制阀的流量特性
▲电动执行器
控制阀的选择（ ▲ 阀门气开、气关的选 择原则）
▲电气转换器及电气—阀门定位器
●执行器的分类 （按能源形式）
气动执行器： 结构简单、动作可靠、平稳、输出 推力大、 （最常用） 维修方便、防火防爆、价格低廉
①执行机构
气动执行器
薄膜式：结构简单，价格便宜，维修
方便，应用广泛。中小口径（薄膜
20-100kPa）
活塞式：适用于大口径，高静压、高压差的控制
阀或蝶阀的推动装置。（汽缸0.5MPa） 行程规格：25-100mm 带阀门定位器，适合控制质量高的系统
长行程：适 矩用 的于 场输 合出 ，转 如角 用（ 于蝶0°阀～或9风0°门）的和推有力力装
使用场合
结构简单、泄漏量 小、易于保证关闭、 流体对阀芯上、下
小口径、低 压差
的推力不平衡
不平衡力小、泄漏 最为常用 量大、
流路简单、阻力较 小
现场管道要求直 角联接、高压差、 介质粘度大、含 有少量悬浮物和 颗粒状固体
有三个出入口与工 艺管道联接，可组 成分流与合流两种 型式
配比控制或旁路 控制
各种控制阀的结构、特点及使用场合
d( Q )
Qm ax k ( Q )1
d( l )
Qm ax
L
五 控制阀的工作流量特性 对理想流量特性的影响？ ①串联管道的工作流量特性
△P=△P1+△PV 阀权度 S= △PV（全开）
△P
S=1时，是理想特性 工作时S＜1，一般S选0.3～0.5
过程控制仪表及装置PPT课件
抛物线流量特性 3.3 7.3 12 18 26 35 45 57 70 84 100
当相对位移1变00化 0时， 所引起的相对流量的变化量为：
(1R 1)(L l)9.6700 所引起的相对流量的变化率为（以下面几点为例）：
相对 10 0 时 0位 2 .1 7 2 移 1 3 1 30 为 0 0 7 0 0 0 5 相对 50 0 时 0位 6 .3 5 1 . 移 7 5 1 .7 1 1为 0 0 0 1 0 0 0 9 相对 80 0 时 0位 9 .3 8 0 移 .6 8 0 .6 0 1为 0 0 0 1 0 0 01 [说明]：直线流量特性调节阀在小开度工作时，其相对流量
模拟式：传输信号为连续变化的模拟量 基地式、单元组合式、组建组装式
数字式：传输信号为断续变化的数字量 以微型计算机为核心，功能完善、性能优越
供应基地式气动液位 指示调节仪
供应基地式气动温度 指示调节仪
根据动力能源形式的不同，分三大类： 气动执行仪表：（以压缩空气为能源） 特点：结构简单，维修方便，价格便宜，防火防爆。
2 调节机构（调节阀） 局部阻力可变的节流元件
a 分类
大口径的调节阀 一般选用双座阀，其 所需推力较小，动作 灵活，但泄漏较大。
小口径的调节阀 一般选用单座阀，其 泄漏较小。
电动Ｖ型球阀 直行程电动套筒调节阀 电动调节蝶阀
电动三通合流(分流) 调节阀
气动蝶阀
三通球阀
b 流通能力C
调节阀全开，阀差前为 0后 .1M压 P、 a 流体 重量1为 g/cm3时，每小时通过流阀体门流的量 单位 m3或kg。
电动执行仪表：（以电为能源） 优点：能源取用方便，信号传输速度快，传输距离远， 便于信号处理。 缺点：结构复杂，推力小，不太适用于防爆场合（Ⅲ型 仪表已采用了安全防爆措施）。
过程控制装置
• 变送器 • 调整器 • 运算器——乘除器、开方器、积算仪 • 执行器——气动执行器
执行器接受来自调整器旳控制信号，由执行机构将其转换成相 应旳角位移或直线位移，去操纵调整机构（调整阀），变化控制量， 使被控变量符合预期要求。
4.4执行器
关键点：
气开、气关 阀（芯）构造及其特点 流量系数 Kv 可调比R 流量特征 （要点2种） 阀门定位器（了解） 执行器旳简朴计算 安装
也可采用侧进底出。但侧进底出在小开度时 易发生振荡。
5. 角形阀还合用于工艺管道直角形配管旳场合。
常用调整阀构造示意图及特点——三通调整阀
合流三通调整阀
三通调整阀：
1. 阀体有三个接管口，合用于三个方向流体旳
管路控制系统，大多用于热互换器旳温度调 整、配比调整和旁路调整。
2. 在使用中应注意流体温差不宜过大，一般不
执行器在自控系统中旳作用：接受调整器（计算机）输出旳控制信号， 使调整阀旳开度产生相应变化，从而到达 调整操作变量流量旳目旳。
执行器是控制系统必不可少旳环节。 执行器工作，使用条件恶劣，它也是控制系统最单薄旳环节 原因：执行器与介质（操作变量）直接接触
(强)腐蚀性、(高)粘度、(易)结晶、 高温、深冷、高压、高差压
气源 PO
气源PO
气动执行机构旳动态特征为一阶滞后环节。其时间常数旳大小与薄 膜气室大小及引压导管长短粗细有关，一般为数秒到数十秒之间。
气动活塞式执行机构基本构造和工作原理
基本部件：活塞和气缸
P1
活塞在气缸内随活塞两侧压差而移动
两侧能够分别输入一种固定信号和一种 变动信号，或两侧都输入变动信号。
大旳特点。
它合用于阀两端压差较大，泄漏量要求不高旳洁 净介质场合，不合用于高粘度和含纤维旳场合。
DCS控制系统基础知识
DCS控制系统
2013
内容提要
第一章 DCS控制系统 DCS控制系统简述 DCS控制系统的发展史 CENTUM-CS3000控制系统的构成及字母代号 DCS控制系统的特点 第二章 简单控制系统 概述 简单控制系统的几大参数 三种控制器的比较
内容提要
第三章 复杂控制系统 概述 串级控制系统 前馈控制系统 比值控制系统 分程控制系统 选择控制系统 三冲量控制系统 第四章 过程控制系统 -控制系统的投运 控制系统操作中的常见问题
集散型控制系统的体系结构
操作站、工程师站和上位计算机构成集中管理部分；现场监测站、现场控制站构成分散控制部分；通信网络是连接集散系统各部分的纽带,是实现集中管理、分散控制的关键，
第三节 CENTUM-CS控制系统的构成字母代号
CENTUM-CS系统构成
第三节 CENTUM-CS控制系统的构成及字母代号
第四节 串级控制系统
例：联合尾气焚烧炉炉温控制
第二节 串级控制系统
串级控制系统采用两套检测变送器和两个调节器,前一个调节器的输出作为后一个调节器的设定,后一个调节器的输出送往调节阀， 前一个调节器称为主调节器,它所检测和控制的变量称主变量 主被控参数 ,即工艺控制指标；后一个调节器称为副调节器,它所检测和控制的变量称副变量 副被控参数 ,是为了稳定主变量而引入的辅助变量， 整个系统包括两个控制回路,主回路和副回路，副回路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成；主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成， 一次扰动：作用在主被控过程上的,而不包括在副回路范围内的扰动， 二次扰动：作用在副被控过程上的,即包括在副回路范围内的扰动，
调节通道滞后较小、负荷变化不大、工艺参数不允许有余差的系统，
高中通用技术：第四章 控制与设计 教案
第四章控制与设计（一）本章重点知识阐述：（1）控制是人们根据自己的目的，通过一定的手段，使事物沿着某一确定的方向发展。
这里所说的手段就是控制技术。
（2）简单的控制系统由两部分组成，即被控对象和控制装置。
其中的控制装置，包括传感器、控制器、执行器等环节，对于闭环系统来说，还包括反馈环节和比较环节。
（3）闭环控制系统是信息流经一个闭合环路，在其系统中将输出信息反传给比较环节的做法，称之为反馈。
开环控制系统是信息总是自输入端单向传至输出端，不存在信息逆向流动，也就不存在闭环。
（4）干扰就是控制系统的外部环境或条件对系统的工作准确性产生的影响，这种影响越小越好。
分析一个控制系统的干扰因素要分析控制系统易受到其外部环境或条件中的哪些因素的影响。
（5）控制系统的运行调试通常有以下几方面的内容，即：系统的试运行、系统参数的调整、其他问题的发现与解决。
（6）控制系统的评价与优化通常有以下几个方面内容，即系统方案的评价与优化，系统制作水平的评价与优化，系统的总体评价与优化等。
（二）基础知识再现：1、信息流经一个闭合环路，这类系统称之为。
此系统中将输出信息反传给比较环节的做法，称之为。
2、闭环控制系统与开环控制系统，是两类不同的系统。
从构成形式上看，二者的不同表现为。
从本质上讲，二者的不同在于。
3、简单的控制系统由两部分组成，即和。
其中的控制装置，包括传感器、控制器、执行器等环节，对于闭环系统来说，还包括环节与环节。
4、开环控制系统的结构和原理比较简单，信息从输入端传到输出断，仅有一条路径。
它的最大缺点是不高；闭环控制系统的结构较为复杂，信息流经的路径有两条，它可以有较高的和较强的性能。
5、控制系统框图中，信息流经的路径叫做，对于闭环控制系统来说，有两个基本通道，那就是和。
6、在控制系统中，将控制器的信号转换成能影响被控对象的信号的装置，称为。
7、在人体温度控制系统中，皮肤相当于。
8、就是控制系统的外部环境或条件对系统的工作准确性产生的影响。
《过程控制》
《过程控制》课程笔记第一章概论一、过程控制系统组成与分类1. 过程控制系统的基本组成过程控制系统主要由被控对象、控制器、执行器、检测仪表四个部分组成。
（1）被控对象：指生产过程中的各种设备、机器、容器等，它们是生产过程中需要控制的主要对象。
被控对象具有各种不同的特性，如线性、非线性、时变性等。
（2）控制器：控制器是过程控制系统的核心部分，它根据给定的控制策略，对检测仪表的信号进行处理，生成控制信号，驱动执行器动作，从而实现对被控对象的控制。
控制器的设计和选择直接影响控制效果。
（3）执行器：执行器是控制器与被控对象之间的桥梁，它接收控制器的信号，调节阀门的开度或者调节电机转速，从而实现对被控对象的控制。
执行器的响应速度和精度对控制系统的性能有很大影响。
（4）检测仪表：检测仪表用于实时测量被控对象的各项参数，如温度、压力、流量等，并将这些参数转换为电信号，传输给控制器。
检测仪表的准确性和灵敏度对控制系统的性能同样重要。
2. 过程控制系统的分类根据控制系统的结构特点，过程控制系统可以分为两大类：开环控制系统和闭环控制系统。
（1）开环控制系统：开环控制系统没有反馈环节，控制器根据给定的控制策略，直接生成控制信号，驱动执行器动作。
开环控制系统的优点是结构简单，成本低，但缺点是控制精度较低，容易受到外部干扰。
（2）闭环控制系统：闭环控制系统具有反馈环节，控制器根据检测仪表的信号，实时调整控制策略，生成控制信号，驱动执行器动作。
闭环控制系统的优点是控制精度高，抗干扰能力强，但缺点是结构复杂，成本较高。
二、过程控制系统性能指标1. 稳态误差：稳态误差是指系统在稳态时，输出值与设定值之间的差值。
稳态误差越小，表示系统的控制精度越高。
稳态误差可以通过调整控制器的参数来减小。
2. 动态性能：动态性能是指系统在过渡过程中，输出值随时间的变化规律。
动态性能指标包括上升时间、调整时间、超调量等。
动态性能的好坏直接影响到系统的响应速度和稳定性。
过程控制第四章执行器
可压缩流体，在调节阀内其体积由于压力降低而
膨胀，密度减小，引入膨胀系数Y以修正气体密度
的变化
Y 1 x 3Fk X T
温度压力变化引起气体密度变化，引入压缩系数Z 进行修正
Z p1
1RT1
低雷诺系数修正
流量系数都是在湍流的情况下测定的，非湍流 情况需要进行修正。
直流单座阀、套筒阀、球阀
Re 70700 QL vC
气开、气关式选择
主要考虑生产安全的需要
流量特性选择
主要考虑生产过程的特性
口径的选择
主要考虑工艺需要的流量大小
50%
（60-50）/50=20%
80%
（90-80）/80=12.5%
等百分比
（6.58-4.68）/4.68=41% （25.7-18.2）/18.2=41% （71.2-50.6）/50.6=41%
直线特性在小开度时控制作用强，开度越大控制作用越弱 对数特性大小开度的控制作用一样强
调节阀的工作流量特性
流过阀门的相对流量q＝Q/Q100与阀门的 相对开度l＝L/L100之间的关系q＝f(l)。
只与阀芯的形状有关。
直线特性 q (1 1 )l 1 RR
对数特性 q R(l1)
快开
直线
R=Qmax/Qmin为调节阀的可调比
对数/等百 分比
阀门的控制作用
流量变化 相对值
直线
10%
（20-10）/10=100%
一般流体产生阻塞流的条件：
x Fk X T 未产生阻塞流 x Fk X T 产生阻塞流
Fk＝k/kair k： 可压缩流体的绝热指数 kair ：可压缩流体的绝热指数
不可压缩流体流量系数的修正
《过程控制原理及应用》阶段练习题—3
《过程控制原理及应用》阶段练习题—3第三章 过程检测技术3.1 检定一只量程为5A 的电流表，结果如下：（1）试求仪表各示值的绝对误差﹑ 实际相对误差﹑示值相对误差和引用误差。
（2）确定仪表的精度等级。
解：（1）取ΔI 为绝对误差， δI 为相对误差， δIr 为示值相对误差，q 为引用误差。
相应各值如下表所示：（2）由于 q max =q 1=2.0 因此该仪表的精度等级为2。
3.2 某台测温仪表的测温范围为0~500℃，校验该表时得到的最大绝对误差为±3℃。
试确定该仪表的精度等级。
解：该仪表的最大引用误差为：国家规定的精度等级中没有0.6级仪表，而该仪表的最大引用误差超过了0.5级仪表的允许误差，故该台仪表的精度等级应为1.0级。
3.3 现有精度等级为1.5级，2.0级各2.5级的三块仪表，测量范围分别为0~ 100 ℃，-50~550 ℃和-100~500 ℃。
现需测量500 ℃左右的温度，要求测量的相对误差不超过2.5%，选用哪块仪表比较合适？%6.05003%100max max ±=±=⨯∆=N x δ解 ： 测量所允许的最大误差为Δt max =500×2.5%=12.5℃1.5级仪表测量范围上限只有100 ℃，直接排除之。
2.0级仪表所允许的最大误差为Δt max,2=（550+50）×2.0%=12℃2.5级仪表所允许的最大误差为Δt max,3=（500+100）×2.5%=15℃故只有2.0级满足Δt max,2＜Δt max 的情况。
因此，测量500℃左右的温度，应选2.0级量程是-50~550 ℃的仪表。
3.4 已知被测压力在范围0.7~1MP 内波动，要求测量的绝对误差不得超过0.02MPa ，试选定弹簧管压力计的量程和精度等级。
可供选用的压力计量程系列为：0~0.6MPa ；0~1MPa ；0~1.6MPa ； 0~2.5MPa. 解：因为压力有波动，故仪表上限应大于最大工作压力的3/2，即MPa N 5.1)2/3(1=⨯>为了满足测量精度的要求，被测压力的最小值不应低于满量程的1/3，即MPa N 1.237.0=⨯<故应选择量程范围为0~1.6MPa 的压力表。
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根椐流体的连续性定律，在稳定状态下，单位时间内流过气阻 R1的气体质量流量qm1，必定等于单位时间内流过气阻 R2的气体质 量流量qm2。若在气阻前后的气体密度 ρ 不变，则有
6～10倍。所以，这种放大器是能将压力与气量都同时进行放大的功 率放大器。 ②气动差压变送器 由测量部 分和气动转换部分组成。图4－10 给出了单杠杆式气动差压变送器的 结构简图，其放大器采用气动放大 器，反馈部分采用反馈波纹管，杠 杆系统为单杠杆。
过程装备控制技术 及应用
过控教研室
第置与被控对象构成了过程控制系统的 基本要素。过程式控制装置必须由测量变送单元、调 节器和执行器（如调节阀）三个环节组成 。由于工业 过程式的复杂性，在进行过程控制系统设计时，必须 根据过程特性和工艺要求，通过合理选用过程检测控 制装置组成自动控制系统，并通过调节器 PID 参数的 整定，使系统运行在最佳状态，从而实现对生产过程 的最优控制。
4.3.1 气动执行器
4.3.2 电动执行器
附录一 本章的重点和难点 一、本章的重点 1、第一节的“4.1.1 差压变送器”中的“（1）气动差压变送 器”； 2、第一节中的“4.1.2 防爆安全栅”; 3、第二节中的“（2）气动调节器”； 4、第三节中的“4.3.1 气动执行器”。 二、本章的难点 1、气动差压变送器的结构及其工作原理； 2、气动差压变送器中的功率放大器的结构及其工作原理； 3、调节阀的流量特性。
9也产生微小位移S。因此挡板与喷嘴间的距离发生变化，其变化量 再通过放大器10转换并放大为20～100kPa的输出压力，这就是变送 器的输出信号。
在自动化仪表与自动化系统中，经常把输出信号经过一些环节 后引回到输入端，这个过程称为反馈。如果反馈信号是加强输入的
4.1.2 防爆安全栅
R
p qV
（4－1）
式中 △p —— 气阻前后的压降； q V —— 流过气阻的体积流量； R —— 气阻值。 气容 凡是在气路中能贮存或释放出气体的气室称为气容。气 容在气动仪表中起缓冲、防止振荡的作用，与电容在电路中的充放 电作用相类似。通常用气容 C 来定量的表示气室贮存空气量的能力。 所谓气容就是指改变单位压力所需要的气体的体积流量。可表 示为 qV dt （4－2） C
量与其两端压力差不成线性关系的气阻称为非线性气阻，如图4－2 （c）所示的恒气阻和图4－3（b）所示的变气阻，这时通过气阻的 气流呈紊流状态。线性气阻与非线性气阻的差别基本上是由流体的 流动状态所决定的。一般情况下，当气阻前后的压差足够小时，所 有气阻都可表现为线性流量关系。 气阻对空气流动阻碍的程度，一般用气阻值 R 来定量表示。在 一般情况下，线性气阻的气阻值的大小等于每增加单位体积流量的 气体所需要增加的压力差，即
正常的工作电流值。在现场发生
图 4－27 齐纳安全栅的原理图
4.1.3 温 度 变 送 器
热电偶温度变送器的工作原理介绍如下。
4.1.4 变送器与电源的连接方式
4.2.1 调节器的调节规律的实现方法
4.2.2 PID 调节器的硬件结构 （1）PID 调节器的组成及原理
变气阻是指流通截面积可以调整的节流元件，其气阻值可以随 意改变。变气阻的结构形式很多，常见的结构形式如图4－3所示。 如果在气阻的两端加上一个压力差，就有一定流量的气体流过 气阻。流过气阻的气体流量与其两端压力差之间的关系，称为气阻 的流量特性。 流过气阻的气体流量与其两端压力差成线性关系的气阻称为线 性气阻，如图4－2（a）、（b）所示的恒气阻和图4－3（a）所示 的变气阻，这时通过气阻的气流为层流状态。而流过气阻的气体流
4.1 变送器 4.2 调节器 4.3 执行器 附录一：本章的重点和难点 附录二：思考题与习题
4.1
变送器
变送器是单元组合仪表中不可缺少的基本单元之一。在测量元 件将压力、温度、流量、液位等参数检测出来后，需要由变送器将 测量元件的信号转换为一定的标准信号（如4～20mA直流电流）， 送往显示仪表或调节仪表进行显示、记录或调节。变送器的类型很 多，主要有：压力变送器、差压变送器、温度变送器、流量变送器、 液位变送器等。本章主要分析差压变送器和温度变送器。
（1）气动差压变送器 气动差压变送器主要利用了力平衡原理，其敏感元件为膜片或 膜盒。主要用于测量液体、气体或蒸汽的压力、差压、流量、液 位等物理量。气动差压变送器可以将压力信号 p 成比例地转换成 20～100kPa的统一标准气压信号，送往气动单元组合仪表的调节 器或显示仪表进行调节、指示和记录。在分析气动差压变送器之 前，先讨论一下气动仪表中常遇到的气动元件与组件。 ①气动元件及组件 气动元件和组件按照一定的规律和原则 构成了气动仪表。常见的元件有气阻、气容。常见的组件有组容 耦合组件、喷嘴-挡板机构、功率放大器等。 气阻 气体流过节流元件时，会受到一定的阻力，这种节流 元件叫做气阻。气阻的作用和电阻相似，它在气动仪表中阻碍气 体的流动，起着降压（产生压力降）和限流（调节气体流量）的 作用。气阻按其结构可分为恒气阻与变气阻两类。 恒气阻是指流通截面积不能调整的节流元件，其气阻值不可改 变。恒气阻的结构一般有三种形式，如图4－2所示。
因此测量部分实际上已将对压力的测量转换成对输入力 F i 的测 量了。输入力 F i 作用于主杠杆 5 的下端，对支点（即轴封膜片4） 产生一个顺时针方向的偏转。与此同时，变送器输出信号 p 0引入反 馈波纹管7内，并产生一个反馈力 F f，也作用于主杠杆上，使主杠 杆对支点产生一个逆时针方向力矩 M f，这样主杠杆上作用着两个力 矩M i和M f。这两个力矩决定着主杠杆的运动状态。当两者相等时， 主杠杆就处于平衡状态，喷嘴挡板间的距离就不再改变。两者不等 时， M i和M f之差使杠杆系统产生一极小角度α的偏转，这就使挡板
4.1.1差压变送器 差压变送器用来把差压、流量、液位等被测参数转换成为统一 标准信号，并将此统一信号输送给指示、记录仪表或调节器等，以 实现对上述参数的显示、记录或调节。根据敏感元件的类型不同， 可分为膜盒式差压变送器、电容式差压变送器等型式。 按照变送器的驱动能源来分有气动变送器和电动变送器，以压 缩空气为驱动能源的是气动变送器；以电力为能源的便是电动变送 器。变送器的理想输入输出特性成线性关系。如图4－1所示。
附录二
dp
气容分为固定气容和弹性气容两种，如图4－4所示。在固定气 容中气室压力可变而容积不变，而在弹性气容中气室压力和容积 均可变化。在气动仪表中，很少单独使用气容，往往是由气容和 气阻组成阻容耦合组件使用。
阻容耦合组件 常见的阻容耦合组件有节流通室和节流盲室。 节流通室 是由变气阻、流通气室与恒气阻串联而成的组件，如 图4－5（a）所示。