自动化专业英语翻译 PartⅤ-Ⅵ 部分 第二版 王军 重庆大学出版社

Part ⅤProcess Control

1.1过程控制的定义

术语“自动过程控制”被广泛使用，当人们学会了适应自管理程序以便有效处理产品的制造和原料加工。这样的程序被称为自动因为没有人（手动）干预是他们管理所必须的。所有过程控制系统由三个主要因素或条件构成：操纵变量，干扰，和控制变量如图5.1所示。控制变量的那些条件，入温度，液位，压力，流量，和位置，它必须保持在期望值或设置点。在过程控制里，操纵变量一边是流动量，这种流动量通常是阀门。干扰进入或影响过程趋势于控制变量远离它们的期望值或设定点条件。控制系统必须调整操纵变量到控制变量的设置点值尽管受干扰也能保持。设置点可能会改变。然而，操纵量需要改变调整控制变量以得到新的期望值。

一个过程控制系统的元素

图5.2所示一个控制系统的基本特点。在系统中显示，一个液位变送器，一个液位控制器，和一个控制阀是用于一个储罐液体液位控制过程。该控制系统的目的是保持储罐底部到规定的液面高度。它假定了流入储罐的流量是随机的。液位变送器是一个测量储罐内的液面高度转换成有用的测量信号发送到液位控制器的装置。液位控制器评估测量，比较它与预设点，过程管理的一系列校正动作发送到控制阀。阀门控制排水管的流量保持储罐中的液位。

因此，过程控制由四个元素构成：工艺，测量，评估，和控制器。图5.3显示这些元素的一个方块图。图已经显示了过程中的扰动输入或影响。没有扰乱一个工艺，也就不需要控制系统。

工艺控制

一般来说，一个工艺由设备的装配和材料组成涉及到生产操作或序列。如图5.2中的例子，在液面液位过程控制下的所涉及的部件，如一个储罐，储罐中的液体，液体的流入和流出储罐，和进口和出口管道。一个给定过程可以有许多动态变量，它可能需要控制这些所有变量。然而，在大多数情况下，只有一个变量控制在控制过程的可接受范围里。偶尔会遇到一个许多变量的多变量工艺，一些相关的管理需要。

测量

在过程中为了控制一个动态变量，必须有实体本身的信息。这些信息是从测量变量获得。

测量是指一个模拟或数字信号转换到过程变量里，如一个气动或电器阀。该装置是将过程变量的最初测量和能量转换到一个电动或者气动信号的传感器。

传感器可以被分类为液位，温度，压力，流量，位置，和分析类型。任何测量的结果是动态变量的转换到一些相应的信息里需要通过过程控制环里的其他元素。

评价

在过程控制序列里，评价了每一步的测量值，它与期望值或设置点的比较，并确定校正动作的数量存在保持自身控制。这种评估通过一个装置执行被称为控制器。控制器可以是气动，电动，或者机械设备安装在一个控制面板里或直接安装在工艺设备上。它也可以是部分

计算机通过软件执行的函数控制系统。

控制

控制元素在一个控制环里是在工艺或制造顺序上发挥直接影响的装置。这个末级控制元素在这个过程上接受一个来自控制器和操作执行比例转变的输入。在大多数情况中，这个末端控制元素将控制一个阀门调节流体流量的一个过程。驱动如电机，泵，和阻尼器也被当作控制元素。

工艺和仪表图纸

在测量和控制领域里，一套标准的符号是用来准备控制系统的图纸和工艺。所使用的符号在图纸中通常取材于ISA和ANSI标准ANSI/ISA5.1。这个标准典型的应用是工艺和仪表图纸。这种类型的图纸显示了连接工艺设备和工艺控制的仪表使用。图5.4是一个典型的部分P&ID图。

在标准的P&ID图里，工艺流程线，如图在5.4里的工艺流体和蒸汽图，使用粗实线。仪表信号线用特殊标志指出不论是信号还是气动，电气，液压，或者其他类似的。在图5.4里，两个仪表信号的类型是使用：双交叉阴影线表示蒸汽控制阀的气动信号的工艺流出控制阀门，和一个虚线表示电气控制线路之间的各种仪表。在过程控制应用里，气动信号通常在3到15psig，（例如，英镑/每平方英寸，表压），电气信号通常是直流4到20mA（毫安级）。

一个气球标志与一个封闭的字母和数字代码是表示使用仪表与工艺控制环的关系。第一个字母通常选择表示测量或控制环的初始变量。在图5.4图中的P&ID例子里，第一个字母是控制环中的温度仪表是T。接下来的字母用来代表一个读数或被动功能，或一个输出功能，或一个可以被修改的字母。例如，图5.4中明显的气球TE代表一个温度元素，和明显的TIC 是一个指示温度控制器。通常，3-或4-的数字序列表示每个环。在我们的工艺例子里（图5.4）我们用环编号是100和101。大多数小工艺用3-环编号；较大的工艺或复杂的制造厂需要四个或更多可以正确识别所有控制环的数字。

特殊图形是用于展现工艺设备和仪表。例如，图5.4中的孔板，是用来检测加热器工艺所排放出来的流量用两条平行线表示。这两个控制阀门在相同的工艺中也使用基于ISA/ANSI S5.1的特殊符号。

2.1传感器和变送器

在反馈控制系统、过程控制系统的元素定义一个单独的功能方面的部分系统。这四个基本组件的控制系统是传感器、变送器、控制器和最终控制元素。这些组件的三个基本操作每个表单的每个控制系统:测量的决定,和行动。

传感器和发射机执行测量操作的控制系统。传感器产生一种现象,机械,或像相关的过程变量,它的措施。的作用是将发射机反过来信号从传感器到需要的表单最终的控制装置。信号,因此,相关过程变量。

两个模拟标准是常用的作为一种代表范围的变量控制系统。对于电力系统我们使用范围的电流进行电线,和气动系统我们使用一系列的气体压力管道中携带。这些信号是主要用来传递变量信息在一些距离,比如,从控制室和植物。图5.9显示了一个过程——控制安装在当前用于传输测量数据对控制变量来控制房间,气体压力管道是用来传输一个反馈信号到一个阀

改变流量作为控制变量。

电流信号最常见的电流传输信号是4到20mA。因此,在前温度的例子,20℃可能用4mA代替，120℃可能用20mA代替,所有温度代表之间比例电流。增益是：略。也就是说,我们可以说,增加传感器/变送器是比输出的跨度输入的时间。

当前是用来代替电压,因为系统然后较少依赖负载。电压不用于传输,因为它容易变化的抵抗线。

气动信号最常见的标准气压信号发射机是3到15 psi。在这种情况下,当一个传感器测量些变量区间转化成了一个比例压力的气体在管。天然气通常是干燥的空气。管可能会很多数百米长,但只要没有泄漏在系统压力会传播下管。这英语系统标准仍然是广泛用于U.S尽管移动到SI单位制。相当于SI范围,将最终采用是20到100 kPa

这两个病例临床表现表明,获得的传感器/变送器是恒定的完整的操作范围。对于大多数传感器/变送器就是这样;然而,有一些姿态,如差压传感器用来测量流量,当这不是此案。一个差压传感器测量差压,h,穿过一个孔板。这个压差与广场的体积流率F。这是F2ah。

这个方程,描述了输出信号形式电子差压发射机当用来测量体积流量范围从0 ~ Fmax gpm是代表:略

从这个方程得到发射机的方法如下:略

根据定义可得：略

这个表达式显示增益不是常数而是一个函数的流。这个流量越大,增益越大。所以实际增益变化从零到两倍名义上的增益。

这一事实导致了流量控制系统的非线性。现在多数生产提供差压信号传送器内置平方根提取器产生一个班轮发射机。

动态响应的大多数传感器/变送器年代比过程快得多。因此,他们的时间常数和死时间通常可以被认为是微不足道的,因此,其传递函数给出了一个纯粹的增益。然而,当动力必须认为,这是通常的做法代表了传递函数的一阶或二阶仪器由一个系统:略

3.1数字控制

数字控制是一个系统,使用预定的指令来控制一个序列的制造业务。指令编码数值存储在某种类型的输入介质,如穿孔纸带、磁带,或共同的记忆程序存储器。指示指定诸如位置、方向、速度、和切割速度。一个部分程序包含所有的指示需要产生想要的部分。一个机器程序包含所有的指令年代需要实现所需过程。数控机器每个表单操作(比如无聊、钻孔、研磨,铣、冲压、路由、锯切、车削、绕组(线)、火焰切割、针织(服装)、铆接、弯曲、焊接和金属丝加工。

数控(NC)被称为柔性自动化,因为相对容易改变计划而改变凸轮、夹具和模板。相同的机器可以用来产生任何数量的不同部分使用不同的程序。数控工艺是最合理的,许多不同的部分是产生在一个特定的机器:它是很少用来产生一个单一的部分不断地在同一台机器上。数控是理想当一个部分或过程定义在数学上。随着使用电脑辅助设计(CAD),越来越多的过程和产品定义的数学。当我们知道他们有图纸成为不必要的,一个部分是完全定义的数学可以制造由计算机控制的机器。一个闭环数控机显示在图5.13。

数控程序始于一个规范(工程图纸或数学定义),完全定义了所需的部分或过程。一个程序员使用规范确定必要的操作序列,产生部分或携带出过程。程序员还指定了要使用的工具,切削速度,饲料利率。程序员使用一个特殊的编程语言来准备一个符号程序。APT(自动编程工具)是一种语言用于此目的。一个计算机将符号程序进入部分程序或机程序。在过去,部分或机程序是存储在纸或磁t猿。数值控制机器操作员喂带进机和监控操作。如果一个改变是必