过程控制系统与仪表复习资料

第一章绪论史艳华一．工业生产过程中自动控制系统的被控变量是温度、压力、流量、液位、成分等这样一些变量的系统，叫做过程控制系统。

电力拖动及电机运转等的自动控制一般不包括在内。

二过程控制系统组成

1.被控对象（被控过程、过程、对象）

2.变送器

3、控制器

4、执行器(种类：电动、气动、液动)

三，控制仪表及装置的分类

按信号类型分：模拟式：电动单元组合仪表DDZ-I型、DDZ-II型、DDZ-III 型、气动仪QDZ等。

四．过程控制系统的特点

1.被控对象的多样化

2.过程存在滞后

3.对象特性非线性

4.控制系统比较复杂或无法得到传递函数

五．过程控制系统的性能指标

1、衰减比和衰减率

2、动态偏差A （最大偏差）

3、调整时间 Tc (控制时间、过渡过程时间、恢复时间）

4、静态偏差C（余差、残余偏差）

六．从不同的角度划分过程控制系统的类别

按设定值的形式不同分：

定值控制系统：设定值不变；

随动控制系统：设定值是无规律变化的；

程序控制系统：设定值按生产工艺要求有规律变化。

常规过程仪表控制系统，传输信号是连续变化的模拟信号。以定值系统为主。第二章信号的联络、传输及转换

1、联络信号类型：

气动仪表：气压信号：20kPa-100kPa

2、电模拟信号的确定：

国际电工委员会（IEC）确定：4-20mA DC电流信号和1-5V DC 电压信号为过程控制系统电模拟控制信号的统一标准。DDZ-III型仪表采用。

一、模拟信号的传输方式

1、电流信号的传输

2、电压信号传输

二、电流信号传输的特点：

1、电流信号适合远传。

2、某台仪表出故障时，影响其他仪表；（解决方法:用配电器分成两路电流）

3、无公共接地点。

三、电压传输特点： 1、某台仪表故障时基本不影响其它仪表；

2、有公共接地点；

3、传输过程有电压损耗，故电压信号不适宜远传。

四、变送器与控制室仪表间的信号传输和供电方式：

1、四线制 （0-20MA ）

电源与信号分别传送。 2、两线制(4-20MA)

两条线既是信号线又是电源线。

节省电缆及安装费用，有利于防爆。

活零点。 五，配电器（作用）：

1.将输入信号转换为控制系统需要的一路或多路信号。

2.为变送器提供配电电源

3.实现变送器和调节器之间的隔离。 第三章控制系统防爆措施

产生爆炸的条件：只有当具有潜在爆炸危险的环境中，同时具备点燃源、爆炸

性物质、空气时，才可能产生爆炸。

一、本安防爆系统的条件

1、在危险场所使用本质安全型防爆仪表。

2、在控制室仪表与危险场所仪表之间设置安全栅，以限制流入危险场所的能

量。（本安防爆系统必须要有“安全栅”）

二、安全栅的作用

1、安全栅可用于传输信号。

2、限制流入危险场所的能量，以确保系统的本安防爆性能。

三、安全栅的种类： 齐纳式安全栅 隔离式安全栅

1.变压器隔离式安全栅种类：

检测端安全栅（输入式安全栅） 执行端安全栅（输出式安全栅）

第四章 变送器

2.变送器和转换器的作用： 分别将各种工艺变量(如温度、压力、流量、液

位)和电信号（如电压、电流、频率、气压信号等）转换成相应的统一标准信号，

以供显示、记录和控制之用。

3.变送器原理：是基于负反馈原理工作的。

4.变送器构成：它包括测量部分（即输入转换部分）、放大器和反馈部分。

5.量程调整作用：使变送器的输出信号上限值ymax（20MA)与测量范围的上限值xmax相对应。

6.零点调整和零点迁移的作用：使变送器的输出信号下限值ymin与测量范围的下限值xmin相对应。

在xmin=0时，称为零点调整。（零点调整使变送器的测量起始点为零）

在xmin≠0时，称为零点迁移。

（零点迁移是把测量的起始点由零迁移到某一数值。

当测量的起始点由零变为某一正值，称为正迁移；

当测量的起始点由零变为某一负值，称为负迁移; ）

第五章控制器

2.数字PID控制器的两种形式：（1）位置式PID控制算法（2）增量式PID 控制算法

3.增量式PID算法的优点：

① 位置式PID算法每次输出与整个过去状态有关，容易产生较大的累积计算误差。而增量式PID只需计算增量，计算误差或精度不足时对控制量的计算影响较小。

② 控制从手动切换到自动时，位置式PID算法必须先将输出值置为原始阀门开度时，才能保证无扰动切换。若采用增量算法，与原始值无关，易于实现手动到自动的无扰动切换。

③ 采用位置式PID算法，计算机出现故障，输出量大幅度变化，调节阀门突然加大或减小，可能会给生产造成损失。采用增量式算法时所用的执行器本身都具有保持功能，即使计算机发生故障，执行器仍能保持在原位，不会对生产造成恶劣影响。

第六章执行器

1.执行器种类:电动执行器气动执行器液动执行器

2.执行器的组成：执行机构、控制机构（也叫调节机构,调节阀或控制阀）

3.气动执行机构：它是以140kP的压缩空气为能源，接收电-气转换器或电-气阀门定位器输出的20kP-100kP气压信号。

4.气动执行机构有薄膜式和活塞式两种。

5.气动薄膜式执行机构:执行机构产生非线性偏差和正反行程变差。解决办法：加阀门定位器。(分程控制系统也必须加阀门定位器)

6.电/气转换器是将电动仪表输出的4-20mA直流电流信号转换成可被气动仪表接受的20KPa-100KPa标准气压信号，实现电动仪表和气动仪表的联用必须用“电气转换”。

7.气动仪表由气阻、气容、弹性元件、喷嘴-挡板机构和功率放大器等基本元件组成。

8，阀门定位器应用场合:

1)增加执行机构的推力 2）加快执行机构的动作速度

3）实现分程控制 4）改善控制阀流量特性

9.控制阀的流量特性:

①理想流量特性：阀前后差压不变时的流量特性，也叫固有流量特性。

②工作流量特性：阀装在管道中前后差压变时的流量特性，也叫实际流量特性。

10.理想流量特性:（1）直线特性。（2）对数特性:（又称等百分比特性）

（3）快开特性（4）抛物线特性

11.工作流量特性：

S=1时，为理想流量特性

特性曲线下移，流量特性畸变（S越小畸变越严重）

S太小，流量变化范围减小，对控制不利。S一般不小于0.3。

第七章被控对象

1.过程控制系统建模方法:机理法建模实验法建模机理法和实验法相结合。

第八章单回路控制系统

2.单回路控制系统又称简单控制系统。它是由被控对象、检测元件及变送器、控制器和执行器组成一个闭合回路的反馈控制系统。

系统的静态性能指标：余差

K—对象的放大系数，K=Rkx

R—流阻；Kx—控制阀的流量系数

T—时间常数，T=RC τ=L/V

C—容量，即液容，容器底面积A