过程控制系统 复习总结!培训资料

过程控制系统复习总结!过程控制系统知识点总结）一、概论1、过程控制概念：五大参数。

过程控制的定义：工业中的过程控制是指以温度、压力、流量、液位和成分等工艺参数作为被控变量的自动控制。

2、简单控制系统框图。

控制仪表的定义：接收检测仪表的测量信号，控制生产过程正常进行的仪表。

主要包括：控制器、变送器、运算器、执行器等，以及新型控制仪表及装置。

控制仪表的作用：对检测仪表的信号进行运算、处理，发出控制信号，对生产过程进行控制。

3、能将控制流程图（工程图、工程设计图册）转化成控制系统框图。

4、DDZ -Ⅲ型仪表的电压信号制，电流信号制。

QDZ-Ⅲ型仪表的信号制。

它们之间联用要采用电气转换器。

5、电信号的传输方式，各自特点。

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。

电流信号的特点：1).某台仪表出故障时，影响其他仪表；第一个字母：参数类型 T ——温度（Temperature ） P ——压力（Pressure ） L ——物位（Level ） F ——流量（Flow ） W ——重量（Weight ） 第二个字母：功能符号 T ——变送器（transmitter ） C ——控制器（Controller ）I ——指示器（Indicator ） R ——记录仪（Recorder ）A ——报警器（Alarm ）2).无公共地点。

若要实现仪表各自的接地点,则应在仪表输入、输出端采取直流隔离措施。

6、变送器有四线制和二线制之分。

区别。

1、四线制：电源与信号分别传送，对电流信号的零点及元件的功耗无严格要求。

2、两线制：节省电缆及安装费用，有利于防爆。

活零点，两条线既是信号线又是电源线。

7、本安防爆系统的2个条件。

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。

8、安全栅的作用、种类。

安全栅的作用：1、安全栅作为本安仪表的关联设备，可用于传输信号。

2、控制流入危险场所的能量在爆炸性气体或混合物的点火能量以下，以确保系统的本安防爆性能。

安全栅的种类：齐纳式安全栅、隔离式安全栅二、基型调节器1、基型调节器组成：控制单元和指示单元。

基型调节器控制单元构成。

基型控制器又称基型调节器，对来自变送器的1-5V直流电压信号与给定值相比较所产生的偏差进行PID运算，输出4-20mA（DC）直流控制信号。

控制单元：输入电路(偏差差动和电平移动电路)、PID运算电路(由PD与PI运算电路串联)、输出电路(电压、电流转换电路)以及硬、软手操电路；指示单元：测量信号指示电路、设定信号指示电路。

2、测量信号、内给定信号范围；外给定信号范围。

测量和内给定信号：1~5V(DC)；外给定信号：4～20mA直流电流。

（它经过250Ω精密电阻转换成1～5V直流电压）3、输入电路、输出电路的作用。

输入电路作用：1). 信号综合。

将（U i-U s）后放大两倍反相以U o1输出，即U o1= -2(U i-U s)。

2). 电平转换。

将以0V为基准的输入信号转换为以U B（10V）为基准的输出信号U o1。

电平转换的目的：使运算放大器工作在允许的共模输入电压范围内。

输出电路作用：把PID输出ΔU o3（以UB为基准）转换成4-20mA.DC输出。

实现电压—电流转换。

4、放大系数和比例度。

愈大，比例作用就越强愈小，成反比，与即 可表示为：。

此时比例度在单元组合仪表中，输出信号变化范围。

—偏差变化范围；—式中：输出的相对变化输入的相对变化 比例度的一般表达式：比例度P P PK K K y y y y y y yδδδεεεεεεεδ%1001%100 min max min max min max min max minmax minmax ⨯=-=---=⨯-∆-=5、基型调节器PD 电路的阶跃响应曲线形状；比例分量；t=TD/KD 时的微分分量；微分时间。

作用：对∆U o1进行PD 运算，可设置T D 、 K P （或比例度）。

T D 为微分时间；K P 为比例系数。

微分作用：快速的调节作用，超前作用。

6、基型调节器PI 电路的阶跃响应曲线形状；比例分量： Kc=CI/CM ；t=TI 时的积分分量；积分时间。

比例系数：DK α微分时间：T D =n R D C D 调整R p （α）和R D可改变比例度和微分时间。

7、积分饱和。

解决积分饱和办法：1)对控制器的输出加以限幅，使其不超过额定的最大值或最小值；2)限制积分电容两端的充电电压；3)切除积分作用。

8、微分时间对微分作用的影响，积分时间对积分作用的影响。

微分时间越小，微分作用越强；积分时间越大，积分作用越强。

9、软手操电路和硬手操电路。

软手动操作电路是积分电路。

硬手动操作电路是比例电路。

作业2-4 某P 控制器的输入信号是4mA~20mA ，输出信号为1V~5V ，当比例度δ=60%时，输入变化0.6mA 所引起的输出变化是多少？解：根据比例度的公式：%100 minmax minmax ⨯-∆-∆=y y y x x x δ 得V y y x x x y 25.0)15(6014206.0)(1min max min max =-⨯-=--∆=∆δ 2-7 某PID 控制器（正作用）输入、输出信号均为4mA~20mA ，控制器的初始值Ii=Io=4mA ，δ=200%，T I =T D =2min ，K D =10。

在t=0时输入⊿Ii=2mA 的阶跃信号，分别求取t=12s 时：①PI 工况下的输出值；②PD 工况下的输出值。

解：①PI 工况下P 分量=mA I I K i i P 12%20011=⨯=∆=∆δTi 时：P 分量=I 分量；则Ti 时，PI 分量=2mA Ti=2×60=120s分量PI 直线过（0，1）和（120，2）两点则t=12s 时的输出变化量为：mA I o 1.1012012121=--⨯+=∆t=12s 时的输出为Io=初值+o I ∆=4+1.1=5.1mA①PD 工况下 P 分量=mA I I K i i P 12%20011=⨯=∆=∆δP 分量=mA I K i D1=∆α解得 5=αs K T D D 1210602=⨯=iI ∆则t=12s 时的输出变化量为：分量P I K K I i DD o +∆-=∆α1368.0 t=12s 时的输出为：Io=初值+o I ∆=mA 312.812510110368.04=+⨯⨯-+ 三、变送器1、变送器的结构。

变送器的作用。

构成原理：变送器是基于负反馈原理工作的，其构成原理如图所示，它包括测量部分（既输入转换部分）、放大器和反馈部分。

变送器和转换器的作用是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。

2、变送器的输入输出关系。

)()(00Fy z Cx K z z z K y f i -+=-+=3、量程调整的目的；零点调整/迁移。

使变送器的输出信号下限值y min 与测量范围的下限值x min 相对应，在x min =0时，称为零点调整，在x min ≠0时，称为零点迁移。

零点调整使变送器的测量起始点为零。

零点迁移是把测量的起始点由零迁移到某一数值。

4、差压变送器的作用；差动变压器的作用。

差压变送器是将液体、气体或蒸汽的压力、流量、液位等工艺变量转换成统一的标准信号，作为指示记录仪、调节器或计算机装置的输入信号，以实现对上述变量的显示、记录或自动控制。

差动变压器是由检测片（衔铁）、上、下罐形磁芯和四组线圈构成。

其作用是将检测片的位移s 转换成相应的电压信号u CD 。

5、温度变送器的品种、结构（量程单元和放大单元）；四线制温度变送器的特点。

各类变送器分为三个品种：直流毫伏变送器、热电偶温度变送器和热电阻温度变送器。

四线制温度变送器有如下特点：（1）主放大器为低漂移、高增益的运算放大器，使仪表具有良好的可靠性和稳定性。

（2）在热电偶和热电阻温度变送器中采用了线性化电路，从而使变送器的输出信号和被测温度呈线性关系，便于指示和记录。

（3）变送器的输入、输出之间具有隔离变压器，采用了安全隔离变压器，并采用了安全火花防爆措施，故具有良好的抗干扰性能，且能测量来自危险场所的直流毫伏或温度信号。

6、热电偶温度变送器以及热电阻温度变送器的量程单元。

7、气动仪表的基本元件。

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、弹性元件、喷嘴挡板机构、电气转换器。

弹性元件作用：将压差转换成位移，在仪器的连接处产生一定的操作力。

喷嘴挡板机构作用：将微小的位移转换成相应的压力信号。

电/气转换器工作原理是基于力矩平衡原理工作的。

四、运算器和执行器1、开方器应用场合、作用。

开方器主要应用在流量测量与控制系统中，开方器对差压变送器的输出信号进行开方运算，从而得到与被测流量成比例关系的电压或电流信号。

2、执行器的结构、分类。

执行器分为两部分：执行机构和调节机构。

气动执行器P λ→L →Q按能源分：电动执行器I i →L →Q 直行程（直线位移）角行程（角位移） （两者减速器不同）液动执行器3、角行程电动执行机构的结构。

4、标准气压信号范围(20kPa-100kPa)，气源信号(140kPa)。

5、气动执行机构的种类。

气动执行机构有薄膜式和活塞式两种，常见的气动执行机构均属薄膜式。

薄膜式特点为：结构简单、动作可靠、维修方便、价格低，但输出行程较小，只能直接带动阀杆。

6、调节阀的正反作用、正装阀/反装阀、气开/气关。

7、气开阀/气关阀的选择原则。

调节阀气开、气关阀选择，主要根据工艺生产的需要和安全要求来决定的；原则是当信号压力中断时，应能确保工艺设备和生产的安全。

如果阀门处于全开位置安全性高，则应选用气关阀，反之，则应选用气开阀。

8、阀门定位器的作用。

阀门定位器可以增加执行器的输出功率，减小信号传递滞后，加快阀杆的位移速度，提高线性度，克服摩擦力影响，保证阀位正确到位。

9、控制阀的工作原理；流量特性；理想流量特性、工作流量特性。

控制阀体就是依据执行机构输出的推杆位移量来改变阀门的开启程度，从而改变流通阻力以达到控制流体介质流量的目的。

控制阀的流量特性，是指控制介质流过阀门的相对流量与阀门相对开度（即推杆的相对位移）之间的函数关系。

理想流量特性：阀前后差压不变时的流量特性（固有流量特性）。

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、控制阀的流量特性类型、各自特点。

理想流量特性，通常有四种典型形式：（1）直线特性-流量与阀芯位移成直线关系；（2）对数特性-流量与阀芯位移成对数关系，引起的流量变化的百分比相等；（3）快开特性-开度较小时流量变化较大，随开度增大很快达到最大值。