第1章-给排水工程仪表与控制
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第1章-给排水工程仪表 与控制
2020年6月6日星期六
1 微电子、仪器仪表、电气设备、自动 化技术的进步；
2 给水排水工程由土木工程型向设备型 转化，给水排水工程的仪表化、设备 化、自动化迅速发展；
3 各种先进的自动监测、自动控制技术 、设备、仪表已在给水排水工程的各 个工艺环节以至全系统上应用。
•输出量
•反馈：把输出量回送到输入端，并与指令信号比较产 生偏差的过程。 •指令信号与被控量相减为负反馈，相加则为正反馈。 不做特别说明，一般指负反馈。 •反馈控制：采用负反馈并利用偏差进行控制的过程。 •这是自控系统中最基本控制方式，在工程中广泛应用
• 系统的工作原理叫做反馈控制原理。
•1.1.2 自动控制系统的构成
自动控制目的：在人不直接参加的情况下实现同样 的控制目的。 自动控制系统基本构成： 整定文件：或给定文件，给出被控量应取的值。 测量元件：检测被控量的大小，如流量计等。 比较元件：用来得到给定值与被控量之间的误差。 放大元件：用来放大误差信号，驱动执行机构。 执行元件：用来执行控制命令，推动被控对象。电 机是典型的执行元件。
• 3、泵及管道系统控制调节
• 重点: 调节的内容与意义，水泵的调速控制 ，恒压给水系统控制技术；
• 难点: 理解自动控制在水泵及管道系统中应 用的基本方式与常用技术。
• 4、给水处理系统控制技术
• 重点: 混凝投药工艺的控制技术，滤池的控 制技术，水厂自动监控系统；
• 难点: 水处理工程中对控制技术的要求、所 应用的各种控制系统的工程特点与适用性 。计算机在城市供水系统自动监控与调度 中的应用。
• 自动控制系统包括：
• (1)测量元件：测量被控量（如水位、流量、浊度） 的实际值、或对被控量进行物理量的变换；如传感器 ，检测器，水质仪表；
• (2)比较元件：将测量结果和要求值（标准值 或水质指标）比较，得到偏差；
• (3)调节元件：根据偏差大小产生控制信号。 调节元件包括放大器和较正装置，它能放大 偏差信号，并使控制信号和偏差具有一定关 系；
• 对象：它一般是一个设备，通常由一些机器零件有 机的组合在一起，我们通常将被控物体称为对象， 如电加热炉。
• 系统：系统是一些部件的组合，这些部件组合在一 起，完成一定的任务。系统并不限于物理系统，系 统的概念有时是很抽象的，它可以指一个特定的动 态现象。
• 扰动：扰动是一种对系统的输出量产生不利影响的 因素或信号，如果扰动来自于系统内部，称为内部 扰动；如果扰动来自于系统外部，则称之为外部扰 动。
1 多学科知识：给排水工程、化学、仪 器仪表、自动化控制、电气设备、机 械设备等；
2 交叉学科：根据实际情况，了解或掌 握一门或多门相关学科知识；
3 学习本课程之前，要求学生具备ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ理 学、电工学、电子学、流体力学，水 泵与水泵站、水质工程学、建筑给水 排水工程等技术基础课与专业课的知 识。
基本内容 （高校专业指导委员会）
• 课程内容介绍：1-6章； • 重点讲解内容：每章的侧重点； • 自学及了解内容：由于课程学时原因
不介绍或简单介绍的部分；
第一章 自动控制基础知识
• 1.1 自动控制系统概念与构成
• 1.1.1 自动控制系统概念
• 自动控制系统的基本目的：
• 解放劳动力提高效率：应用自动控制技术 可以解脱繁重的、单调的、低效的人类劳 动，以提高生产效率和提高生活水平；
• 主要特点：
• (1)信号传送：输出量经测量后回送到输入端。回送 的信号使回路闭合，构成闭环，此过程称为反馈。
• (2)控制作用：由偏差引起。偏差产生的控制作用使 系统沿减少或消除偏差的方向运动。由偏差产生控 制作用叫做偏差控制。
• 具有上述两个特点的自控系统叫做反馈控制系统、 闭环控制系统、偏差控制系统。
• 1、自动控制基础知识
• 重点: 了解自动控制系统的作用与构成， 自动控制系统的调节规律，计算机控制 系统概述。
• 难点: 建立自动控制的基本概念。
• 2、城市水工程自动化常用仪表与设备
• 重点: 了解常用过程参数检测仪表、常用过 程控制仪表、常用执行设备的基本原理与 应用；
• 难点: 仪表种类多，工作原理各不相同，涉 及的基础知识广泛，应注重理解各种仪器 仪表的工作特点与适用范围。
1.1.3 自动控制系统的分类
• 控制系统：开环控制系统、闭环控制系统、复合控制 系统（同时具有开环和闭环结构）。
• 1.1.3.1闭环控制 • 闭环控制原理：需要控制的是受控对象（如水处理工
艺）的被控量（如流量），而测量的则是被控量和给 定值，并计算两者的偏差，该偏差信号经放大后送到 执行元件，去操纵受控对象，使被控量按预定的规律 变化，以消除偏差。只要被控量偏离了给定值，系统 均能自动纠正。这种控制方式也称为按偏差调节。
• 提高精度和质量：对现代生产中很复杂的 或极精密的工作，用人力不能胜任时，应 用自动控制技术就可以保证高质量地完成 任务。
人工控制：
•自动控制：
•机 械 •电 器
•工 艺
•电
•电
子
气
• 自动控制：在人不直接参与情况下，用外加设备或装 置(称自动控制装置)使整个生产过程或工作机械(称 被控对象)自动按预定规律运行，或使其某个参数(称 被控量)按预定要求变化。
• (4)执行元件：由控制信号产生控制作用，从 而使被控量达到要求值， 如阀门、水泵等；
•上述部分归纳和组合为下图：
•系统输出量：控制系统的被控量。 •系统输入量：影响系统输出的外界输入。
• 自动控制系统工作原理：通过测量和比较得到偏差 ，由偏差产生控制作用，由控制作用使偏差消除或 减少的原理。
•校正元件：用来改善系统的动、静态性能，它可以用 模拟/数字电路来实现，也可以用计算机程序来实现。 •能源元件：用来提供控制系统所需的能量。
控制理论和控制工程常用术语：
• 被控量：指被测量和被控制的量或状态，如上述系 统中的炉温。
• 控制量：一种由控制器改变的量或状态，它将影响 被控量的值，如上述系统中加热电阻丝两端的电压 。
• 5、污水处理厂的检测
• 重点: 污水处理厂的检测项目与取样，污水 处理厂常用的检测方法与仪表设备，监视控 制方式与项目的选择；
• 难点: 污水处理系统中水质对控制技术与仪 表选择的特殊要求，以及对控制系统组成的 相应影响。
课程相关介绍
• 课程目的：了解基本知识、掌握应用 条件、熟悉关键仪表特性；
2020年6月6日星期六
1 微电子、仪器仪表、电气设备、自动 化技术的进步；
2 给水排水工程由土木工程型向设备型 转化，给水排水工程的仪表化、设备 化、自动化迅速发展；
3 各种先进的自动监测、自动控制技术 、设备、仪表已在给水排水工程的各 个工艺环节以至全系统上应用。
•输出量
•反馈：把输出量回送到输入端，并与指令信号比较产 生偏差的过程。 •指令信号与被控量相减为负反馈，相加则为正反馈。 不做特别说明，一般指负反馈。 •反馈控制：采用负反馈并利用偏差进行控制的过程。 •这是自控系统中最基本控制方式，在工程中广泛应用
• 系统的工作原理叫做反馈控制原理。
•1.1.2 自动控制系统的构成
自动控制目的：在人不直接参加的情况下实现同样 的控制目的。 自动控制系统基本构成： 整定文件：或给定文件，给出被控量应取的值。 测量元件：检测被控量的大小，如流量计等。 比较元件：用来得到给定值与被控量之间的误差。 放大元件：用来放大误差信号，驱动执行机构。 执行元件：用来执行控制命令，推动被控对象。电 机是典型的执行元件。
• 3、泵及管道系统控制调节
• 重点: 调节的内容与意义，水泵的调速控制 ，恒压给水系统控制技术；
• 难点: 理解自动控制在水泵及管道系统中应 用的基本方式与常用技术。
• 4、给水处理系统控制技术
• 重点: 混凝投药工艺的控制技术，滤池的控 制技术，水厂自动监控系统；
• 难点: 水处理工程中对控制技术的要求、所 应用的各种控制系统的工程特点与适用性 。计算机在城市供水系统自动监控与调度 中的应用。
• 自动控制系统包括：
• (1)测量元件：测量被控量（如水位、流量、浊度） 的实际值、或对被控量进行物理量的变换；如传感器 ，检测器，水质仪表；
• (2)比较元件：将测量结果和要求值（标准值 或水质指标）比较，得到偏差；
• (3)调节元件：根据偏差大小产生控制信号。 调节元件包括放大器和较正装置，它能放大 偏差信号，并使控制信号和偏差具有一定关 系；
• 对象：它一般是一个设备，通常由一些机器零件有 机的组合在一起，我们通常将被控物体称为对象， 如电加热炉。
• 系统：系统是一些部件的组合，这些部件组合在一 起，完成一定的任务。系统并不限于物理系统，系 统的概念有时是很抽象的，它可以指一个特定的动 态现象。
• 扰动：扰动是一种对系统的输出量产生不利影响的 因素或信号，如果扰动来自于系统内部，称为内部 扰动；如果扰动来自于系统外部，则称之为外部扰 动。
1 多学科知识：给排水工程、化学、仪 器仪表、自动化控制、电气设备、机 械设备等；
2 交叉学科：根据实际情况，了解或掌 握一门或多门相关学科知识；
3 学习本课程之前，要求学生具备ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ理 学、电工学、电子学、流体力学，水 泵与水泵站、水质工程学、建筑给水 排水工程等技术基础课与专业课的知 识。
基本内容 （高校专业指导委员会）
• 课程内容介绍：1-6章； • 重点讲解内容：每章的侧重点； • 自学及了解内容：由于课程学时原因
不介绍或简单介绍的部分；
第一章 自动控制基础知识
• 1.1 自动控制系统概念与构成
• 1.1.1 自动控制系统概念
• 自动控制系统的基本目的：
• 解放劳动力提高效率：应用自动控制技术 可以解脱繁重的、单调的、低效的人类劳 动，以提高生产效率和提高生活水平；
• 主要特点：
• (1)信号传送：输出量经测量后回送到输入端。回送 的信号使回路闭合，构成闭环，此过程称为反馈。
• (2)控制作用：由偏差引起。偏差产生的控制作用使 系统沿减少或消除偏差的方向运动。由偏差产生控 制作用叫做偏差控制。
• 具有上述两个特点的自控系统叫做反馈控制系统、 闭环控制系统、偏差控制系统。
• 1、自动控制基础知识
• 重点: 了解自动控制系统的作用与构成， 自动控制系统的调节规律，计算机控制 系统概述。
• 难点: 建立自动控制的基本概念。
• 2、城市水工程自动化常用仪表与设备
• 重点: 了解常用过程参数检测仪表、常用过 程控制仪表、常用执行设备的基本原理与 应用；
• 难点: 仪表种类多，工作原理各不相同，涉 及的基础知识广泛，应注重理解各种仪器 仪表的工作特点与适用范围。
1.1.3 自动控制系统的分类
• 控制系统：开环控制系统、闭环控制系统、复合控制 系统（同时具有开环和闭环结构）。
• 1.1.3.1闭环控制 • 闭环控制原理：需要控制的是受控对象（如水处理工
艺）的被控量（如流量），而测量的则是被控量和给 定值，并计算两者的偏差，该偏差信号经放大后送到 执行元件，去操纵受控对象，使被控量按预定的规律 变化，以消除偏差。只要被控量偏离了给定值，系统 均能自动纠正。这种控制方式也称为按偏差调节。
• 提高精度和质量：对现代生产中很复杂的 或极精密的工作，用人力不能胜任时，应 用自动控制技术就可以保证高质量地完成 任务。
人工控制：
•自动控制：
•机 械 •电 器
•工 艺
•电
•电
子
气
• 自动控制：在人不直接参与情况下，用外加设备或装 置(称自动控制装置)使整个生产过程或工作机械(称 被控对象)自动按预定规律运行，或使其某个参数(称 被控量)按预定要求变化。
• (4)执行元件：由控制信号产生控制作用，从 而使被控量达到要求值， 如阀门、水泵等；
•上述部分归纳和组合为下图：
•系统输出量：控制系统的被控量。 •系统输入量：影响系统输出的外界输入。
• 自动控制系统工作原理：通过测量和比较得到偏差 ，由偏差产生控制作用，由控制作用使偏差消除或 减少的原理。
•校正元件：用来改善系统的动、静态性能，它可以用 模拟/数字电路来实现，也可以用计算机程序来实现。 •能源元件：用来提供控制系统所需的能量。
控制理论和控制工程常用术语：
• 被控量：指被测量和被控制的量或状态，如上述系 统中的炉温。
• 控制量：一种由控制器改变的量或状态，它将影响 被控量的值，如上述系统中加热电阻丝两端的电压 。
• 5、污水处理厂的检测
• 重点: 污水处理厂的检测项目与取样，污水 处理厂常用的检测方法与仪表设备，监视控 制方式与项目的选择；
• 难点: 污水处理系统中水质对控制技术与仪 表选择的特殊要求，以及对控制系统组成的 相应影响。
课程相关介绍
• 课程目的：了解基本知识、掌握应用 条件、熟悉关键仪表特性；