第五章自動(dòng)控制儀表

第五章自動(dòng)控制儀表概述基本控制規(guī)律模擬式控制器數(shù)字式控制器控制器是控制系統(tǒng)的核心?？刂破鞯淖饔茫嚎刂茍?zhí)行器，改變操縱變量，使被控變量符合生產(chǎn)要求?？刂破髟陂]環(huán)控制系統(tǒng)中將檢測(cè)變送環(huán)節(jié)傳送過(guò)來(lái)的信息與被控變量的設(shè)定值比較后得到偏差，然后根據(jù)偏差按照一定的控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算，最終輸出控制信號(hào)作用于執(zhí)行器上。

第一節(jié)概述控制器的分類控制器一般可按能源形式、信號(hào)類型和結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行分類。按能源形式：氣動(dòng)電動(dòng)氣動(dòng)控制儀表的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定可靠，維護(hù)方便，價(jià)格便宜，并且具有本質(zhì)安全防爆性能，特別適用于石油、化工等有爆炸危險(xiǎn)的場(chǎng)所。目前采用的控制器以電動(dòng)控制器占絕大多數(shù)電動(dòng)控制儀表的特點(diǎn)：可以實(shí)現(xiàn)無(wú)滯后的遠(yuǎn)距離傳送，同時(shí)又具有能源簡(jiǎn)單、便于和計(jì)算機(jī)配合的特點(diǎn)。由于采取安全火花防爆措施解決了防爆問(wèn)題，電動(dòng)儀表同樣也能應(yīng)用于易燃易爆的危險(xiǎn)場(chǎng)所，因此在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用?？刂破鞯姆诸?/p>

信號(hào)制及供電方式

信號(hào)制----指在成套儀表系列中，各個(gè)儀表的輸入輸出間采用何種統(tǒng)一聯(lián)絡(luò)信號(hào)來(lái)進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)膯?wèn)題。氣動(dòng)控制儀表：0.02～0.1MPa

電動(dòng)控制儀表，0～10mA（DC）電流信號(hào)作為電動(dòng)Ⅱ型儀表

4～20mA（DC）電流信號(hào)

1～5V（DC）電壓信號(hào)電動(dòng)Ⅲ型儀表傳輸方式：進(jìn)出控制室的傳輸信號(hào)采用電流信號(hào)，控制室內(nèi)部各儀表間聯(lián)絡(luò)信號(hào)采用電壓信號(hào)模擬式傳輸信號(hào)通常為連續(xù)變化的模擬量，其線路簡(jiǎn)單，操作方便，價(jià)格較低概述

一般與檢測(cè)裝置、顯示裝置一起組裝在一個(gè)整體之內(nèi)同時(shí)具有檢測(cè)、控制與顯示的功能結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、使用方便通用性差，信號(hào)不易傳遞一般應(yīng)用于簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)中。

基地式儀表概述

單元組合式儀表儀表按各組成環(huán)節(jié)的不同功能和使用要求，將整套儀表分為若干單元，各單元能獨(dú)立實(shí)現(xiàn)某種功能，使用時(shí)可以按生產(chǎn)工藝的不同要求挑選需要的單元加以組合，其特點(diǎn)是應(yīng)用靈活，通用性強(qiáng)，使用維護(hù)方便，特別適用于中、小企業(yè)的過(guò)程控制系統(tǒng)；

數(shù)字式它以微型計(jì)算機(jī)為核心，功能完善，性能優(yōu)越，能解決模擬式儀表難以解決的問(wèn)題，滿足現(xiàn)代生產(chǎn)過(guò)程的高質(zhì)量控制要求。它可實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程、斷續(xù)生產(chǎn)過(guò)程的控制，也可以通過(guò)在PLC中加入PID等控制功能，實(shí)現(xiàn)批量控制。概述

5.1基本控制規(guī)律及其對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響基本概念控制規(guī)律的定義：是指控制器的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間的關(guān)系?？刂埔?guī)律就是控制器的輸出信號(hào)p(t)隨輸入信號(hào)e(t)變化的規(guī)律。控制器執(zhí)行器對(duì)象測(cè)量變送器+－SPxzepqyf

在該控制系統(tǒng)中，被控變量由于受擾動(dòng)f（如生產(chǎn)負(fù)荷的改變，上下工段間出現(xiàn)的生產(chǎn)不平衡現(xiàn)象等）的影響，常常偏離給定值，即被控變量產(chǎn)生了偏差：

控制器接受了偏差信號(hào)e后，按一定的控制規(guī)律使其輸出信號(hào)p發(fā)生變化，通過(guò)執(zhí)行器改變操縱變量q，以抵消干擾對(duì)被控變量y的影響，從而使被控變量回到結(jié)定值上來(lái)。比例作用(Proportional)積分作用(Integral)

微分作用(Derivative)

PID控制器的一般形式為：p＝f(e)

幾種常用控制規(guī)律的微分方程表達(dá)式可分別表示為：比例作用（P）

比例積分作用（PI）

比例微分作用（PD）

比例積分微分作用（PID）KP—控制器的比例增益；

TI—控制器的積分時(shí)間；

TD—控制器的微分時(shí)間；

控制規(guī)律的表示形式雙位控制是自動(dòng)控制系統(tǒng)中最簡(jiǎn)單也很實(shí)用的一種控制規(guī)律，理想的雙位控制控制器輸出只有2個(gè)固定的數(shù)值，即只有2個(gè)極限位置，其基本的控制規(guī)律可描述為：雙位控制圖5-1理想雙位控制特性圖5-2雙位控制示例實(shí)際雙位控制為了降低控制機(jī)構(gòu)的開(kāi)關(guān)頻率，延長(zhǎng)控制系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)部件的使用壽命。給雙位控制系統(tǒng)增加了中間區(qū)，當(dāng)偏差在中間區(qū)內(nèi)變化時(shí)，控制機(jī)構(gòu)不會(huì)動(dòng)作。圖5-3實(shí)際的雙位控制規(guī)律圖5-4具有中間區(qū)的雙位控制過(guò)程雙位控制過(guò)程中一般采用振幅與周期作為品質(zhì)指標(biāo)結(jié)論被控變量波動(dòng)的上、下限在允許范圍內(nèi)，使周期長(zhǎng)些比較有利。雙位控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低、易于實(shí)現(xiàn)，因而應(yīng)用很普遍。比例控制P

由此可見(jiàn)，在該控制系統(tǒng)中，閥門開(kāi)度的改變量與被控變量(液位)的偏差值成比例，這就是比例控制規(guī)律，其輸出信號(hào)的變化量與輸入信號(hào)(指偏差，當(dāng)給定值不變時(shí)，偏差就是被控變量測(cè)量值的變化量)的變化量之間成比例關(guān)系，這種控制規(guī)律稱為“純比例控制”根據(jù)相似三角形原理，有：Kp—放大倍數(shù)（比例增益）Kp越大，比例控制作用越強(qiáng)。控制器的輸出信號(hào)p與輸入信號(hào)e成比例關(guān)系Kp（放大倍數(shù)或比例增益）——衡量比例控制作用強(qiáng)弱的變量。在實(shí)際中，習(xí)慣上使用比例度δ表示比例控制作用的強(qiáng)弱。比例度δ

定義：控制器輸入的變化相對(duì)值與相應(yīng)的輸出變化相對(duì)值之比的百分?jǐn)?shù)，表達(dá)式為其中：e為控制器輸入信號(hào)的變化量，即偏差信號(hào)；(xmax-xmin)為控制器輸入信號(hào)的變化范圍，即量程；p為控制器輸出信號(hào)的變化量，即控制命令；(pmax-pmin)為控制器輸出信號(hào)的變化范圍。例題：一臺(tái)比例作用的溫度控制器，其溫度的變化范圍為400~800℃，控制器的輸出范圍是4~20mA。當(dāng)溫度從600℃變化到700℃時(shí)，控制器相應(yīng)的輸出從8mA變?yōu)?2mA，試求該控制器的比例度。解：這說(shuō)明在這個(gè)比例度下，溫度全范圍變化（相當(dāng)于400℃）時(shí)，控制器的輸出從最小變?yōu)樽畲螅诖藚^(qū)間內(nèi)，p

和e是成一一對(duì)應(yīng)比例關(guān)系。可以看出比例度的具體意義為：使控制器的輸出變化滿刻度時(shí)，相應(yīng)的控制器輸入變化量占輸入信號(hào)變化范圍的百分?jǐn)?shù)。即要使輸出做全范圍變化，輸入信號(hào)必須改變?nèi)砍痰陌俜种畮?。左圖是比例度的示意圖，當(dāng)比例度分別為50%、100%、200%時(shí)，只要偏差e的變化占輸入信號(hào)變化范圍的50%、100%、200%時(shí)，控制器的輸出就可以由最小pmin

變?yōu)樽畲髉max。比例度的定義式可改寫為C為控制器輸出信號(hào)的變化范圍與輸入信號(hào)的變化范圍之比，稱為儀表系數(shù)。對(duì)于單元組合儀表，有所以結(jié)論：比例度δ

與放大倍數(shù)Kp成反比。比例度δ越小，放大倍數(shù)Kp越大，它將偏差（控制器輸入）放大的能力越強(qiáng)，反之亦然。為何會(huì)有余差？圖5-7簡(jiǎn)單水槽的比例控制過(guò)程液位開(kāi)始下降作用在控制閥上的信號(hào)進(jìn)水量增加偏差的變化曲線在t=t0時(shí)，系統(tǒng)外加一個(gè)干擾作用下圖為簡(jiǎn)單水槽的比例控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程。比例作用對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響①在擾動(dòng)即設(shè)定值變化時(shí)有余差存在。②比例度δ愈大，過(guò)渡過(guò)程曲線愈平穩(wěn)，余差也愈大。比例度愈小，余差也愈小，過(guò)渡過(guò)程曲線振蕩愈厲害。當(dāng)比例度δ減小到某一數(shù)值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)等幅振蕩，此時(shí)的比例度稱為臨界比例度δk。③太小控制作用太強(qiáng)

穩(wěn)定性降低、甚至造成系統(tǒng)不穩(wěn)定圖5-8比例度對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響純比例控制適用場(chǎng)合：干擾幅度較小純滯后較小負(fù)荷變化不大控制要求不太高一般來(lái)說(shuō)，若對(duì)象滯后較小、時(shí)間常數(shù)較大以及放大倍數(shù)較小時(shí)，比例度可以選得小些，以提高系統(tǒng)的靈敏度，使反應(yīng)快些，從而過(guò)渡過(guò)程曲線的形狀較好。反之，比例度就要選大些以保證穩(wěn)定。比例控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：反應(yīng)快，控制及時(shí)

控制結(jié)果有余差比例控制特點(diǎn)：最大的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)快，控制作用及時(shí)

最大的缺點(diǎn)是控制結(jié)果存在余差當(dāng)工藝對(duì)控制質(zhì)量有更高要求，不允許控制結(jié)果存在余差時(shí)，就需要在比例控制的基礎(chǔ)上，再加上能消除余差的積分控制作用。輸出p與輸入e的關(guān)系為：其中KI表示積分速度。輸出信號(hào)的大小不僅與偏差信號(hào)的大小有關(guān)，而且與偏差信號(hào)存在的時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)。只有在偏差信號(hào)e等于零的情況下，控制器的輸出才能相對(duì)穩(wěn)定。因此，力圖消除余差是積分控制作用的重要特性。積分控制作用的輸出信號(hào)p與偏差信號(hào)e的積分成正比。積分控制規(guī)律階躍偏差下的開(kāi)環(huán)輸出特性：

在幅度為A的階躍偏差作用下，積分控制器的開(kāi)環(huán)輸出特性為如右圖所示，這是一條斜率不變的直線，直到控制器的輸出達(dá)到最大值或最小值而無(wú)法再進(jìn)行積分為止，輸出直線的斜率即輸出的變化速度正比于控制器的積分速度KI，即dp/dt=KIA。是比例作用和積分作用的合成，輸出p與輸入e的關(guān)系為：TI稱為積分時(shí)間，TI=1/KI積分控制的特點(diǎn)（1）能消除余差（2）動(dòng)作緩慢，調(diào)節(jié)不及時(shí)，一般不能單獨(dú)使用比例積分控制（PI）在幅度為A的階躍輸入下，比例輸出立即跳變到KpA，然后積分輸出隨時(shí)間線性增長(zhǎng)。輸出特性是一根截距為KpA、斜率為KpA/TI的直線。開(kāi)環(huán)輸出特性：積分時(shí)間TI越大，直線越平坦，說(shuō)明積分作用越弱；TI越小，直線越陡峭，說(shuō)明積分作用越強(qiáng)。KITIp積分作用越強(qiáng)積分時(shí)間TI定義：在階躍偏差作用下，控制器的輸出達(dá)到比例輸出的兩倍所經(jīng)歷的時(shí)間，就是積分時(shí)間TI。積分時(shí)間TI測(cè)定：將比例度δ置于100%的刻度上，然后對(duì)控制器輸入一個(gè)幅度為A的階躍偏差，測(cè)出控制器的輸出跳變值，同時(shí)按秒表計(jì)時(shí)，等到積分輸出與比例輸出相同時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間就是積分時(shí)間TI。TI積分作用對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響

采用比例積分控制作用時(shí)，積分時(shí)間對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響具有兩重性。在同樣的比例度下，縮短積分時(shí)間TI，將使積分調(diào)節(jié)作用加強(qiáng)，容易消除余差，這是有利的一面。但縮短積分時(shí)間，加強(qiáng)積分調(diào)節(jié)作用后，會(huì)使系統(tǒng)振蕩加劇，有不易穩(wěn)定的傾向。積分時(shí)間越短，振蕩傾向越強(qiáng)烈，甚至?xí)蔀椴环€(wěn)定的發(fā)散振蕩，這是不利的一面。由圖可以看出，積分時(shí)間過(guò)大或過(guò)小均不合適。TI過(guò)大，積分作用不明顯，余差消除很慢，見(jiàn)曲線3，TI過(guò)小，過(guò)渡過(guò)程振蕩太劇烈，穩(wěn)定程度降低，見(jiàn)曲線1。

圖5-11積分時(shí)間對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響結(jié)論：在比例控制系統(tǒng)中引入積分作用的優(yōu)點(diǎn)是能夠消除余差，然而降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；若要保持系統(tǒng)原有的衰減比，必須相應(yīng)加大控制器的比例度，這會(huì)使系統(tǒng)的其它控制指標(biāo)下降。因此，如果余差不是主要的控制指標(biāo)，就沒(méi)有必要引入積分作用。由于比例積分控制器具有比例和積分控制的優(yōu)點(diǎn)，有比例度δ和TI兩個(gè)參數(shù)可供選擇，因此適用范圍比較寬廣，多數(shù)控制系統(tǒng)都可以采用。例題分析對(duì)一臺(tái)比例積分控制器作開(kāi)環(huán)試驗(yàn)。已知Kp=2，TI=0.5min。若輸入偏差如圖所示,試畫出該控制器的輸出信號(hào)變化曲線。輸入偏差信號(hào)變化曲線例題分析圖

輸出曲線圖當(dāng)KC=2,TI=0.5min時(shí)

在t=0～1min期間,由于e=0,故輸出為0。在t=1～3min期間,由于e=1,所以t=3min時(shí),其輸出

在t=3～4min期間,由于e=-2,故t=4min時(shí),其積分總輸出故ΔpI輸出波形如圖9-22(b)所示。

將圖(a)、(b)曲線疊加,便可得到PI控制器的輸出,如圖9(c)所示。積分控制最大的優(yōu)點(diǎn)是消除余差最大的缺點(diǎn)是動(dòng)作緩慢、產(chǎn)生相位滯后、穩(wěn)定性降低

比例控制規(guī)律和積分控制規(guī)律，都是根據(jù)已經(jīng)形成的被控變量與給定值的偏差而進(jìn)行動(dòng)作。但對(duì)于慣性較大的對(duì)象，為了使控制作用及時(shí)，常常希望能根據(jù)被控變量變化的快慢來(lái)控制。微分作用就是模擬這一實(shí)踐活動(dòng)而采用的控制規(guī)律。在人工控制時(shí)，雖然偏差可能還小，但看到參數(shù)變化很快，估計(jì)到很快就會(huì)有更大偏差，此時(shí)會(huì)先改變閥門開(kāi)度以克服干擾影響，它是根據(jù)偏差變化的速度而引入的超前控制作用，只要偏差的變化一露頭，就立即動(dòng)作，這樣控制的效果將會(huì)更好。微分控制規(guī)律TD---微分時(shí)間按偏差變化速度進(jìn)行控制，理想的微分控制規(guī)律，其輸出信號(hào)p正比于輸入信號(hào)e對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)：理想微分器在階躍偏差信號(hào)作用下的開(kāi)環(huán)輸出特性是一個(gè)幅度無(wú)窮大、脈寬趨于零的尖脈沖，輸出只與偏差的變化速度有關(guān)，而與偏差的存在與否無(wú)關(guān)，即偏差固定不變時(shí)，不論其數(shù)值有多大，微分作用都無(wú)輸出。純粹的微分控制是無(wú)益的，因此常將微分控制與比例控制結(jié)合在一起使用。階躍偏差下的開(kāi)環(huán)輸出特性：微分作用的目的：克服對(duì)象滯后大的影響，改善過(guò)渡過(guò)程品質(zhì)。微分作用的原理：根據(jù)偏差信號(hào)變化速度來(lái)確定調(diào)節(jié)器的輸出，改變操作變量（超前控制）。

理想的比例微分控制規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為比例微分控制規(guī)律理想的比例微分控制器的開(kāi)環(huán)輸出特性如右圖所示t0pet理想比例微分開(kāi)環(huán)輸出特性理想的比例微分控制器在制造上是困難的，工業(yè)上都是用實(shí)際比例微分規(guī)律的控制器。實(shí)際比例微分控制規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為

KD為微分增益（微分放大倍數(shù)）動(dòng)態(tài)特性分析實(shí)際比例微分控制器在幅度為A的階躍偏差作用下的開(kāi)環(huán)輸出特性，見(jiàn)下圖。KPAKPKDApe階躍偏差作用下實(shí)際比例微分開(kāi)環(huán)輸出特性在偏差跳變瞬間，輸出跳變幅度為比例輸出的KD倍，即KDKpA,然后按指數(shù)規(guī)律下降，最后當(dāng)t趨于無(wú)窮大時(shí)，僅有比例輸出KpA。因此決定微分作用的強(qiáng)弱有兩個(gè)因素：一個(gè)是開(kāi)始跳變幅度的倍數(shù)，用微分增益KD來(lái)衡量，另一個(gè)是降下來(lái)所需要的時(shí)間，用微分時(shí)間TD來(lái)衡量。輸出跳得越高，或降得越慢，表示微分作用越強(qiáng)。

微分增益KD是固定不變的，只與控制器的類型有關(guān)。電動(dòng)控制器的KD一般為5～10。如果KD

=1，則此時(shí)等同于純比例控制。KD

>1，稱為正微分。KD<1的，稱為反微分器，它的控制作用反而減弱。這種反微分作用運(yùn)用于噪音較大的系統(tǒng)中，會(huì)起到較好的濾波作用。KPAKPKDApe微分時(shí)間TD越大，微分作用越強(qiáng)。由于微分在輸入偏差變化的瞬間就有較大的輸出響應(yīng)，因此微分控制被認(rèn)為是超前控制。微分時(shí)間TD的測(cè)定：先測(cè)定階躍信號(hào)A作用下比例微分輸出從KDKpA下降到KpA+0.368KpA(KD-1)所經(jīng)歷的時(shí)間t，此時(shí)t=TD/KD，再將該時(shí)間t乘以微分增益KD即可。KPAKPKDApe0.368KpA(KD

-1)例如，當(dāng)Kp=1，KD=5時(shí)，輸入偏差變化e=A=2mA,則KDKpA=10mA，KpA+0.368KpA(KD-1)5mA。測(cè)定輸出從10mA下降到5mA所經(jīng)歷的時(shí)間t，則TD=tKD微分作用對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響

從圖看出，微分時(shí)間太大及太小均不合適，應(yīng)取適當(dāng)?shù)臄?shù)值。由于增加微分作用，可以減小比例度，因而微分時(shí)間越大，余差也就越小。一般溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)常需加微分作用，其他系統(tǒng)需要較少。有些系統(tǒng)由于反應(yīng)太快，可加“反微分”，以降低系統(tǒng)的靈敏度。比例積分微分控制PID在工業(yè)生產(chǎn)中，常將比例、積分、微分三種作用規(guī)律結(jié)合起來(lái)，可以得到較為滿意的控制質(zhì)量，包括這三種控制規(guī)律的控制器稱為比例積分微分三作用控制器，習(xí)慣上稱為PID控制規(guī)律，其理想的輸出與輸入的關(guān)系為：由于PID控制器有比例度δ、積分時(shí)間TI、微分時(shí)間TD三個(gè)參數(shù)可供選擇，因而適用范圍廣，在溫度和成分分析控制系統(tǒng)中得到更為廣泛的應(yīng)用。各類化工過(guò)程常用的控制規(guī)律如下：液位：一般要求不高，用P或PI控制規(guī)律；流量：時(shí)間常數(shù)小，測(cè)量信息中雜有噪音，用PI或加反微分控制規(guī)律；壓力：介質(zhì)為液體的時(shí)間常數(shù)小，介質(zhì)為氣體的時(shí)間常數(shù)中等，用P或PI控制規(guī)律；溫度：容量滯后較大，用PID控制規(guī)律。本節(jié)小結(jié)基本控制規(guī)律的特性及其表達(dá)式比例度對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響積分時(shí)間對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響微分時(shí)間對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響6.3.1模擬式控制器基本結(jié)構(gòu)

模擬式控制器所傳送的信號(hào)形式為連續(xù)的模擬信號(hào)，其基本結(jié)構(gòu)包括比較環(huán)節(jié)、反饋環(huán)節(jié)、放大器三部分。6.3模擬式控制器比較環(huán)節(jié):將被控變量的測(cè)量值與設(shè)定值進(jìn)行比較得到偏差。電動(dòng)控制器是在輸入電路中進(jìn)行電壓或電流信號(hào)的比較。反饋環(huán)節(jié):控制器的PID控制規(guī)律是通過(guò)反饋環(huán)節(jié)進(jìn)行的。輸出的電信號(hào)通過(guò)電阻和電容構(gòu)成的無(wú)源網(wǎng)絡(luò)反饋到輸入端。放大器:

放大器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)穩(wěn)態(tài)增益很大的比例環(huán)節(jié)。在電動(dòng)控制器中可采用高增益的集成運(yùn)算放大器。6.3.2DDZ-Ⅲ型電動(dòng)單元控制器

是模擬式控制器中較為常見(jiàn)的一種，它以來(lái)自變送器或轉(zhuǎn)換器的1～5V直流測(cè)量信號(hào)作為輸入信號(hào)，與1～5V直流設(shè)定信號(hào)相比較得到偏差信號(hào)，然后對(duì)此信號(hào)進(jìn)行PID運(yùn)算后，輸出1～5V或4～20mA直流控制信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝變量的控制。1）采用國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）推薦的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)優(yōu)點(diǎn)

電氣零點(diǎn)不是從零開(kāi)始，且不與機(jī)械零點(diǎn)重合，這不但利用了晶體管的線性段，而且容易識(shí)別斷電、斷線等故障。本信號(hào)制的電流-電壓轉(zhuǎn)換電阻為250Ω。由于聯(lián)絡(luò)信號(hào)為1～5VDC，可采用并聯(lián)信號(hào)制，因此干擾少，連接方便。（2）廣泛采用現(xiàn)性集成電路，可靠性提高，維修工作量減少。

優(yōu)點(diǎn)

由于集成運(yùn)算放大器均為差分放大器，且輸入對(duì)稱性好，漂移小，儀表的穩(wěn)定性得到提高。由于集成運(yùn)算放大器有高增益，因而開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)很高，這使儀表的精度得到提高。由于采用了集成電路，焊點(diǎn)少，強(qiáng)度高，大大提高了儀表的可靠性。（3）Ⅲ型儀表統(tǒng)一由電源箱供給24VDC電源，并有蓄電池作為備用電源。

優(yōu)點(diǎn)

各單元省掉了電源變壓器，沒(méi)有工頻電源進(jìn)入單元儀表，既解決了儀表發(fā)熱問(wèn)題，又為儀表的防爆提供了有利條件。在工頻電源停電時(shí)備用電源投入，整套儀表在一定時(shí)間內(nèi)仍可照常工作，繼續(xù)進(jìn)行監(jiān)視控制作用，有利于安全停車。

（4）內(nèi)部帶有附加裝置的控制器能和計(jì)算機(jī)聯(lián)用,在與直接數(shù)字計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)配合使用時(shí),在計(jì)算機(jī)停機(jī)時(shí),可作后備控制器使用。

（5）自動(dòng)、手動(dòng)的切換是雙向無(wú)擾動(dòng)的方式進(jìn)行的。（6）整套儀表可構(gòu)成安全火花防爆系統(tǒng)。

（4）內(nèi)部帶有附加裝置的控制器能和計(jì)算機(jī)聯(lián)用,在與直接數(shù)字計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)配合使用時(shí),在計(jì)算機(jī)停機(jī)時(shí),可作后備控制器使用。

（5）自動(dòng)、手動(dòng)的切換是雙向無(wú)擾動(dòng)的方式進(jìn)行的。（6）整套儀表可構(gòu)成安全火花防爆系統(tǒng)。

基型控制器

當(dāng)控制器處于“自動(dòng)”狀態(tài)時(shí)，測(cè)量信號(hào)與設(shè)定信號(hào)通過(guò)輸入電路進(jìn)行比較，由比例微分電路、比例積分電路對(duì)其偏差進(jìn)行PD和PI運(yùn)算后，再經(jīng)過(guò)電路轉(zhuǎn)換為4～20mA直流電流，作為控制器的輸出信號(hào)，去控制執(zhí)行器。當(dāng)控制器處于“保持”狀態(tài)（即它的輸出保持切換前瞬間的數(shù)值）時(shí)，若同時(shí)將控制器切換到“軟手動(dòng)”狀態(tài)，輸出可按快或慢兩種速度線性地增加或減小，以對(duì)工藝過(guò)程進(jìn)行手動(dòng)控制。當(dāng)控制器處于“硬手動(dòng)”狀態(tài)時(shí)，控制器的輸出與手操電壓成比例，即輸出值與硬手動(dòng)操作桿的位置一一對(duì)應(yīng)?？刂破鞯墓ぷ鳡顟B(tài)有“自動(dòng)”、“軟手動(dòng)”、“硬手動(dòng)”及“保持”四種控制器中將偏差e定義為測(cè)量值與設(shè)定值之差（e=X-Z），若測(cè)量值大于設(shè)定值，稱為正偏差；若測(cè)量值小于設(shè)定值，稱為負(fù)偏差。當(dāng)控制器置于“正”作用時(shí)，控制器的輸出隨著正偏差的增加而增加；置于“反”作用時(shí)，控制器的輸出隨著正偏差的增加而減小。若是負(fù)偏差，其控制器在“正”、“反”作用下的輸出剛好與正偏差的情況相反。控制器還設(shè)有“正”、“反”作用開(kāi)關(guān)供選擇，以滿足控制系統(tǒng)的控制要求使用基型控制器時(shí)有幾點(diǎn)應(yīng)注意：正確設(shè)置內(nèi)、外設(shè)定開(kāi)關(guān)

“內(nèi)”設(shè)定時(shí)，設(shè)定電壓信號(hào)由控制器內(nèi)部的設(shè)定電路產(chǎn)生，操作者通過(guò)設(shè)定值撥盤確定設(shè)定信號(hào)大小。在定值控制系統(tǒng)中，控制器應(yīng)置于“內(nèi)”設(shè)定?！巴狻痹O(shè)定時(shí)，由外部裝置提供設(shè)定值信號(hào)。在隨動(dòng)控制系統(tǒng)中，控制器應(yīng)置于“外”設(shè)定。如串級(jí)控制系統(tǒng)中的副控制器設(shè)定值由主控制器的輸出值提供；比值控制中的從動(dòng)量控制器設(shè)定值由主動(dòng)量測(cè)量值提供。正確設(shè)置P、I、D參數(shù)?？刂破魃系腜ID參數(shù)不能任意設(shè)置，必須通過(guò)參數(shù)整定，選擇一組合適的PID參數(shù)，這樣才能保證控制器在控制系統(tǒng)中發(fā)揮作用。

一般在剛剛開(kāi)車或控制工況不正常時(shí)采用手動(dòng)控制，待系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)無(wú)擾動(dòng)切換到自動(dòng)控制。

控制器“正”、“反”作用開(kāi)關(guān)不能隨意選擇，要根據(jù)工藝要求及控制閥的氣開(kāi)、氣關(guān)情況來(lái)決定，保證控制系統(tǒng)為負(fù)反饋。

輸出顯示顯示調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)的大小，習(xí)慣上輸出顯示表也稱作閥位表。內(nèi)、外給定的選擇給定信號(hào)可以由調(diào)節(jié)器內(nèi)部產(chǎn)生，也可以由其它儀表外部提供

內(nèi)給定的調(diào)整若設(shè)定值為內(nèi)給定，用戶可以調(diào)整調(diào)節(jié)器上的內(nèi)給定撥盤來(lái)改變?cè)O(shè)定值正、反作用的選擇何謂正作用？何謂反作用？為了構(gòu)成一個(gè)負(fù)反饋控制系統(tǒng)，必須正確的確定調(diào)節(jié)器的正、反作用，否則整個(gè)控制系統(tǒng)就無(wú)法正常運(yùn)行。調(diào)節(jié)器的正、反作用，是通過(guò)正、反作用開(kāi)關(guān)來(lái)選擇的。

手/自動(dòng)雙向切換何謂手動(dòng)？何謂自動(dòng)？為什么要進(jìn)行手自動(dòng)切換？

手動(dòng)操作可以調(diào)整手操撥盤或者手操扳鍵來(lái)改變調(diào)節(jié)器的輸出

無(wú)擾動(dòng)切換手自動(dòng)切換時(shí)都希望不給控制系統(tǒng)帶來(lái)擾動(dòng)，即調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)不發(fā)生突變（即必須要求無(wú)擾動(dòng)切換）Kp/Ti/Td的設(shè)置改變控制器的特性17圖5-18DTL-3110型調(diào)節(jié)器正面圖1—自動(dòng)-軟手動(dòng)-硬手動(dòng)切換開(kāi)關(guān)；2—雙針垂直指示器；3—內(nèi)給定設(shè)定輪；4—輸出指示器；5—硬手動(dòng)操作桿；6—軟手動(dòng)操作板鍵；7—外給定指示燈；8—閥位指示器；9—輸出記錄指示；10—位號(hào)牌；11—輸入檢測(cè)插孔；12—手動(dòng)輸出插孔數(shù)字式控制器與模擬式控制器的異同點(diǎn)：

數(shù)字式控制器模擬式控制器構(gòu)成原理數(shù)字技術(shù)模擬技術(shù)所用器件以微處理機(jī)為核心部件以運(yùn)算放大器等模擬電子器件為基本部件不同點(diǎn)相同點(diǎn)儀表總的功能和輸入輸出關(guān)系基本一致。

一、概述第四節(jié)數(shù)字式控制器數(shù)字式控制器的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了模擬儀表與計(jì)算機(jī)一體化將CPU引入控制器，使其功能得到來(lái)很大的增強(qiáng)，提高了性能價(jià)格比。同時(shí)考慮到人們長(zhǎng)期以來(lái)的習(xí)慣，數(shù)字控制器在外形結(jié)構(gòu)、面板布置、操作方式等方面保留了模擬調(diào)節(jié)器的特征。運(yùn)算控制功能強(qiáng)

數(shù)字控制器具有比模擬調(diào)節(jié)器更豐富的運(yùn)算控制功能，一臺(tái)數(shù)字控制器既可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單PID控制，也可以實(shí)現(xiàn)串級(jí)控制、前饋控制、變?cè)鲆婵刂坪褪访芩寡a(bǔ)償控制；既可以進(jìn)行連續(xù)控制，也可以進(jìn)行采樣控制、選擇控制和批量控制。此外，數(shù)字控制器還可對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理，如線性化、數(shù)據(jù)濾波、標(biāo)度變換、邏輯運(yùn)算等。通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)所需功能數(shù)字控制器的運(yùn)算控制功能是通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)的。在可編程調(diào)節(jié)器中，軟件系統(tǒng)提供了各種功能模塊，用戶選擇所需的功能模塊，通過(guò)編程將它們連接在一起，構(gòu)成用戶程序，便可實(shí)現(xiàn)所需的運(yùn)算與控制功能。具有和模擬調(diào)節(jié)器相同的外特性盡管數(shù)字控制器內(nèi)部信息均為數(shù)字量，但為了保證數(shù)字式控制器能夠與傳統(tǒng)的常規(guī)儀表相兼容，數(shù)字控制器模擬量輸入輸出均采用國(guó)際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)（4～20mADC，1～5VDC），可以方便地與DDZ－III型儀表相連。同時(shí)數(shù)字控制器還有數(shù)字量輸入輸出功能。具有通訊功能，便于系統(tǒng)擴(kuò)展數(shù)字控制器除了用于代替模擬調(diào)節(jié)器構(gòu)成獨(dú)立的控制系統(tǒng)之外，還可以與上位計(jì)算機(jī)一起組成DCS控制系統(tǒng)。數(shù)字控制器與上位計(jì)算機(jī)之間實(shí)現(xiàn)串行雙向的數(shù)字通訊，可以將手、自動(dòng)狀態(tài)、PID參數(shù)及輸入/輸出值等信息送到上位計(jì)算機(jī)，必要時(shí)上位計(jì)算機(jī)也可對(duì)控制器施加干預(yù)，如工作狀態(tài)的變更，參數(shù)的修改等?？煽啃愿?，維護(hù)方便在硬件方面，一臺(tái)數(shù)字式控制器可以替代數(shù)臺(tái)模擬儀表，同時(shí)控制器所用硬件高度集成化，可靠性高。在軟件方面，數(shù)字式控制器的控制功能主要通過(guò)模塊軟件組態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)，具有多種故障的自診斷功能，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并采取保護(hù)措施。6.4.2數(shù)字式控制器的基本構(gòu)成硬件部分

①主機(jī)電路②過(guò)程輸入輸出通道③人-機(jī)聯(lián)系部件④通訊部件主機(jī)電路ROM存放系統(tǒng)程序。EPROM存放用戶程序.RAM存放輸入數(shù)據(jù)、顯示數(shù)據(jù)、運(yùn)算的中間值、結(jié)果CTC的定時(shí)功能用來(lái)確定調(diào)節(jié)器的采樣周期等等多為單片機(jī)

是數(shù)字式調(diào)節(jié)器的核心，用于實(shí)現(xiàn)儀表數(shù)據(jù)運(yùn)算處理，各組成部分之間的管理。

過(guò)程輸入通道將多個(gè)模擬量輸入信號(hào)分別轉(zhuǎn)換為CPU所接受的數(shù)字量。

多路模擬開(kāi)關(guān)將多個(gè)模擬量輸入信號(hào)分別連接到采樣／保持器。

采樣／保持器具有暫時(shí)存儲(chǔ)模擬輸入信號(hào)的作用

A／D轉(zhuǎn)換器的作用是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量。利用D／A轉(zhuǎn)換器與電壓比較器，按逐位比較原理來(lái)實(shí)現(xiàn)模／數(shù)轉(zhuǎn)換的。模擬量輸入通道開(kāi)關(guān)量輸入通道將多個(gè)開(kāi)關(guān)輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成能被計(jì)算機(jī)識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。開(kāi)關(guān)量指的是在控制系統(tǒng)中電接點(diǎn)的通與斷，或者邏輯電平為