過程控制與自動(dòng)化儀表

1第一章緒論過程控制是生產(chǎn)過程自動(dòng)化的簡(jiǎn)稱。它泛指石油、化工、電力、冶金、核能等工業(yè)生產(chǎn)中連續(xù)的或按一定周期程序進(jìn)行的生產(chǎn)過程自動(dòng)控制，是自動(dòng)化技術(shù)的重要組成部分。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)化中，過程控制技術(shù)可實(shí)現(xiàn)各種最優(yōu)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、提高經(jīng)濟(jì)效益和勞動(dòng)生產(chǎn)率、節(jié)約能源、改善勞動(dòng)條件、保護(hù)環(huán)境衛(wèi)生性等工藝參數(shù)進(jìn)行控制，使其保持為定值或按一定規(guī)律變化，以確保產(chǎn)品質(zhì)量和生2、過程控制的特點(diǎn)成；(2)被控過程復(fù)雜多樣，通用控制屬定值控制是過程控制的主要形式。3、過程控制的要求與任務(wù)技術(shù)手段(計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化儀表)設(shè)及合理系統(tǒng)。自動(dòng)化儀表和計(jì)算機(jī))加以實(shí)現(xiàn)。4、過程控制的功能5、過程控制系統(tǒng)的組成2(1)按結(jié)構(gòu)分類：a.反饋控制系統(tǒng)：是將系統(tǒng)的輸出量反饋到輸入端構(gòu)成閉合指標(biāo)當(dāng)設(shè)定值發(fā)生變化或受到外界干擾時(shí)，要求被控量能平穩(wěn)、迅速和準(zhǔn)確地趨近B2B1的第一個(gè)峰值超出穩(wěn)=y(tp)一y()100%。對(duì)于二階振蕩系統(tǒng)，超調(diào)量與衰減比n有單值對(duì)應(yīng)關(guān)系，y()3n穩(wěn)態(tài)值的±5%(或±2%)范圍內(nèi)所需要按能源形式分：氣動(dòng)控制儀表、電動(dòng)控制儀表、液動(dòng)控制儀表(少)；(3)按信號(hào)構(gòu)形式分：基地式儀表、單元組合式儀單元組合式儀表是根據(jù)控制系統(tǒng)各組成環(huán)節(jié)的不同功能和使用要求制成的模塊化儀表(稱為單元)的總稱。各個(gè)單元模塊之間用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行聯(lián)絡(luò)。有電DDZQDZ元組合儀表分分等物理量的大小變換成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量信號(hào)傳送給指示、記錄和控制裝置等。信號(hào)和電動(dòng)儀表的模擬信號(hào)。a元組合儀表也采用了這一國(guó)際統(tǒng)一信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)。第二章過程參數(shù)的檢測(cè)與變送4GB受規(guī)定的被測(cè)量，并按照一定(1)真值：即被測(cè)物理量的真實(shí)(或客觀)取值。(2)最大絕對(duì)誤差：儀表的實(shí)測(cè)示值x與“真值”xa的最大差值，記為，6=100%(6'=100%)a (3)相對(duì)誤差(或標(biāo)稱相對(duì)誤差)：xx。a3、檢測(cè)誤差的規(guī)律性(疏忽誤差)，應(yīng)先判斷其存在否，再將其剔除。4、儀表的固有特性及性能指標(biāo)精度)是儀表檢測(cè)誤差的一種工程對(duì)誤差越小，則最大引用誤差也越小，儀表的精度就越高；同樣，當(dāng)儀表的5輸出特性曲線與理論直線之間的最大偏差。6=bmax100%b與儀表測(cè)量范圍之比的百分?jǐn)?shù)，記，即bxmaxxmin。b(4)靈敏度與分辨力：靈敏度是指儀表輸出量的增y與引起輸出增量的輸入增量x的比值，即s=y。分辨力又稱靈敏限，是指儀表輸出能響應(yīng)和分辨輸入x的最小變化量，數(shù)字顯示儀表變化一個(gè)二進(jìn)制最低有效位時(shí)輸入的最小變化量。)(6)動(dòng)態(tài)誤差：指被測(cè)參數(shù)在干擾作用下處于變動(dòng)狀態(tài)時(shí)儀表的輸出值與參數(shù)實(shí)際值之間的差異。y=yymaxmin(xx)+y (1)工作特性：xmaxxminminmin。(2)零點(diǎn)調(diào)整與遷移：零點(diǎn)是指被測(cè)參數(shù)的下限值x，而使x=0的過程稱為“零點(diǎn)調(diào)整”；使x士0的過程稱為“零點(diǎn)遷移”。max：量程是指與檢測(cè)儀表規(guī)定的輸出范圍相對(duì)應(yīng)的輸入范圍量，程調(diào)整是指在零點(diǎn)不變時(shí)將輸出上限值與輸入上限值相對(duì)應(yīng)。、變送器的構(gòu)成原理的輸出信號(hào)種類多且比較微弱，所以必須由變送器將其轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。其分為模擬式變送器和數(shù)字式變送器。6接觸式測(cè)溫和非接觸式測(cè)溫兩大類。0~1600－200~600－50~150－50~150接線方式有二線制接線方式有二線制、三線制和四二線制中引線電阻對(duì)測(cè)量影響大，用于測(cè)溫精度不高的場(chǎng)合。三線制可以減小熱電阻與測(cè)量?jī)x表之間連接導(dǎo)線的電阻因環(huán)境溫度變化所引起的測(cè)量誤差。四線制可以完全消除引線電阻對(duì)測(cè)量的影響，用于高精度溫度檢測(cè)。11、熱電偶及其測(cè)溫原理熱電偶的測(cè)溫原理是基于熱電效應(yīng)，即只要熱電偶兩端的溫度不同，則在熱電偶閉合回路中就產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象就成為熱電效應(yīng)。熱電偶回路中的熱電勢(shì)由接觸電動(dòng)勢(shì)和溫差電動(dòng)勢(shì)(很小，一般不考慮)兩部分組成。(1)常用元件及共性：高溫輻射溫度計(jì)、低溫輻射溫度計(jì)、光電溫度計(jì)。7壓力指垂直作用于單位面積上的力(1Pa=1N/mm)。(1)差壓(△p)：指兩個(gè)壓力之間的相對(duì)差值。(3)表壓(p)：指絕對(duì)壓力與當(dāng)?shù)卮髿鈮毫χ頶(4)負(fù)壓(又稱真空度，p)：指當(dāng)絕對(duì)壓力小于大氣壓力時(shí)，大氣壓力與絕N橢圓齒輪流量計(jì)要求流體含固體雜質(zhì)，但對(duì)流體粘度無要求，所以特別適用于高粘度流體的檢測(cè)，而且測(cè)量精度第三章過程控制儀表(1)偏差顯示；(2)輸出顯示；(3)內(nèi)、外給定的選擇；(4)正、反作用的最8用比例度6表示比例調(diào)節(jié)作用的強(qiáng)弱。它定義為：調(diào)節(jié)器輸入偏差的相對(duì)變化6=(eeemaxmin/uuumaxmin)100%11+IKTs為：在階躍信號(hào)輸入下，其輸出的最大值與純比例II偏差消失時(shí)，輸1+TsG(s)=1+TsDCC1+TDs式中，DK特點(diǎn)：微分作用能超前控制。在偏差出現(xiàn)或變化的瞬間，微分立即產(chǎn)生強(qiáng)烈的調(diào)節(jié)作用，使偏差盡快地消除于萌芽狀態(tài)之中。微分對(duì)靜態(tài)偏差毫無控制能力。當(dāng)GC(sGC(s)=KC1IT礎(chǔ)控制；微分作用是用于加快系統(tǒng)1++DsKTsK控制速度；積分作用是用于消除靜IID制，9序執(zhí)行機(jī)構(gòu)閥體作執(zhí)行器氣開、號(hào)作用方式用方式氣關(guān)形式正序執(zhí)行機(jī)構(gòu)閥體作執(zhí)行器氣開、號(hào)作用方式用方式氣關(guān)形式正反正正正反ab：當(dāng)輸入氣壓信號(hào)增加時(shí)閥桿向下移動(dòng)時(shí)稱正作用；當(dāng)輸入氣。調(diào)節(jié)閥的尺寸q=aA2g(pp)當(dāng)流體為不可壓縮時(shí)，通過調(diào)節(jié)閥的體積流量為V0r12。依據(jù)流通能力的定義，則有C=aA02g，這就是確定調(diào)節(jié)閥尺寸的理論依據(jù)。dd反反則相反，即當(dāng)氣壓信號(hào)p>0.02MPa時(shí)，閥由全開狀態(tài)逐漸關(guān)閉。過高而發(fā)生事故或危險(xiǎn)；又如，鍋爐進(jìn)水的執(zhí)行器應(yīng)調(diào)節(jié)閥的流量特性，是指被控介質(zhì)流過閥門的相對(duì)流量與閥門的相對(duì)開度(相 q=f(l)對(duì)位移)間的關(guān)系，即qmaxL。式中，相對(duì)流量q/q是控制閥某一開度流量q與全開時(shí)流量q之比；相對(duì)maxmaxL在將控制閥前后壓差固定時(shí)得到的流量特性稱為理想(固有)流量特性。它僅在目前常用的調(diào)節(jié)閥中，有三種代表性的理想流量特性：變化所引起的流量變化是常數(shù)。=K=K+C用數(shù)學(xué)式表示為d(q)/d(l)=K，積分得qmaxlmax。qlmaxmax(2)對(duì)數(shù)(等百分比)流量特性：指單位相對(duì)行程變化所引起的相對(duì)流量變化的安檢通道。與檢測(cè)端安全柵的區(qū)別：①信號(hào)傳輸方向相反②不需給現(xiàn)場(chǎng)供第四章被控過程的數(shù)學(xué)模型程的數(shù)學(xué)模型及其作用1過程的數(shù)學(xué)模型可分為靜態(tài)數(shù)學(xué)模型(是過程在穩(wěn)態(tài)時(shí)的輸入變量與輸出變量之間的關(guān)系)和動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型(是過程在輸入變量改變以后輸出量的變化情況)。述，表示，也可以用非參數(shù)模型(如曲線、表格等)表示。系稱為通道；控制作用至輸出變量的信號(hào)至輸出變量的信號(hào)聯(lián)系稱為干擾通道；過程的輸出為和無自衡特性當(dāng)原來處于平衡狀態(tài)的過程出現(xiàn)干擾時(shí)，其輸出量在無人或無控制裝置的干預(yù)下，能夠自動(dòng)恢復(fù)到原來或新的平衡狀態(tài)，則稱該過程具有自衡特性，否則，該過試驗(yàn)辨識(shí)法，又稱系統(tǒng)辨識(shí)與參數(shù)估計(jì)法，其主要思路是先給被控過程人為地施加與模型的參數(shù)。(3)機(jī)理演繹法與試驗(yàn)辨識(shí)法相結(jié)合的混合法，是機(jī)理演繹法與試第五章簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)是只對(duì)一個(gè)被控參數(shù)進(jìn)行控制的單回路閉環(huán)控制系統(tǒng)。是最基本成復(fù)雜過程控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)的主要任務(wù)就在于如何確定合理的控制方案、選擇正確的參數(shù)檢測(cè)方法與檢測(cè)定、控制系統(tǒng)開發(fā)的主要步驟整。主要包括系統(tǒng)被控參數(shù)的選擇、測(cè)量信息的獲取及變送、控制參數(shù)的選擇、調(diào)節(jié)規(guī)律的選取、調(diào)節(jié)閥(執(zhí)行器)的選擇和調(diào)節(jié)器正、反作用的確定等內(nèi)容。當(dāng)難以用直接參數(shù)作為被控參數(shù)時(shí)，應(yīng)選取與直接參數(shù)有單值函數(shù)關(guān)系的所謂C(s)1K=?f (1)干擾通道K的影響：由式F(s)1+Gc(s)Gv(s)Gp(s)H(s)Tfs+1(式2)可知f當(dāng)K越大，由干擾引起的輸出也越大，被控參數(shù)偏離給定值就越多。當(dāng)K無法被ff改變時(shí)，應(yīng)當(dāng)增強(qiáng)控制作用或采用干擾補(bǔ)償?shù)姆椒ā?2)干擾通道T的影響：由式2可以看出G(s)為慣性環(huán)節(jié)，對(duì)干擾F(s)fffffff(1)控制通道K的影響：在調(diào)節(jié)器增益K一定的條件下，當(dāng)控制通道靜態(tài)增0c益K越大時(shí)，則控制作用越強(qiáng)，克服干擾的能力也越強(qiáng)，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差就越??；0與此同時(shí)，當(dāng)K越大，被控參數(shù)對(duì)控制作用的反應(yīng)就越靈敏，響應(yīng)越迅速。但是，0當(dāng)調(diào)節(jié)器靜態(tài)增K、K越大時(shí)，系統(tǒng)的開環(huán)增益也越大，這對(duì)系統(tǒng)的閉環(huán)穩(wěn)定性c0系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性和穩(wěn)態(tài)誤差三(2)控制通道T的影響：如果控制通道的時(shí)間常數(shù)T太大，則調(diào)節(jié)器對(duì)被控00的過渡過程時(shí)間就會(huì)延長(zhǎng)，最終導(dǎo)致控制質(zhì)量下降；但當(dāng)T太小，則調(diào)節(jié)過程又過于靈敏，容易引起振蕩，同樣難以保證控制0(3)控制通道的影響：控制通道純滯后時(shí)間產(chǎn)生的原因：一是由信號(hào)傳00利。制參數(shù)的確定(1)選擇結(jié)果應(yīng)使控制通道的靜態(tài)增益K盡可能大，時(shí)間常數(shù)T選擇適當(dāng)。00(2)控制通道的純時(shí)延時(shí)間應(yīng)盡可能小，和T的比值