工業(yè)過程檢測與控制課件

典型工業(yè)過程控制精餾過程控制B，xBvF，zf蒸汽LD，xD進料餾出液冷劑回流釜液工藝簡介精餾過程---將組分複雜的混合物通過傳熱、傳質(zhì)分離成純度相對較高的單一化工產(chǎn)品的過程原理-----利用混合物中各組分相對揮發(fā)度不同，在一定的溫度、壓力下通過蒸發(fā)與冷凝，使液相中的輕組分和氣相中的重組分互相轉(zhuǎn)移，從而實現(xiàn)分離。精餾過程控制精餾過程的控制要求產(chǎn)品品質(zhì)要求平穩(wěn)運行要求約束條件要求節(jié)能要求精餾過程控制的目標(biāo)是：在保證安全的前提下，滿足工藝提出的品質(zhì)指標(biāo)，並盡可能降低原材料和能源消耗，提高效率，保證生產(chǎn)安全、平穩(wěn)運行。精餾過程控制基本控制方案按精餾段指標(biāo)的控制方案

塔頂餾出液為主要產(chǎn)品，或塔的進料全部為氣相此時進料量、成分和溫度的波動對精餾段影響較大

LCLCFCFCTCFDBL根據(jù)精餾段品質(zhì)指標(biāo)控制回流量，保持再沸器加熱量恒定精餾過程控制根據(jù)精餾段品質(zhì)指標(biāo)控制餾出液流量，保持再沸器加熱量恒定LCLCFCFCTCFDBL串級控制系統(tǒng)基本原理及結(jié)構(gòu)

在多回路控制系統(tǒng)中，有兩個被控過程、兩套測量變送裝置、兩臺控制器和一個控制閥構(gòu)成的系統(tǒng)稱為串級控制系統(tǒng)。

串級控制系統(tǒng)方塊圖串級控制系統(tǒng)工作過程設(shè)定值控制閥流量控制器測量變送溫度控制器溫度對象測量變送釜溫流量對象擾動作用副回路擾動作用主回路氣開反反蒸汽進料精餾塔FCTC串級控制系統(tǒng)的特點在系統(tǒng)特性上，串級控制系統(tǒng)由於副回路的引入，改善了對象特徵，使控制過程加快，具有超前控制的作用。Y對象2控制閥副控制器測量變送2對象1測量變送1主控制器F2F1XcbaY對象2X控制閥控制閥對象1F2F1測量變送abc

單回路控制系統(tǒng)

串級控制系統(tǒng)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，串級控制系統(tǒng)有兩個閉合回路：主回路和副回路；有兩個控制器：主控制器和副控制器；有兩個測量變送器。串級控制系統(tǒng)的特點設(shè)定值控制閥流量控制器干擾測量變送溫度控制器溫度對象干擾測量變送釜溫流量對象定值控制系統(tǒng)隨動控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)由於增加了副回路，具有有一定的自適應(yīng)能力。設(shè)定值控制閥副控制器干擾副測量變送主控制器主對象干擾主測量變送主變數(shù)副對象串級控制系統(tǒng)的設(shè)計串級控制系統(tǒng)副參數(shù)的選擇及副回路的設(shè)計主副變數(shù)間應(yīng)有一定的內(nèi)在聯(lián)繫系統(tǒng)的主要干擾應(yīng)包圍在副回路中在可能的情況下，應(yīng)使副環(huán)包圍更多的次要干擾副變數(shù)的選擇應(yīng)考慮主副對象時間常數(shù)的匹配，防止共振的發(fā)生當(dāng)對象具有較大的純滯後而影響控制品質(zhì)時，在選擇副變數(shù)時應(yīng)使副環(huán)儘量少包含純滯後或不包含純滯後串級控制系統(tǒng)的設(shè)計主副控制器正反作用的選擇實例設(shè)定值控制閥流量控制器測量變送溫度控制器溫度對象測量變送釜溫流量對象

當(dāng)主、副變數(shù)在增加（或減小）時，為使主、副變數(shù)減小（或增加），要求控制閥的作用方向是一致的時候，主控制器應(yīng)選擇反作用；反之選正作用。反蒸汽進料精餾塔FCTC串級控制系統(tǒng)適應(yīng)場合被控對象的控制通道純滯後時間較長，用單回路控制系統(tǒng)不能滿足品質(zhì)指標(biāo)對象容量滯後比較大，用單回路控制系統(tǒng)不能滿足品質(zhì)指標(biāo)控制系統(tǒng)記憶體在變化激烈且幅值很大的干擾

被控對象具有較大的非線性，而負荷變化又較大比值控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)-----實現(xiàn)兩個或兩個機上參數(shù)符合一定比例關(guān)係的控制系統(tǒng)主物料-------處於主導(dǎo)地位的物料表徵該物料的參數(shù)為主動量F1（主流量）從物料--------隨主物料的變化呈比例的變化的另一種物料表徵該物料的參數(shù)從動量F2

（副流量）流量比值副流量主流量比值控制系統(tǒng)的類型單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)F1CF2CF1F2F2執(zhí)行器控制器F2C比值器對象F1副測量變送主測量變送特點------兩種物料流量之比較為精確，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，實施方便。不足------兩種物料的總量（F1＋F２）不固定。

比值控制系統(tǒng)的類型單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)與串級控制系統(tǒng)比較F2執(zhí)行器控制器F2C比值器對象F1副測量變送主測量變送副對象設(shè)定值控制閥主控制器干擾測量變送副控制器主對象干擾測量變送設(shè)定值主變數(shù)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)的類型F1執(zhí)行器給定主流量控制器主流量對象主測量、變送副測量、變送K副流量控制器副流量對象執(zhí)行器F2KF1CF2CF1F2特點------兩種物料流量之比精確，其總量（F1＋F２）基本保持不變。不足------系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較複雜，使用的儀錶較多，投資較大，系統(tǒng)調(diào)整比較複雜。使用場合----主流量干擾頻繁，工藝不允許有較大波動或工藝上經(jīng)常需要提升負荷的場合。變比值比值控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)的類型T÷F2F1TTTCFCFT1FT2比值控制器主控制器控制閥流量對象主對象測量變送器F2Y干擾除法器測量變送器測量變送器F1特點------兩種物料流量的比值能靈活地隨第三變數(shù)的需要而變化。比值控制系統(tǒng)的設(shè)計主、從動量的確定控制方案的選擇比值係數(shù)的計算生產(chǎn)過程中主要物料的流量為主動量，次要物料的流量為從動量。兩物料中有一個物料的量為可測但不可控為主動量，可控的物料為從動量。根據(jù)各控制方案的特點及工藝的具體情況而確定。(或)

流量比值信號比值非線性關(guān)係線性關(guān)係前饋控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)與回饋控制比較干擾設(shè)定測量變送回饋控制器執(zhí)行器被控變數(shù)對象

前饋控制比回饋控制及時有效前饋控制屬於開環(huán)控制系統(tǒng)，回饋控制是閉環(huán)控制系統(tǒng)前饋控制使用的實施對象特性而定的專用控制器，回饋控制採用通用

PID控制器一種前饋作用之能克服一種干擾，回饋控制只用一個控制器就可克服多個干擾對象被控變數(shù)干擾前饋控制器測量變送執(zhí)行器前饋控制系統(tǒng)的幾種結(jié)構(gòu)形式靜態(tài)前饋控制系統(tǒng)前饋控制器的輸出信號是是干擾量和時間的函數(shù)。而當(dāng)干擾通道和控制通道動態(tài)特性相同時，便可按靜態(tài)關(guān)係確定前饋控制作用。

如果主要干擾是進料流量的波動ΔＦ，為了達到靜態(tài)補償應(yīng)滿足下式成立：

式中

Kp－控制通道放大係數(shù)

Kf－干擾通道放大係數(shù)

Km－前饋放大器放大係數(shù)對象被控變數(shù)干擾前饋控制器測量變送執(zhí)行器KmFCF1F2動態(tài)前饋控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)的幾種結(jié)構(gòu)形式

動態(tài)前饋與靜態(tài)前饋從控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)上看是一樣的，只是前饋控制器的控制規(guī)律不同。動態(tài)前饋要求控制器的輸出不僅僅是干擾量的函數(shù)，而且也是時間的函數(shù)。要求前饋控制器的校正作用使被控變數(shù)的靜態(tài)和動態(tài)誤差都接近或等於零。tF△FTba前饋控制系統(tǒng)的幾種結(jié)構(gòu)形式前饋-回饋控制系統(tǒng)特點：吸收前饋與回饋控制的優(yōu)點，即前饋控制作用及時的優(yōu)點及回饋控制能克服多個擾動和具有對被控參數(shù)進行回饋檢測的長處。實例FTFFCTTTC∑TT0FG控制閥對象設(shè)定測量變送回饋控制器前饋控制器測量變送被控變數(shù)干擾前饋控制系統(tǒng)的應(yīng)用場合

系統(tǒng)中存在著可測但不可控的變化幅度大，且頻繁的干擾，這些干擾對被控參數(shù)影響顯著，回饋控制達不到品質(zhì)要求時。

當(dāng)控制系統(tǒng)的控制通道滯後時間較長，由於回饋控制不及時影響控制品質(zhì)時，可採用前饋或前饋－回饋控制系統(tǒng)。均勻控制系統(tǒng)均勻控制系統(tǒng)的基本概念均勻控制是在連續(xù)生產(chǎn)過程中各種設(shè)備前後緊密聯(lián)繫的情況下提出來的一種特殊的液位（或氣壓）—流量控制。其目的在於使液位保持在一個允許的變化範(fàn)圍，而流量保持平穩(wěn)。LCFC1塔1塔22均勻控制系統(tǒng)小結(jié)：均勻控制系統(tǒng)，是指兩個工藝參數(shù)在規(guī)定範(fàn)圍內(nèi)能緩慢地、均勻地變化，使前後設(shè)備在物料供求上相互兼顧，均勻協(xié)調(diào)的系統(tǒng)。構(gòu)成均勻控制系統(tǒng)，液位和流量兩個參數(shù)的變化應(yīng)滿足如下要求：1.兩個參數(shù)在控制過程中都應(yīng)該是變化的，且變化是緩慢的。

2.兩個參數(shù)必須在允許的範(fàn)圍內(nèi)變化，均勻控制要求在最大幹擾作用下，液位在塔釜的上下限內(nèi)波動，而流量應(yīng)在一定的範(fàn)圍內(nèi)平穩(wěn)漸變，避免對後段工序產(chǎn)生較大的干擾。均勻控制系統(tǒng)簡單均勻控制系統(tǒng)LC特點------結(jié)構(gòu)與單回路液位控制系統(tǒng)相同控制規(guī)律採用純比例控制參數(shù)整定比例度大於100%均勻控制系統(tǒng)串級均勻控制系統(tǒng)FCLC

特點：結(jié)構(gòu)與串級控制系統(tǒng)完全相同副環(huán)流量控制與串級副環(huán)相同副環(huán)參數(shù)整定與串級對副環(huán)的要求相同主控制器與簡單均勻控制要求相同主、副控制器一般都採用純比例控制規(guī)律分程式控制制系統(tǒng)變送器控制器電∕氣20～100KPaAB60～100KPa20～60KPa20～100KPa由一個控制器的輸出信號分段分別去控制兩個或兩個以上控制閥動作的系統(tǒng)稱為分程式控制制系統(tǒng)分程式控制制系統(tǒng)10020601000閥壓/kPa閥開度(%)20601000閥壓/kPaB閥閥開度(%)100B閥A閥A閥10020601000閥壓/kPa閥閥閥開度(%)BA20601000閥壓/kPaA閥B閥閥開度(%)100分程式控制制方案中，閥的開閉形式，可分同向和異向兩種氣開氣閉分程式控制制系統(tǒng)的應(yīng)用

用於擴大控制閥的可調(diào)範(fàn)圍例1可調(diào)比：閥所能控制的最大流量與最小流量之比控制器AB

設(shè)：分程式控制制中使用的大小兩只控制閥的最大流通能力分別為：且兩個閥的可調(diào)範(fàn)圍相等：RA=RB=30若忽略大閥的洩露則其最小流通量為：最大流通能力為：+所以兩個閥組合在一起的可調(diào)範(fàn)圍擴大到：

分程式控制制系統(tǒng)的應(yīng)用

用於控制滿足工藝上操作的特殊要求例2間歇式反應(yīng)器的溫度分程式控制制冷水TC蒸汽“B”氣開閥“A”氣關(guān)閥1000.020.060.1“B”“A”0MPa氣關(guān)閥氣開閥閥開度(%)氣開氣關(guān)反分程式控制制系統(tǒng)的應(yīng)用例3

用於控制滿足工藝上操作的特殊要求PC排空氣關(guān)閥“B”“A”氣開閥N2N21000.020.060.1“B”“A”0MPa氣關(guān)閥氣開閥閥開度(%)分程式控制制系統(tǒng)

分程式控制制應(yīng)用中的幾個問題

控制閥的洩漏量問題

控制閥流量特性的選擇除考慮對象特性外更應(yīng)注意在分程點處控制閥的放大係數(shù)可能出現(xiàn)突變

分程式控制制控制器控制規(guī)律的選擇及其參數(shù)整定可參照簡單控制系統(tǒng)處理

選擇性控制系統(tǒng)非正常工況一般採取的處理方法有兩種：連鎖保護緊急性停車自動切換至手動選擇性控制系統(tǒng)-------當(dāng)生產(chǎn)操作趨向限制條件時，一個用於控制不安全工況的控制方案將取代正常情況下的控制方案，直到生產(chǎn)操作重新回到安全範(fàn)圍以內(nèi)恢復(fù)原控制方案為止。選擇性控制系統(tǒng)設(shè)有兩個控制器（或多個變送器）由選擇器選擇出能適應(yīng)生產(chǎn)安全狀況的控制信號，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的自動控制。選擇性控制系統(tǒng)的應(yīng)用氣開閥液氨TC氣氨TC氣開閥液氨RTC氣氨HCLS氣開閥液氨液氨蒸發(fā)器（利用液氨的汽化需要吸收大量熱量來冷卻流管內(nèi)物料）例1

選擇性控制系統(tǒng)

積分飽和及其防止

一個具有積分作用的控制器，當(dāng)其處於開環(huán)工作狀態(tài)時，如果偏差輸入信號一直存在，那麼由於積分作用的結(jié)果，將使控制器的輸出不斷增加或不斷減小，一直達到輸出的極限值並保持在此極限值上，而控制器暫時喪失了控制功能的現(xiàn)象，稱為“積分飽和”現(xiàn)象。

產(chǎn)生積分飽和的原因1、控制系統(tǒng)中控制器具有積分控制規(guī)律；2、控制器輸入偏差長期存在得不到補償。

概述

氣動控制儀錶的特點：結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定可靠，維護方便，價格便宜，並且具有本質(zhì)安全防爆性能，特別適用於石油、化工等有爆炸危險的場所。概述

電動控制儀錶的特點：可以實現(xiàn)無滯後的遠距離傳送，同時又具有能源簡單、便於和電腦配合的特點。由於採取安全火花防爆措施解決了防爆問題，電動儀錶同樣也能應(yīng)用於易燃易爆的危險場所，因此在工業(yè)生產(chǎn)過程中得到越來越廣泛的應(yīng)用。模擬式傳輸信號通常為連續(xù)變化的模擬量，其線路簡單，操作方便，價格較低概述

一般與檢測裝置、顯示裝置一起組裝在一個整體之內(nèi)同時具有檢測、控制與顯示的功能結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、使用方便通用性差，信號不易傳遞一般應(yīng)用於簡單控制系統(tǒng)中。

基地式儀錶概述

單元組合式儀錶儀錶按各組成環(huán)節(jié)的不同功能和使用要求，將整套儀錶分為若干單元，各單元能獨立實現(xiàn)某種功能，使用時可以按生產(chǎn)工藝的不同要求挑選需要的單元加以組合，其特點是應(yīng)用靈活，通用性強，使用維護方便，特別適用於中、小企業(yè)的過程控制系統(tǒng)；組件組裝式儀錶：單元組合儀錶的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種成套儀錶裝置，結(jié)構(gòu)上包括控制機櫃和顯示操作盤兩部分，它的主要特點是功能分離，結(jié)構(gòu)組件化，特別適用於要求組成各種複雜控制和集中顯示操作的大、中型企業(yè)的過程控制系統(tǒng)。概述

數(shù)字式它以微型電腦為核心，功能完善，性能優(yōu)越，能解決模擬式儀錶難以解決的問題，滿足現(xiàn)代生產(chǎn)過程的高質(zhì)量控制要求。它可實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)過程、斷續(xù)生產(chǎn)過程的控制，也可以通過在PLC中加入PID等控制功能，實現(xiàn)批量控制。概述

可編程調(diào)節(jié)器：

具有比傳統(tǒng)模擬儀錶更為豐富的運算和控制功能，它可以提供多種軟體功能模組，由用戶根據(jù)生產(chǎn)控制的要求通過組態(tài)完成各種運算處理和複雜控制，具有很大的應(yīng)用靈活性，但其軟體系統(tǒng)比較複雜。概述

信號制及供電方式

信號制----指在成套儀錶系列中，各個儀錶的輸入輸出間採用何種統(tǒng)一聯(lián)絡(luò)信號來進行信號傳輸?shù)膯栴}。氣動控制儀錶：0.02～0.1MPa

電動控制儀錶，0～10mA（DC）電流信號作為電動Ⅱ型儀錶

4～20mA（DC）電流信號

1～5V（DC）電壓信號電動Ⅲ型儀錶傳輸方式：進出控制室的傳輸信號採用電流信號，控制室內(nèi)部各儀錶間聯(lián)絡(luò)信號採用電壓信號

基本控制規(guī)律及其對控制過程的影響

回憶：控制器作用

被控對象

測量變送控制器執(zhí)行器被控變數(shù)設(shè)定值擾動基本控制規(guī)律概述

控制規(guī)律是指控制器的輸出信號與輸入偏差信號隨時間變化的規(guī)律。在單回路定值控制系統(tǒng)中，由於擾動作用的存在，會使被控變數(shù)對給定值產(chǎn)生偏差，此偏差數(shù)值上等於被控變數(shù)測量值與給定值之差。即：

式中e—偏差

Xi—被控變數(shù)的測量值

Xg—被控變數(shù)的給定值控制器的輸出信號是相對於控制器輸入信號e的輸出的變化量Δy。如果輸入e與輸出Δy的變化方向相同，則稱控制器為正作用控制器；反之，如果輸入e與輸出Δy變化方向相反，則稱控制器為反作用控制器。

控制規(guī)律概述

PID控制器的一般形式為：△y＝f(e)

幾種常用控制規(guī)律的微分方程運算式可分別表示為：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—控制器的積分時間；

TD—控制器的微分時間；

控制規(guī)律的表示形式e△y

KPe

t

t式中△y-為控制器的輸出;e-為控制器的輸入;KP為比例增益，表徵比例控制作用的強弱程度。

比例控制器的階躍回應(yīng)特性PID控制規(guī)律對控制過程的影響

比例控制規(guī)律對控制過程的影響比例控制的輸出與輸入的關(guān)係為△y＝KPe通常習(xí)慣用比例增益的倒數(shù)即比例度表示控制器的輸入與輸出之間的比例關(guān)係以及比例作用的強弱。比例度可表示為

δ=1/KP

δ越大，比例控制作用越弱，δ越小，比例控制作用越強。PID控制規(guī)律對控制過程的影響比例度對控制過程的影響比例度的選擇原則:

若對象的滯後較小，時間常數(shù)較大以及放大倍數(shù)較小，那麼可以選擇小的比例度來提高系統(tǒng)的靈敏度，從而使過渡過程曲線的形狀較好。反之，為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，就要選擇大的比例度來保證穩(wěn)定。

積分作用數(shù)學(xué)運算式為PID控制規(guī)律對控制過程的影響

比例積分控制規(guī)律對控制過程的影響tte△y式中TI是積分常數(shù)，表示積分速度的大小和積分作用的強弱。積分作用能夠消除餘差與比例控制相比，積分控制過渡過程比較緩慢PID控制規(guī)律對控制過程的影響

在階躍信號作用下（幅值為A)PI輸出回應(yīng)由比例和積分兩部分組成當(dāng)t=TIΔy=2KPAPI控制器的輸出隨時間變化的運算式為t△yI=△yPt△ypPe△yTI由此可確定積分常數(shù)。積分常數(shù)越大，積分作用越小，反之，積分作用越大。積分時間TI的物理意義：在階躍信號作用下，控制器積分作用的輸出等於比例作用的輸出所經(jīng)歷的時間。

PID控制規(guī)律對控制過程的影響積分時間對過渡過程的影響左圖表示在同樣比例度下積分時間對過渡過程的影響。由圖中曲線３可以看出，TI過大時積分作用不明顯，餘差消除地也慢，從圖中曲線１、２可以看出，TI較小時易於消除餘差，但系統(tǒng)的振盪加劇。相比之下，曲線２就比較理想。理想微分控制器的輸出與輸入信號的關(guān)係為：

在階躍信號輸入的瞬間，控制器的輸出為無窮大，其餘時間輸出為零。et0t0∞ttPID控制規(guī)律對控制過程的影響

比例微分控制規(guī)律對過渡過程的影響比例微分輸出的大小與偏差變化速度及微分時間ＴＤ成正比。微分時間越長，微分作用越強。微分時間

對PID控制器而言，當(dāng)積分時間TI→∞時，控制器呈PD控制特性。此時輸出與輸入的關(guān)係如式所示。tet△y理想PD控制器的階躍回應(yīng)曲線

比例微分控制規(guī)律PID控制規(guī)律對控制過程的影響PID控制規(guī)律對控制過程的影響微分時間對過渡過程的影響PD控制優(yōu)點：能提高系統(tǒng)的回應(yīng)速度，同時改善過程的動態(tài)品質(zhì)，抑制過渡過程的最大動態(tài)偏差，有助於提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。PD控制不足之處：一般只適應(yīng)於時間常數(shù)較大或多容過程的調(diào)節(jié)控制，而不適用於流量、壓力等一些變化劇烈的過程。其次，當(dāng)微分作用太強時會導(dǎo)致系統(tǒng)中的控制閥頻繁開啟，容易造成系統(tǒng)振盪。PD控制一般總是以比例動作為主，微分動作為輔。

PID控制規(guī)律吸取了比例控制的快速反應(yīng)功能、積分控制的消除餘差功能和微分控制的預(yù)測功能，從控制效果看，是比較理想的一種控制規(guī)律。階躍回應(yīng)特性可以看作是PI階躍回應(yīng)曲線PD階躍回應(yīng)曲線的疊加。

PID三作用控制器雖然性能效果比較理想，但並非任何情況下都可採用PID三作用控制器。因為PID三作用控制器需要整定比例度、積分時間和微分時間三個變數(shù)，而在實際工程上是很難將這三個變數(shù)都整定到最佳值。PID階躍回應(yīng)特性曲線

PID控制規(guī)律對控制過程的影響

比例積分微分控制規(guī)律DDZ-Ⅲ型控制器

DDZ-Ⅲ型PID控制器的特點：

元器件以線性積體電路為主，大大提高了可靠性，降低了功耗；提高了控制器的操作性能；易於控制器功能的擴展;採用安全火花防爆措施，提高了穩(wěn)定性和可靠性。同時，DDZ-Ⅲ型PID控制器中採用的運算放大器是高增益高輸入阻抗的，因此具有較高的積分增益和良好的保持特性。

DDZ-Ⅲ型控制器有兩個基型品種，全刻度指示控制器偏差指示控制器

PID控制器的組成原理

PID控制器組成框圖

ＰID控制器的特性分析

主要作用:

對輸入信號和給定信號進行綜合比較，獲得偏差信號並進行放大，同時實現(xiàn)電平的移動，把以零伏為基準的輸入電壓轉(zhuǎn)換成以10V參考電壓為基準的輸出電壓信號。VBIC1R1R6－+R2R4R7R3VSViVo1R8R5FT

輸入電路圖中以零伏（地）為基準的測量信號Vi和給定信號VS，反相地加到運算放大器IC1的兩個輸入端，電路的輸出是已經(jīng)進行了電平移動的以VB=10V為基準的電壓信號VO1。同相端：設(shè)為理想運放，，開環(huán)增益為反相端：對於理想運放,VBIC1R1R6－+R2R4R7R3VSViVo1R8R5FTIC1ＰID控制器的特性分析

RP1aR1RD斷CDV02KIC21KΩ9.1KΩ通+－V01VBVBRP1aV02IC2+－VTRDCD1KΩ9.1KΩV01VB

比例微分電路的作用是對輸入電路的輸出信號VO1進行比例微分運算。電路如圖所示。將PD電路分為無源比例微分網(wǎng)路圖和比例運算電路圖兩部分單獨進行分析。無源比例微分網(wǎng)路比例電路

微分電路構(gòu)成

充電結(jié)束時，9.1KΩ電阻上的電壓全部加到電容CD上，此時

VCD（∞）=VO1並保持該值不變。比例微分電路的輸出信號VO２與VT成簡單的比例放大關(guān)係，因為比例係數(shù)為α，所以有

VO２＝VO1

PD電路ＰID控制器的特性分析

工業(yè)控制電腦的特點：可靠性強，抗干擾能力強；與用戶設(shè)備聯(lián)結(jié)方便；可以使用單一的電腦語言，或通用語言。電腦控制基本原理：電腦中，所有數(shù)據(jù)均以高低電平表示—有電、無電；所有數(shù)據(jù)存在位置都以地址表示；電腦通過指定地址（包括介面位置）對數(shù)據(jù)讀、寫。概述概述週邊設(shè)備的電信號（開關(guān)量或數(shù)字量）轉(zhuǎn)換成一定的電腦數(shù)據(jù)碼後，CPU經(jīng)過介面地址就可以獲得外部資訊，通過相反途徑就可以將計算結(jié)果輸出到外部設(shè)備。電腦與外部設(shè)備的聯(lián)結(jié)部件稱為電腦輸入/輸出（I/O）模組。電腦內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖直接數(shù)字控制系統(tǒng)直接數(shù)字控制系統(tǒng)DirectDigitalControl——DDC用一臺工業(yè)電腦配以適當(dāng)?shù)妮斎胼敵鲈O(shè)備，從生產(chǎn)過程中經(jīng)輸入通道獲取資訊，按照預(yù)先規(guī)定的控制演算法計算出控制量，並通過輸出通道，直接作用到執(zhí)行機構(gòu)上，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的閉環(huán)控制。DDC控制系統(tǒng)實質(zhì)上是以電腦為控制器過程控制系統(tǒng)。DDC控制系統(tǒng)的特點：高可靠性，友好的人機對話介面，方便的顯示列印功能，靈活的控制規(guī)律。集散控制系統(tǒng)的基本概念

集散控制系統(tǒng)是隨著現(xiàn)代大型工業(yè)生產(chǎn)自動化的不斷興起和過程制要求的日益複雜應(yīng)運而生的綜合控制系統(tǒng)，它緊密依賴於自動控制技術(shù)、電腦技術(shù)、通信技術(shù)和CRT顯示技術(shù)(4C)。集散控制系統(tǒng)又稱分散型控制系統(tǒng)

DCS------DistributedControlSystem“分散”指：1、工藝上各種設(shè)備地理位置的分散。2、功能分散。“集”：集中監(jiān)視、集中管理。集散控制系統(tǒng)的定義

DCS系統(tǒng)是一個為滿足大型工業(yè)生產(chǎn)日益複雜的過程控制的要求，從綜合自動化角度出發(fā)，按功能分散、管理集中的原則構(gòu)成。它具有高可靠性指標(biāo)，不斷以新的技術(shù)成果充實和研製，以微處理器、微型電腦技術(shù)為核心,與數(shù)據(jù)通信技術(shù)、CRT顯示、人機介面、輸入輸出技術(shù)相結(jié)合的，用於生產(chǎn)管理、數(shù)據(jù)採集和各種過程控制的處於新技術(shù)前沿的新型電腦控制系統(tǒng)。集散控制系統(tǒng)發(fā)展歷史

與常規(guī)控制儀錶相比較，

優(yōu)點

控制功能齊全，可實現(xiàn)複雜控制、最優(yōu)控制便於資訊的綜合和分析。

存在問題

1、危險集中2、性能問題：單機負荷超載3、開發(fā)週期

解決方法

選用高可靠性能的電腦

引入雙重化，增加後備裝置集散控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

DCS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是一個分佈式系統(tǒng)。其邏輯結(jié)構(gòu)為樹結(jié)構(gòu)。按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行垂直分解各級既相互獨立由相互聯(lián)繫。每一級又水準分解成若干子集。集散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中央操作臺網(wǎng)間連接器生產(chǎn)管理級LAN局域網(wǎng)過程管理級管理電腦工程師操作站

操作員站監(jiān)控電腦網(wǎng)間連接器高速數(shù)據(jù)公路過程控制級DDC直接數(shù)字控制站數(shù)據(jù)採集站多功能控制站可編程邏輯控制站單回路調(diào)節(jié)控制站過程控制級（ProcessControlUnit

）

直接面向生產(chǎn)過程，是系統(tǒng)與過程之間的介面操作的各種資訊執(zhí)行機構(gòu)特徵：能適應(yīng)惡劣的工業(yè)生產(chǎn)過程環(huán)境分散控制即時性好獨立性強過程變數(shù)(參數(shù))操作監(jiān)視的數(shù)據(jù)過程控制裝置過程控制級過程控制級功能生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)採集、回饋控制、順序控制、批量控制等。在其內(nèi)部完成：A/D轉(zhuǎn)換，各種控制演算法的運算，對模擬量進行濾波及工程單位轉(zhuǎn)換，將採集到的即時數(shù)據(jù)通過網(wǎng)路送到操作員(工程師)站或其他I/O站。過程控制級裝置多回路控制器單回路控制器多功能控制器可編程邏輯控制器數(shù)據(jù)採集裝置系統(tǒng)硬體控制站（CONTROLSTATION,簡稱CS）:由主控制卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡、I/O卡件、供電單元組成通過不同的硬體配置和軟體設(shè)置可構(gòu)成不同功能的控制站過程控制站PCS邏輯控制站LCS數(shù)據(jù)採集站DAS核心部件是主控制卡，它能進行多種過程控制運算和數(shù)字邏輯運算，並能通過下一級通信匯流排（SBUS)獲得各種I/O卡件的資訊。I/O單元機籠I/O單元機籠機櫃結(jié)構(gòu)外殼採用金屬材料以提供電磁遮罩。

機櫃內(nèi)部裝有多層機架，安裝電源及多種模件為保證散熱降溫，櫃內(nèi)裝有風(fēng)扇。櫃內(nèi)大多設(shè)有溫度自動控制裝置機櫃示例

浙大中控JX-300系統(tǒng)

控制站插件箱I/O插件箱櫃頂風(fēng)扇接線端子卡件實例圖電源

交流電源：

交流電源經(jīng)過集散系統(tǒng)的電盤的斷路器給系統(tǒng)供電，保證現(xiàn)場控制站供電系統(tǒng)高效、穩(wěn)定、無干擾。每一現(xiàn)場控制站場均用雙相交流電源供電，兩相互為冗餘。如果附近有經(jīng)常開關(guān)的大功率用電設(shè)備，應(yīng)採用超級隔離變壓器，將其初級、次級線圈間的遮罩層可靠接地。這樣能很好的隔離共模干擾。對控制連續(xù)性要求特別高的場合，應(yīng)裝設(shè)不間斷供電電源UPS。電源

櫃內(nèi)直流穩(wěn)壓電源：

統(tǒng)一的主電源單元將交流電整流成直流電（一般為24V）供給櫃內(nèi)直流母線。各層機架內(nèi)設(shè)有子電源單元，將母線上送來的單一直流電壓轉(zhuǎn)變成機架所需的各種電壓（+5V、±12V、±15V等）。主控電源採用1：1冗餘配置。子電源單元採用1：1或N：1冗餘配置 I/O通道

在過程控制電腦中，種類最多，數(shù)量最大的是各種I/O介面模件(卡件)。來自過程對象的被測信號通過輸入卡件，進入現(xiàn)場控制站，然後按一定的演算法進行數(shù)據(jù)處理，並通過輸出卡件向執(zhí)行設(shè)備送出控制或報警等資訊?，F(xiàn)場控制站數(shù)據(jù)處理輸入卡件信號輸出卡件執(zhí)行設(shè)備I/O通道

AI通道

AO通道

SI通道

SO通道模擬量輸入通道(AI)

一般由端子板、信號調(diào)節(jié)器、A/D插板、及櫃內(nèi)連接電纜組成。端子板：用於連接現(xiàn)場信號電纜，對每一路信號線路提供正負極兩個接線端子及遮罩層的接地端子。櫃內(nèi)電纜：端子板、信號調(diào)節(jié)器與A/D板之間的信號連接。信號調(diào)節(jié)器：將各種範(fàn)圍的模擬量輸入信號統(tǒng)一轉(zhuǎn)換成0—5V或0—10V的電壓信號送入A/D板。採用差動放大器，並且每一路都串接了濾波器。A/D插板：信號調(diào)節(jié)器輸入的多路模擬信號，按CPU的指令逐一轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量送給CPU。DCS多用12位A/D轉(zhuǎn)換器。時間在100微秒左右。每塊A/D插板輸入8—64路模擬信號模擬量輸出通道（AO）

輸出4—20mA或0—10mA的直流電流信號。組成：D/A插板輸出端子板櫃內(nèi)電纜D/A插板

每板可提供4—8路模擬輸出，精度有8位、12位幾種。輸出負載能力一般要求小於500歐。SI通道

開關(guān)量輸入通道。用來輸入各種限位開關(guān)、繼電器或電磁閥門連動觸點的開、關(guān)狀態(tài)；輸入信號可能是交流電壓信號，直流電壓信號或幹接點。

SO通道

開關(guān)量輸出通道，用於控制電磁閥門、繼電器、指示燈、聲報警器等只具有開、關(guān)兩種狀態(tài)的設(shè)備，它是由端子板、SO板及機櫃內(nèi)電纜構(gòu)成。開關(guān)量輸入/輸出通道（SI/SO）過程管理級控制系統(tǒng)工程師、操作員與DCS的介面—人機介面。

MMI—ManMachineInterface；OI—OperatorInterface操作人員瞭解生產(chǎn)過程的運行指令給生產(chǎn)過程發(fā)出操作指令操作管理裝置功能：

以操作、監(jiān)視為主要任務(wù)、兼有部分管理功能，可對系統(tǒng)進行組織、監(jiān)視和操作，對生產(chǎn)過程控制管理、故障診斷等。顯示各種參數(shù)特徵

資訊量大易操作性容錯性好構(gòu)成裝置

監(jiān)控電腦工程師操作臺操作員操作站(配有技術(shù)手段齊備、功能強的電腦、CRT顯示器、操作鍵盤、及較大存儲量的軟、硬碟)過程管理級生產(chǎn)管理級指定區(qū)域生產(chǎn)計畫；各單元間的協(xié)調(diào)控制；裝置的故障診斷處理和記錄；各類運算元據(jù)的顯示和記錄。綜合（經(jīng)營）管理級主要任務(wù)：①收集各種資訊(經(jīng)濟情報、市場預(yù)測、銷售合同、原材料庫存狀況、生產(chǎn)進度、工藝流程及工藝參數(shù)).②產(chǎn)生綜合性報表③進行長期性的趨勢分析④審查最優(yōu)化

⑤協(xié)調(diào)和調(diào)度各車間生產(chǎn)計畫和各部門的關(guān)係管理範(fàn)圍：工程技術(shù)、經(jīng)濟、商業(yè)實務(wù)、人事活動操作站（OPERATERSTATION,簡稱OS）以工業(yè)PC機為基礎(chǔ)的人及介面設(shè)備，實現(xiàn)工藝過程監(jiān)視、操作、記錄等功能。可以一機配多CRT，並配有薄膜鍵盤、觸摸屏幕等輸入方式。具有豐富、使用、友好的即時監(jiān)控介面。具有分組顯示、趨勢圖、動態(tài)流程、報警管理、報表及記錄、存檔等監(jiān)控功能。處理機--高性能的工業(yè)控制機當(dāng)今的DCS操作站的功能強，速度快，記錄數(shù)據(jù)大，所以對操作員站內(nèi)的處理機系統(tǒng)提出了更高的要求。操作員鍵盤和工程師鍵盤（1）操作員鍵盤通常採用防水、防塵能力，有明確圖案（或名稱）標(biāo)誌的薄膜鍵盤。操作鍵根據(jù)其功能可以分為：系統(tǒng)功能鍵、控制調(diào)節(jié)鍵、翻頁控制鍵、游標(biāo)控制鍵、報警控制鍵、字母數(shù)字鍵、可編程功能鍵、用戶自定義鍵。（2）工程師鍵盤：在組態(tài)和編制程式時使用。鍵盤的鍵採用便於系統(tǒng)生成的打字機鍵排列，鍵盤只有在系統(tǒng)生成時才和主體連接。概貌顯示畫面

儀錶面板顯示畫面

時間範(fàn)圍前翻半頁後翻半頁當(dāng)前顯示在資料庫中位置本頁時間本頁描述時間軸時間軸指示時間顯示全部曲線消隱全部曲線趨勢曲線顯示畫面

報警顯示畫面

故障診斷畫面

調(diào)整畫面系統(tǒng)軟體操作站監(jiān)控軟體

系統(tǒng)簡介系統(tǒng)總貌報警一覽控制分組調(diào)整畫面趨勢圖流程圖數(shù)據(jù)一覽故障診斷組態(tài)軟體

I/O組態(tài)常規(guī)控制方案組態(tài)SCX語言組態(tài)標(biāo)準畫面組態(tài)流程圖登錄組態(tài)網(wǎng)路交換數(shù)據(jù)組態(tài)報表登錄組態(tài)語言報警組態(tài)圖形化控制方案組態(tài)簡單控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)（單回路控制系統(tǒng)）由一個受控對象、一個測量變送器、一個控制器和一個執(zhí)行機構(gòu)（控制閥）所組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。TC冷流體載熱體TT換熱器簡單溫度控制系統(tǒng)

溫度控制系統(tǒng)方框圖

簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計原則

被控變數(shù)的選擇

方法一：選擇能直接反映生產(chǎn)過程中產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)又易於測量的參數(shù)作為被控變數(shù)，稱為直接參數(shù)法。例如溫度、壓力、液位、流量反映等生產(chǎn)工藝狀態(tài)的參數(shù)。方法二：選擇那些能間接反映產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)又與直接參數(shù)有單值對應(yīng)關(guān)係、易於測量的參數(shù)作為被控變數(shù)，稱為間接參數(shù)法。例如組分（某物質(zhì)含量）、轉(zhuǎn)化率等。簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計原則被控變數(shù)的選擇實例LTTM例如氨合成塔的控制，在合成塔中進行的化學(xué)反應(yīng)是例如氨合成塔的控制，在合成塔中進行的化學(xué)反應(yīng)是氨合成塔控制合成塔中進行的化學(xué)反應(yīng)

LTTM催化劑層深度與溫度關(guān)係催化劑層深度合成塔內(nèi)溫度熱點要正確選擇被控變數(shù)必須充分瞭解工藝過程、工藝特點及對控制的要求簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計原則被控變數(shù)的選擇原則

選擇對產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)、安全生產(chǎn)、經(jīng)濟運行和環(huán)境保護具有決定性作用的、可直接測量的工藝參數(shù)為被控變數(shù)。2.當(dāng)不能用直接參數(shù)作為被控變數(shù)時，可選擇一個與直接參數(shù)有單值函數(shù)關(guān)係並滿足如下條件的間接參數(shù)為被控變數(shù)。

⑴滿足工藝的合理性

⑵具有盡可能大的靈敏度且線形好

⑶測量變送裝置的滯後小。簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計原則操縱變數(shù)的選擇被控變數(shù)（輸出量）擾動變數(shù)（輸入量）操縱變數(shù)（輸入量）

從諸多影響被控變數(shù)的輸入?yún)?shù)中選擇一個對被控變數(shù)影響顯著而且可控性良好的輸入?yún)?shù)簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計原則對象靜態(tài)特性對控制品質(zhì)的影響設(shè)：控制通道放大倍數(shù)為ＫＯ擾動通道放大倍數(shù)為Ｋf

ＫＯ的大小表徵了操縱變數(shù)對被控變數(shù)的影響程度Ｋf的大小表徵了擾動對被控變數(shù)的影響程度小結(jié)：選擇操縱變數(shù)構(gòu)成控制系統(tǒng)時，從靜態(tài)角度考慮，在工藝合理性的前提下，擾動通道的放大倍數(shù)Ｋf越小越好，控制通道放大倍數(shù)ＫＯ希望適當(dāng)大些，以使控制通道靈敏些。簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計原則對象動態(tài)特性對控制品質(zhì)的影響（一）設(shè):擾動通道時間常數(shù)為Ｔf，純滯後為τf

對擾動通道特性的影響

ft0yft0(1)(2)Tf1Tf2Ｔfτf簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計原則對象動態(tài)特性對控制品質(zhì)的影響（二）設(shè)：控制通道的時間常數(shù)為Ｔo，純滯後時間為τo時間常數(shù)ＴO(shè)小，反映靈敏，控制及時，有利於克服干擾的影響時間常數(shù)ＴO(shè)過大，造成控制作用遲緩，使被控變數(shù)的超調(diào)量加大，過渡時間增長純滯後時間τ0使操縱變數(shù)對被控變數(shù)的作用推遲了一段時間，由於控制作用的推遲，不但使被控變數(shù)的超調(diào)量加大，還使過渡過程振盪加劇，過渡時間增長，控制品質(zhì)變壞。簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計原則操縱變數(shù)的選擇原則⑴要構(gòu)成的控制系統(tǒng)，其控制通道特性應(yīng)具有足夠大的放大係數(shù)、比較小的時間常數(shù)及盡可能小的純滯後時間。⑵系統(tǒng)主要擾動通道特性應(yīng)該具有盡可能大的時間常數(shù)和盡可能小的放大係數(shù)。⑶考慮工藝上的合理性。如生產(chǎn)負荷直接關(guān)係到產(chǎn)品的品質(zhì)，就不宜選為操縱變數(shù)。測量變送問題----純滯後

簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計原則電極酸槽LCACl1中和槽l2τ=、

為主管道，分管道的長度為主管道，分管道流體的流速測量元件的安裝位置簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計原則測量變送問題----傳遞滯後⑴盡可能縮短傳送管線長度，一般氣壓信號管路長度不超過

300m，管徑應(yīng)大於６mm。或在氣路60m距離間加氣動繼動器，提高氣信號傳輸功率，減小傳輸時間。⑵採用氣-電、電-氣轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)轉(zhuǎn)換傳遞，或用閥門定位器等。信號傳遞過程中引起的滯後克服傳遞滯後採取以下措施：簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計原則控制器控制規(guī)律的選擇原則

對於一些對象控制通道滯後較小，負荷變化不大，工藝要求又不太高的控制系統(tǒng)，可選用比例控制器。象貯罐的液面，以及不太重要的蒸汽壓力等控制系統(tǒng)。2.對象控制通道滯後較小，負荷變化不大，但不允許有餘差的情況，可選用比例積分控制器。例如流量、管道壓力等控制系統(tǒng)往往採用ＰＩ控制器。3.當(dāng)對象滯後較大，如溫度、ＰＨ值等控制系統(tǒng)則需引入微分作用。一般在對象滯後較大，負荷變化也較大，控制品質(zhì)又要求較高時，可選用比例（P）積分（I）微分（D）控制器。簡單控制系統(tǒng)的投運控制系統(tǒng)投運-----通過適當(dāng)?shù)姆椒ㄊ箍刂破鲝氖謩庸ぷ鳡顟B(tài)平穩(wěn)地轉(zhuǎn)到自動工作狀態(tài)。準備工作：1.詳細瞭解工藝，對投運中可能出現(xiàn)的問題有所估計。2.吃透控制系統(tǒng)的設(shè)計意圖。3.在現(xiàn)場，通過簡單的操作對有關(guān)儀錶（包括控制閥）的功能作出是否可靠且性能是否基本良好的判斷。4.設(shè)置好控制器正反作用和Ｐ、Ｉ、Ｄ參數(shù)。5.按無擾動切換（指手、自動切換時閥上信號基本不變）的要求將控制器切入自動?？刂破鲄?shù)的工程整定控制器參數(shù)整定-----對已定的控制系統(tǒng)求取保證控制過程品質(zhì)為最好的控制器參數(shù)（比例度δ%、積分時間TI、微分時間TD

）控制器的參數(shù)整定方法

理論計算參數(shù)整定法——已知廣義對象的數(shù)學(xué)模型，然後根據(jù)系統(tǒng)的各項品質(zhì)指標(biāo)要求，通過計算確定相應(yīng)的PID參數(shù)?，F(xiàn)場工程整定法——條件：在工藝過程手操穩(wěn)定的基礎(chǔ)上進行。

1）經(jīng)驗法2）衰減曲線法

3）臨界比例度法4）回應(yīng)曲線法控制器參數(shù)的工程整定方法一：經(jīng)驗法系統(tǒng)參數(shù)δ(%)TI(min)TD(min)溫度流量壓力液面20～6040～10030～7020～803～100.1～10.4～30.5～3（長期的生產(chǎn)實踐中總結(jié)出來的一種整定方法）方法根據(jù)經(jīng)驗先將控制器參數(shù)放在某些數(shù)值上，直接在閉合的控制系統(tǒng)中通過改變給定值以施加干擾，看輸出曲線的形狀，以δ%、TI、TD，對控制過程的規(guī)律為指導(dǎo)，調(diào)整相應(yīng)的參數(shù)進行湊試，直到合適為止

控制器參數(shù)的工程整定方法二：臨界比例度法臨界振盪整定計算公式

控制器參數(shù)控制規(guī)律δ(%)TI(min)TD(min)P2δKPI2.2δKTk/1.2PID1.6δK0.5Tk0.25TI控制器參數(shù)的工程整定方法三：衰減曲線法衰減曲線法控制器參數(shù)計算表

控制器參數(shù)控制規(guī)律δ(%)TI(min)TD(min)PδSPI1.2δS0.5TSPID0.8δS0.3TS0.1TS方法

在純比例作用下，由大到小調(diào)整比例度以得到具有衰減比（4：1）的過渡過程，記下此時的比例度δ

S及振盪週期TS，根據(jù)經(jīng)驗公式，求出相應(yīng)的積分時間TI和微分時間TD?？刂破鲄?shù)的工程整定方法四：回應(yīng)曲線法回應(yīng)曲線法控制器參數(shù)計算表

控制器參數(shù)控制規(guī)律KcTiTdPTP/KPτPPI0.9TP/KPτP3.3τPPID1.2TP/KPτP2τP0.5τP

（根據(jù)廣義對象的時間特性來整定參數(shù)）

方法將控制器處於“手操”，操作“手操撥盤”使控制輸出有個階躍變化，由記錄儀錶記下被控變數(shù)的記錄值Z(t)。在反應(yīng)曲線拐點Ａ處作一切線，根據(jù)切線與初始值及穩(wěn)態(tài)值的交點，就可獲得廣義對象的三個特徵參數(shù)KP、TP、τP

單回路控制系統(tǒng)工程設(shè)計實例煙道氣4123加壓空氣漿液空氣乾燥塔噴霧式乾燥塔控制系統(tǒng)設(shè)計碳酸鈣漿液乾燥過程工藝流程。生產(chǎn)工藝要求產(chǎn)品溫度要求穩(wěn)定，即含水量波動不能太大。

設(shè)計要求1.選擇被控變數(shù)與操縱變數(shù)2.過程檢測、控制設(shè)備的選用單回路控制系統(tǒng)工程設(shè)計實例煙道氣4123加壓空氣漿液空氣乾燥塔選擇被控變數(shù)直接參數(shù)----濕度（測量困難）間接參數(shù)----乾燥塔出口溫度選擇操縱變數(shù)加壓空氣流量f1(t)漿液流量f2(t)旁路空氣流量f3(t)煙道氣流量f4(t)流量檢測方法及儀錶

流量測量技術(shù)和儀錶的應(yīng)用領(lǐng)域

工業(yè)生產(chǎn)過程能源計量一次能源（煤炭、原油、瓦斯氣、石油氣、天然氣）二次能源（電力、焦炭、煤氣、成品油、液化石油氣、蒸汽）及含能工質(zhì)（壓縮空氣、氧、氮、氫、水）等生物技術(shù)交通運輸環(huán)保工程空氣污染(煙廢氣排放)、水污染

管道輸送

流量檢測方法及儀錶流量檢測方法及儀錶應(yīng)用容積法檢測流量（腰輪流量計）應(yīng)用動、靜壓能轉(zhuǎn)換原理檢測流量（差壓式流量計)應(yīng)用改變流通面積的方法檢測流量(轉(zhuǎn)子流量計)應(yīng)用電磁感應(yīng)原理檢測流量(電磁流量計)應(yīng)用超聲波檢測流量(超聲波流量計)本節(jié)主要內(nèi)容流量檢測方法及儀錶流量檢測的基本概念暫態(tài)流量－單位時間內(nèi)流體通過一定截面積的數(shù)量。體積流量－用流體的體積來表示（qv），單位為m3/h。品質(zhì)流量－用流量的品質(zhì)來表示（qm），單位為kg/h。累積流量一段時間內(nèi)流體體積流量或品質(zhì)流量的累積值累積體積流量流量計量－對在一定通道內(nèi)流動流體的流量進行測量。累積品質(zhì)流量流量測量的任務(wù)：根據(jù)測量目的，被測流體的種類、狀態(tài)、測量場所等條件，研究各種相應(yīng)的測量方法，並保證流量值的正確傳遞。流量檢測方法及儀錶體積流量的測量方法

（1）容積法： 在單位時間內(nèi)以標(biāo)準固定體積對流動介質(zhì)連續(xù)不斷地進行度量，以排出流體固定容積數(shù)來計算流量。 橢圓齒輪流量計、旋轉(zhuǎn)活塞式流量計和刮板流量計。 受流體的流動狀態(tài)影響小，適用於測量高粘度、低雷諾數(shù)的流體。

（2）速度法： 這種方法是先測出管道內(nèi)的平均流速，再乘以管道截面積求得流體的體積流量。較寬的使用條件，可用於各種工況下的流體的流量檢測，利用平均流速計算流量，管路條件的影響大，流動產(chǎn)生渦流以及截面上流速分佈不對稱等都會給測量帶來誤差。

流量檢測方法及儀錶

品質(zhì)流量的測量方法（1）直接法： 利用檢測元件，使輸出信號直接反映品質(zhì)流量。 利用孔板和定量泵組合實現(xiàn)的差壓式檢測方法； 利用同軸雙渦輪組合的角動量式檢測方法； 應(yīng)用麥納斯效應(yīng)的檢測方法 基於科裏奧利力效應(yīng)的檢測方法。（2）間接法：用兩個檢測元件分別測出兩個相應(yīng)參數(shù)，通過運算間接獲取流體的品質(zhì)流量。

①ρqv2檢測元件和ρ檢測元件的組合；

②qv檢測元件和ρ檢測元件的組合；

③ρqv2檢測元件和qv檢測元件的組合。流量檢測方法及儀錶應(yīng)用容積法檢測流量

單位時間內(nèi)所排出固定容積的數(shù)目作為測量依據(jù)

測量原理設(shè)：V0——計量室的容積

n——轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)次數(shù)則排出的流體總量

根據(jù)轉(zhuǎn)子的形狀分為：橢圓齒輪流量計（液體型）腰輪流量計（氣體型和液體）刮板式流量計（液體型）流量檢測方法及儀錶腰輪流量計測量原理腰形輪每轉(zhuǎn)動一周，就把轉(zhuǎn)子與殼體之間所構(gòu)成的具有一定容積的計量室流體的四倍體積，從流入口送到流出口。計量室體積腰輪轉(zhuǎn)速體積流量流量檢測方法及儀錶

腰輪流量計

腰輪流量計是一種容積式流量測量儀錶，用以測量封閉管中流體的體積流量。就地顯示累積流量，並有遠傳輸出介面，與相應(yīng)的光電式電脈衝轉(zhuǎn)換器和流量積算儀配套，可進行遠程測量，顯示和控制。精度高，重複性好，範(fàn)圍度大，對流量計前後直管段要求不高。適用較高粘度流體，流體粘度變化對示值影響較小。適用無腐蝕性能的流體，如原油，石油製品(柴油，潤滑油等)。

腰輪流量計

流量檢測方法及儀錶應(yīng)用動壓能和靜壓能轉(zhuǎn)換的原理檢測流量

節(jié)流元件附近流速和壓力分佈情況

檢測原理當(dāng)流體流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流件時，流速將在節(jié)流件處形成局部收縮，因而流速增加，靜壓力降低，於是在節(jié)流件前後便產(chǎn)生了壓差。 流體流量愈大，產(chǎn)生的壓差愈大，這樣可依據(jù)壓差來衡量流量的大小?；A(chǔ)：流體連續(xù)性方程（品質(zhì)守恆定律）和伯努利方程（能量守恆定律）。壓差影響因素： 流量、節(jié)流裝置形式、管道內(nèi)流體的物理性質(zhì)（密度、粘度）流量檢測方法及儀錶

流量基本方程式根據(jù)流體力學(xué)的伯努力方程和流體的連續(xù)性方程，可以推導(dǎo)出流量與壓差之間的流量方程式，即體積流量

品質(zhì)流量

式中α——流量係數(shù)

ε——流束膨脹係數(shù)

A0——節(jié)流裝置的開孔截面積

ρ——流體密度

Δр——節(jié)流裝置前後實際測得的壓力差流量與壓力差的平方根成正比流量檢測方法及儀錶差壓式流量計

測量對象：流體方面，單相、混相、潔淨(jìng)、髒汙；工作狀態(tài)：常壓、高壓、真空、常溫、高溫、低溫；管徑方面：從幾毫米到幾米；流動條件：亞音速流、臨界流、脈動流歷史悠久、技術(shù)成熟、應(yīng)用最廣泛。節(jié)流式特點：結(jié)構(gòu)簡單、使用壽命長，適應(yīng)能力強，幾乎能測量各種工況下的流量。差壓式流量計

孔板引壓管差壓計流量檢測方法及儀錶差壓式流量計分類表

分類原則分類類型按產(chǎn)生差壓的作用原理分類1）節(jié)流式；2）動壓頭式；3）水力阻力式；4）離心式；5）動壓增益式；6）射流式按結(jié)構(gòu)形式分類1）標(biāo)準孔板；2）標(biāo)準噴嘴；3）經(jīng)典文丘裏管；4）文丘裏噴嘴；5）錐形入口孔板；6）1/4圓孔板；7）圓缺孔板；8）偏心孔板；9）楔形孔板；10）整體（內(nèi)藏）孔板；11）線性孔板；12）環(huán)形孔板；13）道爾管；14）羅洛斯管；15）彎管；16）可換孔板節(jié)流裝置；17）臨界流節(jié)流裝置按用途分類1）標(biāo)準節(jié)流裝置；2）低雷諾數(shù)節(jié)流裝置；3）髒汙流節(jié)流裝置；4）低壓損節(jié)流裝置；5）小管徑節(jié)流裝置；6）寬範(fàn)圍度節(jié)流裝置；7）臨界流節(jié)流裝置；流量檢測方法及儀錶

差壓式流量計組成節(jié)流裝置：安裝於管道中產(chǎn)生差壓，節(jié)流件前後的差壓與流量成開方關(guān)係。引壓導(dǎo)管：取節(jié)流裝置前後產(chǎn)生的差壓，傳送給差壓變送器。差壓變送器：產(chǎn)生的差壓轉(zhuǎn)換為標(biāo)準電信號（4-20mA）。流量檢測方法及儀錶

標(biāo)準節(jié)流元件標(biāo)準孔板結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，適合大流量的測量標(biāo)準噴嘴標(biāo)準文丘裏管結(jié)構(gòu)複雜，壓力損失比孔板小流量檢測方法及儀錶

環(huán)室取壓單獨鑽孔取壓法蘭取壓標(biāo)準噴嘴取壓方式標(biāo)準孔板的幾種取壓方式

取壓方式流量檢測方法及儀錶選用考慮要點

安裝條件方面

流件前後有必要直管段長度引壓管線

儀錶性能方面

(1)精確度、重複性、線性度、流量範(fàn)圍

⑵壓力損失流體特性方面

⑴流體物性參數(shù)的確定

(2)流體的腐蝕、磨蝕、結(jié)垢、髒汙等

環(huán)境條件方面流量檢測方法及儀錶應(yīng)用改變流通面積的方法檢測流量

變面積式測量方法示意圖

檢測原理錐形管----由下往上逐漸擴大管轉(zhuǎn)子----阻力件

組成當(dāng)流體自下而上流經(jīng)錐形管與轉(zhuǎn)子之間的環(huán)形流通面積時，由於受到流體的衝擊，轉(zhuǎn)子便要向上運動。

流量檢測方法及儀錶

流量基本方程式設(shè)：作用在轉(zhuǎn)子上的力有轉(zhuǎn)子本身垂直向下的重力f1；流體對轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的垂直向上的浮力f2；流體作用在轉(zhuǎn)子上的向上衝力f3；則有當(dāng)轉(zhuǎn)子處於平衡時，則有

設(shè):A0為環(huán)隙流通面積，則轉(zhuǎn)子流量計的體積流量為

流量檢測方法及儀錶

轉(zhuǎn)子流量計指示值修正儀錶出廠前標(biāo)度：20℃，0.10133MP液體------水氣體------空氣

液體流量的修正氣體流量的修正

修改量程

溫度檢測方法及儀錶溫度檢測的基本知識溫度：反映了物體冷熱的程度，與自然界中的各種物理和化學(xué)過程相聯(lián)系。溫度概念的建立及測量：以熱平衡為基礎(chǔ)的，溫度最本質(zhì)的性質(zhì)：當(dāng)兩個冷熱程度不同的物體接觸後就會產(chǎn)生導(dǎo)熱換熱，換熱結(jié)束後兩物體處於熱平衡狀態(tài)，則它們具有相同的溫度。測量方法：接觸式測溫和非接觸式測溫溫度檢測方法及儀錶接觸式測溫

溫度敏感元件與被測對象接觸，經(jīng)過換熱後兩者溫度相等。

(1)膨脹式溫度計 (2)熱電阻溫度計

(3)熱電偶溫度計(4)其他原理的溫度計直觀、可靠，測量儀錶也比較簡單特點非接觸測溫

溫度敏感元件不與被測對象接觸，而是通過輻射能量進行熱交換，由輻射能的大小來推算被測物體的溫度。

(1)輻射式溫度計(2)光纖式溫度計：特點不與被測物體接觸，不破壞原有的溫度場。精度一般不高。溫度檢測方法及儀錶溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)

---------是把標(biāo)準大氣壓下純水的冰融點定為0度，純水的沸點定為100度的一種溫標(biāo)。在0度和100度之間分成100等分，每一分為一攝氏度，符號為℃。華氏溫標(biāo)

---------規(guī)定在大氣壓下，純水的冰融點為32度，純水的沸點為212度，中間劃分為180等分，每一分為一華氏度，符號為℉。熱力學(xué)溫標(biāo)

---------又稱開爾文溫標(biāo)，單位為開爾文（K）。國際實用溫標(biāo)

---------是一種符合熱力學(xué)溫標(biāo)又使用簡單的溫標(biāo)。最新溫標(biāo)是1990年國際溫標(biāo)(ITS－90)溫度檢測方法及儀錶應(yīng)用熱膨脹原理測溫

測量原理物體受熱時產(chǎn)生膨脹

液體膨脹式溫度計

固體膨脹式溫度計

玻璃管溫度計

雙金屬溫度計溫度檢測方法及儀錶應(yīng)用熱電效應(yīng)測溫

測量原理兩種不同的金屬A和B構(gòu)成閉合回路當(dāng)兩個接觸端T﹥T0時，回路中會產(chǎn)生熱電勢熱電勢由兩種材料的接觸電勢和單一材料的溫差電勢決定熱電極溫度檢測方法及儀錶閉和回路總電勢

AB

溫度檢測方法及儀錶

分度表如果能使冷端溫度t0固定，則總電勢就只與溫度t成單值函數(shù)關(guān)係分度表-----熱電勢與熱端溫度之間關(guān)係列成表格注：熱電勢與熱端溫度之間關(guān)係是非線性溫度檢測方法及儀錶

補償導(dǎo)線

問題引出

解決方法熱電偶冷端暴露於空間，受環(huán)境溫度影響熱電極長度有限，冷端受到被測溫度變化的影響把熱電偶的冷端延伸到遠離被測對象且溫度比較穩(wěn)定的地方造成浪費選用一種具有和所連接的熱電偶相同的熱電性能，其材料又是廉價金屬導(dǎo)線補償導(dǎo)線其一實現(xiàn)了冷端遷移；其二是降低了成本。

功能溫度檢測方法及儀錶不同型號的熱電偶所配用的補償導(dǎo)線不同連接補償導(dǎo)線時要注意區(qū)分正負極，使其分別與熱電偶的正負極一一對應(yīng)補償導(dǎo)線連接端的工作溫度不能超出（0~100℃），否則會給測量帶來誤差。

使用補償導(dǎo)線注意問題溫度檢測方法及儀錶

問題引出

冷端溫度補償熱電偶的分度表所表徵的是冷端溫度為0℃時的熱電勢-溫度關(guān)係，與熱電偶配套使用的顯示儀錶就是根據(jù)這一關(guān)係進行刻度的。

解決方法0℃恒溫法

冷端溫度修正法

儀錶機械零點調(diào)整法

補償電橋法

溫度檢測方法及儀錶

0℃恒溫法適用於實驗室中的精確測量和檢定熱電偶時使用溫度檢測方法及儀錶冷端溫度修正法

設(shè)：冷端溫度恒為t0（t0≠0）被測溫度為t

修正公式冷端t0的熱電勢測量得出的熱電勢

被測溫度t的熱電勢

儀錶機械零點調(diào)整法

將顯示儀錶的機械零點調(diào)至t0處，相當(dāng)於在輸入熱電偶熱電勢之前就給顯示儀錶輸入了電勢E(t0,0)溫度檢測方法及儀錶由分度表查得E(20,0)=0.113mv則E(t,0)=E(t,t0)+E(t0,0)=7.32+0.113=7.434mv

再查分度表得其對應(yīng)的被測溫度t=808℃例用S型熱電偶測溫，熱電偶的冷端溫度t0=20℃，測得熱電勢為7.32mv，求被測對象的實際溫度t。解溫度檢測方法及儀錶

使用補償電橋注意問題根據(jù)各類熱電偶的型號選擇配套的補償電橋

注意補償溫度的起點在20℃平衡，須把顯示儀錶的機械零點預(yù)先調(diào)整到20℃

在0℃平衡，須把顯示儀錶的機械零點預(yù)先調(diào)整到0℃補償是相對的，以此有一定誤差溫度檢測方法及儀錶

為保證熱電偶的正常工作，熱電偶的兩極之間以及與保護套管之間都需要良好的電絕緣，而且耐高溫、耐腐蝕和衝擊的外保護套管也是必不可少的。

1.

普通型裝配式結(jié)構(gòu)

2.柔性安裝型鎧裝結(jié)構(gòu)熱電偶結(jié)構(gòu)溫度檢測方法及儀錶應(yīng)用熱電阻原理測溫

導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化

測量原理在0～630.74℃範(fàn)圍內(nèi)，金屬鉑的電阻值與溫度的關(guān)係為TR熱電阻在-50～180℃範(fàn)圍內(nèi)，金屬銅的電阻值與溫度的關(guān)係為溫度0℃時的電阻值

溫度t℃時的電阻值

溫度檢測方法及儀錶熱電阻溫度計

應(yīng)用於-200~600℃範(fàn)圍內(nèi)的溫度測量

熱電阻＝電阻體（最主要部分）＋絕緣套管＋接線盒熱電阻的材料要求： 電阻溫度係數(shù)要大；電阻率盡可能大，熱容量要小，在測量範(fàn)圍內(nèi)，應(yīng)具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性能；電阻與溫度的關(guān)係最好接近於線性； 應(yīng)有良好的可加工性，且價格便宜。溫度檢測方法及儀錶常用熱電阻

鉑電阻電阻率較大，電阻-溫度關(guān)係呈非線性，但測溫範(fàn)圍廣，精度高，且材料易提純，複現(xiàn)性好工業(yè)用鉑電阻分度號為Pt100和Pt10

銅電阻電阻值與溫度的關(guān)係幾乎呈線性，電阻溫度係數(shù)也較大，而且其材料易提純，價格比較便宜，但缺點是在100℃以上易被氧化工業(yè)用銅熱電阻的分度號為Cu50和Cu100

熱敏電阻（負溫度係數(shù)熱敏電阻NTC）電阻溫度係數(shù)約為鉑電阻的4～9倍，且本身電阻值較高。半導(dǎo)體熱敏電阻的電阻-溫度特性呈非線性，並且穩(wěn)定性和互換性差。溫度檢測方法及儀錶熱電阻結(jié)構(gòu)456物位檢測方法及儀錶

物位-----指容器中的液體介質(zhì)的液位、固體的料位或顆粒物的料位和兩種不同液體介質(zhì)分界面的總稱

液位――容器中的液體介質(zhì)的高低料位――容器中固體或顆粒狀物質(zhì)的堆積高度

物位檢測的作用

①確定容器中的貯料數(shù)量，以保證連續(xù)生產(chǎn)的需要或進行經(jīng)濟核算；

②為了監(jiān)視或控制容器的物位，使它保持在規(guī)定的範(fàn)圍內(nèi)；

③對它的上下極限位置進行報警，以保證生產(chǎn)安全、正常進行。

物位的基本概念物位檢測方法及儀錶應(yīng)用浮力原理檢測物位應(yīng)用靜壓原理檢測物位應(yīng)用超聲波反射檢測物位

物位檢測方法物位檢測方法及儀錶應(yīng)用浮力原理檢測物位利用漂浮於液面上的浮標(biāo)或浸沒於液體中的浮筒對液位進行測量的。當(dāng)液位變化時，前者產(chǎn)生相應(yīng)的位移，而所受到的浮力維持不變，後者則發(fā)生浮力的變化。因此，只要檢測出浮標(biāo)的位移或浮筒所受到的浮力的變化，就可以知道液位的高低。

恒浮力法液位測量示意圖

測量原理物位檢測方法及儀錶應(yīng)用靜壓原理檢測物位壓力錶測量液位原理

通過液柱靜壓的方法對液位進行測量的。敞口容器：多用直接測量容器底部壓力的方法。如圖所示，測壓儀錶通過導(dǎo)壓管與容器底部相連，由測壓儀錶的壓力指示值，便可推知液位的高度。

其關(guān)係為式中

P—測壓儀錶指示值H—液位的高度ρ—液體的密度g—重力加速度

式中PA、PB——分別是液面上部介質(zhì)壓力和液面以下H深度的液體壓力。密閉容器：測量容器底部壓力，除與液面高度有關(guān)外，還與液面上部介質(zhì)壓力有關(guān)，其關(guān)係為物位檢測方法及儀錶差壓變送器測量液位時的零點遷移問題（重點）安裝位置條件不同存在著儀錶零點遷移問題特徵：差壓變送器的正壓室取壓口正好與容器的最低液位（Hmin=0）處於同一水準位置。作用於變送器正、負壓室的差壓ΔP與液位高度H的關(guān)係為ΔP=Hρg。當(dāng)H=0時，正負壓室的差壓ΔP=0，變送器輸出信號為4mA當(dāng)H=Hmax時，差壓ΔPmax=ρgHmax，變送器的輸出信號為20mA，無遷移物位檢測方法及儀錶負遷移

差壓變送器的正、負壓室的壓力分別為

正、負壓室的壓差