過程控制系統(tǒng)培訓(xùn)（高端培訓(xùn)）

工程師培訓(xùn)資料標(biāo)題：過程控制系統(tǒng)培訓(xùn)（高端培訓(xùn)）培訓(xùn)人：xx內(nèi)部工程師培訓(xùn)資料第一章過程控制系統(tǒng)基本概念1-3自動(dòng)化儀表基礎(chǔ)1-3自動(dòng)化儀表基礎(chǔ)

3-1概述

3-2分類

3-3基本技術(shù)指標(biāo)

3-4測量基本知識(shí)3-1概述

1、定義：自動(dòng)化儀表不是指電流表、電壓表、示波器這些通用儀表，而是指生產(chǎn)自動(dòng)化中，特別是連續(xù)生產(chǎn)過程自動(dòng)化中必需的一類專門的儀器儀表2、作用：代替人們對生產(chǎn)過程進(jìn)行測量、控制、監(jiān)督和保護(hù)，是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化必不可少的技術(shù)工具。3、發(fā)展過程(1)儀表化與局部自動(dòng)化階段(20世紀(jì)50～60年代)

這個(gè)階段的主要特點(diǎn)是：采用的過程檢測控制儀表為基地式儀表和部分單元組合式儀表，而且多數(shù)是氣動(dòng)儀表。過程控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)絕大多數(shù)是單輸入—單輸出系統(tǒng)。 被控參數(shù)主要是溫度、壓力、流量和液位四種工藝參數(shù)，控制的目的主要是保持這些工藝參數(shù)的穩(wěn)定、確保生產(chǎn)安全。 過程控制系統(tǒng)分析、綜合的理論基礎(chǔ)是以頻率法和根軌跡法為主體的經(jīng)典控制理論。(2)綜合自動(dòng)化階段(20世紀(jì)60～70年代中期)

大量采用單元組合儀表(包括氣動(dòng)和電動(dòng))和組裝式儀表。與此同時(shí)，計(jì)算機(jī)開始應(yīng)用于過程控制領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了直接數(shù)字控制(DirectDigitalControl，DDC)和設(shè)定值控制(StatisticalProcessControl，SPC)。

在自動(dòng)化儀表過程控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案方面，相繼出現(xiàn)了各種復(fù)雜的控制系統(tǒng)，如串級(jí)控制、前饋—反饋復(fù)合控制、Smith預(yù)估控制以及比值、均勻、選擇性控制等，一方面提高了控制質(zhì)量，另一方面也滿足了一些特殊的控制要求。自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)的分析與綜合的理論基礎(chǔ)，由經(jīng)典控制理論發(fā)展到現(xiàn)代控制理論。控制系統(tǒng)由單變量系統(tǒng)轉(zhuǎn)向多變量系統(tǒng)，以解決生產(chǎn)過程中遇到的更為復(fù)雜的問題。(3)全盤自動(dòng)化階段(20世紀(jì)70年代中期至今)

開始采用以微處理器為核心的智能單元組合儀表(包括可編程序控制器等)；成分在線檢測與數(shù)據(jù)處理的應(yīng)用也日益廣泛；模擬調(diào)節(jié)儀表的品種不斷增加，可靠性不斷提高，電動(dòng)儀表也實(shí)現(xiàn)了本質(zhì)安全防爆，適應(yīng)了各種復(fù)雜過程控制的要求。

在過程控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方面，由單變量控制系統(tǒng)發(fā)展到多變量系統(tǒng)，由生產(chǎn)過程的定值控制發(fā)展到最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制，由自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)發(fā)展到計(jì)算機(jī)分布式控制系統(tǒng)等。(4)計(jì)算機(jī)時(shí)代當(dāng)前，自動(dòng)化儀表控制已進(jìn)入了計(jì)算機(jī)時(shí)代，進(jìn)入了所謂計(jì)算機(jī)集成過程控制系統(tǒng)(ComputerIntegratedProcessSystem，CIPS)的時(shí)代。

CIPS利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，對整個(gè)企業(yè)的運(yùn)作過程進(jìn)行綜合管理和控制，包括市場營銷、生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度、原材料選擇、產(chǎn)品分配、成本管理，以及工藝過程的控制、優(yōu)化和管理等全過程。分布式控制系統(tǒng)，先進(jìn)過程控制策略以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等將是實(shí)現(xiàn)CIPS的重要基礎(chǔ)。4、分類

一般將自動(dòng)化儀表分為過程檢測儀表和過程控制儀表

一次儀表

過程檢測儀表

二次儀表自動(dòng)化儀表

調(diào)節(jié)器、可編程調(diào)節(jié)器

過程控制儀表

執(zhí)行器

操作器

一次儀表-----將被測量轉(zhuǎn)換為便于計(jì)量的物理量所使用的儀表。二次儀表-----將測得的信號(hào)變送轉(zhuǎn)換為可計(jì)量的標(biāo)準(zhǔn)電氣信號(hào)并顯示的儀表。即包括變送器和顯示裝置。按使用能源分：液動(dòng)儀表、氣動(dòng)儀表和電動(dòng)儀表按結(jié)構(gòu)形式分：基地式儀表、單元組合式儀表和組裝式儀表等按信號(hào)類型分：模擬式儀表和數(shù)字式儀表按單元組合方式分：氣動(dòng)單元組合儀表和電動(dòng)單元組合儀表標(biāo)準(zhǔn)信號(hào):氣動(dòng)控制儀表：0.02～0.1MPa的模擬氣壓信號(hào)，作為儀表間的標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)絡(luò)信號(hào)。電動(dòng)控制儀表：電動(dòng)Ⅱ型:0～10mA（DC）電流信號(hào)電動(dòng)Ⅲ型:4～20mA（DC）電流信號(hào)

1～5V（DC）電壓信號(hào)氣動(dòng)控制儀表的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，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)的場所。

電動(dòng)控制儀表的特點(diǎn)：可以實(shí)現(xiàn)無滯后的遠(yuǎn)距離傳送，同時(shí)又具有能源簡單、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題，電動(dòng)儀表同樣也能應(yīng)用于易燃易爆的危險(xiǎn)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。單元組合式儀表按各組成環(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)的過程控制系統(tǒng)；基地式儀表一般與檢測裝置、顯示裝置一起組裝在一個(gè)整體之內(nèi)同時(shí)具有檢測、控制與顯示的功能結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、使用方便通用性差，信號(hào)不易傳遞一般應(yīng)用于簡單控制系統(tǒng)中。

模擬式：傳輸信號(hào)通常為連續(xù)變化的模擬量，其線路簡單，操作方便，價(jià)格較低模擬式儀表：基地式單元組合式組件組裝式儀表

數(shù)字式：傳輸信號(hào)為斷續(xù)變化的數(shù)字量。數(shù)字式儀表：

現(xiàn)場級(jí)數(shù)字儀表可編程調(diào)節(jié)器可編程控制器可編程調(diào)節(jié)器：具有比傳統(tǒng)模擬儀表更為豐富的運(yùn)算和控制功能，它可以提供多種軟件功能模塊，由用戶根據(jù)生產(chǎn)控制的要求通過組態(tài)完成各種運(yùn)算處理和復(fù)雜控制，具有很大的應(yīng)用靈活性，但其軟件系統(tǒng)比較復(fù)雜。3-3測量基本知識(shí)1、分類（1）直接測量（2）間接測量（3）組合測量按被測量在測量過程中的狀態(tài)（1）動(dòng)態(tài)測量（2）靜態(tài)測量2、組成（1）傳感器（2）變送器（3）傳輸通道（4）顯示裝置3、誤差(1)絕對誤差和相對誤差絕對誤差：測量結(jié)果與被測量的真值之間的差值。 絕對誤差=測量值－真值相對誤差：測量的絕對誤差與約定值的百分比。實(shí)際相對誤差：測量的絕對誤差與被測量的實(shí)際值（真值）之百分比。標(biāo)稱相對誤差：測量的絕對誤差與儀表示值之百分比。引用相對誤差：測量的絕對誤差與儀表的量程的百分比。引用相對誤差δ——引用誤差

Μ——儀表量程

(2)系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和粗大誤差系統(tǒng)誤差：在偏離測量規(guī)定條件時(shí)或由于測量方法引入的因素所引起的、按某確定規(guī)律變化的誤差。特點(diǎn)：有一定規(guī)律的，一般可通過實(shí)驗(yàn)或分析的方法找出其規(guī)律和影響因素，引入相應(yīng)的校正補(bǔ)償措施，便可以消除或大大減小。產(chǎn)生的原因：系統(tǒng)誤差主要是由于檢測儀表本身的不完善、檢測中使用儀表的方法不正確以及測量者固有的不良習(xí)慣等引起的。

隨機(jī)誤差：在實(shí)際測量條件下，多次測量同一個(gè)量時(shí)，如果誤差的絕對值和符號(hào)以不可預(yù)定方式變化，則這類誤差稱為隨機(jī)誤差。特點(diǎn)：變化難以預(yù)測產(chǎn)生的原因：隨機(jī)誤差主要是由于測量過程中某種尚未認(rèn)識(shí)的或無法控制的各種隨機(jī)因素（如空氣擾動(dòng)、噪聲擾動(dòng)、電磁場等）所引起的綜合結(jié)果。隨機(jī)誤差在多次測量的總體上服從一定統(tǒng)計(jì)規(guī)律，可利用概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法來估計(jì)其影響。

粗大誤差：超出在規(guī)定條件下預(yù)期的誤差。特點(diǎn)：無任何規(guī)律可循。

產(chǎn)生的原因：引起的原因主要是由于操作者的粗心（如讀錯(cuò)、算錯(cuò)數(shù)據(jù)等）、不正確操作、實(shí)驗(yàn)條件的突變或?qū)嶒?yàn)狀況尚未達(dá)到預(yù)想的要求而匆忙測試等原因所造成的。系統(tǒng)誤差:提高儀表精度或改變測試方法隨機(jī)誤差:多次測試,求平均值粗大誤差:直接剔除處理辦法(3)基本誤差、附加誤差和允許誤差基本誤差：指儀表在規(guī)定的正常工作條件下所具有的誤差。附加誤差-----指儀表超出規(guī)定的正常工作條件時(shí)所增加的誤差。允許誤差-----指儀表的允許的誤差界限。(4)靜態(tài)誤差和動(dòng)態(tài)誤差靜態(tài)誤差：與被測量的變化速度無關(guān)的誤差。動(dòng)態(tài)誤差：在被測量的信息處于變動(dòng)狀態(tài)下儀表示值與被測量的實(shí)際值之間的差異，叫動(dòng)態(tài)誤差。在測量系統(tǒng)中，當(dāng)被測量隨時(shí)間變化時(shí)，在測量信號(hào)的轉(zhuǎn)換和傳遞過程中，會(huì)遇到各種運(yùn)動(dòng)慣性和時(shí)間上的滯后，使得表示值（輸出量）在時(shí)間上不能與被測量的實(shí)際值（輸入量）精確吻合。3-4基本技術(shù)指標(biāo)1量程量程：該儀表按規(guī)定的精度進(jìn)行測量的被測變量的范圍。測量下限：測量范圍的最小值，簡稱下限。測量上限：測量范圍的最大值，簡稱上限。

儀表的量程可以用來表示其測量范圍的大小，是其測量上限值與下限值的代數(shù)差，即

量程=上限值-下限值被測量值在滿刻度的2/3左右，能提高測量精度。2準(zhǔn)確度（精確度） 儀表的準(zhǔn)確度指儀表的允許誤差與儀表量程之百分比。

A

B0-100℃0-1000℃1℃思考

去掉精確度(最大引用誤差)的“%”號(hào)，就是儀表的精度等級(jí)

工業(yè)部規(guī)定儀表的精度等級(jí)：0.005，0.02，0.1，0.35，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。一般工業(yè)用表為0.5～4級(jí)精度。

例1：有兩臺(tái)測溫儀表，它們的測溫范圍分別為0~100℃和100~300℃，校驗(yàn)儀表時(shí)得到它們的最大絕對誤差均為2℃，試確定這兩臺(tái)儀表的精度等級(jí)。解:這兩臺(tái)儀表的最大引用誤差分別為一臺(tái)儀表的精度等級(jí)為2.5級(jí)，而另一臺(tái)儀表的精度等級(jí)為1級(jí)。

去掉最大引用誤差的“%”號(hào)，其數(shù)值分別為2和1，由于國家規(guī)定的精度等級(jí)中沒有2級(jí)儀表，同時(shí)該儀表的誤差超過了1.5級(jí)儀表所允許的最大誤差，所以這臺(tái)儀表的精度等級(jí)為2.5級(jí)，而另一臺(tái)儀表的精度等級(jí)正好為1級(jí)。由此可見，兩臺(tái)測量范圍不同的儀表，即使它們的絕對誤差相等，它們的精度等級(jí)也不相同，測量范圍大的儀表精度等級(jí)比測量范圍小的高。

例2某臺(tái)測溫儀表的工作范圍為0~500℃，工藝要求測溫時(shí)測量誤差不超過±4℃，試問如何選擇儀表的精度等級(jí)才能滿足要求？解：根據(jù)工藝要求，儀表的最大引用誤差為：

應(yīng)選擇0.5級(jí)的儀表才能滿足要求

去掉最大引用誤差的“±”號(hào)和“%”號(hào)，其數(shù)值為0.8，介于0.5~1.0之間，若選擇精度等級(jí)為1.0級(jí)的儀表，其最大絕對誤差為±5℃，超過了工藝上允許的數(shù)值，故應(yīng)選擇0.5級(jí)的儀表才能滿足要求。3變差（回差）在外界條件不變的情況下，當(dāng)被測參數(shù)從小到大（正行程）和從大到小（反行程）時(shí)，同一輸入的兩個(gè)相應(yīng)輸出值常常不相等。兩者絕對值之差的最大值和儀表量程之比的百分?jǐn)?shù)稱為回差，也稱變差。反行程正行程被測參數(shù)儀表示值4、靈敏度與靈敏限靈敏度-----測量儀表對被測參數(shù)變化的靈敏程度。通常用儀表的輸出變化量，如指針的線位移或角位移與引起此位移的被測參數(shù)變化量之比來表示。

提高儀表的靈敏度可采用增加放大部分的放大倍數(shù)來實(shí)現(xiàn)。不過儀表的性能主要取決于儀表的基本誤差。靈敏限-----引起儀表示值發(fā)