化工儀表總結(jié)工藝10級

1、總結(jié),第一章 自控系統(tǒng)概述,自控系統(tǒng)的組成環(huán)節(jié):被控對象、檢測儀表(測量變送環(huán)節(jié))、控制器、執(zhí)行器 自控系統(tǒng)的變量:被控變量 ,控制變量（操縱變量） ,干擾（擾動） 自控系統(tǒng)方框圖:,自動控制系統(tǒng)的分類 按設(shè)定值的不同情況，將自動控制系統(tǒng)分為三類: 定值控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)。 定值控制系統(tǒng) 設(shè)定值保持不變（為一恒定值）的反饋控制系統(tǒng)稱為定值控制系統(tǒng)。 隨動控制系統(tǒng) 設(shè)定值不斷變化，且事先是不知道的，并要求系統(tǒng)的輸出（被控變量）隨之而變化。 程序控制系統(tǒng) 設(shè)定值也是變化的，但它是一個已知的時間函數(shù)，即根據(jù)需要按一定時間程序變化,自控系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標(biāo),控制系統(tǒng)的過渡過程：

2、在階躍干擾作用下，過渡過程的幾種形式：,控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)：,1、最大偏差或超調(diào)量A 2、衰減比n,3、余差C 4、過渡時間 5、振蕩周期或頻率,通道：輸入變量對輸出變量的作用途徑 控制通道：操縱變量q(t)對被控變量c(t)的作用途徑 擾動通道：擾動變量f(t)對被控變量c(t)的作用途徑,第二章 過程特性,過程特性的類型：,有自衡的非振蕩過程,無自衡的非振蕩過程,有自衡的振蕩過程,具有反向特性的過程,一階被控過程控制通道的動態(tài)方程為：,一階被控過程擾動通道的動態(tài)方程為：,有純滯后,2.3 過程特性的一般分析,描述有自衡非振蕩過程的特性參數(shù)有放大系數(shù)K、時間常數(shù)T和時滯。對自動控制系統(tǒng)的影響

3、 ?,放大系數(shù)K,控制通道的放大系數(shù)Ko 希望Ko稍大.,擾動通道的放大系數(shù)Kf 希望Kf小一些.,（1）控制通道時間常數(shù)To對控制系統(tǒng)的影響 在相同的控制作用下，過程的時間常數(shù)To越大，被控變量的變化越緩慢。 To越小，被控變量的變化越快。 希望To適當(dāng)小,（2）擾動通道時間常數(shù)Tf 對控制系統(tǒng)的影響 過程的時間常數(shù)Tf 越大越好，相當(dāng)于對擾動信號進行濾波。 希望Tf大,（1）純滯后對控制通道的影響,希望o小 （2）純滯后對擾動通道的影響 對f 無要求。,容量滯后是多容量過程的固有特性，是由于物料或能量的傳遞需要通過一定的阻力而引起的。,容量滯后,2.4 過程特性的實驗測定方法,階躍擾動法（

4、反應(yīng)曲線法）,放大系數(shù) K=B/A 時間常數(shù) T 純滯后 ,一階系統(tǒng),放大系數(shù)K: K=c(t)-c(0)/A 時間常數(shù)T: T=2、3之間的距離 純滯后 : =1、2之間的距離,二階系統(tǒng),儀表性能指標(biāo),1、精確度（簡稱精度）： 精度等級：允許誤差去掉“”號及“%”后，系列化圓整后的數(shù)值。 允許誤差,第三章 檢測變送,溫度檢測,熱電偶溫度計 測溫原理 常用熱電偶 補償導(dǎo)線及其作用 冷端溫度的補償 熱電阻溫度計 測溫原理 常用熱電阻 三線制接法,彈性式壓力表 彈性元件 目前廣泛使用的彈性元件有彈簧管、波紋管和膜片等。,流量檢測,差壓式流量計,開方器,標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置 孔板、噴嘴、文丘里管 轉(zhuǎn)子流量計

5、- 測量原理及應(yīng)用 橢圓齒輪流量計： 渦輪流量計 電磁流量計 旋渦流量計（渦街流量計）,差壓式物位儀表：,物位檢測,差壓式液位變送器 零點遷移問題,靜壓式物位檢測,零點遷移 取壓口（零液位）與壓力（差壓）檢測儀表的入口不在同一水平高度，會產(chǎn)生附加靜壓誤差。在這種情況下，可通過對壓力（差壓）變送器進行零點調(diào)整，使它在只受附加 靜壓（靜壓差）時輸出為“零”，這種方法稱為“零點遷移”。 零點遷移有無遷移、負遷移和正遷移三種情況 。,變送器的一些共性問題,零點調(diào)整和零點遷移,線性化,變送器信號傳輸方式,量程調(diào)整,零點遷移,使變送器的輸出信號下限值ymia與測量范圍的下限值xmin相對應(yīng)，在xmin=0

6、時，稱為零點調(diào)整，在xmin0時，稱為零點遷移,當(dāng)測量的起始點由零變?yōu)槟骋徽担Q為正遷移； 當(dāng)測量的起始點由零變?yōu)槟骋回撝担Q為負遷移,零點調(diào)整使變送器的測量起始點為零,零點遷移是把測量的起始點由零遷移到某一數(shù)值:,xmin,xmax,xmin,xmax,零點遷移的方法 模擬變送器：調(diào)Z0,第四章 顯示儀表,自動平衡式顯示儀表-與測量元件配合使用 自動電子電位差計-熱電偶(較高溫度) 自動電子平衡電橋-熱電阻(較低溫度) 工作原理,第五章 執(zhí)行器,氣動執(zhí)行器的組成 執(zhí)行機構(gòu) 控制機構(gòu) 氣動執(zhí)行器的氣開、氣關(guān)型式 氣開式：信號壓力增大，流通截面積增大，閥開度增大，失氣時閥全關(guān)； 氣關(guān)式：信號壓

7、力增大，流通截面積減小，閥開度減小，失氣時閥全開。,執(zhí)行機構(gòu) 正作用形式: 信號壓力增大,推桿向下。反作用形式: 信號壓力增大,推桿向上。,控制機構(gòu) 正作用：閥芯向下，閥桿向下，流通面積減少。 反作用：閥芯向上，閥桿向下，流通面積增大。,執(zhí)行器由執(zhí)行機構(gòu)和控制（調(diào)節(jié)）機構(gòu)兩個部分構(gòu)成,執(zhí)行機構(gòu),調(diào)節(jié)機構(gòu),PO,IO,F l,M,流通截面積,操縱變量的流量,執(zhí)行機構(gòu)根據(jù)控制信號產(chǎn)生推力(薄膜、活塞、馬達)。 它是執(zhí)行器的推動裝置，它按控制信號的大小產(chǎn)生相應(yīng)的推力，推動控制機構(gòu)動作，所以它是將信號的大小轉(zhuǎn)換為閥桿位移的裝置 控制機構(gòu)根據(jù)推力產(chǎn)生位移或轉(zhuǎn)角，改變開度。 它是執(zhí)行器的控制部分，它直接與

8、被控介質(zhì)接觸，控制流體的流量。所以它是將閥桿的位移轉(zhuǎn)換為流過閥的流量的裝置,理想流量特性,所謂理想流量特性，就是在閥前后壓差為一定的情況下（p常量）得到的流量特性。 理想流量特性取決于閥芯的形狀，不同的閥芯曲面可以得到不同的理想流量特性。,理想流量特性,理想流量特性 有三種形式：直線、等百分比（對數(shù)）及快開等。由閥芯的形狀決定。,(1)串聯(lián)管道時,* 流量特性發(fā)生畸變 直線特性快開特性 等百分比特性直線特性,* 可調(diào)比減小, 工作流量特性 (P 變化),控制閥的選擇：,調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)型式的選擇 氣開、氣關(guān)型式的選擇 流量特性的選擇,調(diào)節(jié)閥在串聯(lián)管道時的工作流量特性與S值的大小有關(guān)，即與工藝配管情況

9、有關(guān)。因此，在選擇其特性時，還必須考慮工藝配管情況。,1.根據(jù)系統(tǒng)的特點選擇所需要的工作流量特性,2.考慮工藝配管情況確定相應(yīng)的理想流量特性,具體做法:,第六章 控制器,基本控制規(guī)律及其對系統(tǒng)過渡過程的影響 （1）比例控制器：,可調(diào)整參數(shù)是比例度。 特點：控制器的輸出與偏差成比例；克服干擾能力強、控制及時、過渡時間短；但存在余差，負荷變化越大，余差就越大。,（2）比例積分控制器：,可調(diào)整參數(shù)是比例度和積分時間TI。 特點：積分作用的輸出是與偏差的積分成正比，只要偏差存在，控制器的輸出就會不斷變化，直至消除偏差為止；過渡過程結(jié)束時是無余差的；但加上積分作用，會使穩(wěn)定性降低，雖然在加積分作用的同時

10、，可通過加大比例度，使穩(wěn)定性基本保持不變，但超調(diào)量和振蕩周期都相應(yīng)增大，過渡過程的時間也加長。,（3）比例積分微分控制器：,比例積分微分控制器,可調(diào)整參數(shù)是比例度、積分時間TI和微分時間TD。 特點：微分作用使控制器的輸出與輸入偏差的變化速度成比例，它對克服對象的滯后有顯著的效果；在比例的基礎(chǔ)上加入微分作用能提高穩(wěn)定性，再加上積分作用可以消除余差；適當(dāng)調(diào)整、 TI、 TD三個參數(shù)，可使控制系統(tǒng)獲得較高的控制質(zhì)量。,基本控制規(guī)律,PI,實際的PD,實際的PID,DDZ- 型電動單元控制器： 構(gòu)成方框圖 調(diào)節(jié)器的正反作用: 調(diào)節(jié)器的工作狀態(tài): 無擾動切換：切換的瞬間，調(diào)節(jié)器的輸出不發(fā)生突變。,調(diào)節(jié)

11、器的工作狀態(tài):,控制器的工作狀態(tài)有“自動”、“軟手動”、“硬手動”及“保持”四種,第七章 簡單控制系統(tǒng),1、被控變量的選擇； 直接指標(biāo)： 間接指標(biāo)：,選取被控參數(shù)的一般原則,盡量選擇能直接反映產(chǎn)品質(zhì)量的變量作為被控變量； 所選被控變量能滿足生產(chǎn)工藝穩(wěn)定安全高效的要求 必須考慮自動化儀表及裝置的現(xiàn)狀。,2、操縱變量的選擇，控制方案的確定； 找出影響被控變量的所有因素，根據(jù)對象控制通道特性和擾動通道特性對控制質(zhì)量的影響，正確選擇可控性良好的變量作為操縱變量。,根據(jù)過程特性選擇控制參數(shù)的一般原則,操縱變量必須是工藝上允許調(diào)節(jié)的變量； 操縱變量應(yīng)該是系統(tǒng)中所有被控變量的輸入變量中的對被控變量影響最大的

12、一個。控制通道的放大系數(shù)要盡量大一些，時間常數(shù)適當(dāng)小些，滯后時間盡量小。 不宜選擇代表生產(chǎn)負荷的變量作為操縱變量，以免產(chǎn)量受到波動。,選擇控制規(guī)律的原則可歸納為以下幾點： (1)當(dāng)廣義過程控制通道的時間常數(shù)大，或多容量引起的容量滯后大時，采用微分作用有良好效果，積分作用可以消除余差，因此，可選用PID或PD控制規(guī)律，如溫度過程，此時若選用PI控制規(guī)律則因積分作用有滯后，控制質(zhì)量差。 (2)當(dāng)廣義過程控制通道存在純滯后時，若用微分作用來改善控制質(zhì)量是無效的。也就是說，微分作用對克服純滯后是無能為力的。,(3)當(dāng)廣義過程控制通道的時間常數(shù)較小，系統(tǒng)負荷變化也較小時，為了消除余差，可以采用PI控制規(guī)

13、律，如流量過程。 (4)當(dāng)廣義過程控制通道時間常數(shù)較小，而負荷變化很大時，這時采用微分作用和積分作用都易引起振蕩。如果控制通道時間常數(shù)很小時，可采用反微分作用來提高控制質(zhì)量。 (5)當(dāng)廣義過程控制通道的時間常數(shù)或時滯很大，而負荷變化又很大時，簡單控制系統(tǒng)無法滿足要求，可以設(shè)計復(fù)雜控制系統(tǒng)來提高控制質(zhì)量。,確定控制器的正、反作用方式,控制器有正作用和反作用兩種方式，其確定原則是使整個單回路構(gòu)成負反饋系統(tǒng)。 根據(jù)負反饋準(zhǔn)則，要求控制系統(tǒng)開環(huán)總靜態(tài)放大系數(shù)為正。 單回路由被控過程、檢測變送裝置、執(zhí)行器和控制器組成，要構(gòu)成負反饋，則要求KoKmKvKc0。,確定控制器的正、反作用的步驟,由于大多數(shù)檢測

14、變送裝置的靜態(tài)放大系數(shù)Km0，一般情況下無須判別。 確定控制器正、反作用方式的步驟一般為： 1.根據(jù)生產(chǎn)工藝安全等原則確定調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式。 2.按被控過程特性，確定其正、反作用。 3.根據(jù)組成系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的靜態(tài)放大系數(shù)乘積必須為正的原則來確定調(diào)節(jié)器的靜態(tài)放大系數(shù)的符號，據(jù)此再確定控制器的正、反作用方式。,4、控制器參數(shù)整定的方法： 臨界比例度法： 衰減曲線法： 經(jīng)驗湊試法：,如圖加熱爐溫度控制系統(tǒng)，試確定控制器的正、反作用。,加熱爐溫度控制帶控制點的流程圖,解： (1)確定控制閥的氣開、氣關(guān)特性 因：供氣中斷時，應(yīng)使燃料閥全關(guān)，停止供應(yīng)燃料油，不致使加熱爐溫度過高燒壞爐子。 故：選氣開閥

15、。,(2)確定調(diào)節(jié)器的正、反作用 Kv0, Ko0, 則Kc0,所以：控制器應(yīng)選反作用,設(shè)某時刻燃料壓力(擾動作用)燃料流量爐溫出料溫度TC輸入(測量值) TC輸出閥關(guān)小(控制作用)爐溫出料溫度,8.1什么是串級控制系統(tǒng),將原被控對象分解為兩個串聯(lián)的被控對象。 以分解后的兩個被控對象的中間變量作為副被控變量，構(gòu)成一個副回路（簡單控制系統(tǒng)）。 將原被控變量作為主被控變量構(gòu)成主回路。 主控制系統(tǒng)控制器的輸出信號作為副控制系統(tǒng)控制器的設(shè)定值，副控制系統(tǒng)的輸出信號作為主被控對象的輸入信號。,8.2 比值控制系統(tǒng),比值控制基本概念 定義：實現(xiàn)兩個或兩個以上參數(shù)符合一定比例關(guān)系的控制系統(tǒng)，稱為比值控制系統(tǒng)

16、。 類型： 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng) 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng) 變比值控制系統(tǒng),從動量控制系統(tǒng)既是一個隨動控制系統(tǒng)又是一個定值控制系統(tǒng)。 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)能克服從動量的波動，使其隨主動量的變化而變化，使它們保持比值關(guān)系。,單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)-,8.3均勻控制的特點(目的)： 表征前后供求矛盾的兩個變量在控制過程中都應(yīng)該是緩慢變化的。 前后互相聯(lián)系又互相矛盾的兩個變量應(yīng)保持在所允許的范圍內(nèi)波動。,均勻控制的實現(xiàn)方法： 通過控制器的參數(shù)整定來實現(xiàn)。,簡單均勻控制系統(tǒng),參數(shù)整定：要按照均勻控制思想進行。一般采用P控制，且先放在較大(大于100%). ，然后同時觀察兩個被控變量的過渡過程，達到均勻的目的。,8.

17、4 前饋控制的特點： 前饋控制器是按是按照干擾的大小進行控制的， 稱為“擾動補償”。如果補償精確，被調(diào)變量不會變化，能實現(xiàn)“不變性”原理的控制。 前饋控制是開環(huán)控制，控制作用幾乎與干擾同步產(chǎn)生，是事先調(diào)節(jié)，速度快。 前饋控制器的控制規(guī)律不是PID控制，是由對象特性決定的。 前饋控制只對特定的干擾有控制作用，對其它干擾無效。,采用前饋控制的條件（適用場合）,擾動變化頻繁而幅值又較大時； 主要擾動可測不可控； 擾動對被控變量影響顯著，單純用反饋控制難以達到控制要求。,8.5選擇性控制系統(tǒng),選擇性控制系統(tǒng)-當(dāng)生產(chǎn)操作趨向限制條件時，一個用于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)

18、操作重新回到安全范圍以內(nèi)恢復(fù)原控制方案為止。,8.6分程控制系統(tǒng)的特點：,分程的實現(xiàn)： 是通過閥門定位器或電氣閥門定位器來實現(xiàn)的，將調(diào)節(jié)器的輸出信號分為幾段，每段控制一個閥門動作。,分程控制系統(tǒng)：一個控制器的輸出信號同時控制幾個工作范圍不同的調(diào)節(jié)閥,為此，可設(shè)計以反應(yīng)器內(nèi)溫度為被控參數(shù)、以熱水流量和冷卻水流量為控制變量的分程控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)閥A、B分別控制冷卻水和熱水。,分程控制的應(yīng)用,(1)提高控制閥的可調(diào)比 (2)滿足生產(chǎn)過程不同階段的需要,10.5精餾塔的控制目標(biāo)(工藝要求),質(zhì)量指標(biāo) 對于僅有塔頂、塔底出料的簡單精餾塔，其質(zhì)量指標(biāo)可用塔頂與塔底料中關(guān)鍵組分的純度來表示。 產(chǎn)品產(chǎn)量和能量消耗 在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，盡可能提高產(chǎn)品的產(chǎn)品并設(shè)法降低裝置的能耗。,精餾塔質(zhì)量指標(biāo)的選取,