过程控制与自动化仪表(复习要点)

填空30问答20分析10设计15计算分析25第一章：什么是过程控制？过程控制是生产过程自动化的简称。它泛指石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中连续的或一定周期程序进行的生产过程自动控制，是自动化技术的重要组成部分。过程控制系统的组成：被控对象和自动化仪表（包括计算机）两部分组成。（被控参数，控制参数，干扰量f(t)，设定值r(t)，反馈值z(t)，偏差e(t)，控制作用u(t)）过程控制系统的分类：按结构不同：（1）反馈控制系统（2）前馈控制系统（3）前馈-反馈复合控制系统；按定值不同：（1）定值控制系统（2）随动控制系统（3）顺序控制系统过程控制系统的性能指标：根据稳定性、快速性、准确性的要求提出以下单向性能指标：（1）衰减比（2）最大动态偏差和超调量（3）参与偏差（4）调节时间、峰值时间和振荡频率综合性能指标：（1）偏差绝对值积分IAE（2）偏差平方积分ISE（3）偏差绝对值与时间乘积积分ITAE（4）时间乘偏差平方积分ITSE第二章：检测误差的类型、怎样克服？1、检测误差的描述（1）真值所谓真值是指被测物理量的真实（或客观）取值。在当前现行的检测体系中，许多物理量的真值是按国际公认的公式认定的，即用所谓“认定设备”的检测结果作为真值。（2）最大绝对误差绝对误差是指仪表的实测示值x与真值xa的最大差值，记作△，即△=x-xa（3）相对误差δ=△/xa*100%（4）引用误差γ=△/（xmax-xmin）*100%（5）基本误差基本误差是指仪表在国家规定的标准条件下使用时所出现的误差。（6）附加误差附加误差是指仪表的使用条件偏离了规定的标准条件所出现的误差。2、检测误差的规律性（1）系统误差系统误差是指对同一被测参数进行多次重复测量时，按一定规律出现的误差。克服系统误差的有效方法之一是利用负反馈结构。（2）随机误差或统计误差当对同一被测参数进行多次重复测量时，误差绝对值的大小和符号不可预知地随机变化，但就总体而言具有一定的统计规律性，通常将这种误差称为随机误差或统计误差。引起随机误差的原因很多且难以掌握，一般无法预知，只能用概率和数理统计的方法计算它出现的可能性的大小，并设计合适的滤波器进行消除。（3）粗大误差又称疏忽误差。这类误差是由于测量者疏忽大意或环境条件的突然变化而引起的。对于粗大误差，首先应设法判断是否存在，然后再将其剔除。检测仪表的组成：传感器、变送器检测仪表的基本特性固有特性：（1）精确度及其等级（2）非线性误差（3）变差（4）灵敏度和分辨力（5）漂移（6）动态误差工作特性：（1）检测仪表的工作特性（2）零点调整与迁移（3）量程调整变送器的构成原理：（1）模拟式变送器的构成原理模拟式变送器完全由模拟试元器件构成，它将输入的各种被测参数（如温度、压力、流量、液位、成分等）转化成统一标准的模拟信号，其转换性能完全取决于所采用的硬件。模拟变送器主要有测量、放大、反馈、零点调整与零点迁移、量程调整等及部分组成。测量部分iK零点迁移x放大器K反馈回路fKy0zizfz＋＋－（2）数字式变送器的构成原理数字式变送器是由以微处理器（CPU）为核心构成的硬件电路和由系统程序，功能模块构成的软件两大部分构成。数字式变送器的硬件主要包括传感器组件、A/D转换器、微处理器、存储器和通信电路等。数字式变送器的软件分为系统程序和功能模块两部分。存储器x传感器组件A/D转换器CPU通信电路FSK信号D/A转换器五大参数的检测方法：1、温度T：热电阻PT100、热电偶、热电效应、补偿热电阻的接线方式P282、压力Pa：压力变送器、零点漂移3、液位：液位变送器4、流量5、........各类变送器的组成、应用：注意零点迁移，量程调整氧气成分的检测及仪表：1、热磁式氧气分析仪表P64原理：物质处于磁场被磁化，磁化率不同；氧气的磁化率远高于其他气体（参见P64表2－7），且对温度特别敏感。热磁式氧气分析仪的构成及工作原理：样气中无氧气→中间通道中气体不流动，桥路输出为零；样气中含有氧气时，氧气受磁场作用进入中间通道并被加热，顺磁性能下降→“磁风”→电阻之差→桥路输出不为零。含氧量↑→磁风↑→电阻之差↑→桥路输出↑。从而实现对氧气的连续测量。2、氧化锆氧量分析仪P66公式内容都比较多第三章：调节器正、反作用的选择：工程上，通常将调节器的输出随反馈输入的增大而增大时，称为正作用调节器；而将调节器的输出随反馈输入的增大而减小时，称为反作用调节器。DDZ-III型模拟式调节器的组成特点，各部分作用比例积分微分调节规律的选择，正反作用的确定DDZ-III型PID基型调节器的选择执行器的类型：有自动调节阀门、自动电压调节器、自动电流调节器、控制电机等。其中自动调节阀门是最常见的执行器，种类繁多。执行器的组成：执行器由执行机构和调节机构（调节阀）两部分组成。执行器的构成原理：执行器由执行机构和调节机构（调节阀）两部分组成。接受调节器输出的控制信号，并转换成直线位移或角位移来改变调节阀的流通面积，以控制流入或流出被控过程的物料或能量，从而实现对过程参数的自动控制。气动执行器的应用：1、执行器的气开、气关选择原则：调节阀气开、气关的选择，主要从工艺生产的安全来考虑。换句话说，当发生断电或其他故障引起控制信号中断时，执行器的工作状态应避免损坏设备和伤害操作人员。2、调节阀的流量特性：被控介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度（相对位移）间的关系称为调节阀的流量特性。max()qlfqLq/qmax—相对流量l/L—相对开度电/气转化器的作用：为了使气动调节阀能够接收电动调节器的输出信号，必须把标准电流信号转换为标准气压信号。其将4～20mA的电流信号转换成20～100KPa的标准气压信号。阀门定位器的作用：气动调节阀中，阀杆的位移是由薄膜上气压推力与弹簧反作用力平衡确定的。为了防止阀杆处的泄漏要压紧填料，使阀杆摩擦力增大，且个体差异较大，这会影响输入信号P的执行精度。在调节阀上加装阀门定位器，引入阀杆位移负反馈。使阀杆能按输入信号精确地确定自己的开度。电/气阀门定位器：实际应用中，常把电/气转换器和阀门定位器结合成一体，组成电/气阀门定位器。安全栅的特性、组成、选择原则第四章：建立被控过程数学模型的方法主要有三种：1、机理演绎法2、试验辨识法3、机理演绎与实验辨识相结合的混合法第五章：简单控制系统的设计的方法1、传感器、变送器、仪表、测控选择2、调节器3、执行器的选择（电动、气动）一、被控参数的选取：1）对于具体的生产过程，应尽可能选取对产品质量和产量、安全生产、经济运行以及环境保护等具有决定性作用的、可直接参数作为被控参数。2）当难以用直接参数作为被控参数时，应选取与直接参数有单值函数关系的所谓间接参数作为被控参数。3）当采用间接参数时，该参数对产品质量应具有足够高的控制灵敏度，否则难以保证对产品质量的控制效果。4）被控参数的选取还应考虑工艺上的合理性和所用测量仪表的性能、价格、售后服务等因素。控制参数的选取：1）选择结果应使控制通道的静态增益K0尽可能大，时间常数T0选择适当。2）控制通道的纯时延时间应尽可能小,和的比值一般应小于0.3。3）干扰通道的静态增益应尽可能小；时间常数应尽可能大，其个数尽可能多；扰动进入系统的位置应尽可能远离被控参数而靠近调节阀。这样选择对抑制扰动对被控参数的影响均有利。4）当广义被控过程由几个一阶惯性环节串联而成时，应尽量设法使几个时间常数中的最大与最小的比值尽可能大，以便尽可能提高系统的可控性。5）在确定控制参数时，还应考虑工艺操作的合理性、可行性与经济性等因素二、仪表的选择（变送器、执行器）为了减小测量信号与被控参数之间的动态偏差，应尽可能选择快速测量仪表，并且注意以下几点问题：1)应尽可能做到对测量仪表的正确安装，这是因为安装不当会引起不必要的测量误差，降低仪表的测量精度；2)对测量信号应进行滤波和线性化处理；3)对纯滞后要尽可能进行补偿；4)对时间常数的影响要尽可能消除。为了克服其影响，在系统设计时，可以尽量选用快速测量仪表，也可以在测量变送环节的输出端串联微分环节，若选择则在理论上可以完全消除的影响。三、执行器的选择：1.执行器的选型:在过程控制中，使用最多的是气动执行器，其次是电动执行器。应根据生产过程的特点、对执行器推力的需求以及被控介质的具体情况和保证安全等因素加以选择并且确定。2.气动执行器气开、气关的选择:气动执行器分气开、气关两种形式，它的选择首先应根据调节器输出信号为零时使生产处于安全状态的原则确定；其次，在保证安全的前提下，还应根据是否有利于节能、是否有利于开车、停车等进行选择。3.调节阀尺寸的选择:调节阀的尺寸主要指调节阀的开度和口径，它的选择对系统的正常运行影响很大在正常工况下一般要求调节阀开度应处于15%-85%之间，具体应根据实际需要的流通能力的大小进行选择。4.调节阀流量特性的选择:通过选择调节阀的非线性流量特性来补偿被控过程的非线性特性，以达到系统总的放大倍数近似线性的目的四、流量特性的选择五、调节器参数（整定方法）PID组成：参数整定的方法可以分为三类，即理论计算整定法、工程整定法和自整定法六、调节器正反作用的选择（方框图）确定各调节器正负的基本原则:构成系统开环传递函数静态增益的乘积必须为正调节器正反作用类型的确定方法：首先根据生产工艺要求及安全等原则确定调节阀的气开、气关形式，以确定的正负；然后根据被控过程特性确定其属于正、反哪一种类型，以确定的正负；最后根据系统开环传递函数中各环节静态增益的乘积必须为正这一原则确定调节器正负，进而确定调节器的正反作用类型。第六章串级控制系统的组成、特点及应用组成：两个控制回路，主回路和副回路。副回路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成；主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成。特点：1）对进入副回路的干扰有很强的抑制能力；2）能改善控制通道的动态特性，提高系统的快速反应能力；3）对非线性情况下的负荷或操作条件的变化有一定的适应能力。应用（看作业）：1.适用于容量滞后较大的过程2.适用于纯滞后较大的过程3.适用于干扰变化剧烈、幅度大的过程4.适用于参数互相关联的过程：5.适用于非线性过程前馈控制系统的特点及局限性：1.前馈控制的特点1）开环控制；2）比反馈控制及时；3）补偿器为专用2.前馈控制的局限性：无法实现对干扰的完全补偿1）只能抑制可测干扰；2）不能对每个干扰实现补偿；3）补偿器难以精确得到，即使得到有时物理上也难以实现应用静态补偿与动态补偿：一般用静态补偿引入前馈控制的原则及应用（1）系统存在频率高、幅值大、可测不可控的干扰，反馈控制难以克服、控制要求高时；2）控制通道时常大于干扰通道时常，反馈控制不及时，控制质量差；3）主要干扰无法用串级控制使其包含于副回路或副回路滞后过大时；4）尽可能采用静态补偿而不采用动态补偿。）前馈的特点：1）前馈控制是一种开环控制，2）前馈控制比反馈控制及时，3）前馈补偿器为专用调节器前馈-反馈控制系统的特点及应用：（1）蒸发过程的浓度控制50％→73％←溶液沸点与水沸点之温差（被控量）←进料溶液浓度、温度、流量，加热蒸汽压力、流量方案：蒸汽流量为前馈信号、温差为反馈信号、进料溶液为控制参数的复合控制（2）锅炉汽包水位控制（作业）水位控制的重要性。。。影响因素：蒸汽用量（不可控）、给水流量（选为控制参数）问题：“虚假水位”。。。→影响控制效果。解决方案：蒸汽流量为前馈信号，给水流量为副参数，水位为主参数→前馈－反馈串级控制(图6－20）PS:书本P203设计题（2）某加热器那个。会做的话，设计分析题就没问题了。这些内容集中在5、6章。课后作业什么的也要会做。