过程控制仪器复习

1、控制系统每个部分的组成和作用被控对象－需要调节其工艺参数的生产设备。变送器－把工艺参数转换成标准统一信号的装置。控制器－将来自变送器的测量值与给定信号相比较后产生的偏差信号,按照预先设定好的控制规律进行运算后，输出一个控制信号去执行器。执行器－把控制器的输出信号转换成直线位移或角位移，以控制阀门的开度。2、控制仪表的分类按能源形式分类可分为电动、气动、液动和机械式等几类。按信号类型分类可分为模拟式和数字式两大类按结构形式分类可分为单元组合式控制仪表、基地式控制仪表、集散型计算机控制系统以及现场总线控制系统。3、联络信号的定义及类型联络信号是指在成套仪表系列中，仪表之间采用的传输信号的类型和数值。4、安全防爆例如EXiaIICT5表示II类本质安全型ia等级C级T5组。防爆电气设备分为两大类：Ⅰ类：Ⅱ类：Ⅱ类电气设备可进一步分为ⅡA、ⅡB、ⅡC三级。隔爆型(d)、本质安全型(ia和ib)、增安型(e)、正压型(p)、充油型(o)、充砂型(q)、浇封型(m)和无火花型(n)。5、本安型仪表本安仪表的全部电路均为本质安全电路，电压和电流被限制在允许的范围内，保证仪表产生的电火花和热效应不致于引爆其周围爆炸性气体混合物。本安防爆系统应满足的两个条件：在危险场所使用本安防爆仪表控制室仪表和危险场所仪表之间设置安全栅6、安全栅的类型齐纳式安全栅、隔离式安全栅7、信号制气动仪表的信号的信号标准1~5v、4~20mA8、控制器的定义在自动化控制系统中起控制作用。它将来自变送器的测量信号与给定值相减以得到偏差信号，然后对偏差信号按一定的控制规律进行运算，运算结果为控制信号，输出至执行器。比例作用比例控制作用及时迅速只具有比例控制规律的控制系统，当被控变量受扰动影响而偏离给定值后，控制器的输出必定要发生变化。而在系统达到新的稳态以后，为了克服扰动的影响，控制器的输出不是原来的数值。由于控制器的输出与偏差成比例关系，被控变量也就不可能回到原来的数值上，即存在残余偏差——余差积分作用虽然在很短的时间内，积分作用的输出变化很小，还不足以消除偏差，然而经过一段时间，积分作用的输出总可以增大到足以消除偏差的程度。积分作用具有“慢慢来”的特点，控制不及时微分作用理想微分:输入偏差变化的速度越大，则微分作用的输出越大，然而对于一个固定不变的偏差，不管这个偏差有多大，微分作用的输出总是零。比例积分:可以消除余差比例度积分饱和具有积分作用的控制器在单方向偏差信号的长时间作用下，其输出达到输出范围上限值或下限值以后，积分作用将继续进行，从而使控制器脱离正常工作状态，这种现象称为积分饱和。防止积分饱和的方法通常有两种：①在控制器输出达到输出范围上限值或下限值时，暂时去掉积分作限值或下限值时，暂时去掉积分作用，如由比例积分作用变为纯比例作用；②在控制器输出达到输出范围上限值或下限值时，使积分作用不继续增加，如在比例积分电路的输入端另加一个与偏差相反的信号9、DDZ-III型调节器的原理详见书79页10、输入电路、比例微分电路、比例积分电路、整机传递函数输入电路是由运算放大器A1等组成的偏差差动电平移动电路，它的作用有两个：①测量信号Ui和给定信号Us相减，得到偏差信号，在将偏差放大两倍后输出；②电平移动，将以0V为基准的Ui转换成以电平Ub（10V）为基准的输出信号Uo1。比例微分电路、比例积分电路、整机传递函数略，详细请看书P1100%K11、手操电路手操电路的作用是实现手动操作，它有软手操和硬手操两种操作方式。软手操：是指调节器的输出电流随手动输入时间而逐渐改变。两个作用：1.使电容CI两端电压恒等于U022.使IC3处于保持工作状态硬手操：是指调节器输出电流随手动输入而立即改变。两个作用：1.使电容CI两端电压恒等于U022.组成比例电路12、特种控制器，了解积分反馈型积分限幅控制器PI-P切换控制器偏差报警单元输出限幅单元2－1某控制器，初始输出Uo为1.5VDC，当Ui加入0.1V的阶跃输入（给定值不变），Uo为2V，随后Uo线性上升，经5minUo为4.5V则比例增益、比例度、积分时间和微分时间分别为多少？Uo1.5V---2V----4.5V0.1V5minKp=△y/△x=(2-1.5)/0.1=5@=1/Kp*100%=20%(4.5-2)/(2-1.5)=55/5=1minTi=1minTd=02－2为什么积分控制规律不单独使用，而微分控制规律不能单独使用一开始积分作用的输出总是比较小的，即一开始控制作用太弱，从而控制不及时，因而积分作用一般不会单独使用，而是与比例作用一起组成具有比例积分控制规律的控制器。输入偏差变化的速度越大，则微分作用的输出越大，然而对于一个固定不变的偏差，不管这个偏差有多大，微分作用的输出总是零。2－3何谓积分饱和？它对控制系统有何影响？如何防止积分饱和？具有积分作用的控制器在单方向偏差信号的长时间作用下，其输出达到输出范围上限值或下限值以后，积分作用将继续进行，从而使控制器脱离正常工作状态，这种现象称为积分饱和。防止积分饱和的方法通常有两种：①在控制器输出达到输出范围上限值或下限值时，暂时去掉积分作限值或下限值时，暂时去掉积分作用，如由比例积分作用变为纯比例作用；②在控制器输出达到输出范围上限值或下限值时，使积分作用不继续增加，如在比例积分电路的输入端另加一个与偏差相反的信号2－4基型调节器的输入电路为什么采用偏差差动电平移动电路？它是如何消除导线电阻所引起的误差?①测量信号Ui和给定信号Us相减，得到偏差信号，在将偏差放大两倍后输出；②电平移动，将以0V为基准的Ui转换成以电平Ub（10V）为基准的输出信号Uo1。测量信号Ui和Us均独立地作为差动输入运算放大电路的输入信号，两者极性相反，这样导线电阻的压降均成为共模电压信号。执行器组成：执行机构和调节机构流量方程式流量系数K是反映调节阀口径大小的一个重要参数，其大小反映了通过阀门的流量，即流通能力的大小。KV与流体性质、阀结构尺寸有关，根据KV值可确定阀门口径。国际单位制中，在调节阀前后压差为100Kpa，流体密度为1g/cm3（即5~40℃的水）的条件下，调节阀全开时，每小时通过阀门的流体量（m3）。调节阀的可调比调节阀的可调比R是指调节阀所能控制的最大流量Qmax和最小流量Qmin之比，即它反映了调节阀的调节能力。理想可调比调节阀前后压差一定时的可调比称为理想可调比，以R表示实际可调比调节阀在实际使用时总是与工艺管路系统相串联或与旁路阀并联。管路系统的阻力变化或旁路阀的开启程度的不同，将使调节阀前后压差发生变化，从而使调节阀的可调比也发生相应的变化，这时调节阀的可调比称实际可调比，以R1表示串联管道时的可调比随着流量Q的增加，管道的阻力损失也增加。若系统的总压差△Ps不变，则调节阀上的压差△Pv相应减小，这就使调节阀所能通过的最大流量减小，从而调节阀的实际可调比将降低。此时，调节阀的实际可调比为pAppAQ2221pQK10minmaxQQRminmaxminmaxminmaxKKPKpKQQR令S为调节阀全开时的阀前后压差与管道系统的压差之比S值越小，即串联管道的阻力损失越大，实际可调比越小特点：可调比减小流量特性发生畸变直线特性→快开特性等百分比特性→直线特性并联管道时的可调比并联管道相当于旁路阀打开一定开度特点：可调比将大大下降通常一般X值不能低于0.8，即旁路流量只能为总流量的百分数之十几。调节阀流量特性的选择（例题见笔记）1、选择调节阀口径的步骤执行机构的选择是根据能源、工艺条件、介质性质等来确定执行机构的规格品种。对于气动执行器，从工艺生产的安全考虑,选择其作用方式是气开式或是气关式。调节机构的选择是根据流体性质、流动状态、工艺条件和过程控制的要求，并兼顾经济性来确定合适的结构形式2、控制阀流量特性的选择从控制品质考虑在负荷变化的情况下，应使控制系统总的放大系数不变。例如对于放大系数随负荷增大而减小的对象，选用放大系数随负荷增大而变大的等百分比特性阀门，使系统总放大系数不变。从负荷变化情况考虑在负荷变化小时可用直线特性阀，负荷变化幅度大的场合使用等百分比特性阀。3、控制阀口径的选择1.确定计算流量根据生产能力、设备负荷等来确定Qmax和Qmin。2.确定计算差压按选定的S值来确定计算差压。3.计算流量系数按计算流量和计算差压求取KVmax。4.选择流量系数在所选产品型号的标准系列中选取大于KVmax且与其最接近的那一挡KV值。5.验算控制阀开度和可调比6.确定控制阀口径根据KV值决定控制阀的公称直径和阀座直径。阀门定位器阀门定位器将来自控制器的控制信号（或），成比例地转换成气压信号输出至执行机构，使阀杆产生位移，其位移量通过机械机构反馈到阀门定位器，当位移反馈信号与输入的控制信号相平衡时，阀杆停止动作，调节阀的开度与控制信号相对应。sVMINvvvvppRppRPKpKQQRmaxminmaxminminmaxminmaxSRRppSrsv则min)205(2min1maxQQQRr0I0p气开关选择原则张国伟加的按执行机构的正反作用和调节机构的正反安装方式，实现气动执行器的气开、气关时有四种组合方式。气开气关的选择考虑原则是：信号压力中断时，应保证设备和操作人员的发全，如阀门处于打开位置时危害性小，则应选用气关式；反之，则用气开式。闪蒸与空化张国伟加了空化，闪蒸没有提到，做个补充闪蒸是液体通过阀节流后，缩流处静压降至低于饱和蒸汽压时，部分液体汽化成气液两相共存的现象。当静压回升到饱和蒸汽压以上时，闪蒸形成的气泡破裂，重新转化为液体，其过程称为空化。空化的破坏作用：损坏材质、振动和噪音空化的避免：阀前后压差不大于最大允许压差Pc：PcKc(P1–P2)P1、P2分别为阀入口压力和饱和蒸汽压,Kc为气蚀系数。变送器量程调整、零点调整和零点迁移张国伟加的，特别重要量程调整（即满度调整）的目的是使变送器的输出信号上限值ymax与测量范围的上限值xmax相对应。量程调整相当于改变变送器的输入输出特性的斜率，也就是改变变送器输出信号y与输入信号x之间的比例系数。方法：改变反馈部分反馈系数改变测量部分转换系数零点调整和零点迁移都是使变送器的输出信号下限值ymin与测量范围的下限值xmin相对应，在xmin=0时，称为零点调整，在xmin≠0时，称为零点迁移。零点调整使变送器测量起始点为零；零点迁移是把测量起始点由零迁移到某一数值。当测量起始点由零变为某一正值，称正迁移；而由零变为某一负值，称为负迁移。实现方法：改变调零信号Z0变送器信号传输方式：二线制和四线制传输二线制变送器同四线制变送器相比，具有节省连接电缆、有利于安全防爆和抗干扰等优点，从而大大降低安装费用，减少自控系统投资。差压变送器膜盒式差压变送器电容式差压变送器张国伟没有提到输入差压作用于测量部分电容式压力传感器的中心感压膜片，从而使感压膜片（即可动电极）与两固定电极所组成的差动电容之电容量发生变化，此电容变化量由电容/电流传换电路转换成电流信号Ia，Ib和调零与零迁电路产生的调零信号Iz的代数和同反馈电路产生的反馈信号If进行比较，其差值送入放大器，经放大得到整机的输出信号IO。温度变送器将来自热电偶或热电阻的温度信号转换为统一标准的信号(420mA直流电流或15V直流电压)，以实现对温度的显示、记录或自动控制。变送器有两线制和四线制之分，主要讨论四线制变送器。有三个品种：直流毫伏变送器、热电偶温度变送器、热电阻温度变送器。四线制温度变送器的特点：1.在热电偶和热电阻温度变送器中，采用了线性化电路，实现了变送器输出信号与温度的线性关系。2.变送器输入、输出之间具有隔离变压器，并且采取了本安防爆措施。直流毫伏变送器量程单元两个补偿问题冷端温度补偿和非线性补偿①在输入回路增加了由铜补偿电阻RCu1、RCu2等元件组成的热电偶冷端补偿电路。同时，在电路安排上把零电位器W1