控制仪表调研与汇报一、自动化仪表与控制系统的基本现状
进入21世纪，我国制造业的高速发展，拉动了对自动化仪表与控制系统的需求，我国新上的大型项目所用自动化仪表和控制系统的先进程度已经处于世界领先水平。当前传统制造业在发达国家已经过了辉煌期，与之配套的自动化仪表自然就增长缓慢。自动化仪表发展的热点在新兴市场的价格问题从两个方面夹击仪表制造商，一是新兴市场的用户对产品价格敏感度很高；二是在那里往往可以找非常便宜的替代品，这样就难以激发跨国企业花大成本研制新型仪表。
近10年自动化仪表技术发展的重要领域——现场总线技术的发展虽然取得了显著成就，但是在应用方面大体上还处在替代模拟传输线的阶段。实际上现场总线不仅仅是信号制式的改变，它是为控制技术的信息化提供基础的。用户对系统底层信息化（控制、诊断、管理）改造的需求是现场总线技术推广的原始动力。近些年来现场总线在设备资产管理、预测诊断和平稳操作等方面的潜力开始被挖掘出来，显现了极富发展前景的势头。
但是基于现场总线技术的网络化控制和分布式只智能技术，到目前无论在理论上还是在实践上都未出现显著突破：而现场总线的速度
瓶颈是的在复杂控制和快速响应方面有时还不如传统仪表：持续多年的现场总线之争至今在制造商中没有赢家，又使用户普通感觉厌倦，极大地消耗了各企业发展的资源。
国际上反映自动化仪表产品动向的几个重要窗口：以ISAEXPO、Miconix等为代表的国际仪表展览，以Readers’ChoiceAward（读者选择奖）为代表的奖项。从近3年的读者选择奖看，获奖产品变化不多。自动化仪表今年发展的重点在仪表的应用方面。
这种发展趋势的变化是很自然的，数字化、智能化仪表和系统经过近10年的告诉发展，在应用方面积累了一些问题，智能仪表设计的许多创新功能也未得到充分的应用。主要问题有以下几点。
（1）数字仪表和系统的信息保密和安全问题
（2）微程序和软件的可靠性问题。
（3）通信的保密、安全和可靠性问题。
（4）智能仪表在运行时是可以与控制系统互动的以及如何进行互动。
（5）智能仪表提供了远比模拟仪表多的信息以及如何充分利用这些信息。
（6）众多智能仪表的可互操作问题。
（7）仪表和系统的故障诊断以及故障诊断信息的可互操作问题等。
上述问题都是由于数字化和网络化而产生的，并不是现有技术无法解决这些问题，只是可选的解决方案太多，而统一的解决方案才是最有效的。而如何统一是当前正在研究的。
虽然自动化仪表新产品的推出速度减缓，但是自动化仪表的技术发展史持续不断的，仪表制造商近两年新技术发展积极性不高，但仪表用户发展自动化技术的积极性越来越高。最近，在信息技术的融入、仪表安全技术、无线通信技术等各方面都有令人瞩目的发展。另外国外新产品推出的减速，为我国仪表的发展带来了机遇。国内仪表近两年继续健康发展，行业的总体趋势与《2006-2007仪器科学与技术学科发展报告》的介绍未发生大的变化，因此也可以认为本报告是它的补充。
ISAEXPO2008的6大关注点是：信息安全、过程自动化、环境
和质量控制、无线与网络通信、企业集成。实际上包括我国的Miconix 展在内的全球各主要仪表展览，近两年的主题也在这之内。可以说这个六个方面反映了近两年自动化仪表领域的主要发展动向。六个方面中信息安全、过程自动化和环境控制主要是由自动化仪表领域外的技术推动的，本报告的一下部分不将其作为重点。
中国投资咨询网的《2009-2012年中国仪器仪表行业投资分析及前景预测报告》，在简介中对国内仪器仪表的论述也恰如其分地表达了国内自动化仪表领域发展的不足，其论述是这样的：“虽然中国仪器仪表工业有了一定的发展，但远远不能满足国民经济、科学研究、国防建设以及社会生活等各个方面日益增长的迫切需求。中国仪器仪表产品，绝大部分属于中低档技术水平，而且可靠性、稳定性等关键性指标尚未全部达到要求。因此中国需做长期规划，将振兴测量控制与仪器仪表行业作为一个系统工程，从影响测量控制与仪器仪表业的各主要方面，包括政府、企业、社会环境、科研和教育机构等方面制定协调一致的战略措施并认真贯彻执行。”
二、自动化仪表与控制系统的发展趋势
（一）自动化仪表与企业的信息化
信息技术的发展给自动化仪表带来两方面的影响：一方面信息技
术与自动化仪表争夺人才，在IT发展的高潮，许多有经验的仪表工作者转向IT行业，这也是近年仪表产品推出减缓的原因之一；另一方面自动化仪表借用了TI行业一些成熟的技术和产品，加快了信息的步伐。
信息化是当前时代发展的趋势，自动化仪表技术包括了信息采集、信息处理以及信息的应用这样的过程，因此自动化仪表技术实际上时信息技术的一个重要分支。所谓“企业集成”实际上是企业的信息集成和整合，所谓“信息爆炸”实际上时获得信息超过了处理和应用的能力，而为得到的应用的一大障碍是信息表达的统一性不够。如何提高处理和应用信息的能力是当前的主题。
信息化需要将现实世界的实体事物（包括原料、设备、产品、控制系统、仪表等），生产流程（包括制造方法、工艺等）。企业的管理（包括采购、销售、物流等）用计算机能够识别和处理0和1来描述，然后由计算机进行运算和处理，最后将处理的结果再反作用到现实世界。
信息化的前提是将现实世界以及现实世界事物之间的关系转化为0和1，不能做到这一步信息化是不可能实现的。做到这一步就是对现实世界建立信息模型。
信息模型是用一组简化的信息。按一定规则对事物所做的抽象描述。
信息模型定义包括了简化、规则和抽象三要素，这三要素的多样性决定了可能的信息模型的多样化，建立信息模型的过程包括了克服多样性，实现统一性的任务。自动化仪表和系统信息模型的目标是：以毫不含糊的方式描述信息，以方便交换为基本定位，最终实现广泛的可互操作性。
2006年9月，在德国柏林的IEC100周年庆活动的自动化论坛上，IFAC专家Diedrich教授作了题为《自动化工厂的信息模型》的报告，介绍不同的控制层次，不同的生产阶段的不同信息类型、不同信息处理技术和工具。
建立信息模型的工作是自动化仪表领域的一项基本工作，也是统一信息表达的只能给药手段，主要内容包括：1.建立描述事物的规则；
2.按照规则对所设计大量食物进行描述，建立模型库。
建立描述事物的规则是一项繁杂的研究工作，因为随着文化背景的不同、宗教信仰的不同、描述事物侧重的不同、详细程度的不同，描述的方案有很多种，我们需要的是在当前信息处理能力相适应的、能被公众广泛接受的方案，这种方案最终往往以国际标准的形式出
现。近两年在制定这类国际标准方面取得明显的进展。
描述事物的规则按对象的属性可简化分为3类：
（1）描述事物的信息模型。如描述生产原料、元件、控制系统仪生产用装置、设备、生产过程的状态、中间和最终产品内容的信息模型，这种类型的模型要把对象的基本属性描述出来，典型代表是IEC361987工业过程测量与控制过程设备目录中的数据结构和元素系列标准和IEC61360与电子元件分类方案相关的标准数据元素类型系列标准。
（2）描述事物之间关系（尤其是定量关系）的模型。信息化的重要作用是对事物进行优化，优化的条件是了解事物之间的（定量）关系。这种模型常常以数学模型的形式出现。这类模型往往针对性很强，难以建立统一的广泛应用的模型，因此较少以国际标准的形式出现。
（3）描述对象过程信息模型。如生产过程、管理过程，典型代表是IEC62264企业系统集成系列标准。
在建立自动化仪表及应用的信息模型方面，我国高校和研究机构早有研究。但并没有将这项工作定位信息化促进工业化的重要基础，
一直缺乏国家或行业层面，全面系统规划和大规模的工作。
我国TC159全国工业自动化系统与集成标准化技术委员会和TC124全国工业过程测量和控制标准化技术委员会在跟踪和采用国际标准方面做了不少工作，除派出专家加入国际标准的工作组直接参加国际标准的指定外，还及时地将重要信息模型标准转化为国家标准。有了这些建立信息模型的方法标准，后面需要做的工作室：宣传、贯彻、学习这些手法，用这些方法建立各认可的具有可互操作性的信息库，应用这些信息库服务于企业的自动化。
由于信息模型对于国内企业和工程师还是新事物，上述这些工作在初期还相当复杂，最重要的是我国制造企业较少主动提出信息化的需求，因此我国在这方面相对较落后，迫切需要引起重视。
（二）自动化仪表工程项目全局信息和全生命周期信息的整合
全局和全生命周期的信息化整合实际上是自动化仪表系统的全面可互操作性。可互操作性是分层次的，最基本的是过程控制机的互操作，即控制系统与现场仪表表层免的可互操作，向上一层是控制系统维护与生产设备诊断信息的可互操作，在高一层是企业管理信息的客户操作。全局信息化整合至少要实现全局信息的可互操作。
不同层级实现可互操作的技术和方法是不完全一样的。在控制系统与现场仪表层主要技术史：功夫块、EDDL（电子设备描述语言）、FDT/DTM（现场设备工具/设备类型管理器）、OPCUA（原OleforProcessControl，过程控制控制用对象链接和嵌入：现Openness，Productivity&Collaboration,开放、生产率和协作；企业管理层则部分借助于MES（制造执行系统）技术。全局信息整合至少要使企业各层之间的信息交换无障碍。
自动化系统工程师项目从论证一直到建成投产运行、目后大修维护，整个过程的每个阶段会产生许多技术文件，各阶段的文件又有很强的关联，而且这些文档现在都以二进制形式存在计算机里。涂过各阶段采用统一的信息模型，那么下阶段的文件相对上阶段就可以有很好的继承性。例如，在项目的工程设计阶段就会编制控制逻辑配置图，如果使用了统一的信息模型，那么到开车调试阶段就可以直接用这个图对系统进行组态。全生命周期信息整合就是要实现系统各生面阶段之间可互操作，
这样的信息化整合方案是由仪表的用户提供的。仪表的用户企业由于贴近生产过程，贴近应用，一些用户组织对自动化仪表的应用提出许多要求，制订了一些团体标准。现在他们逐步地将这些团体标准转化为国家标、欧洲标准或国际标准，如IEC61242过程控制工程的表示方法——对P&I图和P&ID工具与PCE-CAE工具之间数据交换
的要求和IEC61987的若干部分（P&I，管线工程与仪表装置；P&ID，管线工程和仪表装置系统图；PCE，过程控制工程；CAE，计算机辅助工程）。
自动化仪表工程项目全局、全生命周期的信息化整合式一个漫长的过程，近两年IEC62424标准的推出是发展中的一个重要标志。
我国一直有研究机构在跟踪全局、全生命周期的信息化整合技术的发展方向，当有关标准文件由技术团体提交国际标准化组织，TC124会很快安排专家加入起草工作组，这种跟踪已经持续多年了。同时TC124还及时将出版的国际标准转化为国家标准。
全生命周期的信息化整合的概念对我国工程师还比较新，虽然一些工程项目中用了可以进行全生命周期的信息化整合的工具软件InTools，但人们还只是将它置于某个生命阶段。
我国对自动化仪表在系统运行过程中的信息整合做的很不够，及时用了现场总线智能仪表，数据通信业仅仅起替代传递的功能。产生这种情况的原因，一方面是我国用户对企业信息化的需求并不迫切；另一方面我们缺乏符合我国各行业实际情况的、有效的信息化整合软件。自动化仪表工作者对信息化可以做什么了解不够，而用户对信息化有什么好处不清楚，对怎么做更提不出要求。这些因素影响了信息
化整合技术的发展。
有人认为以数字化、网络化为代表的智能仪表发展有三个阶段：第一阶段是数字化现场总线智能仪表替代模拟仪表，重点是发挥节省安装费用、提高仪表性能的作用；第二阶段是工程和仪表的全局信息和全生生命周期信息的整合，实现信息化，重点是提高项目工程的管理水平和运行效益；第三阶段是以无线通信仪表为重要特征，实现所谓“无所不在的测量、无所不在的网络、无所不在的计算”，实现真正的网络化控制，重点是全面提高企业的效益。三阶段的目标相当远大，可以说是整个21世纪自动化仪表的目标。目前我国第一阶段的工作已经全面展开，第二阶段的工作开始启动，第三阶段的工作正在探索。
（三）功能安全
安全是一个非常广泛的主题，在自动化仪表领域今年主要关注功能安全方面。IEC61508电气/电子/科编程电子安全相关系统的功能安全系列国际标准早在1998年就开始陆续出版，2003年又出版了IEC61511过程仪表安全系统的功能安全系列国际标准。我国近两年出版了等同采用这些国际标准的系列国家标准GB/T20438电气/电子/科编程电子安全相关系统的功能安全和GB/T21109过程仪表安全系统的功能安全。
近两年功能安全的重要发展是：将大量经过功能安全认证的仪表推向市场。这对仪表的市场有很大影响，因此功能安全仪表并不只是用在有安全要求的系统中，功能安全认证还起到对仪表可靠性一定的定量确认的作用，为了争取竞争中的有利地位，实际上几乎所有仪表制造商都会开展功能安全研究。
自20世纪开展仪表的可靠性工程研究以来，仪表制造的质量大幅提高。但是由于可靠性数据都是由制造企业自己取得的，对用户的公信力较低，因此只有很少企业将可靠性的定量数据公布出来。所以可靠性对用户来说是经验性的、模糊地，人们更愿意相信品牌。
20世纪的可靠性工程研究使仪表的光学、机械、电子部件的可靠性设计和处理有了获得公认的成熟框架。但是当前的仪表几乎都带微处理器，而嵌入式程序和计算机软件的可靠性却还没有公认的、得到定量数据的方法。这里最容易使人困惑的是：我们都知道Windows 操作系统的错误很多，而我们的大部分自动化仪表系统软件是运行在Windows环境下邪恶，这样我们怎能相信自动化系统会有比Windows更好的可靠性呢？当前的功能安全研究和软件可靠性研究已经提供了一些诸如添加底层程序、冗余、容错等处理方法，使我们能够在不可靠的Windows上获得可靠的自动化系统。
在IEC61508和IEC61511里，对嵌入式程序和计算机软件的可
靠性和安全性的评估提供了一些方法，流派较多。但是这些内容多半比较原则，实施时严重依赖评估者的经验和水平设计和评估是远远不够的，这些方面的需求促使各方面加大了嵌入式程序和计算机软件的可靠性的研究。从编程语言的角度看，IEC61508-3电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全第3部分：软件要求对全可变语言（FVL，如C、C++、汇编语言）在安全应用程序层次和嵌入式软件、固件、操作系统层次做了原则性的规范；而对有限可变语言（LVL，如IEC61131-3的PLCopen组织安全扩展）在安全应用软件层次的规范，则在IEC标准和ISA的对应标准ISA84过程仪表安全系统的功能安全及相关技术报告中对此部分做了细化和补充，虽然离公认，统一解决方案尚有距离，但已足以使各企业可以开展功能安全的开发和设计了。
功能安全标准虽然已经出版，功能安全研究的范围还在深入和扩大。一方面是现场通信的功能安全问题研究，这些研究成果已经部分反映在一些现场总线系列的标准中；另一方面是电磁环境对功能安全的影响，这些研究成果开始在修订的过程控制仪表的电磁兼容性标准中体现。
我国许多研究机构今年开展了功能安全的研究工作，主要包括：对安全要求高的用户机构，如石油、化工、制药类机构，开展了如何提出和确定功能安全要求的研究。他们采用风险评估技术、可信性管
理方法、HAZOP（Hazard/and/OperabilityStudy,危险与可靠性研究）分析等方法，确定目标对象对功能安全的定量要求。
制定了宣传贯彻两个国家标准，培训功能安全工程师的工作。同时一些机构开展了工程项目和仪表产品的功能安全评定工作。
一些仪表制造厂开始研制高可靠性的功能安全仪表产品。个别企业为了使用户对产品的认证有更好的认同，他们将产品向国际权威机构申请认证。
总体上，虽然我国创新的功能安全研究成果还少，但功能安全的活动已经在国内启动，正逐步深入地展开。
（四）系统维护与仪表诊断
基于企业对安全和质量的要求，系统维护与仪表诊断受到用户、制造商和研究者各方面的关注。系统维护与仪表诊断分为4个层次:生产流程的诊断、生产装备的诊断、自动化控制系统的诊断、现场仪表的诊断。
生产流程的诊断原则上不属于自动化仪表范畴，但是诊断信息的交换涉及自动化仪表系统。国外仪表用户成立了一个用户组织
——MIMOSA
（anOperations/and/MaintenanceInformationOpenSystemsAllianc e,运行和维护信息开放系统联盟）。该组织的使命是开发和鼓励企业在O&M（Operations/and/Maintenance,运行和维护）中和CALM （CollaborativeAssetLifecycleManagement，资产生命周期管理协作）中采用开放信息标准。它提供一系列相关信息标准。CCOM （CommonConceptualObjectModel，通用总体对象模型）是所有MIMOSA标准的基础,而CRIS （CommonRelationalInformationSchema,通用相关信息模式）则提供了储存企业运行管理信息的手段。它还提供元数据参考库和采用XML和SQL的系列信息交换标准。该组织还与OPC合作，成立了OpenP&M（OpenOperations/and/Maintenance，开放运行于维护）组织。他们制定的基础信息标准用语多种行业，MIMOSA提供资产管理相关信息标准，OPC提供数据获得喝传输标准。
针对生产装备的监控、诊断仪表系统是近两年推向市场的新产品。主要用于对某些典型生产装备（如旋转机械、流体管线）的监控和诊断。这些系统使用的检测手段包括振动测量、激光测量、红外热像、超声扫描以及普通的温度压力测量，将监测的信息通过统计分析、频谱分析、模式识别、数据挖掘等专家系统的分析，得出对设备的诊断。典型产品有Emerson公司的CSI机械设备状态管理系统。
自动化控制系统的诊断通常是控制系统中设备管理软件的一个模块或一种功能，负责控制系统自身以及现场以表达的实时诊断和预测维护。现在各家自动化仪表跨国公司几乎都有自己的产品，例如Emerson公司的AMS（资产管理系统），Siemens公司的PDM（过程设备管理），在此不一一列举。自动化控制系统诊断产品看的发展很快，功能和性能不断增强；现在生产装备的监控与自动化控制系统自身的诊断往往是在同一个平台上进行。为了改善这一层面的可互操作性，近年Emerson公司、Siemens公司及OPC等几家承诺相互合作推进互操作技术的统一。
现场仪表的诊断与上述几层的维护、诊断在方法上有很大区别。首先，上述方法都是通过传感器采集信息，通过各种手段的分析实现诊断。现场仪表本身体积较小、功耗低，可用于诊断的信息资源很少；其次，现场仪表的诊断结果显示往往借助控制系统软件或手持操作器，因此其诊断过程中常常有现场仪表与另一端的互动，以补充自身资源的不足。
现场仪表的诊断难度较大，HART基金会的《HART诊断指南（草案）》将维护分为三级：要求维护（已经发生故障）、需要维护（仪表已超过维护周期）、建议维护（仪表到了维护周期）。而维护周期由智能仪表根据仪表的损耗情况或固定的时间确定。
我国大型设备方面的维护和诊断研究已有多年的历史，在旋转机械等典型装备方面有不错的成果和成功的应用，有两个学会组织聚集了我国这方面的力量：中国振动工程学会故障诊断专业委员会和中国自动化学会技术过程故障诊断与安全性技术委员会。在自动化控制系统自身的诊断方面虽然也有一些研究，但应用较少，在检测仪表和执行器的诊断方面更加薄弱，无论在维护和诊断理论研究还是开发实践方面都与国际水平有较大差距。国产的大部分仪表在故障诊断和预测性维护方面存在空白。
国外近年在维护和诊断方面发表的论文和专利很多，反映该项目内容在国外也正是热点，我国企业现在急起直追为时不晚。
（五）无线通信
工业无线通信技术的快速发展是近两年自动化仪表领域显著的亮点，主要表现在以下几个方面。
（1）技术方案多样化。有基于WPAN（无线个域网）的多种方案，有基于WLAN（无线局域网）的方案，也有基于无线公网（如GPRS、CDMA）的方案。各种方案针对一定的对象和应用，在某些局部具有优势。
（2）参与者迅速增加。有学校、研究机构、自动化仪表企业，还有一些半导体器件制造企业和具有专项技术的小型高技术企业。
（3）成立了专业组织。有新成立的专项组织，如WINA （TheWirelessIndustrialNetworkingAlliance，无线工业网络联盟），也有许多老牌组织新成立无线通信工作组，如IEEE的多个工作组，欧盟的R-Fieldbus项目（无线现场总线项目）、ISA的SP100工作组、HART
的无线HART工作组以及各现场总线的无线工作组等。
（4）推出多种无线演示系统、测量仪表样机，成为今年全球各主要自动化仪表展的热点。如Honeywell公司符合ISA100.11a的OneWireless系列，Emerson公司符合WirelessHART的SmartWireless。这些产品虽已在一些场合投入应用，但从总体来讲，一则数量有限；二则系统规模较小，不过数十个节点。各种供自动化仪表企业开发无线产品各种无线模块更是不计其数，而提供这些模块的企业往往才是无线技术的真正持有者。
无线通信标准之争已经开始。2007年HART基金发布WirelessHART标准时Honeywell过程系统公司总裁JackBolick发表了一封公开信，使Honeywell与Emerson在无线通信标准方面的分
歧公开化。此后，各种无线通信标准的方案纷纷正式向标准化组织提出。除了前两种针对过程控制目标的标准外，还有类似ZigBeePro 这种并不主要针对过程控制，但一直想向过程控制领域渗透的标准。ZigBee标准自2003年公布以来频繁的更新：2006年公布了新一版，2007年又公布了ZigBee2007,包含了两个特征集——ZigBeePro。业内人士出于对前10多年现场总线之争的厌倦，大公司们挑起了争端但没有捞到明显的好处，反而给了中小仪表公司给了中小仪表公司机会。人们都希望能避免再次出现无线通信标准之争。3种技术合作的技术基础原本是存在的，因为ISA100.11a、WirelessHART和ZigBee 的底层协议都是IEEE802.15.4，而且提供芯片和通信协议栈的企业往往同时提供这三种技术的部件，因此三种技术相互渗透不可避免。但是市场竞争是不以人们意志转移的，我们可能不得不面对又一场旷目持久的标准之争。
我国进入工业无线通信领域并不晚。HART基金会是2004年11月才成立无线工作组的，而我国许多单位在这之前就开始研究了。在“十一五：器件，国家科技部的“863”项目给予工业无线通信项目有力的支持，这之前，科技和教育部门的各种基金、地方科技部门等也对该领域多方面的支持。
我国以ZigBee为基础进行研究的单位很多，因此比较容易采购到元器件获得技术支持。有若干单位加入了ISA100工作组，从事相
关的研究；其中重重庆邮电大学向工作组递交了多项建议。有27条ISA100.11a委员会完全接受并采纳。我国真正独立从事WirelessHART开发的单位比较少，因为WirelessHART自己也还在继续开发中，现在对外提供的技术支持相当少。
从2008年Miconex展览看，我国目前研究的规模和水平也不输国外的平均水平，展出了多种演示系统和产品。我国在工业无线通信领域研究最显著的成绩是，以中国科学院沈阳自动化研究所为首的研究团体研究开发的工业过程自动化用无线网络WIA-PA成为了IEC可公开提供的技术规范（IEC/PAS62601：2008工业通信网络已现场总线规范-WIA-PA通信网络和通信行规），与WirelessHART同时成为国际标准。
（六）控制网络
以现场为代表的控制网络技术在我国已经逐步得到推广，自上海赛科项目大规模采用现场总线以来，各种工程项目采用现场总线的心理障碍已经基本消除。人们已经越来越少问“是否能用”，而越来越多问“如何好用”。由于近年我国上的大型工程项目多，我国无论在采用现场总线仪表的项目规模还是在采用的数量方面都处于国际领先位置。不过一些项目虽然采用了先进的现场总线智能仪表，但应用的水平却不高，主要是未充分应用智能仪表可以提供的信息和信息服务。
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x a的最大差值，记作△，即△=x-x a （3）相对误差δ=△/x a *100% （4）引用误差γ=△/（x max-x min）*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
过程控制系统与仪表王再英刘淮霞陈毅静编着 习题与思考题解答 机械工业出版社
第1章思考题与习题 1-1 过程控制有哪些主要特点为什么说过程控制多属慢过程参数控制 解答： 1．控制对象复杂、控制要求多样 2. 控制方案丰富 3．控制多属慢过程参数控制 4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式 5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成 1-2 什么是过程控制系统典型过程控制系统由哪几部分组成 解答： 过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。 组成：参照图1-1。 1-4 说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类 解答： 分类方法说明： 按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例（P）控制、比例积分（PI）控制，比例、积分、微分（PID）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。 通常分类： 1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统 （2）随动控制系统 （3）程序控制系统 2．按系统的结构特点分类：（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 1-5 什么是定值控制系统
解答： 在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。 1-6 什么是被控对象的静态特性什么是被控对象的动态特性二者之间有什么关系 解答： 被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。 被控对象的动态特性：。系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。 二者之间的关系： 1-7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动态特性解答： 稳态： 对于定值控制，当控制系统输入（设定值和扰动）不变时，整个系统若能达 到一种平衡状态，系统中各个组成环节暂不动作，它们的输出信号都处于相对静 止状态，这种状态称为稳态（或静态）。 动态： 从外部扰动出现、平衡状态遭到破坏、自动控制装置开始动作，到整个系统 又建立新的稳态（达到新的平衡）、调节过程结束的这一段时间，整个系统各个环节的状态和参数都处于变化的过程之中，这种状态称为动态。 在实际的生产过程中，被控过程常常受到各种振动的影响，不可能一直工作在稳态。只有将控制系统研究与分析的重点放在各个环节的动态特性，才能设计出良好的控制系统。 1-8 评价控制系统动态性能的常用单项指标有哪些各自的定义是什么 解答： 单项性能指标主要有：衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等。 衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n； 过渡过程的最大动态偏差：对于定值控制系统，是指被控参数偏离设定值的最大值A； y与最终稳态值y（∞）之比的百分数σ； 超调量：第一个波峰值 1
自动化仪表控制系统管理制度 第一章?? 总则 第一条为加强公司自动化仪表设备及控制系统 的管理工作，控制和优化工艺条件，保障仪表设备安全经济运行，依据国家有关法规及相关管理规定，制定本制度。 第二条本制度适用于公司自动化仪表控制系统的管理。 第三条控制系统主要包括集散控制系统（DCS）、紧急停车系统 （ESD）、可编程控制器（PLC）等。 第四条控制系统的日常维护。 （一）系统点检制度 1、仪表设备管理部门应加强对系统的日常维护检查，根据系统的配置情况，制定系统点检标准，并设计相应的点检表格。 2、系统点检应包括以下主要内容： A、主机设备的运行状态。 B、外围设备（包括打印机等）的投用情况和完好状况。 C、各机柜的风扇（包括内部风扇）运转状况。 D、机房、操作室的温度、湿度。
3、点检记录要字迹清楚、书写工整，并定期回收，妥善保管。 （二）系统周检制度 1、仪表设备管理部门(仪表保运单位)应根据设备保养手册的规定，制定周检项目、内容和合理的周期，并做好DCS （PLC）系统周检记录。 2、系统周检应包括如下主要内容： A、确认冗余系统的功能和切换动作是否准确可靠。 B、清洗过滤网。 C、清洗CRT。 D、检查风扇及风扇的保护网。 E、定期清洗打印机。 F、清洗机房内设备的表面灰尘。 G、系统中的电池按期更换。 H、定期对运动机件加润滑油。 I、检查供电及接地系统，确保符合要求。 3、系统周检发现的问题，应及时填写缺陷记录，并立刻组织人员处理解决。 （三）系统硬件管理 1、仪表设备管理部门(仪表保运队伍)应有专人负责保养，按规定进行点检、周检和维护。
2、建立系统硬件设备档案，内容应名细到主要插件板，并作好历次设备、卡件变更记录。 3、系统硬件的各种资料要妥善保管，原版资料要归档保存。 4、在线运行设备检修时，要严格执行有关手续，按照规定，做好防范措施。 （四）系统软件管理 1、系统软件和应用软件必须有双备份，并妥善保管在金属柜内；控制系统的密码或键锁开关的钥匙要由专人保管，并严格执行规定范围内的操作内容。软件备份要注明软件名称、修改日期、修改人，并将有关修改设计资料存档。 2、系统软件无特殊情况严禁修改；确需修改时，要严格按照申请、论证手续，主管经理批准后实施。 3、应用软件在正常生产期间不宜修改。按工艺要求确需重新组态时，要有明确的修改方案，并由生产管理部门、工艺车间和仪表负责人共同签字后方可实施并做好安全防范措施。 4、软件各种文本修改后，必须对其他有关资料和备份盘作相应的修改。 5、由通用计算机、工业控制微机组成的控制、数据采集等系统，应执行专机专用，严禁任何人运行与系统无关的软件，以防病毒对系统的侵袭。
1：串级控制系统参数整定步骤应为（）。 1.先主环，后副环 2.先副环后主环 3.只整定副环 4.没有先后顺序 2：仪表的精度等级指的是仪表的（） 1.误差 2.基本误差 3.允许误差 4.基本误差的最大允许值 3：串级控制系统主、副回路各有一个控制器。副控制器的给定值为（） 1.恒定不变 2.由主控制器输出校正 3.由副参数校正 4.由干扰决定 4：用K分度号的热偶和与其匹配的补偿导线测量温度。但在接线中把补偿导线的极性接反了，则仪表的指示（） 1.偏大 2.偏小
3.可能大,也可能小,要视具体情况而定 5：用4：1衰减曲线法整定控制器参数时得到的TS值是什么数值（） 1.从控制器积分时间旋纽上读出的积分时间 2.从控制器微分时间旋纽上读出的积分时间 3.对象特性的时间常数 4.是4：1衰减曲线上测量得到的振荡周期 6：当高频涡流传感器靠近铁磁物体时（） 1.线圈的震荡频率增加 2.线圈的电阻减小 3.线圈的电感增大 7：某容器控制压力，控制排出料和控制进料，应分别选用的方式为（）。 1.气开式；气开式 2.气关式；气关式 3.气开式；气关式 4.气关式；气开式 8：准确度等级是仪表按（）高低分成的等级。 1.精度 2.准确度
3.限度 9：不属于工程上控制参数的整定方法是（） 1.动态特性法 2.稳定边界法 3.衰减曲线法 4.比较法 10：最常见的控制结构除了反馈控制结构外还有。（） 1.串级控制 2.前馈控制 3.单回路控制 4.多回路控制 11：串级均匀控制系统结构形式与串级控制系统相同，它与串级控制系统有区别也有相同的地方。相同是（） 1.系统构成目的 2.对主、副参数的要求 3.参数整定顺序、投运顺序 4.干扰补偿方式 12：工业现场压力表的示值表示被测参数的（）。 1.动压 2.全压
第 2 章思考题与习题 2-1某一标尺为0～1000℃的温度计出厂前经校验得到如下数据： 标准表读数/℃0 200 400 600 800 1000 被校表读数/℃0 201 402 604 806 1001 2）该表精度； 3）如果工艺允许最大测量误差为±5℃，该表是否能用？ 2-2一台压力表量程为0～10MPa，经校验有以下测量结果： 标准表读数/MPa 0 2 4 6 8 10 被校表读数/MPa 正行程0 1.98 3.96 5.94 7.97 9.99 反行程0 2.02 4.03 6.06 8.03 10.01 2）基本误差； 3）该表是否符合1.0 级精度？ 2-3某压力表的测量范围为0～10MPa，精度等级为1.0 级。试问此压力表允许的最大绝对误差是多少？若用标准压力计来校验该压力表，在校验点为5MPa 时，标准压力计上读数为5.08MPa，试问被校压力表在这一点上是否符合1 级精度，为什么？ 解答： 1）基本误差= ?100% 最大绝对误差?max＝0.01×10＝0.1MPa 2）校验点为5 MPa 时的基本误差：=5.08 - 5 ?100% = 0.8% 10 0.8％<1％，所以符合1.0 级表。
2-4 为什么测量仪表的测量范围要根据被测量大小来选取？选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值有什么问题？ 解答： 1） 2） 2-5 有两块直流电流表，它们的精度和量程分别为 1) 1.0 级，0～250mA 2）2.5 级，0～75mA 现要测量 50mA 的直流电流，从准确性、经济性考虑哪块表更合适？ 解答： 分析它们的最大误差： 1）?max ＝250×1％＝2.5mA ；= ± 2.5 ?100% = ±5% 50 2）?max ＝75×2.5％＝1.875mA ；= ± 1.875 ?100% = ±3.75% 50 选择 2.5 级，0～75mA 的表。 2-11 某 DDZ-Ⅲ型温度变送器输入量程为 200～1000℃，输出为 4～20mA 。当变送器输出电流为 10mA 时，对应的被测温度是多少？ 解答： 1000 - 200 = 20 - 4 T ； T=500 ?C 。 10 2-12 试简述弹簧管压力计的工作原理。现有某工艺要求压力范围为 1.2 ±0.05MPa ，可选用的弹簧管压力计精度有 1.0、1.5、 2.0、2.5 和 4.0 五个等级， 可选用的量程规格有 0～1.6MPa 、0～2.5MPa 和 0～4MPa 。请说明选用何种精度和量程（见附录 E ）的弹簧管压力计最合适？ 解答： 1） 工作原理： 2） 根据题意：压力范围为 1.2＋0.5 MPa ，即允许的最大绝对误差?max ＝0.05
思考与练习题参考答案 第1章过程控制仪表的基本知识 思考与练习题 ⑴控制仪表和控制系统有什么关系？ 答：过程控制系统是实现生产过程自动化的平台,而过程控制仪表是过程控制系统不可缺少的重要组成部分。 ⑵什么是信号制？控制系统仪表之间采用何种连接方式最佳？为什么？ 答：信号制即信号标准，是指仪表之间采用的传输信号的类型和数值。 控制系统仪表之间采用4～20mADC直流电流信号传送，现场变送器和控制室仪表之间采用串联连接方式。电流信号便于远距离传送，不仅节省电缆、布线方便，而且还便于使用安全栅，有利于安全防爆。 采用1～5VDC直流电压信号实现控制室内部仪表间联络。用电压信号传送的信息可以采用并联连接方式，使同一个电压信号为多个仪表所接收。在控制室内，各仪表之间的距离不远，适合采用1～5VDC直流电压作为仪表之间的互相联络信号；任何一个仪表拆离信号回路都不会影响其它仪表的运行；各个仪表既然并联在同一信号线上，当信号源负极接地时，各仪表内部电路对地有同样的电位，这不仅解决了接地问题，而且各仪表可以共用一个直流电源。 （3）防爆仪表与易燃易爆气体或蒸汽之间有何对应关系？ 答：防爆仪表的分级和分组，是与易燃易爆气体或蒸汽的分级和分组相对应的。仪表的防爆级别和组别，就是仪表能适应的某种爆炸性气体混合物的级别和组别，即对于教材表1.3中相应级、组之上方和左方的气体或蒸汽的混合物均可以防爆。 （4）怎样才能构成一个安全火花型防爆控制系统？ 答：构成安全火花防爆系统要求：①在危险场所使用本安仪表；②在控制室仪表与危险场所仪表之间设置安全栅。 （5）对于采用单个放大器的仪表一般如何着手进行分析？
烷基化装置仪表控制系统操作法 第一节仪表控制系统概况及操作 1.分散控制系统（DCS）系统概述及操作 1.1.概述 惠州炼油所有的工艺装置和辅助设施、公用工程、储运系统等，均采用FOXBORO DCS进行集中控制和监测。厂区内的生产装置、公用工程及储运系统的DCS显示操作站和部分控制站及附属设备均集中在中心控制室，进行集中操作、控制和管理。 根据全厂总平面的布置，设置12个现场机柜室(FAR)及7个现场控制室(FCR)。各工艺装置或辅助单元的DCS控制站，按相关区域安装在各现场机柜室及现场控制室。从现场机柜室及现场控制室到中心控制室的控制网络用单模冗余铠装光缆连接。各现场机柜室及现场控制室根据需要设置一台现场工程师站，用于正常的维护和历史数据的存储。当现场机柜室与中心控制室之间的网络联系中断或发生通讯故障时，现场工程师站应与所在机柜室内控制器构成独立系统。每个现场控制室设置操作站，为现场操作人员使用。 整个DCS控制系统由控制站、操作站、工程师站和OPC服务器、历史站等设备组成。各装置的DCS控制站独立设置，以保证各装置在正常生产和开、停工过程中互不干扰，减少关联影响。 1.2操作员用户分配 由于全厂DCS由一个网络组成，为了防止互相干扰，避免误操作，每个单元都分配了相应的操作员用户。各单元操作员用户分配如下表所示：
1.3面板操作 点击流程图上数值区域，会弹出如右 图所示面板显示，通过面板可以进行 以下操作： 1)设定值修改：在自动情况下，选择SPT 参数，就可以在数值输入区修改设定值； 2)输出值修改：在手动情况下，选择OUT 参数，就可以在数值输入区修改输出值； 3)点击按钮可以调用趋势画面； 4)点击按钮可以确认报警 5)点击按钮可以将自动回路投手动，可以将手动 回路投自动。 6)点击可以将副回路投串级。 (7) 点击按钮关闭面板显示画面 图6-1 1.4报警操作 1.4.1系统报警画面 系统报警指出由于硬件故障产生的报警情况。系统报警同站，以及与站相连的外围设备或通讯网络的工作状态有关。监视硬件的工作状态是系统管理软件的功能。系统管理软件分析当前设备和每一个站的通讯状态及了解系统报警的状态。所以要了解系统报警情况，须进入系统管理环境，点击[system]，即可打开System Management Display Handler I/A 菜单栏上的 SYS 键区域将会翻红并闪烁。SYS 区域在每个环境中都会存在。它有以下四种颜色状态，指示不同的系统硬件的当前情况。 固定的绿色正常 闪烁的绿色曾经出现过故障又恢复了正常，但未确认过。 闪烁的红色有故障，尚未确认。 固定的红色故障尚未解决，但已经确认。 系统管理软件在各个管理画面中利用组件的 Letterbug 名的颜色变化和边框的颜色变化来指示各组件设备的当前状态和系统通讯情况。 白色边框正常状态，系统通讯正常 红色边框系统中存在通讯故障 灰色 Letterbug 该组件不应出现在系统中
过程控制系统与仪表王再英刘淮霞陈毅静编著 习题与思考题解答 机械工业出版社
第1章思考题与习题 1-1 过程控制有哪些主要特点？为什么说过程控制多属慢过程参数控制？ 解答： 1．控制对象复杂、控制要求多样 2. 控制方案丰富 3．控制多属慢过程参数控制 4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式 5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成 1-2 什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？ 解答： 过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。 组成：参照图1-1。 1-4 说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类？ 解答： 分类方法说明： 按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例（P）控制、比例积分（PI）控制，比例、积分、微分（PID）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。 通常分类： 1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统 （2）随动控制系统 （3）程序控制系统 2．按系统的结构特点分类：（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 1-5 什么是定值控制系统?
解答： 在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。 1-6 什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？二者之间有什么关系？ 解答： 被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。 被控对象的动态特性：。系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。 二者之间的关系： 1-7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动态特性？ 解答： 稳态： 对于定值控制，当控制系统输入（设定值和扰动）不变时，整个系统若能达 到一种平衡状态，系统中各个组成环节暂不动作，它们的输出信号都处于相对静 止状态，这种状态称为稳态（或静态）。 动态： 从外部扰动出现、平衡状态遭到破坏、自动控制装置开始动作，到整个系统 又建立新的稳态（达到新的平衡）、调节过程结束的这一段时间，整个系统各个环节的状态和参数都处于变化的过程之中，这种状态称为动态。 在实际的生产过程中，被控过程常常受到各种振动的影响，不可能一直工作在稳态。只有将控制系统研究与分析的重点放在各个环节的动态特性，才能设计出良好的控制系统。 1-8 评价控制系统动态性能的常用单项指标有哪些？各自的定义是什么？ 解答： 单项性能指标主要有：衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等。 衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n； 过渡过程的最大动态偏差：对于定值控制系统，是指被控参数偏离设定值的最大值A； y与最终稳态值y（∞）之比的百分数σ； 超调量：第一个波峰值 1
第1章过程控制 1-1 过程控制有哪些主要特点？为什么说过程控制多属慢过程参数控制？ 解：1．控制对象复杂、控制要求多样 2. 控制方案丰富3．控制多属慢过程参数控制4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成1-2 什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？ 解：过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。 组成：由被控过程和过程检测控制仪表（包括测量元件，变送器，调节器和执行器）两部分组成。 1-4 说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类？ 解：分类方法说明：按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例（P）控制、比例积分（PI）控制，比例、积分、微分（PID）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。 通常分类：1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统（2）随动控制系统（3）程序控制系统 2．按系统的结构特点分类：（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 1-5 什么是定值控制系统?
解：在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。 1-6 什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？二者之间有什么关系？ 解：被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。 被控对象的动态特性：。系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。 1-7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动 态特性？ 解： 稳态：对于定值控制，当控制系统输入（设定值和扰动）不变时，整个系统若能达到一 种平衡状态，系统中各个组成环节暂不动作，它们的输出信号都处于相对静止状态，这种状态称为稳态（或静态）。 动态：从外部扰动出现、平衡状态遭到破坏、自动控制装置开始动作，到整个系统又建立新的稳态（达到新的平衡）、调节过程结束的这一段时间，整个系统各个环节的状态和参数都处于变化的过程之中，这种状态称为动态。 在实际的生产过程中，被控过程常常受到各种振动的影响，不可能一直工作在稳态。只有将控制系统研究与分析的重点放在 各个环节的动态特性，才能设计出良好的控制系统。 1-8 评价控制系统动态性能的常用单项指标有哪些？各自的定义是什么？ 解：单项性能指标主要有：衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等。 衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n ； 过渡过程的最大动态偏差：对于定值控制系统，是指被控参数偏离设定值的最大值A ； 超调量：第一个波峰值1y 与最终稳态值y （∞）之比的百分数σ；1100%() y y σ=?∞
第1章思考题与习题 1-1 过程控制有哪些主要特点？为什么说过程控制多属慢过程参数控制？ 解答： 1．控制对象复杂、控制要求多样 2. 控制方案丰富 3．控制多属慢过程参数控制 4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式 5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成 1-2 什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？ 解答： 过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。 组成：参照图1-1。 1-4 说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类？ 解答： 分类方法说明： 按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例（P）控制、比例积分（PI）控制，比例、积分、微分（PID）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。 通常分类： 1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统 （2）随动控制系统 （3）程序控制系统 2．按系统的结构特点分类：（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 1-5 什么是定值控制系统? 解答： 在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。
1-6 什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？二者之间有什么关系？ 解答： 被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。 被控对象的动态特性：。系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。 二者之间的关系： 1-7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动态特性？ 解答： 稳态： 对于定值控制，当控制系统输入（设定值和扰动）不变时，整个系统若能达 到一种平衡状态，系统中各个组成环节暂不动作，它们的输出信号都处于相对静 止状态，这种状态称为稳态（或静态）。 动态： 从外部扰动出现、平衡状态遭到破坏、自动控制装置开始动作，到整个系统 又建立新的稳态（达到新的平衡）、调节过程结束的这一段时间，整个系统各个环节的状态和参数都处于变化的过程之中，这种状态称为动态。 在实际的生产过程中，被控过程常常受到各种振动的影响，不可能一直工作在稳态。只有将控制系统研究与分析的重点放在各个环节的动态特性，才能设计出良好的控制系统。 1-8 评价控制系统动态性能的常用单项指标有哪些？各自的定义是什么？ 解答： 单项性能指标主要有：衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等。 衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n； 过渡过程的最大动态偏差：对于定值控制系统，是指被控参数偏离设定值的最大值A； y与最终稳态值y（∞）之比的百分数σ； 超调量：第一个波峰值 1
第一章总则 第一条为加强电化分公司自动化仪表设备及控制系统的管理工作，控制和优化工艺条件，保障仪表设备安全经济运行，依据国家有关法规及相关管理规定，制定本制度。 第二条本制度适用于电化分公司自动化仪表控制系统的管理。 第三条控制系统主要包括集散控制系统、紧急停车系统、可编程控制器等。 第四条控制系统的日常维护。 (一)系统点检制度 1、仪表设备管理部门应加强对系统的日常维护检查，根据系统的配置情况，制定系统点检标准，并设计相应的点检表格。 2、系统点检应包括以下主要内容： A、主机设备的运行状态。 B、外围设备(包括打印机等)的投用情况和完好状况。 C、各机柜的风扇(包括内部风扇)运转状况。 D、机房、操作室的温度、湿度。 3、点检记录要字迹清楚、书写工整，并定期回收，妥善保管。 (二)系统周检制度 1、仪表设备管理部门(仪表保运单位)应根据设备保养手册的规定，制定周检项目、内容和合理的周期，并做好DCS(PLC)系统周检记录。 2、系统周检应包括如下主要内容： A、确认冗余系统的功能和切换动作是否准确可靠。 B、清洗过滤网。 C、清洗CRT。 D、检查风扇及风扇的保护网。 E、定期清洗打印机。 F、清洗机房内设备的表面灰尘。 G、系统中的电池按期更换。 H、定期对运动机件加润滑油。 I、检查供电及接地系统，确保符合要求。
3、系统周检发现的问题，应及时填写缺陷记录，并立刻组织人员处理解决。 (三)系统硬件管理 1、仪表设备管理部门应有专人负责保养，按规定进行点检、周检和维护。 2、建立系统硬件设备档案，内容应名细到主要插件板，并作好历次设备、卡件变更记录。 3、系统硬件的各种资料要妥善保管，原版资料要归档保存。 4、在线运行设备检修时，要严格执行有关手续，按照规定，做好防范措施。 (四)系统软件管理 1、系统软件和应用软件必须有双备份，并妥善保管在金属柜内;控制系统的密码或键锁开关的钥匙要由专人保管，并严格执行规定范围内的操作内容。软件备份要注明软件名称、修改日期、修改人，并将有关修改设计资料存档。 2、系统软件无特殊情况严禁修改;确需修改时，要严格按照申请、论证手续，主管经理批准后实施。 3、应用软件在正常生产期间不宜修改。按工艺要求确需重新组态时，要有明确的修改方案，并由生产管理部门、工艺车间和仪表负责人共同签字后方可实施并做好安全防范措施。 4、软件各种文本修改后，必须对其他有关资料和备份盘作相应的修改。 5、由通用计算机、工业控制微机组成的控制、数据采集等系统，应执行专机专用，严禁任何人运行与系统无关的软件，以防病毒对系统的侵袭。 6、工艺参数、联锁设定值的修改，要办理联锁工作票后方可进行改动。 7、对重大系统改动时，要按软件开发程序进行，即建立命题，制定方案、组态调试、模拟试验、小样试运行、组态鉴定等过程。通过技术鉴定的软件，要做好文件登记并复制软盘，妥善保存。 (五) 机房管理 1、机房是过程控制计算机系统的重要工作场所和核心部位，要认真做好安全工作，非机房工作人员未经批准严禁进入，进入机房人员应按规定着装。进入机房作业人员必须采取静电释放措施，消除人身所带的静电。 2、机房内应清洁无尘并确保满足以下条件： 温度18-24℃变化率<3℃/hr
DCS控制系统维护检修操作规程 一、目的 DCS自动控制系统是由自身的软、硬件以及操作台盘及现场仪表（变送器、测量仪表、电缆及执行机构等）组成的有机整体。避免系统中任何一个环节出现问题导致系统部分功能失效或引发控制系统故障，甚至导致生产停车等事故，维护正常生产。 二、系统组成 DCS控制系统由工程师站、操作站、控制站、过程网络组成。 1、工程师站是为专业工程技术人员设计的，内装有相应的组态平台和系统维护工具。通过系统组态平台生成适合于生产工艺要求的应用系统，具体功能包括：系统生成、数据库结构定义、组态操作、流程图画面组态、报表程序编制等。 2、操作站是由工业PC机、CRT、键盘、鼠标、打印机等组成的人机系统，是操作人员完成过程控制监控管理任务的环境。 3、控制站是系统中直接与现场打交道的I/O处理单元，完成整个工业过程的实时监控功能，控制站可冗余配置。 4、过程控制网络实现工程师站、操作站、控制站的连接，完成信息、控制命令等传输，双重冗余设计。 三、系统日常维护 （一）、日常巡检内容： 每天必须进行两次以上的巡回检查，检查内容包括： 1、向当班工艺人员了解DCS的运行情况； 页脚内容1
2、查看“故障诊断”画面，检查有无故障现象； 4、检查控制室温度及空调运行情况； 5、检查控制站机柜及操作柜散热风扇运行情况。 （二）、控制站的定期维护管理及测试： 1、控制室与操作室的维护管理 （1）、保证控制室及操作室的照明符合要求； （2）、检查操作室与控制室的温度及湿度和空调的运行情况，并应特别注意控制机柜的卡件等电子设备有无出现水珠或凝露现象； （3）、检查有无腐蚀性气体腐蚀设备与过多的粉尘堆积的现象，操作台及控制机柜的风扇滤网应定期拆洗，建议每月更换、拆洗一次； （4）、检查操作室、控制室无电磁干扰情况和振动情况。 2、计算机的维护管理 （1）、文明操作，爱护设备，保持清洁，防灰防水； （2）、不可强制性关闭计算机电源； （3）、键盘与鼠标操作须用力恰当，轻拿轻放，避免尖锐物刮伤表面； （4）、显示器应远离热源，保证显示器通风不被他物挡住； （5）、在进行计算机信号电缆、通讯电缆连接或拆除时，请确认计算机电源开关处于“关”状态。（6）、严禁使用非正版的微软公司视窗操作系统软件。 页脚内容2
●自动化仪表指哪一类仪表?什么叫单元组合式仪表? 1答:a:是由若干自动化元件构成的,具有较完善功能的自动化技术工具.b:由具有不同功能的若干单元仪表按调节系统具体要求组合而成的自动调节仪表. ●2、DDZ-II型与DDZ-III型仪表的电压.电流信号传输标准是什么?在现场与控制室之间采用直流电流传输信号有什么好处? 答:在DDZ-I型和DDZ-II型以表中采用0~10mA直流电流作为标准信号,而在DDZ-III型和DDZ-S型仪表中,采用国际上统一的4~20mA直流电流作为标准信号.这两种标准信号都以直流电流作为联络信号.采用直流信号的优点是传输过程中易于和交流感应干扰相区别,且不存在相移问题,可不受传输线中电感.电容和负载性质的限制.采用电流制的优点首先可以不受传输线及负载电阻变化的影响,适于信号的远距离传送;其次由于电动单元组合仪表很多是采用力平衡原理构成的,使用电流信号可直接与磁场作用产生正比于信号的机械力.此外,对于要求电压输入的仪表和元件,只要在电流回路中串联电阻便可得到电压信号,故使用比较灵活. ●4、什么是仪表的精确度?试问一台量程为-100~+100℃.精确度为 0.5级的测量仪表,在量程范围内的最大误差为多少? 答:模拟式仪表的合理精确度,应该以测量范围中最大的绝对误差和该仪表的测量范围之比来衡量,这种比值称为相对百分误差,仪表工
业规定,去掉百分误差的%,称为仪表精确度.一般选用相对误差评定,看相对百分比,相对误差越小精度越高.x/(100+100)=0.5%x=1℃. ●1-1试述热电偶的测温原理,工业上常用的测温热电偶有哪几种?什么热电偶的分度号?在什么情况下要使用补偿导线? 答:a.当两种不同的导体或半导体连接成闭合回路时,若两个接点温度不同,回路中就会出现热电动势,并产生电流.b.铂极其合金,镍铬-镍硅,镍铬-康铜,铜-康铜.c.分度号是用来反应温度传感器在测量温度范围内温度变化为传感器电压或电阻值变化的标准数列.d.在电路中引入一个随冷端温度变化的附加电动势时,自动补偿冷端温度变化,以保证测量精度,为了节约,作为热偶丝在低温区的替代品. ●1-2热电阻测温有什么特点?为什么热电阻要用三线接法? 答:a.在-200到+500摄氏度范围内精度高,性能稳定可靠,不需要冷端温度补偿,测温范围比热电偶低,存在非线性.b. 在使用平衡电桥对热电阻进行测量时,由电阻引出三根导线,一根的电阻与电源E相连接,不影响电桥的平衡,另外两根接到电桥的两臂内,他们随环境温度的变化可以相互抵消. ●1-3说明热电偶温度变送器的基本结构.工作原理以及实现冷端温度补偿的方法.在什么情况下要做零点迁移?
一、某化学反应器，工艺规定操作温度为200±10℃，考虑安全因素，调节过程中温度规定值最大不得超过15℃。现设计运行的温度定值调节系统，在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如下图所示，试求：该系统的过渡过程品质指标（最大偏差、余差、衰减比、振荡周期和过渡时间），并问该调节系统是否满足工艺要求。 参考答案： 最大偏差 A = 230-200 = 30℃ 余差C= 205-200 = 5℃ 衰减比n = y1: y3 = 25:5 = 5:1 振荡周期T = 20 – 5 = 15 （min） 设被控变量进入稳态值的土2％，就认为过渡过程结束，则误差区域=205 ×（±2％）＝±4.1℃ 在新稳态值（205℃）两侧以宽度为±4.1℃画一区域（阴影线）。曲线进入时间点Ts = 22min 工艺规定操作温度为200±10℃，考虑安全因素，调节过程中温度规定值最大不得超过15℃，而该调节系统A=30℃，不满足工艺要求。
最大偏差 A = 230-200 = 30℃ 余差C= 205-200 = 5℃ 衰减比n = y1: y3 = 25:5 = 5:1 二、如图所示，用差压变送器检测液位。已知ρ1＝1200kg／m3，ρ2＝950kg ／m3，h1＝1.0m，h2＝5.0m，液位变化的范围为0～3.0m，如果当地重力加速度g＝9.8m／s，求差压变送器的量程和迁移量。 当液位在0～3.0m变化时，差压的变化量为 ρ1gHmax＝1200×9.8×3.0＝35280 Pa 根据差压变送器的量程系列，可选差变的量程为40kPa 当H＝0时，有 Δp＝－ρ2g（h2－h1）＝－950×9.8×（5.0－1.0）＝－37240 Pa 所以，差压变送器需要进行负迁移，负迁移量为37.24kPa 迁移后该差变的测量范围为－37.24～2.76kPa 若选用DDZ-Ⅲ型仪表，则当变送器输出I＝4mA时，表示H＝0；当I＝20mA时，H＝40×3.0／35.28＝3.4m，即实际可测液位范围为0～3.4m。
lxc第一章思考题与习题 1－2 图1.6为温度控制系统，试画出系统的框图，简述其工作原理；指出被控过程、被控参数和控制参数。 解：乙炔发生器中电石与冷水相遇产生乙炔气体 并释放出热量。当电石加入时，部温度上升，温度 检测器检测温度变化与给定值比较，偏差信号送到控 制器对偏差信号进行运算，将控制作用于调节阀，调 节冷水的流量，使乙炔发生器中的温度到达给定值。 系统框图如下： 被控过程：乙炔发生器 被控参数：乙炔发生器温度 控制参数：冷水流量 1－3 常用过程控制系统可分为哪几类? 答：过程控制系统主要分为三类： 1. 反馈控制系统：反馈控制系统是根据被控参数与给定值的偏差进行控制的，最终达到或消除或减小偏差的目的，偏差值是控制的依据。它是最常用、最基本的过程控制系统。 2．前馈控制系统：前馈控制系统是根据扰动量的大小进行控制的，扰动是控制的依据。由于没有被控量的反馈，所以是一种开环控制系统。由于是开环系统，无法检查控制效果，故不能单独应用。 3. 前馈－反馈控制系统：前馈控制的主要优点是能够迅速及时的克服主要扰动对被控量的影响，而前馈—反馈控制利用反馈控制克服其他扰动，能够是被控量迅速而准确地稳定在给定值上，提高控制系统的控制质量。 3－4 过程控制系统过渡过程的质量指标包括哪些容？它们的定义是什么？哪些是静态指标？哪些是动态质量指标？ 答：1. 余差(静态偏差）e：余差是指系统过渡过程结束以后，被控参数新的稳定值y(∞)
与给定值c 之差。它是一个静态指标，对定值控制系统。希望余差越小越好。 2. 衰减比n:衰减比是衡量过渡过程稳定性的一个动态质量指标，它等于振荡过程的第 一个波的振幅与第二个波的振幅之比，即： n ＜1系统是不稳定的，是发散振荡；n=1,系统也是不稳定的，是等幅振荡；n ＞1,系统是稳定的，若n=4,系统为4：1的衰减振荡，是比较理想的。 衡量系统稳定性也可以用衰减率φ 4．最大偏差A ：对定值系统，最大偏差是指被控参数第一个波峰值与给定值C 之差，它衡量被控参数偏离给定值的程度。 5． 过程过渡时间ts ：过渡过程时间定义为从扰动开始到被控参数进入新的稳态值的±5%或±3％ （根据系统要求）围所需要的时间。它是反映系统过渡过程快慢的质量指标，t s 越小，过渡过程进行得越快。 6．峰值时间tp : 从扰动开始到过渡过程曲线到达第一个峰值所需要的时间，（根据系统要求）围所需要的时间。称为峰值时间tp 。它反映了系统响应的灵敏程度。 静态指标是余差，动态时间为衰减比（衰减率）、最大偏差、过程过渡时间、峰值时间。 第二章 思考题与习题 2－1 如图所示液位过程的输入量为Q1，流出量为Q2，Q3，液位h 为被控参数，C 为容量系数，并设R1、R2、R3均为线性液阻，要求： （1） 列出过程的微分方程组； （2） 求过程的传递函数W 0（S ）＝H （S ）/Q 1（S ）； （3） 画出过程的方框图。 解：（1）根据动态物料平衡关系，流入量＝流出量： B B n ' = B B B '-= ?dt dh )Q Q (Q 321=+-h d ?
（二）设计修改文件和材料代用文件 （三）隐患工程资料和记录； （六）接地电阻测试记录；， （四）仪表安装及质量检查记录； （五）电缆绝缘测试记录； （七）仪表风和导压管等扫线、试压、试漏记录（八）仪表设备和材料的产品质量合格证明； （九）仪表校验和试验记录； （十）回路试验和系统试验记录； （十一）仪表设备交接清单； （十二）报警、联锁系统调试记录； （十三）智能仪表、DCS、SIS、PLC组态记录工作单；（十四）未完工程项目明细表等。
仪表设备投用前，运行维护单位应根据设备的特点编制相关规程，开展技术培训、事故预案演练等工作。 4、仪表设备分类 仪表设备按以下类别进行分类： （一）过程控制系统； （二）检测仪表； （三）控制仪表； （四）联锁回路仪表； （五）在线分析仪表； （六）可燃气体、有毒气体检测报警仪； （七）特殊仪表； （八）其它仪表。 5、常规仪表管理
常规仪表是指一般情况下通用的检测仪器仪表、控制监视仪表、执行器、辅助单元及其附件、化验分析仪器仪表等。 常规仪表选型应考虑以下原则 （一）在满足生产需要的前提下，仪表选型应综合考虑其安全可靠性、技术先进性、经济性。 （二）选用的仪表应是经过国家技术监督部门认可的、取得制造许可证的合格产品。优先选用经GB/T 19000或ISO 9000标准认证的产品或符合国际标准的产品。在工程设计中不得采用未经工业鉴定的试制仪表。 （三）仪表选型应考虑企业的现状和发展规划，主流机种力求统一。 （四）仪表选型应有利于全厂或区域性的集中控制和集中管理，有利于系统集成、信息集成、功能集成，提高企业生产管理水平。 （五）对于新建或改造装置的常规仪表配置、选型应遵循《石油化工自动化仪表选型设计规范》（SH 3005-1999）之规定,各企业仪表设备主管部门应参与或组织对设计资料进行审查。 防爆型仪表管理应符合下列要求： 危险场所使用的仪表必须符合防爆类型及等级要求。防爆型仪表的明显部位应有清晰的防爆标志。危险场所仪表的安装，配线必须符合防爆类型及等级的技术要求。 防爆型仪表检修时不准更改零部件的结构，材质。