过程控制系统第4章-选择、均匀、分程

知识领域17：过程控制系统（PCS）

内容简介

过程控制是自动化技术的重要方向。主要内容包括：过程控制系统的建模方法、各种简单和复杂控制系统、计算机过程控制技术、先进控制技术、数据通信及工业网络技术、分布式计算机控制系统、现场总线控制系统等。

知识单元 知识点 掌握程度

目前 修改

PCS1

过程建模与过程特性 被控过程的数学模型 对象数学模型动态特性的基本描述形式 熟练掌握

对象动态特性描述形式的转换方法 熟练掌握

机理建模方法 熟练掌握

实验建模方法 掌握

PCS2

简单控制系统 设计方法 系统设计原则与步骤，被控变量与控制变量的选择，控制方案的确定 熟练掌握

控制器及其参数整定 PID控制器原理* 熟练掌握

控制系统的性能指标* 熟练掌握

PID参数整定 熟练掌握

执行器的选型 调节阀的工作原理和流量方程式 熟练掌握

调节阀的流量特性 掌握

调节阀口径计算 掌握

调节阀选型 掌握

测量变送器的选型 传感器* 掌握

测量仪表 掌握

系统投运 控制系统的调试与投运 掌握 PCS3

复杂控制系统 串级控制系统* 工作原理及分析 熟练掌握

系统设计 熟练掌握

参数整定 掌握

前馈控制系统 前馈补偿器的设计与实现 掌握

前馈控制系统设计及参数整定 掌握

大迟延过程系统 常规控制方案的设计与实现 掌握

预估补偿控制方案的设计与实现 掌握

采样控制方案的设计与实现 掌握

特定要求的过程控制 比值控制系统 掌握

均匀控制系统 掌握

分程控制系统 掌握

选择性控制系统 掌握

多变量解耦控制 多变量控制系统的关联与分析，典型耦合结构，相对增益的概念与计算 掌握

常用解耦控制系统的设计与实现 了解

PCS4

先进控制技术 推理控制系统 推理控制器设计 了解

误差模型 掌握

多变量推理控制 了解

预测控制系统 预测控制模型 选修

控制算法 选修

第四章 过程控制仪表

 本章提要

1. 过程控制仪表概述

2. DDZ-Ⅲ型调节器

3. 执行器

4. 可编程控制器

 授课内容

第一节 概述

 过程控制仪表---是实现工业生产过程自动化的重要工具，它被广泛地应用于石油、化工等各工业部门。在自动控制系统中，过程检测仪表将被控变量转换成电信号或气压信号后，除了送至显示仪表进行指示和记录外，还需送到控制仪表进行自动控制，从而实现生产过程的自动化，使被控变量达到预期的要求。

 过程控制仪表包括调节器（也叫控制器）、执行器、操作器，以及可编程调节器等各种新型控制仪表及装置。

 过程控制仪表的分类：

 按能源形式分类：液动控制仪表、气动控制仪表和电动控制仪表。

 按结构形式分类：基地式控制仪表、单元组合式控制仪表、组件组装式控制仪表、集散控制装置等。

[基地式控制仪表]以指示、记录仪表为主体，附加某些控制机构而组成。基地式控制仪表特点：—般结构比较简单、价格便宜．它不仅能对某些工艺变量进行指示或记录，而已还具有控制功能，因此它比较适用于单变量的就地控制系统。

目前常使用的XCT系列动圈式控制仪表和TA系列简易式调节器即属此类仪表。

[单元组合式控制仪表] 将整套仪表划分成能独立实现一定功能的若干单元，各单元之间采用统一信号进行联系。使用时可根据控制系统的需要，对各单元进行选择和组合，从而构成多种多样的、复杂程度各异的自动检测和控制系统。特点：使用灵活，通用性强，同时，使用、维护更作也很方便。它适用于各种企业的自动控制。

广泛使用的单元组合式控制仪表有电动单元组合仪表(DDZ型)和气动单元组合仪表(QD2型)。

[组件组装式控制仪表]是一种功能分离、结构组件化的成套仪表(或装置)。它以模拟器件为主，兼用模拟技术和数字技术。整套仪表(或装置)在结构上由控制柜和操作台组成，控制柜内安装的是具有各种功能的组件板，采用高密度安装，结构紧凑。这种控制仪表(或装置)特别适用于要求组成各种复杂控制和集中显示操作的大、中型企业的自动控制系统。

第一章过程控制定义：用数字或模拟控制方式对生产过程的某一或某些物理参数进行的自动控制称为过程控制。过程控制特点：连续生产自动控制 过程控制系统由过程检测控制仪表组成 被近期过程是多种多样的、非电量的 过程控制的控制过程多属慢过程而且多半参量控制 定值控制是过程控制的一种常用形式。过程控制组成：由测量元件、变送器、调节器、调节阀和被控过程等环节。分类：结构特点：反馈控制系统、前馈控制系统、前馈-反馈控制系统。定值信号特点：定值控制系统、程序控制系统、随动控制系统。第二章2-22利用热电偶温度计测温时为什么要使用补偿导线及其对冷端温度进行补偿？利用热电阻温度计测温时，为什么要采用三线制接法？测量低温时通常为什么采用热电阻温度计，而不采用热电偶温度计？答：（1）由热电偶测温原理可知，只有当它的冷端温度不变时，热电动势是被测温度的单值函数，所以在测温过程中必须保持冷端温度恒定，为了使它的冷端温度恒定，采取补偿导线法 为了消除冷端温度变化对测温精度的影响，采用冷端温度补偿（2）在使用热电阻测温时，为了提高精度，采用三线制接法（3）原因有两点：在中低温区 热电偶输出的热电势很小对测量仪表放大器和抗干扰要求很高 由于冷端温度化不易得到完全补偿 在较低温度区内引起的相对误差就很突出2-27 DDF-3型温度变送器具有哪些主要功能？什么是变送器的零点、零点迁移和量程调节?为什么要进行零点迁移和量程调节？3型温度变送器是怎样进行零点迁移和量程调节的？答：1.DDz-3具有热电偶冷端温度补偿，零点调整、零点迁移。量程调节以及线性化等重要功能。2零点：输入为零点时输出为4mm的点，零点迁移：即把测量起始点由零迁移到某一正值或负值。量程调节：相当于改变变送器的输入输出特性的斜率3零点迁移的目的是使其输出信号的下限Ymin与测量范围的下限值Xmin相对应。零点迁移之后，其量程不变，即斜率不变，却可提高灵敏度。量程调节的目的是变送器的输出信号的上限值Ymax与测量范围的上限值相对应4调零点调量程方法：RP1为调零电位器。RP2为调量程电位器。当变送器输入的电动势为Emin时，其输出为DC4mA电流，或DCIV电压，否则需调整RP1当变送器输入热电动势为Emax时，其输出应为DC20mA电流或DC5V电压，否则需调整RP2。2-35差压式流量测量流量的理论依据是什么？简述差压流量计测量流量的基本原理。答：差压式流量计是根据节流原理利用流体经节流装置时产生压力差来测量流量的，它由节流装置、引压变送器或差压计组成。节流装置测量流量的基本原理：根据流体力学可知，流体在管道中流动时，具有动能和位能，在一定条件下可以相互转换。但其总能量是不变的。2-37静压式液位计是利用容器里的液位高度生产的静压力随其液位变化而变化的原理进行工作的。因为对于不可压缩的流体，液位高度与液位的静压力成正比，所以测出液体的静压力，即可知液位高度。电容式液位计是利用测量电容量的变化来测量液位高度的。测量导电流体的液位时，用金属棒作为内电极插在容器中，在外面插在容器中，在外面套上一层绝缘套管，导电流体与金属与金属容器内壁一起作为外电极。测量非导电流体的液位时，电容器由金属棒制成的内电极和由金属圆筒制成的外电极两部分组成。两电极间相互绝缘固定，在外电极上开有小孔使北侧流体能流入两电极之间，当液位为零时，内外电极间的电容量可根据同心筒形电容计算2-40简述红外线分析气体的基本原理，工作原理，场合。各种气体的分子本身都具有特定的振动和转动频率，只有当红外线光谱的频率和气体分子本身的特定频率相同时，这种气体分子才能吸收红外光谱辐射能，并部分地转化为热能，从而利用测温元件来测量红外辐射能的大小。主要分析CO CO2 CH4 C2H2 C2H4 C2H6及水蒸汽等。不可分析惰性气体以及相同原子组成的双原子气体如He Ne Ar O2 H2

1.过程控制系统可分为开环控制与闭环控制√

2.控制系统中，当控制对象具有较大的纯滞后时，应使副环尽量少包含或不包含纯滞后√

3.均匀控制指的是控制方案而不是控制功能×

4.当生产过程中某一变量超过安全软限时，可用另一控制回路代替原有的控制回路√

5.交流接触器铁芯使用硅钢片冲压而成，通常采用灭弧能力较强的磁吹灭弧装置×

6.前馈控制按直接按干扰作用的大小进行控制，比反馈控制要及时。

7.前馈控制属于开环控制;开环控制，控制效果不能通过反馈验证，因此对控制器设计的要求比较严格。

8.前馈控制系统只能用来克服生产过程中主要的、可测不可控的扰动，而不能克服不可测的扰动。

9.前馈控制系统一般只能实现局部补偿而不能保证被调量的完全不变，一种前馈控制只能控制一种干扰。

10.前馈控制器是视对象特性而定的“专用”控制器；不象反馈控制通用PID算法，前馈控制算法依对象不同而不同。

11.串级控制系统具有单回路控制系统的全部功能。〔√〕

12.串级控制系统中干扰可单独作用于主环、副环，但不可同时作用于主环、副环。〔×〕

13.前馈控制比反馈控制及时，且属于闭环控制。〔×〕

14.分程控制系统是由一个控制器输出信号分段分别去控制两个或两个以上的控制

阀动作的系统。〔√〕

15.矿井甲烷、爆炸性粉尘、易燃纤维是属于同一类爆炸性物质。〔×〕

16.锅炉中给水量不变，水位不变。〔×〕

17.锅炉设备的给水自动控制系统中被控变量是汽包液位，操作变量是给水量。〔√〕

18.精馏塔的压力增加，可提高混合液沸点，有利于减少冷量；压力降低，可降低

混合液的沸点，可防止分解。〔√〕

19.控制阀的理想流量特性不需要考虑前后压差变化，取决于阀芯的形状。〔√〕

20.单一的气相或液相进料是，热焓与进料温度有单值对应关系，气液混合相进料，

热焓与进料温度无单值对应关系或不明显。〔√〕

1 均匀控制指的是控制功能，而不是控制方案。（√）