工业自动化仪表及过程控制

一、填空题1、过程控制系统一般由 控制器 、 执行器 、 被控过程 和测量变送等环节组成。

2、仪表的精度等级又称 准确度级 ，通常用 引用误差 作为判断仪表精度等级的尺度。

3、过程控制系统动态质量指标主要有 衰减比n 、 超调量σ 和过渡过程时间s t ；静态质量指标有 稳态误差e ss 。

4、真值是指被测变量本身所具有的真实值，在计算误差时，一般用 约定真值 或 相对真值 来代替。

5、根据使用的能源不同，调节阀可分为 气动调节阀 、 电动调节阀 和 液动调节阀 三大类。

6、过程数学模型的求取方法一般有 机理建模 、 试验建模 和混合建模。

7、积分作用的优点是可消除 稳态误差(余差)，但引入积分作用会使系统 稳定性 下降。

8、在工业生产中常见的比值控制系统可分为 单闭环比值控制 、 双闭环比值控制 和 变比值控制 三种。

9、Smith 预估补偿原理是预先估计出被控过程的 数学模型 ，然后将预估器并联在被控过程上，使其对过程中的 纯滞后 进展补偿。

10、随着控制通道的增益K 0的增加，控制作用 增强 ，克制干扰的能力 最大 ， 系统的余差 减小 ，最大偏差 减小 。

11、从理论上讲，干扰通道存在纯滞后， 不影响 系统的控制质量。

12、建立过程对象模型的方法有 机理建模 和 系统辨识及参数估计 。

13、控制系统对检测变送环节的根本要求是 准确 、 迅速 和 可靠 。

14、控制阀的选择包括 构造材质的选择、 口径的选择 、 流量特性的选择 和 正反作用的选择。

15、防积分饱和的措施有 对控制器的输出限幅 、限制控制器积分局部的输出和 积分切除法。

16、如果对象扰动通道增益f K 增加，扰动作用 增强 ，系统的余差 增大 ，最大偏差 增大 。

17、在离心泵的控制方案中，机械效率最差的是 通过旁路控制 。

二、名词解释题1、衰减比答：衰减比n 定义为：衰减比是衡量系统过渡过程稳定性的一个动态指标。

为保证系统足够的稳定程度，一般取衰减比为4:1～10:1。

第一章绪论本章提要1.过程控制系统的基本概念2.过程控制的发展概况3.过程控制系统的组成4.过程控制的特点及分类5.衡量过程控制系统的质量指标授课内容第一节过程控制的发展概况1.基本概念过程控制系统-----指自动控制系统的被控量是温度、压力、流量、液位成分、粘度、湿度以及PH值(氢离子浓度)等这样一些过程变量时的系统。

(P3) 过程控制-----指工业部门生产过程的自动化。

(P3)2.过程控制的重要性z进入90年代以来自动化技术发展很快，是重要的高科技技术。

过程控制是自动化技术的重要组成部分。

在现代工业生产过程自动化电过程控制技术正在为实现各种最优的技术经济指标、提高经济效益和劳动生产率、节约能源、改善劳动条件、保护环境卫生等方面起着越来越大的作用。

3.过程控制的发展概况z19世纪40年代前后(手工阶段)：手工操作状态，凭经验人工控制生产过程，劳动生产率很低。

z19世纪50年代前后(仪表化与局部自动化阶段)：过程控制发展的第一个阶段，一些工厂企业实现了仪表化和局部自动化。

主要特点：检测和控制仪表-----采用基地式仪表和部分单元组合仪表(多数是气动仪表)；过程控制系统结构------单输入、单输出系统；被控参数------温度、压力、流量和液位参数；控制目的------保持这些参数的稳定，消除或者减少对生产过程的主要扰动；理论-----频率法和根轨迹法的经典控制理论，解决单输入单输出的定值控制系统的分析和综合问题。

z19世纪60年代(综合自动化阶段)：过程控制发展的第二个阶段，工厂企业实现车间或大型装置的集中控制。

主要特点：检测和控制仪表-----采用单元组合仪表(气动、电动)和组装仪表，计算机控制系统的应用，实现直接数字控制(DDC)和设定值控制(SPC)；过程控制系统结构------多变量系统，各种复杂控制系统，如串级、比值、均匀控制、前馈、选择性控制系统；控制目的------提高控制质量或实现特殊要求；理论-----除经典控制理论，现代控制理论开始应用。

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。

工业自动化仪表及过程控制(5-2)Industrial AutomationInstrumentations and Process Control数字控制算法数字调节器：数字式控制仪表。

数字调节的优点：•运算、控制功能丰富；•具有数字通信功能；•可靠性好，使用维护方便数字调节器主要输入输出量输出值：VM(MV: Manipulated Variable)设定值：VS(SV: Setpoint variable)测量值：VP(PV:Process Variable)e=VS -VP若：x(t)=e,y (t)=VMy (t)=f(x(t))数字系统的离散信号x0,x1,x2….,x ny0,y1,y2….,y n也记做：x(0),x(1),x(2),…,x(n)y(0),y(1),y(2),…,y(n)数字PID 算法(Digital PID Algorithm)⎰dtt e )(∑∆T k e )(dt t de )(Tn e n e ∆--)1()(基本PID 离散表达式)1(101∑=-∆-+∆+=ni n n d i i n n T x x T T x T x P y 位置式PID 算法位置式数字PID算法的原理增量式数字PID 算法)}2()({12111----+-∆+-+∆=-=∆n n n d n n n i n n n x x x TT x x x T T P y y y •节省内存空间和运算时间•减少累计误差•误差动作影响小增量式PID 算法原理)1(1)1(110211101∑∑-=----=-∆-+∆+=∆-+∆+=n i n n d i i n n n i n n d i in n T x x T T x T x P y T x x T T x T x P y )}2()({12111----+-∆+-+∆=-=∆n n n d n n n i n n n x x x TT x x x T T P y y y算法框图开始输入r(n),y(n)计算e(n)计算p(n)e(n)=e(n-1)位置式PID算法框图返回PID程序获得方法三种常用PID程序编程语言性能对照功能开发时间通用性价格针对性调试汇编语言一般长差低强难高级语言强中中中强中组态软件很强短好高一般易不完全微分的PID 算法由于理想的微分动作对高频干扰过于敏感，不能使用，为抑制干扰的影响，数字调节器仿效模拟调节器，将理想的微分改为不完全微分，也称为有限制的微分)111(1)(dd d i K sT s T s T P s G +++=不完全微分的PID算法易引起振荡和超调冲击小，系统稳定不完全微分PID 结构框图)111(1)(dd d i K sT s T s T P s G +++=采样周期(Sample Time)Ts的选择•采样定理•系统动态指标•对象动态特性•干扰信号的频谱•控制回路数•计算精度常见被调量的经验采样周期数字PID 控制的改进算法充分应用计算机控制软件算法实现方便的优点，在基本PID的基础上，对其算法进行各种改进，使其达到更好的控制效果。

过程控制与自动化仪表1. 引言过程控制与自动化仪表是现代工业生产中不可缺少的一部分，它们在监测、控制和优化工业过程中起着重要的作用。

过程控制与自动化仪表技术的应用可以提高工业生产的效率、质量和安全性，减少人力资源的消耗，实现工业自动化。

本文将介绍过程控制与自动化仪表的基本概念、发展历程以及在工业生产中的应用。

同时还会讨论一些常见的过程控制与自动化仪表的类型和工作原理，以及它们在不同行业中的具体应用案例。

2. 过程控制与自动化仪表基本概念过程控制与自动化仪表是指一系列用于监测、控制和调节工业过程的设备和系统。

它们可以通过测量和分析过程变量，控制工艺参数并实现自动化控制。

通过使用合适的传感器、执行器和控制算法，可以实现对工业过程的精密控制和优化。

过程控制与自动化仪表主要由以下几个组成部分构成：•传感器：用于测量各种物理量，如温度、压力、流量等；•控制器：根据传感器测量值和设定值进行逻辑运算，生成控制信号；•执行器：接收控制信号，并执行相应的动作，如开关、阀门等；•监控系统：用于监视和记录工业过程中的各种参数和状态；•人机界面：提供工业过程的可视化显示和人机交互界面。

3. 过程控制与自动化仪表的发展历程过程控制与自动化仪表的发展可以追溯到工业革命时期。

在工业革命之前，工业生产主要依靠人工操作，效率低下且易出错。

随着机械设备和工业化的发展，工业生产越来越复杂，对自动化控制的需求也越来越迫切。

20世纪初，工程师们开始研究和开发过程控制与自动化仪表技术。

最早的控制系统是基于机械和电气设备的。

随着电子技术的发展，电子仪表逐渐取代了机械仪表，实现了对工业过程更加精确的控制。

到了20世纪中叶，随着计算机技术的进一步发展，数字化控制系统开始应用于工业生产。

数字化控制系统通过采集和处理大量数据，实现了对工业过程的智能化控制，并提高了系统的可靠性和稳定性。

近年来，随着互联网和物联网技术的快速发展，过程控制与自动化仪表也越来越趋向于网络化和智能化。

工业自动化仪表与过程控制您的位置：考核练习 >> 习题浏览选择题1一、单项选择题1、由于节流装置造成流束局部收缩，在流束截面积最小处的静压力（）（分数：1分）A. 最高B. 最低C. 为平均压力D. 无关正确答案：B 2、定值调节系统是一个（）调节系统（分数：1分）A. 开环B. 闭环C. 随动D. 比值正确答案：B 3、在热电阻的测量电路里，有热电阻和测量仪表，在对于接线的二线制、三线制、四线制的说法里，不正确的是( )。

（分数：1分）A. 在二线制里，导线不宜过长B. 二线制电路连接仪表与三线制无误差区别C. 在三线制里测量精度比二线制高D. 在高精度测量的场合，采用四线制方式正确答案：B 4、若设计Smith补偿控制，则Smith补偿器模型的取决于（分数：1分）A. 扰动通道的传递函数B. 被控过程的数学模型C. 控制器的模型D. A和B正确答案：D5、下面说法正确的是( )。

（分数：1分）A. 定值控制系统是按扰动量的大小进行调节的B. 采用前馈－反馈调节的优点是利用前馈调节的及时性和反馈调节的静态准确性C. 定值控制系统是开环调节，前馈调节是闭环调节D. 前馈调节是按测量与给定的偏差大小进行调节的正确答案：B 6、.用一台量程为0~1Mpa、精度为1.5级的压力表来测量锅炉的蒸汽压力，工艺要求其测量误差不超过0.011 Mpa，此仪表精度显然不符合要求，应该选为精度为( )的另一台仪表。

（分数：1分）A. 2.0B. 1.5C. 1.0D. 2.5正确答案：C 7、根据对象特性来选择控制规律时，对于控制通道滞后小，负荷变化不大，工艺参数不允许有余差的系统，应当选用( )控制。

（分数：1分）A. 比例B. 比例积分C. 比例微分D. 微分正确答案：B 8、常见的被控参数包括流量、（）、压力、温度等。

（分数：1分）A. 液位B. 转速C. 偏差D. 锅炉正确答案：A 9、在控制流程图里，T作为被检测量时，一般表示（）（分数：1分）A. 液位B. 温度C. 压力D. 流量正确答案：B正确答案：C14、下面说法不正确的是（）（分数：1分）A. 压力的检测与控制是保证工艺要求、生产设备和人身安全并使生产过程正常运行的必要条件B. 温度、流量、液位等往往可以通过压力来间接测量C. 工程上的压力就是物理学中的压强D. 弹性式压力表在工业上已经不常用了正确答案：D 15、过程控制仪表按信号类型不同可以分为（）两种。

工业自动化仪表及过程控制(6) Industrial Automation Instrumentations and Process Control第3章 DCS与FCS工业计算机控制系统数字调节运算CRT集中监视操作常见的计算机控制系统：DCS, DDCFCS, PLCSCADA工业计算机控制系统原理人工手动控制工业计算机控制系统原理计算机直接控制系统DDC：Computer Direct Control SystemDCS ：Distributed Control System 管理计算机监控计算机操作站操作站工程师站控制站控制站采集站PLC 生产过程数据通道…… ……集散控制系统特点集中管理，控制分散。

这种既集中又分散的控制方式使它具有以下主要优点：算法先进、精度高、响应速度快；监控操作方便；系统安全可靠、维护方便。

•结构上是一种分层次的控制装置；•基本控制器完成现场各子系统的现场直接控制任务；•监控计算机则通过协调各基本控制器的工作，完成监控操作；达到过程的动态优化；•管理或调度计算机则完成制定生产计划、产品管理、财务管理、人员管理以及工艺流程管理等一系列来自组织层的任务。

PLC组成的DCS系统DCS系统结构的三个主要部分•分散的过程控制装置•集中的操作管理装置•数字通信网络主要DCS生产商HoneywellElsag BailayABBYokogawaFoxboro-EckardtFisher-RosemountYamatake HoneywellSiemensCegelec/AEG Automation System(ATT)WestinghouseCENTUM系统•Yokogawa的DCS产品；•主要组成部分：现场控制站、现场监视站、操作站及高速通信总线；（图3-1）控制站(FCS)•基本控制站：代替模拟调节器工作，可以有多个控制回路。

采用功能模块组件组装式的总线结构。

除了进行基本的PID控制，还可进行位式控制、串级控制、选择性控制及顺序控制等•数据采集站：过程中的非控制变量专门设置的数据采集系统。

自动化仪表与过程控制复习资料1、过程控制的特点？答：①对象复杂②对象存在滞后③ 对象特性具有非线性④控制系统复杂2、过程控制系统的3个主要发展阶段答：①仪表自动化阶段②计算机控制阶段③综合自动化阶段3、过程控制系统的基本组成答：①被控对象②传感器和变送器③控制器（调节器）④执行器⑤控制阀4、定值控制系统、随动系统、程序控制系统的定义答：①定值控制系统：设定值保持不变（为一恒定值）的反馈控制系统称为定值控制系统。

②随动系统：设定值不断变化，且事先是不知道的，并要求系统的输出（被控变量）随之而变化。

③程序控制系统：设定值也是变化的，但它是一个已知的时间函数，即根据需要按一定时间程序变化。

5、递减比（衰减比）、超调量、过渡过程时间、静态偏差、相应曲线评价准则（IAE/ISE/ITAE ）。

答：（1）递减比：根据实际操作经验，为保持足够的稳定裕度，一般希望过渡过程有两个波左右，与此对应的衰减比在4:1到10:1的范围内。

（2）超调量：最大动态偏差占设定值的百分比称为超调量。

（不能过大）（3）过渡过程时间：原处于平衡的控制系统受扰动后，由于系统的控制作用，被控量过渡到被控量稳态值的2％～5％时，达到新的平衡状态所经历的时间，也称为过渡过程时间、稳定时间。

（4）静态偏差：过渡过程结束，设定值与被控参数的稳态值之差。

（5）相应曲线评价准则：误差积分IE （不合理）；绝对误差积分IAE （公认，常用）；平方误差积分ISE （抑制大误差）；偏差绝对值与时间乘积积分（ITAE ）（抑制长时间过渡过程）。

1、量程调整的目的：使变送器的输出信号上限值与测量范围的上限值相对应。

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。

2、零点调整和零点迁移：零点调整使变送器的测量起点为零，而零点迁移是把测量的起始点由零迁移到某一数值（正值或负值）。

测量的起始点由零变为某一正值，称为正迁移；反之称为负迁移。

过程控制与自动化仪表简介过程控制是指通过测量与调节技术来实现对工业过程的控制，以达到预定的工艺要求。

而自动化仪表则是过程控制中不可或缺的一部分，它用来测量、记录和控制各种过程变量，为过程控制提供准确的数据与反馈信息。

本文将对过程控制与自动化仪表进行详细介绍。

过程控制过程控制是指对工业过程进行监测与调节，以实现所需的工艺要求。

过程控制可以分为两种类型：开环控制和闭环控制。

开环控制开环控制是一种基本的控制方式，它仅通过设置一组固定的控制参数来实现对工业过程的控制。

开环控制没有反馈机制，因此无法对过程中的变化进行实时调节。

这种控制方式适用于对过程中变化不大的情况，例如温度或压力稳定的控制。

闭环控制闭环控制是一种更为高级的控制方式，它通过测量过程变量并与设定值进行比较，然后根据比较结果进行调整。

闭环控制能够实时监测过程中的变化，并通过反馈机制来调整控制参数，使得过程保持稳定。

这种控制方式适用于对过程变化较大的情况，例如温度、液位或流量等。

自动化仪表自动化仪表是过程控制中的核心设备，用于测量、记录和控制各种过程变量。

自动化仪表通常由传感器、执行器和控制器组成。

传感器传感器是自动化仪表中最基本的部件，用于将物理量转换为电信号。

常见的传感器包括温度传感器、压力传感器、液位传感器等。

传感器的选择需要根据需要测量的物理量和工艺要求来确定。

执行器执行器是用于控制过程变量的设备，它根据控制器的指令进行动作。

常见的执行器包括电动阀、电动调节阀、气动执行器等。

执行器的选择需要考虑控制要求、工作环境和应用场景等因素。

控制器控制器是自动化仪表的核心，用于接收传感器的信号并根据设定值进行控制。

常见的控制器有PID控制器、PLC控制器等。

控制器的选择需要根据控制要求和控制策略来确定。

过程控制与自动化仪表的应用领域过程控制与自动化仪表广泛应用于各个工业领域，包括石化、制药、电力、冶金等。

以下是一些典型的应用领域：石化工业在石化工业中，过程控制与自动化仪表用于监测与控制各个工艺单元，例如蒸馏塔、反应器、炉窑等。

《工业自动化仪表与过程控制》实验指导书授课学时：8课时授课班级：芙蓉自动化0901、0902授课学期：2012年上学期授课教师：敖章洪工业自动化仪表与过程控制实验项目一览表实验参考书：GK-1型操作说明书.实验指导书实验一实验装置的基本操作与仪表调试实验学时：2学时实验类型：验证实验要求：必做一、实验目的1）、了解本实验装置的结构与组成。

2）、掌握液位、压力传感器的使用方法。

3）、掌握实验装置的基本操作与变送器仪表的调整方法。

二、实验设备1) TKGK-1型过程控制实验装置：交流变频器GK-07-2直流调速器GK-06PID调节器GK-042)万用表三、实验装置的结构框图图1-1、液位、压力、流量控制系统的结构框图四、实验内容1、设备组装与检查：1）、将GK-07-2、GK-06、GK-04挂件由左至右依次挂于实验屏上。

并将挂件的三芯蓝插头插于相应的插座中。

2）、检查挂件的电源开关是否关闭。

3）、用万用表检查挂件的电源保险丝是否完好。

2、系统接线1）、直流部分：将一台GK04的PID调节器的自动/手动切换开关拨到“手动”位置，并将其“输出”接GK06的控制电压“输入”；GK06的“电枢电压”和“励磁电压”输出端分别接GK01的直流他励电动机的“电枢电压”和“励磁电压”输入端。

2）、交流部分：将另一台GK04的PID调节器的自动/手动切换开关拨到“手动”位置，并将其“输出”端接GK-07-2变频器的“2”与“5”接线端；将GK-07-2变频器的输出“A、B、C”接GK-01上三相异步电机的“A、B、C”输入端；将三相异步电机接成三角形，即“A”接“Z”、“B”接“X”、“C”接“Y”；GK-07-2 的“SD”接“STR”使电机正转打水，（若此时电机为反转则“SD”接“STF”）。

3、启动实验装置：1）、将实验装置电源插头接到~220V市电电源。

2）、打开电源空气开关与电源总钥匙开关。

3）、按下电源控制屏上的启动按钮，即可开启电源，交流电压表指示220V。