过程控制及仪表

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。

过程控制与自动化仪表课程设计前言过程控制与自动化仪表课程是工程领域中非常重要的基础课程之一，它涉及到工程研发、生产运营以及企业管理等多个方面。

本文将介绍一种基于实践的课程设计方法，旨在让学生深入掌握过程控制与自动化仪表的基础知识。

设计目标•确定学生对过程控制与自动化仪表的基本概念和技术掌握程度。

•培养学生的设计和实验能力，让他们能够运用所学知识分别设计并完成过程控制实验和自动化仪表实验。

•提高学生的团队合作和沟通能力，通过设计项目的过程，激发学生的创新潜力。

设计内容过程控制实验设计实验一：温度控制系统设计在该实验中，学生需要设计一个基于PID控制算法的温度控制系统。

通过调整控制器的参数，让温度快速稳定在设定值附近，并且能够在温度变化时快速响应和自适应调整。

实验二：流量控制系统设计在该实验中，学生需要设计一个基于比例控制算法的流量控制系统。

通过调整控制器的参数，让流量在设定值附近稳定，并且能够在流量变化时快速响应和自适应调整。

自动化仪表实验设计实验三：温度传感器的实现在该实验中，学生需要实现一个基于热电偶的温度传感器。

通过校准测试，让学生了解测量误差来源和校准方法。

实验四：流量计的实现在该实验中，学生需要实现一个流量计，通过实验测试让学生了解其特性和测量误差来源。

设计方法阶段一：学习基础概念和技术在本阶段，学生需要学习过程控制和自动化仪表的基础概念和技术，包括控制系统、PID控制器、量程、精度等方面的知识。

阶段二：组建设计小组在本阶段，每个小组需要选择一个相对复杂的课程设计内容，进行深入的研究和讨论，拟定初步设计方案。

阶段三：设计与实现在本阶段，学生需要分成小组，负责具体的实验设计与实现。

在设计的过程中，需要充分考虑过程控制和自动化仪表的基本原理和设计要求。

在实现的过程中，需要用到软件工具和实验平台。

阶段四：实验测试与评价在本阶段，学生需要对实验设计进行测试，并记录数据处理结果。

测试过程中需要考虑实验中的各种随机与不确定因素。

过程控制系统与仪表第一章1 过程控制系统主要任务：对生产过程中的有关参数（温度压力流量物位等）进行控制使其保持恒定或按一定规律变化在保证产品质量和生产安全的前提下使连续生产过程自动进行下去2 特点：1）控制对象复杂控制要求多样2）检测方案丰富3）控制多属于慢过程控制4）定值控制是过程控制的一种主要形式5）过程控制系统由规范化的过程检测仪表组成过程控制分类方法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）过程控制系统2按系统地结构特点分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稳态：对于定值控制当控制系统输入不变时整个系统若能达到一种平衡状态系统各个组成环节暂时不动作它们的输入输出信号都处于相对静止状态就是稳态动态：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调节过程结束的这一段时间整个系统的各个环节的状态和参数都处于变化的过程之中叫动态控制系统的过度过程：系统从原来的平衡状态经过动态过程达到新的平衡状态的动态历程稳定过渡过程：不稳定过渡过程系统的控制作用能否使被控参数回到原来的设定值用阶跃输入分析过渡过程外部扰动阶跃变化时被控参数响应曲线与设定阶跃变化时的特征是相同的通常采用设定值阶跃变化时被控参数响应的典型曲线来定义控制系统的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震荡频率等第二章计算题会选择仪表精度思考与练习题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δ=100%⨯最大绝对误差?max ＝0.01×10＝0.1MPa2）校验点为5 MPa 时的基本误差：%8.0%10010508.5=⨯-=δ 0.8％<1％ ，所以符合1.0级表。

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。

WORD文档可编辑第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。

过程控制系统与仪表复习材料四、简答题：1、过程控制系统按其基本结构形式可分为⼏类?其中闭环系统中按设定值的不同形式⼜可分为⼏种?答：过程控制系统按其基本结构形式可分为闭环⾃动控制系统和开环⾃动控制系统。

在闭环控制系统中，按照设定值的不同形式⼜可分为： (1)定值控制系统 (2)随动控制系统 (3)程序控制系统2、试述热电阻测温原理，常⽤热电阻的种类有哪些？0R 各为多少？答：热电阻温度计是利⽤⾦属导体的电阻值随温度变化⽽变化的特性来进⾏温度测量的，只要设法测出电阻值的变化，就可达到温度测量的⽬的。

⼯业上常⽤的热电阻有：铂电阻，铜电阻。

⽬前⼯业上使⽤的铂电阻有两种：⼀种是0R =10Ω；另外⼀种是0R =100Ω。

⼯业上使⽤的铜电阻也有两种：⼀种是0R=50Ω；另⼀种是0R =100Ω。

3、试述过程控制系统中常⽤的控制规律及其特点。

答：控制系统中常⽤的控制规律有⽐例(P)、⽐例积分(PI)、⽐例积分微分(PID)控制规律。

⽐例控制规律是控制器的输出信号与它的输⼊信号(给定值与测量值的偏差)成⽐例。

它的特点是控制及时，克服⼲扰能⼒强，但在系统负荷变化后，控制结果有余差。

⽐例积分控制规律是控制器的输出信号不仅与输⼊信号成⽐例，⽽且与输⼊信号对时间的积分成⽐例。

它的特点是能够消除余差，但是积分控制作⽤⽐较缓慢、控制不及时。

⽐例积分微分控制规律是在⽐例积分的基础上再加上微分作⽤，微分作⽤是控制器的输出与输⼊的变化速度成⽐例，它对克服对象的容量滞后有显著的效果。

4、何为控制阀的理想流量特性和⼯作流量特性？常⽤的调节阀理想流量特性有哪些？答：阀前后压差保持不变时的流量特性称为理想流量特性；在实际使⽤过程中，阀前后的压差会随阀的开度的变化⽽变化，此时的流量特性称为⼯作流量特性。

常⽤的调节阀理想流量特性有：直线流量特性、等百分⽐(对数)流量特性、快开特性。

5、控制器参数整定的任务是什么?⼯程上常⽤的控制器参数整定有哪⼏种⽅法?答：控制器参数整定的任务是：根据已定的控制⽅案，来确定控制器的最佳参数值(包括⽐例度δ积分时间1T 微分时间D T )，以便使系统能获得好的控制质量。