过程控制仪表技术PPT课件

执行器直接与控制介质接触，常常在高温、高压、深冷、高 粘度、易结晶、闪蒸、汽蚀等恶劣条件下工作，因而是过程控制 系统的最薄弱环节。如果执行器的选择或使用不当，往往会给生 产过程自动化带来困难，甚至会导致严重的生产事故。为此，对 于执行器的正确选用以及安装、维修等各个环节，必须给以足够 的重视。
若执行器是采用电动式的，则无需电／气转换器；若执行器 是采用气动式的，则电／气转换器是必不可少的。
它定义为：调节器输入偏差的相对变化量与相应输 出的相对变化量之比，用百分数表示为
e
emax emin 100 %
1.比例调节
当TI ∞、TD=0时，积分项和微分项都不起作用， 上式变为纯比例调节。
纯比例调节器的单位阶跃响应特性如图3－1所示。 由图3－1可见，纯比例调节器 的输出与输入偏差成正比， 比例增益的大小决定了比例 调节作用的强弱，Kc越大， 比例调节作用越强。
在工程上，习惯用比例度δ表示比例调节作用的强 弱。
过程控制系统
自动化071-4
第三章 过程控制仪表
3．1过程控制仪表概述
在过程控制中，常将调节器(含可编程序控制器)、 电／气转换器、执行器、安全栅等称为过程控制仪 表，它们是实现工业生产过程自动化的核心装置。
在过程控制系统中，参数检测仪表将被控量转换 成电流(电压)信号或气压信号，一方面通过显示仪 表对其进行显示和记录，另一方面则将其送往调节 器与给定信号进行比较产生偏差，并按照一定的调 节规律产生调节作用去控制执行器，以改变控制介 质的流量从而使被控量符合生产工艺要求。
DDZ是电动单元组合仪表汉语拼音的缩写，它经历了以电子 管、晶体管和线性集成电路为基本放大元件的I型、Ⅱ型和Ⅲ型 系列产品阶段。其中DDZ—I、Ⅱ型已经停产，这里主要介绍DDZ 一Ⅲ型模拟式调节器。
在此之前先对调节规律的数学描述及其特性进行一些简单 的介绍。有关调节规律对系统调节质量的影响、调节规律的选 择和调节器的参数整定将在第5章中进行详细的讨论。 3．2．1 比例积分微分调节规律
DDZ仪表应用举例：
广泛应用于冶金、电站、建筑、石油、化工等工业部门，现以
电动单元组合仪表构成的单回路反馈控制系统为例说明其应用。 如图所示：
控制系统由控制对象与电动单元组合仪表组成，对象的输出是
被控量，如温度、压力、送到显示单元指示或记录，另
3.安全栅
安全栅是构成安全火花防爆系统的关键仪表， 其作用：
一方面：保证信号的正常传输， 另一方面：控制流入危险场所的能量在爆炸 性气体或爆炸性混合物的点火能量以下，以确保 过程控制系统的安全火花性能。 本章重点介绍DDZ-Ⅲ型模拟式调节器、执行 器、电／气转换器和安全栅等控制仪表。
3．2 DDZ-Ⅲ型模拟式调节器
(6)其他功能
除了上述功能外，有的调节器还有一些附加功能，如抗积分 饱和、输出限幅、输入越限报警、偏差报警、软手动抗漂移、停 电对策等，所有这些附加功能都是为了进一步提高调节器的控制 功能。
2．执行器的作用
执行器在过程控制中的作用：
接受来自调节器的控制信号，改变其阀门开度，从而达到控 制介质流量的目的。因此，执行器也是过程控制系统中一个重要 的、必不可少的组成部分。
(3)内、外给定的选择 当调节器用于定值控制时，给定信号常由调 节器内部提供，称为内给定；而在随动控制系统中，调节器的 给定信号往往来自调节器的外部，则称为外给定。内、外给定 信号由内、外给定开关进行选择或由软件实现。
(4)正、反作用的选择 工程上，通常将调节器的输出随反馈输入的增大而增大时，称
为正作用调节器；而将调节器的输出随反馈输入的增大而减小 时，称为反作用调节器。为了构成一个负反馈控制系统，必须 正确地确定调节器的正、反作用，否则整个控制系统将无法正 常运行。调节器的正、反作用，可通过正、反作用开关进行选 择或由软件实现。
(5)手动切换操作 调节器的手动操作功能是必不可少的。在控制系 统投入运行时，往往先进行手动操作改变调节器的输出，待系 统基本稳定后再切换到自动运行状态；当自动控制时的工况不 正常或调节器失灵时，必须切换到手动状态以防止系统失控。 通过调节器的手动／自动双向切换开关，可以对调节器进行手 动／自动切换，而在切换过程中，又希望切换操作不会给控制 系统带来扰动，即要求无扰动切换。
写成传递函数形式，则为 G c(s) E U (s (s))K c(1T 1 IsTD s)
式中，第一项为比例(P)部分，第二项为积分(I) 部分，第三项为微分(D)部分； Kc——调节器的比例增益； TI——积分时间(以s或min为单位)； TD——微分时间(也以s或min为单位)。
通过改变这三个参数的大小，可以相应改变 调节作用的大小及规律。
一方面送到调节单元，与给定单元送来的给定值进行比较，调
节单元按其
电动单元
比较后的偏差，以一定的 组合仪表
控制规律发出控制命令，
控制执行单元动作，以开
大或关小调节阀的开度，
改变控制量，使被控量与
给定值相等。
目前使用的调节器以电动调节器占绝大多数，而执行器则以气 动为主，它们之间需要用电／气转换器进行信号转换。此外，智 能式电动执行器将逐渐取代常规的气动执行器而成为执行器新的 发展方向。
1．调节器的功能
一般调节器除了对偏差信号进行各种控制运算外，还需具备如 下功能：
(1)偏差显示 调节器的输入电路接收测量信号和给定信号，两者相减后的偏 差信号由偏差显示仪表显示其大小和正负。
(2)输出显示 调节器输出信号的大小由输出显示仪表显示，习惯上显示仪表 也称阀位表。阀位表不仅显示调节阀的开度，而且通过它还可以 观察到控制系统受干扰影响后的调节过程。
比例积分微分调节规律是指调节器的输出分别与输入偏差 的大小、偏差的积分和偏差的变化率成比例，其英文缩写为 PID(proportional integral derivative，PID)。 理想PID的增量式数学表达式为
u(t)K c[e(t)T 1 I e(t)d tT Ddd (te )t]