工业自动化仪表及过程控制之数字调节器

第1章（P15）（1）简述过程控制的特点。

Q:1）系统由被控过程与系列化生产的自动化仪表组成；2）被控过程复杂多样，通用控制系统难以设计；3）控制方案丰富多彩,控制要求越来越高；4）控制过程大多属于慢变过程与参量控制;5)定值控制是过程控制的主要形式。

（2）什么是过程控制系统？试用框图表示其一般组成。

Q：1）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按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.过程控制通常是对生产过程中的温度、压力、流量、液位、成分和物性等工艺参数进行控制，使其保持为定值或按一定规律变化，以确保产品质量和生产安全，并使生产过程按最优化目标自动进行。

2）组成框图：（3）)单元组合式仪表的统一信号是如何规定的？Q：各个单元模块之间用统一的标准信号进行联络。

1）模拟仪表的信号:气动0。

02~0。

1MPa、电动Ⅲ型：4～20mADC或1~5V DC.2)数字式仪表的信号：无统一标准.（4）试将图1-2加热炉控制系统流程图用框图表示.Q：是串级控制系统。

方块图：（5）过程控制系统的单项性能指标有哪些？各自是如何定义的？Q：1）最大偏差、超调量、衰减比、余差、调节时间、峰值时间、振荡周期和频率。

2）略（8）通常过程控制系统可分为哪几种类型?试举例说明。

Q：1）按结构不同,分为反馈控制系统、前馈控制系统、前馈—反馈复合控制系统;按设定值不同，分为定值控制系统、随动控制系统、顺序控制系统.2)略（10)只要是防爆仪表就可以用于有爆炸危险的场所吗？为什么？Q:1)不是这样。

2）比如对安全火花型防爆仪表,还有安全等级方面的考虑等。

（11）构成安全火花型防爆系统的仪表都是安全火花型的吗？为什么？Q：1）是.2）这是构成安全火花型防爆系统的一个条件.2、综合练习题（1）简述图1-11所示系统的工作原理，画出控制系统的框图并写明每一框图的输入/输出变量名称和所用仪表的名称。

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：B2、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：B3、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:B4、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：B6、。

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。

57、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：B8、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：A9、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：B10、下列哪项不属于过程控制系统的常见被控对象（分数：1分）A。

化工仪表及自动化复习练习题（含答案）1。

电路一般由_____、_____及中间环节三部分组成.(电源；负载)2.在一段电路中，流过电路的电流与电路两端的电压成_____，与该段电路的电阻成_____。

(正比；反比)3。

晶体二极管的主要特性是_____导电性。

(单向）4。

从晶体三极管三个区引出的三个极分别是______极、______极和______极.(基;发射；集电)5。

仪表的测量范围是从测量_____值到测量_____值;量程是测量上限与测量下限值之_____。

（下限；上限；差）6。

按能源来分,仪表可分为_____仪表、_____仪表和_____仪表.(气动；电动；液动)7。

按被测参数来分,仪表可分为_____测量仪表、_____测量仪表、_____测量仪表、_____测量仪表和成分_____仪表。

（压力；流量；温度;物位;分析)8。

玻璃液体温度计是由__________、________和刻度标尺三部分组成.(玻璃温包;毛细管）9.电阻箱可以看作是一个具有__________的标准电阻.（可变电阻值）10。

测量一个电路的电流,电流表必须和这个电路_____,且电流表的内阻抗要尽量_____。

(串联;小）11。

兆欧表又称作_____、_____和___________.（摇表；高阻表；绝缘电阻测试器）12.U型压力表必须_____安装。

（垂直）13.玻璃管水位计是利用_______的原理制成的。

（连通器）14。

整流电路的作用是将_______变成____________。

(交流电；脉动直流电）15。

温度测量仪表可分为_______测温仪表和__________测温仪表两大类.(接触式；非接触式）16。

自动化仪表具有__________、___________、__________、__________功能.（自动检测;自动信号联锁;自动操纵；自动调节)17。

直流单臂电桥又称________电桥.(惠斯登)18。

Industrial Automation Instrumentations and Process Control1）•课程的主要内容：•工业自动化仪表：•实现生产过程自动化的电子电气设备•过程控制：•实现生产自动化的理论和技术2）•过程控制系统(process control systems)以表征生产过程的参量为被控制量使之接近给定值或保持在给定范围内的自动控制系统。

这里“过程”是指在生产装置或设备中进行的物质和能量的相互作用和转换过程。

表征过程的主要参量有温度、压力、流量、液位、成分、浓度等。

一般的过程控制系统通常采用反馈控制的形式。

过程控制在石油、化工、电力、冶金等部门有广泛的应用。

3） 过程控制系统的组成4）例1：热交换器温度控制5）例2：热交换器自动调节系统6） 典型过程控制系统框图7）•自动调节系统组成：•调节对象(object)或称过程(process)•控制设备•传感器/变送器(sensor/transmitter)•调节器(controller)•执行器(actuator)8）●课程性质：限选课●考核方式：考试课●学时：569）主要参考书●历玉鸣.《化工仪表自动化》.第三版. 化学工业出版社●吴九辅.《仪表控制系统》.石油工业出版社●刘巨良.《过程控制仪表》.化学工业出版社●侯志林.《过程控制及自动化仪表》.机械工业出版社●天津大学化工学院主编.注册化工工程师执业资格考试基础考试(下)复习教程与模拟试题. 天津大学出版社.10） 自动化仪表的发展•发展的三个阶段•基地式仪表•单元组合式仪表•计算机控制系统11）基地式仪表：简单、实用12） 单元组合仪表（1）：电动单元组合仪表：DDZ13） 单元组合仪表（2）：电动单元组合仪表控制室14） 单元组合仪表（3）：电动单元组合仪表控制现场15） 单元组合仪表（4）：气动单元组合仪表：QDZ16） 计算机控制系统（1）DSC：集散控制系统17） 计算机控制系统（2）PLC：可编程控制器18）计算机控制系统（3）FCS ：现场总线控制系统局域网NT 服务器Internet监控工作站其它工作站现场总线接口差压变送器调节阀差压变送器差压变送器温度变送器企业管理层（数据网络）过程监控层（数据网络）现场控制层（控制网络）现场总线网段19）•计算机控制系统（4）•计算机集成制造系统(Computer Integrated Manufacturing Systems，CIMS)和计算机集成过程系统(CIPS)•管理信息分系统•设计自动化分系统•制造自动化分系统•质量保证分系统•计算机网络分系统•数据库分系统20）•课程重点：•自动化仪表：•基本工作原理及其应用•课程举例典型仪表：•检测仪表：常用温度、压力、流量和液位检测仪表•模拟仪表：DDZIII型•数字仪表：YS-80系列•DCS：CENTUNM系统•FCS：Fieldbus Foundation21）•课程重点：•过程控制技术：•单回路调节系统的结构、工作原理及应用。

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。

1.过程控制系统由被控过程和自动化仪表两部分组成。

2.自动化仪表按能源形式分为：液动、气动和电动。

按信号类型分为：模拟式和数字式。

3.模拟仪表的信号可分为气动仪表的模拟信号与电动仪表的模拟信号。

4.气动仪表的输入/输出模拟信号统一使用0.02~0.1MPa 的模拟气压信号。

5.按照国际电工委员会规定，过程控制系统的模拟直流电流信号为4~20mA DC ，负载电阻为250Ω；模拟直流电压信号为1~5V DC 。

DDZ-Ⅲ型电动单元组合仪表就是这种信号标准。

6.气动仪表与电动仪表的能量供给分别来自于气源和电源。

1.过程参数检测仪表通常由传感器和变送器组成。

2.引用误差计算公式：%100x x minmax ⨯-∆=γ（其中△为最大绝对误差，等于实测值x 减真值a x 的最大差值，即a1x x -=∆，min max x x 与为测量表的上下限值）3.精确度及其等级：最大引用误差去掉“±”与“%”。

例：±5%的精度等级为0.5。

4.热电阻在500℃以下的中、低温度适合作测温元件（理解公式()()[]00t t 1t -+=αR R ，其中R(t)为被测温度t 时的电阻值；R 0为参考温度t 0时的电阻值，通常t 0=0℃，α为正温度系数）；金属热电阻适用于-200℃~500℃；热敏电阻为-50~300℃。

5.热电阻接线有二线制、三线制、四线制三种接法，其中三线制可利用电桥平衡原理消去导线电阻。

6.热敏电阻由于互换性较差，非线性严重，且测温范围在-50~300℃左右，所以通常较多用于家电和汽车的温度检测和控制。

7.由于热电偶具有测温精度高、在小范围内线性度与稳定性好、测温范围宽、响应时间快等优点，因此在工业生产过程中应用广泛。

当温度高于2000℃时热电偶不能长期工作，需采用非接触式测温方法。

8.当被测为运动物体时，采用非接触式测温方法。

体积流量表示瞬时流量与累积流量：瞬时：A A A υυ==⎰d q v 累积：⎰=t 0v v dt q Q 质量流量表示瞬时流量与累积流量：瞬时：v m q q ρ= 累积：v m Q Q ρ=（ρ为流量密度）标准状态下的体积流量：n v n m vn /q /q q ρρρ==（n ρ为标准状态下气体密度）9.典型流量检测仪表有容积式流量计、速度式流量计、直接式质量流量计。

自动化仪表及过程控制》课程教学大纲英文名称：Automatic Instruments and Process Control 课程编号：适用专业：自动化学时：54 学分： 3 课程类别：专业方向课课程性质：限选课一、课程的性质和目的《自动化仪表及过程控制》是自动化专业的重要专业课。

本课程在系统简明地阐述常用过程量测控仪表和计算机控制系统基本原理和基本知识的基础上，同时介绍自动调节系统设计和整定的基础知识，通过本课程的学习，使学生掌握生产过程控制的基础知识和基本应用技术。

二、课程教学内容概述主要内容：1、自动化仪表的概念及其发展；2、DDZ 仪表及其控制系统；3 、自动化仪表的基本性能指标。

第一章检测仪表基本内容和要求：1、了解温度测量的概念和工业上常用的测量方法；2 、掌握热电偶的测温原理及其应用；3 、掌握热电阻的测温原理及其应用；4、理解温度变送器的基本结构；5、了解工业生产中压力参数的概念和常用压力测量原理；6、理解压力式、力平衡式、位移式和固态测压元件及其变送器的工作原理；7、理解节流式、容积式流量测量的基本原理及其应用。

8、理解涡轮、电磁、漩涡等流量测量方法的应用；9、理解浮力式、静压式、电容式、超声式等常用液位测量原理；10、了解成分分析仪表的基本概念。

教学重点：1、常用温度仪表、压力仪表、液位仪表、流量仪表和成分仪表的工作原理及其应用。

2、分度表，分度号，热电偶的冷端延伸和冷端补偿，热电阻的三线制；3、差动电容压力变送器工作原理；4、差压流量计的流量公式；5、差压变送器的零点迁移原理。

第二章调节器基本内容和要求：1、重点掌握PID 调节规律的原理及其应用；2、理解PID 模拟电路的结构原理；了解二位式和连续调节仪表应用的基础知识；3、理解数字PID 算法基本表达式及其原理；4、简单了解工业现场常用模拟和数字调节器的基本结构及其应用。

教学重点PID 调节规律的原理及其应用；第三章集散控制系统和现场总线控制系统基本内容和要求：1 、了解单回路可编程调节器的概念2、了解DCS 系统的基本概念；3 、理解DCS 系统的结构特点及其组成；4 、理解DCS 控制站和操作站的功能；5 、了解FCS 系统的基本概念；第四章执行器和防爆栅基本要求1 、熟炼掌握气动调节阀的基本结构、原理及其应用等基本概念；2 、熟悉调节器流量特性的定义及其应用；3 、理解和掌握气动执行器气开/气关的形式及其选择原则；4、了解电动执行器及电气转换器的基本原理；5 、简单了解工业控制系统防爆的基本概念。

第一章绪论1、过程控制概述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、核能等工业生产中连续的或按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。

在现代工业生产过程自动化中，过程控制技术可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。

过程控制通常是对生产过程中的压力、液位、流量、温度、PH值、成分和物性等工艺参数进行控制，使其保持为定值或按一定规律变化，以确保产品质量和生产安全，并使生产过程按最优化目标自动尽行。

2、过程控制的特点（1）系统由被控过程和检测控制仪表组成；（2）被控过程复杂多样，通用控制系统难以设计；（3）控制方案丰富多彩，控制要求越来越高；（4）控制过程大多属于慢变过程与参量控制；（5）定值控制是过程控制的主要形式。

3、过程控制的要求与任务要求：（1）安全性：针对易燃易爆特点设计；参数越线报警、链锁保护；故障诊断，容错控制。

（2）稳定性：抑制外界干扰，保证正常运行。

（3）经济性：降低成本提高效率。

掌握工艺流程和被控对象静态、动态特性，运用控制理论和一定的技术手段（计算机、自动化仪表）设及合理系统。

任务：指在了解、掌握工艺流程和被控过程的静态与动态特性的基础上，应用控制理论分析和设计符合上述三项要求的过程控制系统，并采用适宜的技术手段（如自动化仪表和计算机）加以实现。

4、过程控制的功能测量变送与执行功能；操作安全与环境保护功能；常规控制与高级控制功能；实时优化功能；决策管理与计划调度功能。

5、过程控制系统的组成被控参数（亦称系统输出）y(t)：被控过程内要求保持稳定的工艺参数；控制参数（亦称操作变量控制介质）q(t)：使被控参数保持期望值的物料量或能量；干扰量f(t)：作用于被控过程并引起被控参数变化的各种因数；设定值r(t)：与被控参数相对应的设定值；反馈值z(t)：被控参数经测量变送后的实际测量值；偏差e(t)：设定值与反馈值之差；控制作用u(t)：控制器的输出值。

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。

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非常重要的一部分。

通过使用自动化仪表，可以实现对工业过程的监测、控制和调整，从而实现生产过程的自动化。

本文将介绍过程控制与自动化仪表的基本概念、分类、应用场景以及相关技术。

2. 过程控制与自动化仪表的基本概念过程控制是指通过对工业过程的监测和调整来实现目标产量或质量。

自动化仪表是过程控制的关键组成部分，通过测量各种物理量，并将其转换为电信号，进而控制工业过程的运行。

过程控制与自动化仪表可分为两个基本部分：测量和控制。

测量部分主要涉及采集、转换和传输过程中产生的各种信号，如压力、温度、流量等。

控制部分则是根据测量到的信号进行反馈控制，通过对工业过程的调整来实现预定的目标。

3. 过程控制与自动化仪表的分类根据功能和应用场景的不同，过程控制与自动化仪表可分为以下几类：3.1. 测量仪表测量仪表是用于测量工业过程中各种物理量的仪器。

根据测量原理和测量范围的不同，测量仪表可分为压力仪表、温度仪表、流量仪表等。

其主要功能是对工业过程中各个物理量进行准确的测量。

3.2. 控制仪表控制仪表是用于调节和控制工业过程的仪器。

根据控制方式的不同，控制仪表可分为手动控制仪表和自动控制仪表。

手动控制仪表需要人工干预进行操作和调整，而自动控制仪表则能根据测量到的信号自主进行控制策略的调整。

3.3. 信号传输和处理仪表信号传输和处理仪表是用于采集、传输和处理过程中产生的各种信号的仪器。

根据信号传输方式的不同，信号传输和处理仪表可分为模拟仪表和数字仪表。

模拟仪表通过模拟电信号进行传输和处理，而数字仪表则将信号转换为数字形式进行传输和处理。

4. 过程控制与自动化仪表的应用场景过程控制与自动化仪表广泛应用于各个行业的工业生产过程中。

以下是一些常见的应用场景：•石油化工行业：用于控制反应器温度、压力和流量等参数，确保生产过程的稳定和安全。

•电力行业：用于监测和控制发电机的电压、电流和频率等参数，保证电力系统的稳定运行。

工业控制过程中电气与自动化仪表的使用及相关控制工业控制是指通过各种手段对工业生产过程进行监控和调节的一种技术手段，其中电气与自动化仪表的使用是十分重要的一环。

在工业生产过程中，电气与自动化仪表不仅用于监测和测量生产过程中的各种参数，还能通过控制系统实现对生产过程的调节和控制。

本文将就工业控制过程中电气与自动化仪表的使用及相关控制进行详细介绍。

一、电气与自动化仪表的使用电气仪表主要用于测量和监测工业生产过程中的电气参数，如电压、电流、功率等。

在工业控制过程中，电气仪表往往作为重要的参量输入设备，用于将生产过程中的电气参数转换成一个标准的电信号，以便于控制系统进行处理。

常见的电气仪表有电压表、电流表、功率表等。

自动化仪表是利用先进的传感技术和信号处理技术，对工业生产过程中的各种参数进行监测和测量的设备。

自动化仪表能够对压力、流量、温度、液位等参数进行实时监测，并将监测到的信号转化成标准的电信号输出。

自动化仪表在工业控制过程中扮演着十分重要的角色，它不仅能够提高生产过程的稳定性和精度，还能够实现对生产过程的自动控制。

1. 控制方式在工业生产过程中，电气与自动化仪表可以通过不同的控制方式来实现对生产过程的控制。

常见的控制方式有开环控制和闭环控制。

开环控制是指在控制过程中，只使用被控对象的输出信号作为输入信号，不对输出信号进行监测和调节；闭环控制则是指在控制过程中，使用被控对象的输出信号进行反馈，对输出信号进行监测和调节。

闭环控制比开环控制更加稳定和准确，因此在工业控制过程中更为常用。

2. 控制系统电气与自动化仪表在工业控制过程中往往需要与控制系统配合使用，以实现对生产过程的监测和调节。

控制系统是一个由传感器、执行器、控制器和执行机构组成的一个整体，它能够对监测到的信号进行处理和判断，并通过执行机构对被控对象进行控制。

控制系统一般分为开环控制系统和闭环控制系统两种，其中闭环控制系统能够实现对生产过程的实时监控和精确调节。

1、过程控制系统是由_控制器_____、执行器______、__测量变送____和__被控对象____等环节组成。

1题、（4分）回答要点：①控制器②执行器③测量变送④被控对象7．描述控制系统的品质指标的参数有最大偏差、余差和衰减比等。

7题、（4分）回答要点：①最大偏差②衰减比③余差9．仪表自动化标准中，气动仪表标准信号范围是；电Ⅱ型标准信号范围是；电Ⅲ型标准信号范围是。

9题、（4分）回答要点：①0.02～0.1Mpa②4～20mA7. 热电偶的热电特性与热电偶材料，两接点温度___________________________________有关，与热电偶的几何尺寸 __________ 无关。

7题、（5分）回答要点：①热电偶材料、两接点温度②热电偶的几何尺寸。

4.控制对象的干扰通道的动态特性对过渡过程的影响是:干扰通道的时间常数愈大,对被控变量的影响小 ;干扰通道容量滞后愈多,则调节质量变好 ;干扰通道的纯滞后对调节质量无影响。

4题、（4分）回答要点：①影响小②变好③无影响6、热电偶温度计中常用的冷端温度补偿方法有公式计算法、冰浴法、仪表机械零点调节法、电桥补偿法、补偿热电偶法五种。

6：公式计算法、冰浴法、仪表机械零点调整法、电桥补偿法、补偿热电偶。

1、检测仪表的基本组成有测量、传动放大和显示三个部分。

1：测量、传动放大、显示。

4、描述对象特性的三个参数是放大系数、时间常数和滞后时间。

4：放大系数、时间常数、滞后时间3、弹簧管压力表是利用弹簧管产生___位移_________与被测压力相平衡来测量的。

3题、（4分）回答要点：①弹簧管②位移8、电容式差压变送器的测量部分是先将压差转变成位移，然后再变成电容变化量、（4分）回答要点：①差压②位移③电容变化量1. 测量时环境温度的改变造成的误差属于( B) A. 疏失误差B. 随机误差C. 系统误差D. 基本误差 ) 。

2. 某温度计刻度范围为 0 ～ 600 ℃，通过检定，在整个刻度范围内，最大基本误差为± 7.2 ℃，按国家工业仪表的规定，该温度计的精度等级为 ( C)A.1.0 级B.1.2 级C.1.5 级D.2.0 级 ) ) 。

绪论0-1自动化仪表: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单元组合式调节仪表: 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0-2 P5 第二段0-3 P5~60-4 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摄氏度1-4定义：第十五页第二段工业上会出现共模干扰是因为现场有动力电缆，形成强大的磁场。

造成信号的不稳。

共模干扰是同时叠加在两条被测信号线上的外界干扰信号，是被测信号的地和数字电压表的地之间不等电位，由两个地之间的电势即共模干扰源产生的在现场中，被测信号与测量仪器间相距很远。

这两个地之间的电位差会达到几十伏甚至上百伏，对测量干扰很大使仪表不能正常工作有时会损坏仪表共模干扰在导线与地（机壳）之间传输，属于非对称性干扰，共模干扰幅度大、频率高、还可以通过导线产生辐射，所造成的干扰较大。

消除共模干扰的方法包括：（1）采用屏蔽双绞线并有效接地（2）强电场的地方还要考虑采用镀锌管屏蔽（3）布线时远离高压线，更不能将高压电源线和信号线捆在一起走线（4）不要和电控锁共用同一个电源（5）采用线性稳压电源或高品质的开关电源(纹波干扰小于50mV)1-6硅：被测介质的压力直接作用与传感器的膜片上，使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻值发生变化，用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应与这一压力的标准测量信号。

差：电容式压力变送器主要由完成压力/电容转换的容室敏感元件及将电容转换成二线制4-20mA电子线路板构成，当进程压力从从测量容室的两侧（或一侧）施加到隔离膜片后，经硅油灌充液传至容室的重心膜片上，重心膜片是个边缘张紧的膜片，在压力的作用下，发生对应的位移，该位移构成差动电容变化，并经历电子线路板的调理、震荡和缩小，转换成4-20mA信号输入，输入电流与进程压力成反比。

优点：他们不存在力平衡式变送器必须把杠杆穿出测压室的问题1-9 1、热导分析仪的工作原理热导式气体分析仪多采用半导体敏感元件与金属电阻丝作为热敏元件，将其与铂线圈烧结成一体，而后与对气体无反应的补偿元件，共同形成电桥电路，也就是热导式气体分析仪的测量回路，对热导系数进行测量。

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。

第3章 思考题与习题1．基本练习题（1）在过程控制中，哪些仪表是属于过程控制仪表？在过程控制系统中，大多数调节器是电动的，而执行器多数是气动的，这是为什么？气动单元组合仪表与电动单元组合仪表各单元之间的标准统一信号又是如何规定的？答：1）在过程控制中，过程控制仪表有：调节器、电/气转换器、执行器、安全栅等。

2）调节器选电动的因为电源的问题容易解决，作用距离长，一般情况下不受限制；调节精度高，还可以实现微机化。

执行器多数是气动的，因为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、易爆等恶劣条件下工作，选气动的执行器就没有电压电流信号，不会产生火花，这样可以保证安全生产和避免严重事故的发生。

3）气动仪表的输入输出模拟信号统一使用0.02~0.1MPa 的模拟气压信号。

电动仪表的输入输出模拟信号有直流电流、直流电压、交流电流和交流电压四种。

各国都以直流电流和直流电压作为统一标准信号。

过程控制系统的模拟直流电流信号为4~20mA DC ，负载250 Ω ；模拟直流电压信号为1~5V DC 。

（2）某比例积分调节器的输入、输出范围均为4~20mADC ，若设100%δ=、12min T =，稳态时其输出为6mA ；若在某一时刻输入阶跃增加1mA ，试求经过4min 后调节器的输出。

答：由比例积分公式（3-1）所示：111y e edt P T ⎛⎫=+ ⎪⎝⎭⎰ （3-1） 依题意：%1001==pK p ，即K p =1, e ＝1； 稳态时：y 0＝6mA ， 4min 后：mAdt T e P y y 9)4211(16e 11410=⨯+⨯+=⎪⎪⎭⎫⎝⎛++=⎰（3）简述DDZ-Ⅲ型全刻度指示调节器的基本组成、工作状态以及开关1S ~2S 的作用。

1）调节器由控制单元和指示单元组成。

控制单元包括输入电路、PD 与PI 电路、输出电路、软手动与硬手动操作电路；指示单元包括输入信号指示电路和给定信号指示电路。

《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。