控制装置与仪表自我总结

1、第一章 控制装置与仪表使生产过程自动化的重要工具，是实现自动控制理论的中各种各种控制原则和控制规律的手段，是实现工业过程自动化的基础平台按能源分： 电动、气动、液动和混合式按功能实现原理： 模拟控制装置与仪表和数字装置与仪表。控制装置与仪表按结构形式分 基地式，单元组合式，组件组装式 三大类基地式：以指示仪表记录仪表为中心，附加一些线路或器件完成控制任务，结构简单，具有控制，指示，记录功能 缺点：专用性，不通用，不能互操作。单元组合式：整套仪表划分为具备一定功能的若干单元，单元间采用统一标准信号 ，应用灵活，通用性强。组件组装式：单元组合式发展而来，由功能分离的组件组成，结构上分为控制柜和显示

2、操作盘两大部分。控制三要素：传感器，控制器，执行器分散控制系统：DCS系统开放性不够 I/O信号传输方式为非数字是 控制功能分散程度不够现场总线控制系统:FCS开放性和可互操作性 采用全数字式的信号传输方式 彻底的功能分散性信号制：在成套系列仪表中，各仪表输入输出信号采用何种统一的联络信号问题。电信号种类：模拟信号，数字信号。频率信号。脉宽信号电模拟信号：直流电流信号，直流电压信号，交流电流信号，交流电压信号国际统一信号：DC420mA DC1-5V 四线制传输：供电，信号各两根，对电流信号的零点及元件的功耗没有严格要求，可以是活零点或真零点二线制传输：单电源供电，信号电源公用传输线，因此，必

3、须采用有活零点的电流信号，必须是以零电位为起始点的单电源供电,变送器正常工作的电流I小于等于信号电流最小值二线制和四线制的区别： 两线制电流和四线制电流都只有两根信号线，它们之间的主要区别在于：两线制电流的两根信号线既要给传感器或者变送器供电，又要提供电流信号；而四线制电流的两根信号线只提供电流信号。因此，通常提供两线制电流信号的传感器或者变送器是无源的；而提供四线制电流信号的传感器或者变送器是有源的。活零点的优点意义： 便于检验信号传输线有无断线及仪表是否断电；使半导体器件工作在较好的工作段；使制作具有本质安全防爆性能和节约传输线的两线制变送器成为可能。（可简易答为：有利于识别断电，断线等故

4、障，且为实现两线制提供了可能性）。控制装置与仪表的供电方式：交流供电和直流集中供电1.直流信号与交流信号比较具有的优点1)在信号传输线中，直流不受交流感应影响，易于解决仪表的抗干扰问题。2)直流不受传输线路的电感、电容及负荷性质的影响，不存在相位移问题，使接线简化。3)用直流信号便于进行模/数转换，统一信号采用直流信号，便于现场仪表和数字控制装置与仪表及装置配用。4)直流信号容易获得基准电压。2.直流电流信号（图1-3-1） 第二章 一个完整的过程调节系统：测量变送环节，控制器，执行机构 量程：量程是个值，上限与下限代数差的绝对值称为仪表的量程。量程调整包括上限调整和下限调整零点迁移：实际测量

5、中，为正确选择变送器量程，提高精度，常将测量起点迁移到某正值或负值（0到正，正迁移，0到负，负迁移）量程调整的原因：测量要求或测量条件的变化，需要改变变送器的零点或量程零点迁移和量程调整的目的：使变送器输出信号的下限值Ymin与测量信号的下限值Xmin相对应，Xmin=0时为零点调整，Xmin不等于0时为零点迁移调整优点：零点迁移后，变送器的输入输出特性沿X轴坐标向右或向左平抑了一段距离，提高测量精确度，提高仪表的测量准确度和灵敏度1，传感器与变送器区别： 传感器： 是信号发生源；将非电量转换为电信号。 变送器： 具有信号变换功能，具有放大作用，并可转换成标准信号。变送器：通过检测元件（传感器

6、）接收被测变量信号并将它转换成标准输出信号的仪表DC420mA 20100kpa变送器： 对被控参数进行测量和信号变换控制器： 将给定值与被控参数进行比较，运算执行机构： 将控制器的运算输出转换为开关阀门或者挡板位移或转角 一个控制系统控制品质的好坏，除取决于控制系统的设计是否合理外，还取决于控制对象和控制仪表的工作特性。控制装置与仪表的性能：准确性，可靠性，电磁兼容性，耐环境影响性干扰来源：经过漏电电阻耦合，经过公共阻抗耦合，电场耦合，磁场耦合干扰形式：串模干扰（作用在两个输入端子之间，也称横向干扰，效果如同干扰信号与有用信号串联后送到仪表输入端），共模干扰（出现在信号电路和地之间，对两根导

7、线作用完全相同，也称纵向干扰，共模干扰只有在转换为串模干扰后才会引起测量误差）抗干扰措施：硬件抗干扰： 变压器隔离，光电隔离，隔离放大器，中和变压器，浮空，屏蔽，信号导线的干扰，滤波 ，隔离器件，飞渡电容技术 软件抗干扰： 程序判断滤，波中值滤波，算数平均值滤波，滑动平均值滤波，加权平均值滤波 软件陷阱，看门狗 数字控制仪表的 标度转换？标度变换（工程量变换）： 通常采用一定的数据处理技术将这些数字量转换成具有不同量纲的相应物理量，这一技术称为标度变换。第三章变送器为输出标准信号的传感器，输入和输出都是线性关系，传感器是一个信号发生源，变送器用于信号变换量程比：变送器最大测量范围和最小测量范围

8、之比。迁移量？P51差压变送器的工作原理：1，差压/ 压力变送器是如何将压力信号转换成电信号的？ 由敏感部件将外界压力信号转换成差压电容量变化，通过调节器，高频振荡器，振荡控制放大器，电流检测器，电压调整器，电流控制放大器，电流控制器和电流限制器等组成，差压变送器由固定极板，感应腔室，隔离膜片，可动极板，隔离膜片组成，中心敏感膜片的位移导致中心敏感膜片与其两侧球面电极之间的电容量发生变化，高压室电容量减小，反之2，为什么要进行液面迁移？ 出于对设备安装位置和便于维护等方面的考虑，测量仪表不一定都与取压点在同一水平面上。 被测介质是强腐蚀性或重粘度液体，不能直接把介质引入仪表，必须安装隔离液灌。

9、差压变送器的零点迁移？P66温度变送器：分为热电阻和热电偶热电偶温度变送器由基准源，冷端补偿，放大单元，线性化处理，U/I转换，断偶处理，反接保护，限流保护组成。冷端补偿的原因：由于热电偶材料一般都比较贵重，二测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线吧热电偶冷端延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子，热电偶补偿导线只是延伸电极，不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。热电偶温度变送器将热电偶产生的热电势经过冷端补偿放大后，再有现行电路消除热电势与温度的非线性误差1、电桥补偿法2、冷端恒温法 3、计算修正法4、二极管补偿法第四章1，仪表防爆的基本原理

10、 控制易爆气体（营造无易爆气体空间，代表是Exp） 控制引爆源（消除火花，代表本安型防爆Exi，利用安全栅技术） 控制爆炸范围（有限范围内爆炸，代表是Exd）2，防爆仪表分类： 隔爆型（标志d） 本安型（标志i）3，本安防爆技术： 成本低，体积低，质量小，允许在线测量和带电维护，也能用于0区危险场所。 安全栅分类：齐纳安全栅 变压器隔离式安全栅安全栅作用： 当本安防爆系统的本安仪表发生故障时，安全栅能将串入到故障仪表的能量限制在安全值以内，从而确保了现场人员，设备和生产的安全。4，防爆安全栅的基本限能原理基本电路（P97） 图4-3-4 安全栅的基本电路构成（掌握） 基本电路：R限流电阻，FU

11、熔丝，VS齐纳二极管限能原理：齐纳二极管用于限制电压，当电路电压接近安全限压值时，齐纳二极管导通放电，使齐纳二极管两端的电压始终保持在安全限压值下。各部分作用： 快速熔断器：防止因齐纳二极管被长时间流过的大电流烧断而导致电路限压失败。 限压电路：当电路电压接近安全限压值时，齐纳管导通放电，使齐纳管两端的电压始终保持在安全限压值一下。限流电路：由电阻和晶体管组成。当电压被限制后，适当选择限流电阻，即可将电路电流限制在安全值以下。第五章1，调节器的组成: 硬件 、 软件2，调节器中模拟量是如何转化成数字量的？ 从输入接口中读出A/D转换后的各种传感器的输入信号，并将这些信号以数字的形式存放于数据存

12、储器中，输入接口将这些信号都转化为数字信号，随时供CPU读出。 具体过程在课本P115页，图5-1-1。3，模拟量输入通道 其任务是：把被控对象的过程参数等模拟量信号转换成计算机可接收的数字量信号。 通道构成：信号调理电路 多路模拟开关 前置放大器 采样保持器 A/D转换器 接口逻辑电路4，数字调节中的PID控制算式是将PID的模拟表达式进行离散化而得到的。5，PID调节器输出增量的表达式（P122，自己写空白处）6，为了改善控制质量，针对不同对象，引入不同PID算法形式。 不完全微分形式： 为了防止抗干扰性能恶化，又使微分作用有效，可采用非理想微分的PID控制算式。 微分先行PID控制模式：

13、 是PD和PI的串联结构，只对测量值进行微分，而不是对偏差进行微分。适用于给定值R经常变化的情况。 积分分离PID控制： 为了克服短时间内产生的严重积分饱和现象，可采用积分分离算法，即在偏差大于一定值时，取消积分作用，当偏差小于这一值时，才将积分引入。 带有死区的PID控制： 适用于控制准确度要求不太高，但要求控制作用尽可能少变化的场合。 7，死区： 又叫死区宽度，在控制系统中，某些执行机构如果动作频繁，会导致小幅震荡，造成严重的机械磨损，从控制要求来说，很多系统又允许被控量在一定范围内存在误差，我们允许被控量的误差大小，称为PID的死区宽度。8，PID控制程序是PID数字调节器的主要应用程序

14、。正作用：调节器的输出随着正偏差的增加而增加。若是负偏差，情况相反。反作用：调节器的输出随着正偏差的增加而减小，若是负偏差，情况相反。不同作用的不同运算表达式：（P125，空白处自己添加）正反作用的意义/目的：为使闭环控制系统在整个回路中实现负反馈。9，什么是积分饱和： 若执行机构已到极限位置，仍不能消除静差，由于积分作用，尽管PID差分方程式所得的运算结构继续增加或减小，但执行机构已无相应的动作。输出限幅和抗积分饱和： 积分调节的一个特点是：只要有偏差存在，输出就不断向两个极端之一变化，以至超过极限值。若采用单纯的输出限幅措施，会产生积分饱和，当输入一旦变号，输出需从深饱和区逐渐退出，造成调

15、节滞后，使调节品质恶化，数字PID 也有同样问题。但在数字PID中很容易实现抗积分饱和，使得输出达到限幅值时，中断积分动作，调节器输出维持在饱和线上，保持原有的状态数据。这样就可在偏差反向时，输出立即呈现出反向积分作用。（自己可简短总结）10，PID控制参数整定方法： 理论计算整定法 工程整定法11，PID调试的一般原则： 在输出不振荡时，增大比例增益Kp 在输出不振荡时，减小积分时间常数Ti 在输出不振荡时，增大微分时间常数TdPID调试的一般步骤： 确定比例增益Kp 确定积分时间常数Ti 确定微分时间常数Td 系统投入自动，再对PID参数进行微调，直至满足要求。 第六章1，执行机构定义：

16、一种能提供直线或旋转运动的驱动装置，利用某种驱动能源并在某种控制信号作用下工工作。（基本的执行机构用于把阀门驱动至全开或者全关位置）驱动能源： 电源（大阀门用三相、小用单相） 流体源（压缩空气、氮气、天然气、液压流体）2，执行结构工作过程： 执行机构接受调节器（控制装置）的控制信号，自动改变操作变量，将其转换成角位移或直线位移，改变调节机构流通面积，从而调节流入或流出被控过程的物料或能量，实行对被控参数的自动控制，达到进行调节的目的。3，执行机构按工作能源分： 气动执行机构、电动（0到10ma或4到20ma）、液动。4，气动执行器上部为执行结构，下部为调节机构， 气动薄膜执行机构是最常用的气动

17、执行机构（常用的有薄膜式和活塞式）可分为气开式（FO）、气关式（FC）。5，阻力系数主要与流通面积（阀的开度）有关，也与流体的性质和流动状态有关。阀开越大，阻力系数越小，通过的流量越大。6，电气转换器的工作原理（基于力矩平衡原理）： 电流升吸力升杠杆偏转挡板与喷嘴间隙变小背压升放大器输入升输出压力升杠杆的反馈力升杠杆平衡7，阀门定位器是调节阀的主要附件，定位器与调节阀组成闭环回路。8，阀门定位器工作原理：将阀杆位移信号作为输入的反馈测量信号，以控制器输出信号作为设定信号，进行比较，当有偏差时，改变输出信号，使执行机构动作，建立了阀门位移与控制器输出信号之间的对应关系。（阀门定位器组成以阀杆位移

18、为测量信号，以控制器输出为设定信号的反馈控制系统）平衡过程： 电流升杠杆上端右移挡板靠近喷嘴压力升阀杆下移反馈凸轮右转反馈弹簧右拉杠杆平衡9，阀门定位器作用： 增加执行机构输出功率；减少控制信号传递滞后，加快阀杆移动速度；提高线性度，保证准确定位。10，“调节阀”被称为生产过程自动化的手脚“流量特性”反映了调节阀的调节品质。调节阀按阀心动作型可分为：直行程式和角行程式。11，电气转换器及阀门定位器的工作原理（158页）12，电动执行机构的组成，原理及每个部分的作用： 组成和原理在172页。 各部分作用 伺服放大器：信号放大 伺服电动机：将输入的电压控制信号转换成轴上输出的角位移或角速度，驱动控制对象。 机械减速器：伺服电机输出的高转速，小力矩，转换成低转速，大