前馈反馈控制毕业论文

1、目 录 1 引言 1.1 选题的意义.1 1.2 国内外研究概况及发展趋势.2 1.3 设计方案的介绍.3 2 工艺流程.4 3 前馈反馈控制的原理 3.1 反馈控制.4 3.1.1 反馈控制的定义 .4 3.1.2 反馈控制的特点 .4 3.1.3 反馈控制的缺点 .4 3.2 前馈控制 .4 3.2.1 前馈控制的定义 .4 3.2.2 前馈控制的特点 .4 3.2.3 前馈控制的缺点 .4 3.3 前馈反馈控制原理 .5 4 控制方案 4.1 控制方案的选择.5 4.2 控制方案的论证.5 4.2.1 控制方案的可靠性 .5 4.2.2 控制方案的安全性 .6 4.2.3 控制方案的经济

2、性 .6 i 5 仪器仪表的选型 5.1 控制装置.6 5.1.1 控制装置的类型和特点 .6 5.1.2 控制装置的选择 .7 5.2 检测仪表.8 5.2.1 检测仪表的选型原则 .8 5.2.2 流量测量仪表 .9 5.2.3 液位测量仪表 .10 5.3 控制阀.12 5.3.1 控制阀的种类 .12 5.3.2 控制阀的选型 .13 6 仪器仪表的组合安装 6.1.系统的整体连接 6.1.1 仪表回路接线 .14 6.1.2 电缆/管缆的连接 .14 6.2 电缆/管缆的敷设与仪表 6.2.1 电缆/管缆的敷设 .15 6.2.2 仪表的安装 .16 7 总结.17 参考文献.19

3、致 谢.20 附 录 ii 附录 a 综合材料表 .21 附录 b 前馈反馈控制的原理图 . iii 水箱液位前馈水箱液位前馈- -反馈控制系统的方案设计反馈控制系统的方案设计 1 1 引言引言 1.11.1 选题的意义选题的意义 自动化技术在工业、农业、科技以及人们的日常生活中发挥着重要的作用。自 20 世纪 90 年代以来，作为信息科学的重要分支，自动化技术本身及其应用领域得到了迅 速的提高和发展。自动化技术作为国家高科技的重要组成部分，其水平高低已成为衡 量国家科技实力和各个行业现代化水平的重要标志。 过程控制通常是指连续生产过程的自动控制，是自动化技术最重要的组成部分之 一。其应用范围

4、覆盖石油、化工、制药、生物、医疗、水利、电力、冶金、轻工、纺 织、建材、核能、环境等许多领域，在国民经济中占有极其重要的地位。 过程工业的发展虽然取决于许多因素，但工业自动化显然是重要的方面。随着计 算机技术的飞速发展和现代控制理论的完善，发达国家的自动化技术突飞猛进，己开 始摆脱自动化孤岛的传统模式，向着整体、综合、集成的方向发展。过程工业计算机 控制、优化、管理的最高水平是计算机集成制造系统 cims( computer integrated manufacturing system),过程工业 cims 与制造业的 cims 几乎是完全不同的，在过程 工业 cims 中，先进控制与在线优

5、化技术起到了核心的作用，它们既是现场基础控制层 与调度决策层的中间纽带，又是获得巨大经济效益的关键所在，因而倍受青睐，世界 上许多国家正在不遗余力、不惜重金，组织开展有关的研究，如前几年美国、日本和 欧洲共同体联合起来，集资十亿美元，开展名为“新世纪控制与优化理论及其在工业 制造系统中应用”的研究，并且加强了与高等院校、研究所和公司之间的紧密合作， 努力推动控制和计算机技术的应用和发展。 从发展趋势看，信息技术（主要是自动化技术）在过程工业中所占的比例将进一 步增长，美国企业在 1965 年时，信息技术设备占总资产投资不到 5，90 年代初即达 到 30以上，预计 2000 年可占 50。目前

6、我国大型企业的信息技术设备投资只相当 于美国 60 年代的 5，因此，提高我国工业过程的信息化水平形势紧迫。也就是说， 实现我国工业过程生产现代化，必须从信息技术设备投资只占 5迅速提高到 50， 工业过程先进控制与优化技术必将以工业增长十倍的速度增长，才能赶上时代的步伐。 能源的日益紧张已经是一个不争的事实。工业过程先进控制与优化系统应用，在 提高产品质量和劳动生产率的同时，还可以起到大幅度节能降耗的目的。统计显示， iv 目前我国工业锅炉仅对煤的耗用量就占总能源消耗的 1/4，我国能源的利用率只有 32%，比发达国家低 10-20%；还有一组数字：中国单位产值的能源消耗量是世界平均水 平的

7、 4.6 倍，是日本的 13.4 倍，是印度的 1.9 倍。如果能在自动控制的条件下实现风 煤（油）优化，不仅可以大大提高能源的利用率，同时还可以减少三废排放量，环保、 节能意义很大。 1.21.2 国内外研究概况及发展趋势国内外研究概况及发展趋势 在 20 世纪 40 年代以前，工业生产技术水平相对落后，生产过程大多处于手工操 作状态，操作工通过目测判断生产过程的状态，手动调整生产过程，生产效率很低。 40 年代以后，工业生产过程自动化技术发展很快，尤其是近些年来，在 it 技术的带动 下，过程控制技术发展十分迅猛。过程控制装置与系统的发展大致分为以下几个阶段： 1. 局部自动化阶段（20

8、世纪 5060 年代） 这个阶段的过程控制系统绝大多数是单输入-单输出系统；被控参数主要有温度、 压力、流量和物位四种参数；控制的目的是保持这些工艺参数的稳定，确保安全生产。 生产的规模比较小，多用气动仪表进行测量与控制，采用 0.020.mpa 的气动信号作为 统一标准信号，压缩空气为动力的气动仪表实现就地的简单控制。到 20 世纪 50 年代 后期至 60 年代，先后出现了气动和电动单元组合仪表，采用了集中监控与集中操作的 控制系统，实现了工厂仪表化和局部自动化。 2. 集中控制阶段（20 世纪 6070 年代） 在 20 世纪的 60 年代，随着工业生产规模不断扩大，生产过程越来越复杂、

9、产品 质量要求越来越高，对过程控制技术提出了新的要求，迫切需要生产过程集中控制与 管理。随着电子技术的发展，半导体产品取代了电子真空管，之后，集成电路取代了 分立元件，电子仪表的可靠性大为提高，逐步替代了气动仪表。这时的过程控制系统 大量采用单元组合仪表和组装式仪表，生产过程实现了车间范围和大型系统的集中监 控。为了提高控制质量和满足特殊工艺的控制要求，开发使用了多种复杂控制系统方 案，例如串级控制、前馈控制、比值控制、均匀控制等。特别式前馈控制、选择控制 的实现，使过程控制品质、安全性大为提高。前馈控制使控制质量显著提高；选择控 制自动实现保护性自动控制，以免强制性连锁停车，改变了过去不得不

10、切向手动或被 迫连锁停车的状况，从而扩大了自动化的范围。 3. 集散控制阶段（20 世纪 70 年代中期至今） 20 世纪 70 年代，随着大规模集成电路出现及微处理器的问世，计算机的性价比和 v 可靠性大为提高，采用了冗余技术和自诊断措施的工业计算机完全满足工业控制对可 靠性的要求，为新的过程控制仪表、装置与系统的设计开发提供了强有力的支持。此 时的大型生产过程一般都是分散系统，这样可以使生产过程控制分散进行，将发生故 障和危险的风险分散。基于“集中管理，分散控制”理念，在数字仪表和计算机与网 络技术基础上开发的集散型控制系统（dcs,distributed control system）在

11、大型生 产过程控制中得到广泛应用。过程控制系统的结构也由单变量控制系统发展到多变量 系统，由生产过程的定值控制发展到最优控制、自适应控制等。 到 20 世纪 90 年代以后，随着测量仪表数字化、通信系统网络化和集散型控制技 术日益成熟、现场总线技术以及基于现场总线技术的网络化分布式控制系统逐步推广、 使用，使过程控制系统的开放性、兼容性和现场仪表与装置的智能化水平发生了质的 飞跃。工厂自动化（fa）、计算机集成过程控制（cips）、计算机集成制造系统 （cims）和企业资源综合规划（erp）等方案的规划和实施，正在成为提高工业生产过 程经济效益的关键手段。 1.31.3 设计方案的介绍设计方案

12、的介绍 设计采用前馈反馈控制来实现水箱的液位控制。其中前馈控制可以补偿干扰对被 控变量的扰动，前馈控制之后产生的余差则可以通过反馈控制进行修正，达到要求的 控制精度。被控变量为水箱的液位，控制变量为水的流量。 设计采用两个支路，其中第一个支路为主回路，包括一个水泵（采用变频器变频 控制电机模拟流量扰动），涡轮流量计；第二个支路为控制补偿回路，包括一个水泵 （输出流量恒定），电动控制阀。除此之外在反馈回路中还需要一个液位测量仪表和 pid 控制仪表一台。前馈控制在不考虑控制通道与对象通道延迟，而且支路一流量可以 准确的测量，支路二中的调节阀的开度和流量的比例清楚的情况下，前馈控制规律可 以用比例

13、控制来表示，前馈控制器可以用 pid 控制器来实现，因此前馈控制需要一个 pid 控制仪表。前馈控制信号和反馈控制信号通过一个加法器连接，实现对控制阀的控 制。 vi 2 2 工艺流程工艺流程 水箱液位的控制主要是控制水箱中的液位在要求的精度范围内。 一号水泵作为动力源给水的输送提供动力，进入水箱。并用变频器控制一号水泵 用来模拟流量上产生的扰动。 二号水泵为补偿回路提供动力，为水箱提供水补偿。当扰动产生后，通过前馈控 制调节阀对扰动产生补偿。补偿后产生的余差再通过反馈控制控制调节阀进行调节。 3 3 前馈反馈控制的原理前馈反馈控制的原理 3.13.1 反馈控制反馈控制 3.1.13.1.1

14、反馈控制的定义反馈控制的定义 反馈控制（英文名称为 feedback control），是指从被控对象获取信息，按照偏 差的极性而向相反的方向改变控制量，再把调节被控量的作用馈送给控制对象，这种 控制方法称为反馈控制，也称作按偏差控制。反馈控制总是通过闭环来实现的。 3.1.23.1.2 反馈控制的特点反馈控制的特点 反馈控制的特点有：按偏差进行调节；调节量小，失调量小；能随时了解被控变 量变化情况；输出影响输入（闭环）。 3.1.33.1.3 反馈控制的缺点反馈控制的缺点 反馈控制必须有偏差才能进行调节，调节作用落后于干扰作用；调节不及时，被 控变量总是变化的。 3.23.2 前馈控制前馈控

15、制 3.2.13.2.1 前馈控制的定义前馈控制的定义 前馈控制（英文名称为 feedforward control），是按干扰进行调节的开环调节系 统，在干扰发生后，被控变量未发生变化时，前馈控制器根据干扰幅值，变化趋势， 对操纵变量进行调节，来补偿干扰对被控变量的影响，使被控变量保持不变的方法。 3.2.23.2.2 前馈控制的特点前馈控制的特点 vii 前馈控制的特点有：前馈控制系统是开环控制系统；按干扰进行控制，控制及时， 精度高；仅仅对前馈量有控制作用；前馈控制器为多用控制器；不能随时了解被控变 量变化情况。 3.2.33.2.3 前馈控制的缺点前馈控制的缺点 单纯前馈不存在被控变量

16、的反馈,即对于补偿的效果没有检验的手段.这样在前馈 作用的控制结果并没有最后消除被控变量偏差时,系统无法得到这一信息而做进一步的 校正.其次,由于实际工业对象存在着多个干扰,为了补偿它们对被控变量的影响,势必 要设计多个前馈通道,这就增加了投资费用和维护工作量.此外前馈控制模型的精度也 受多种因素的限制,对象特性要受负荷和工况等因素的影响而产生漂移,必将导致干扰 通道和控制通道的变化,因此一个固定的前馈模型难以获得良好的控制品质. 3.33.3 前馈反馈控制原理前馈反馈控制原理 前馈控制又称扰动补偿，它与反馈调节原理完全不同，是按照引起被调参数变化 的干扰大小进行调节的。在这种调节系统中要直接

17、测量负载干扰量的变化，当干扰刚 刚出现并能被测出时，调节器就能发出调节信号使调节量作相应的变化，使两者在被 调量发生偏差之前抵消。因此，前馈调节对干扰的客服比反馈调节及时。但是前馈控 制是开环控制，其控制效果需要通过反馈加以检验。前馈控制器在测出扰动之后，按 过程的某种物质或能量平衡条件计算出校正值。 4 4 控制方案控制方案 4.14.1 控制方案的选择控制方案的选择 随着计算机技术成功地应用于生产过程的控制后，除了常规的单回路、串级、比 值、均匀、前馈、选择性等控制系统已广泛应用外，一些先进的控制算法，如纯滞后 补偿、解耦、推断、预测、自适应、最优等也能借助于计算机的灵活、丰富的功能， 较

18、为容易地在过程控制中实现。近年来人们对生产过程的认识逐步深化，人工智能的 研究卓有成效，这些都为自动化水平的进一步调高创造了有利条件。但是，在中国， 应用经典控制理论进行的工业控制还是占了大多数，现对于新出现的技术，传统的控 制方式简洁而且经济上合理。对于中国的工业控制技术现状，研究和改进传统的控制 理论还是具有一定的实用意义。 viii 因为在工业生产过程中，对液位的调节要求有较高的精度，而且要有很强的抗扰 动能力，因此在控制方案的选择上，只是使用反馈控制无法实现稳定准确的控制。根 据控制特点，需要引入前馈控制，实现前馈反馈控制。 4.24.2 控制方案的论证控制方案的论证 4.2.14.2

19、.1 控制方案的可靠性控制方案的可靠性 控制方案采用前馈反馈控制，前馈反馈控制技作为一种传统的控制方式，在工业 生产过程中，技术上的应用已经相当成熟。作为液位控制，在要求控制精度的情况下， 不能单纯依靠反馈控制，加入前馈控制后，可以消除提前的扰动对反馈控制的影响。 而且对于提前的扰动为已知，比如对液位能够产生的扰动，在这里为管道内的流量， 是可以精确测量的量，因此符合采用前馈控制的条件。使得前馈反馈控制的可靠性得 到保证。 4.2.24.2.2 控制方案的安全性控制方案的安全性 在工业生产过程中，对液位的控制中，容器中的介质类型有很多，可能为常见的 水，也可能为化学药剂。因此控制方案和所用仪器

20、仪表的安全性非常重要。对于仪器 仪表，我们根据介质的性质不同选用合适的型号即可。对于控制方案，因为是单纯的 液位控制，不涉及化学反应等使介质发生变化的过程，所以关键是控制精度的保证， 比如在锅炉中要保证水位的高度，避免水位过高飞溅。在这次设计中设想的介质为水， 因此在控制精度得到保证的情况下，控制方案的安全性也得到了保证。 4.2.34.2.3 控制方案的经济性控制方案的经济性 由于控制方案选择的是传统的控制方式，控制过程明确，需要的仪器仪表数量较 少，因此成本低，较容易实现。 5 5 仪器仪表的选型仪器仪表的选型 5.15.1 控制装置控制装置 5.1.15.1.1 控制装置的类型和特点控制

21、装置的类型和特点 （1）基地式仪表。它们的功能往往限于单回路控制。这类仪表多用于中小型生产装置， 或用于大生产中一些就地控制的场合。 （2）单元组合式仪表。分为启动单元组合仪表和电动单元组合仪表。一般对于大、中 型生产装置均可应用。如 ddz-iii 型系列、i 系列、ek 系列等电动单元组合仪表。 ix （3）组装式仪表。主要用于电站，在石油化工业中用得不多。 （4）可编程数字控制器（单回路控制器）。以微处理器为主体，控制算法是数字式的， 每台可有多个输入和输出。如 ddz-s 数字智能仪表、digitronik 系列单回路数字仪表、 ys-100 系列单回路电子控制系统等。 （5）可编程控

22、制器（plc）。主要用于顺序控制、联锁保护、过程控制和管理等场合。 （6）计算机控制系统。由一台计算机完成控制系统的全部功能，但使事故发生的危险 性集中。 （7）分散控制系统（dcs）。带微处理器的控制站可控制几个到几十个回路，由若干 控制站组合，能控制整个生产过程，使危险分散。国内引进的 dcs 系统品种有： honeywell、abb、siemens、bailey 等等。 （8）现场总线。由现场智能仪表、现场通信总线和计算机接口组成。 5.1.25.1.2 控制装置的选择控制装置的选择 由于不是大型生产过程，对自动化水平要求不高，所以选择采用常规仪表控制。 考虑到价格、实用性等因素，选择数

23、字化、智能化的国产电动控制仪表。如果考虑控 制仪表要满足工艺对生产过程的监测、控制和安全保护等方面的要求，需要考虑安全 栅的使用。此处选用白城市顺达仪表有限公司生产的 sd-600 型智能数显 pid 调节仪表， 关于 sd-600 调节仪表的详细说明如下： 1.使用范围： 本仪表可以与各种热电偶、热电阻以及输出标准电流、标准电压及非标准毫伏信 号的各种传感器或变送器配合使用，将各工业对象中气体、液体、蒸气或烟气等工业 介质的温度、压力、流量、液位等工业参数进行显示、pid 控制调节、报警。广泛用于 化工、冶金、石油、电力、水利、制造等各部门。 2.性能特点： 全功能信号输入；可为变送器提供

24、dc24v 馈电输出；高性能开关电源供电。；用 户可以对参数进行自由设定；两路独立报警器，拥有多种基本报警方式。；具有掉电 保护功能，用户设置的参数掉电后能长期保存。掉电时保存输出功率，上电时从仪表 输出的功率为前一次掉电时保存的输出功率；全数字自动调校保证长期稳定性；自修 正 a/d 转换器、高精度、低漂移、长期稳定性好；可实现手动/自动控制的切换，切换 是无扰动的。 x 3.主要技术指标： 输入信号：热电阻 pt100,cu100,cu50;热电偶 n，k，e，j，t,s,r,b；模拟信号 dcmv,ma,v;脉冲信号10khz（订货时需要说明）；远传压力电阻 0400，激励电流 0.3m

25、a，液位电阻 04k（订货时需要说明）若特殊输入信号。 显示方式：pv 显示器 4 位数字显示（横式、竖式、f 型：0.56led 红；b 型、c 型、cv 型：0.36led 红）sv 显示器 4 位数字显示（横式、竖式、f 型：0.5led；b 型、 c 型、cv 型：0.36led 绿）。 显示范围：9999999。 输出信号：继电器触点输出 220v/1a（阻性负载，内部电火花消除电路）；pid 控制信号输出。010ma(1000);05v(250k);420ma(750); 15v(250k)；24v/300ma 脉冲电压信号（ssr固态继电器）scr（可控硅过零触 发脉冲）输出 c

26、220v/1a。输出与输入完全隔离，可为变送器提供 24v/50ma 馈电输出。 通讯输出，标准串行双向通信接口：rs-485,rs-232,rs-422。 仪表设置：可对仪表类型、输入范围、显示范围、显示方式、报警类型、报警限 值、pid 控制参数等参数进行设置。 工作条件：环境温度 050，相对湿度85%，仪表电源 ac60260v 或 dc22v350v 全范围、无极性。 精度等级：0.5 重量：470 克 型号及说明：sd-600 第一位：代表仪表外形尺寸。缺省横式 16080140mm；v竖式 80160140mm；f9696105mm；b7272105mm；c9648105mm；c

27、v4 896105mm；g横式 16080140mm（增加二十段光带显示）；gv竖式 80160140mm（增加二十段光带显示）；gf9696105mm（增加二十段光带显示） 。 第二位：代表仪表提供直流电源。缺省仪表不提供 dc24v 直流电源；p1仪表 内部提供 dc24v 直流电源，以配接两线制 420ma 变送器；p2仪表内部独立提供 dc24v 直流电源。 第三位：代表仪表提供的控制输出方式。缺省仪表提供模拟电流输出 （010ma、420ma）；c1仪表提供模拟电压输出（05v、15v）；c2仪表提 xi 供脉冲电压信号（ssr固态继电器）；c3仪表提供 scr（可控硅过零触发脉冲）

28、输 出。 5.25.2 监测仪表监测仪表 根据设计的需要的检测仪表类型为：流量测量仪表，液位测量仪表。根据设计的需要的检测仪表类型为：流量测量仪表，液位测量仪表。 5.2.15.2.1 监测仪表的选型原则监测仪表的选型原则 1.工艺过程的条件 工艺过程的温度、压力、流量、粘度、腐蚀性、毒性、脉动等因素是决定仪表选 型的主要条件，它关系到仪表选用的合理性、仪表的使用寿命及车间的防火、防爆、 保安等问题。 2.操作上的重要性 各监测点的参数在操作上的重要性是仪表的指示、记录、积算、报警、控制、遥 控等功能选定依据。一般来说，对工艺过程影响不大，但需经常监视的变量，可选指 示器；对需要经常了解变化趋

29、势的重要变量，应选记录式；而一些对工艺过程影响较 大的，又需随时监控的变量，应设控制；对关系到物料平衡计算和动力消耗而要求计 量或经济核算的变量，宜设积算；一些可能影响生产或安全的变量，宜设警报。 3.经济性和统一性 仪表的选型也决定于投资的规模，应在满足工艺和自控的要求前提下，进行必要 的经济核算，取得适宜的性能/价格比。为便于仪表的维修和管理，在选型时也要注意 到仪表的统一性。尽量选用同一系列、同一规格型号及同一生产厂家的产品。 4.仪表的使用和供应情况 选用的仪表应是较为成熟的产品，经现场使用证明性能可靠的；同时要注意到选 用的仪表应当是货源供应充沛，不会影响工程的施工进度。 5.2.2

30、5.2.2 流量测量仪表流量测量仪表 流量测量仪表的分类可按不同的原则进行，按测量对象分类可分为封闭管道流量 计和敞开管道流量计两大类，工业过程主要使用封闭管道流量计；按测量目的分为总 量测量和流量测量，即总量表和流量计；按测量原理可分为力学原理、电学原理、声 学原理、热血原理等。 不同类型的流量仪表性能和特点各异，选型时必须从仪表性能、流体特性、安装 条件、环境条件和经济因素等方面进行综合考虑。 xii 仪表性能:精确度，重复性，线性度，范围度，压力损失，上、下限流量，信号输 出特性，响应时间等。 流体特性：流体温度，压力，密度，粘度，化学性质，腐蚀，结垢，脏污，磨损， 气体压缩系数，比热容

31、等。 安装条件：管道布置方向，流动方向，上下游管道长度，管道口径，维护空间， 管道震动，防爆，接地，电、气源，辅助设施等。 环境条件：环境温度，湿度，安全性，电磁干扰，维护空间等。 经济因素：购置费，安装费，维修费，校验费，使用寿命，能耗等。 综上所述，设计中将选用涡轮流量计来测量流量。选用北京华德世纪科技发展有 限公司生产的 lwgy-15 型涡轮流量传感器。lwgy 型涡轮流量传感器是一种精密液体 流量仪表，适用于测量低粘度的介质如水，柴油，汽油等，广泛用于石油、化工、冶 金、供水、造纸、科研等领域的计量与控制。 关于 lwgy-15 型涡轮流量传感器的详细 介绍如下： 1.技术特点 高精

32、度：0.5%fs，1%fs，部分产品最高可达 0.2%fs；最小口径可达：2mm,测量 准确稳定；有耐磨型和耐腐蚀型可供选择；耐压型：最高耐压可达 35mpa,解决工业过 程中大压力的难题；标准产品适用于测量与不锈钢 icr18ni9ti、2cr13 及刚玉、硬质 合金不起腐蚀作用，且无纤维、颗粒等杂质的液体；高粘度液体可现场进行实液标定 后使用，以便保证最高精度；可根据要求定做非标准产品，如低温、高压、高温产品 2.主要技术参数 环境温度：-2050 介质温度：-20120，低温产品可做到50 输出电压幅值：高电平8v,低电平0.8v 供电：脉冲信供电 dc12v10，电流：10ma, 电流

33、 420ma 输出，供电 24vd 传输距离：电流输出型传感器至显示仪表距离可达 700-1000m 3.产品型号 lwgy-15 公称通径为 15(mm)流量范围 0.6-6(/h) 最大工作压力 6.3- 35（mpa）安装形式为螺纹 高精度 0.5，1 4.使用安装 （1）传感器的安装方式根据规格不同，采用螺纹或法兰连接。 （2）传感器可水平、垂直安装，垂直安装时液体方向必须向上。液体应充满管道， 不得有气泡。 xiii (3）安装时，液体流动方向应与传感器外壳上指示流向的箭头方向一致。传感器 上游端至少应有 20 倍公称通径长度的直管段，下游端应不少于 5 倍公称通径长度的直 管段。如

34、：lwgy15，公称通径为 15mm 的流量计，前直管段应大于 30cm，后直管段应 大于 7.5cm。 (4)传感器应远离外界电场、磁场，必要时应采取有效屏蔽措施，以避免外来干扰。 (5)为了检修时不致影响液体的正常输送，建议在传感器的安装处，安装旁通管道。 (6)传感器露天安装时，请做好放大器及插头处的防水处理。 5.2.35.2.3 液位测量仪表液位测量仪表 按测量方法对液位控制仪表的分类为直接式、差压式、浮力式、电气式等。 直接式液位测量仪表：用于就地测量液位，现场显示。 差压式液位测量仪表：对腐蚀、粘稠介质可采用法兰式及带毛细管的差压变送器。 为保证测量的正确，介质的密度应相对稳定。

35、 浮力式液位测量仪表：测量范围有限，一般为 300-2000mm，因此适用于液位波动 较小，密度稳定，介质洁净的场合。浮标式液位计测量范围较大，也适用于易燃、有 毒的介质。 电气式液位测量仪表：电接点式液位计结构简单，价格便宜，可适用于高温、高 压的场合。电容式液位计适宜于有腐蚀、有毒、导电或非导电介质的液位测量，对粘 稠、易结垢的介质，尚可选择带保护极的测量电极。 在设计需要中，介质为水，所以选用差压式的测量仪表即可。其中差压式的测量 仪表可分为投入式、法兰式、插入杆式三种。投入式的适用于非密闭场合液体液位的 检测；法兰式的适用于非密闭场合，尤其是粘稠或浆状介质和浆状强腐蚀性液体液位 的测量

36、。根据设计的需要，可选用投入式差压液位测量仪表。 设计中采用北京泰威智达仪表科技有限公司生产的 tv815 投入式静压液位计。有 关 tv815 投入式静压液位计的详细介绍如下： 1.投入式静压液位计概述 tv815 两线制静压投入式静压液位计采用进口高稳定性硅压阻传感器，配合高性能 专用集成电路，经严格的工艺过程装配而成。具有精度高、抗过载力强、稳定性好等 特点。该系列变送器还具有标准的保护功能，以防止浪涌电压、射频干扰、过电压和 xiv 反极性保护，以确保高可靠性。从而可以广泛地用于非密封场合（敞口容器）的液位 测量，如大坝、水电站、高层水箱、冷却塔、污水处理池、泵站、水厂、水文地质、 石

37、油化工、河流监测等领域。 2.投入式静压液位计工作原理 tv815 静压液位变送器的基本原理，就是利用液体某一深度点的压强 p 与该点至液 面的高度 h 成正比，同液体的密度 成正比，并以当地的重力加速度 g 为比例系数， 即 p=gh 。因液体的密度 与重力加速度 g 已知，为测量出液位 h，只需用压力传 感器测量与知相对的压强 p 即可。再通过变送器电路处理转换成与所受压力液位成正 比的二线制 420 ma 标准信号，从而实现对液位的确测量。 3.特点 两线制；长期稳定性好；安装简便；投入式结构、体积小；抗腐蚀、耐潮湿；可 选 led 数字指示表 4.技术性能 测量范围：01m100m 精

38、 确 度：0.2% ；0.5% 适用介质：与 316l、1cr18ni9ti、丁晴橡胶、氟橡胶、聚氨酯相兼容的液体 补偿温度：-2080 工作温度：-4085（-2070带 led 表头） 温度系数：在温度补偿范围内零点和量程均为 0.15/10 稳 定 性：0.2fs/年 过压极限：用户量程压力值的 3 倍 电源电压：1236v dc，带 led 显示表时为 1536v dc，通常 24v dc 输出信号：420ma dc 最大负载：50(电源电压-u)，带 led 显示表 时 u 为 15，通常 u 为 12 启动时间：2 秒，不需预热 位置影响：任何方向偏离 90，零点变化0.1 振动影

39、响：对于 l0g 峰值，202000hz 条件下影响小于 0.1fs 湿度影响：095相对湿度无影响 防护等级：探头 ip68、表头 ip65 现场指示：31/2 led 数字显示表 电气接口：m201.5 阴螺纹 xv 过程连接：m272 阳螺纹 重 量：1.5kg（电缆除外） 5.外形结构与材料 表头材料：环氧喷涂铸铝外壳 电缆尺寸：8.5 聚氨酯船级导气电缆 探头材料：1cr18ni9ti 不锈钢（24146） 传感膜片：316l 不锈钢 密 封 件：丁晴橡胶、氟橡胶 o 型环 5.35.3 控制阀控制阀 控制阀如果按其执行机构的驱动能源来分可分为气动、电动、液动三大类。 5.3.15.

40、3.1 控制阀的种类控制阀的种类 阀的类型很多，根据结构形式和用途来分，最常用的是直通单座阀、直通双座阀、 蝶阀、角形阀、三通阀、隔膜阀。然而为满足工艺的各种需要，出现了许多新型阀门， 如阀体分离阀、波纹管密封阀、低温阀、小流量阀、偏心旋转阀、套筒阀、o 形球阀、 v 形球阀、高温蝶阀、超高压以及低噪音阀等。 5.3.25.3.2 控制阀的选型控制阀的选型 1.合理选用阀型和阀体、阀内件的材质。主要从被控流体的种类、腐蚀性和粘度、 流体的温度、压力、最大和最小流量及正常流量时的压差等因素来确定。 2.正确确定控制阀的口径。阀的口径确定是根据工艺提供的有关参数，计算出流 量系数来确定。 3.选择

41、合适的流量特性。控制阀的流量特性，考虑对系统的补偿及管路阻力情况 来确定。 4.控制阀的开闭形式确定。开闭形式的确定主要是从生产安全角度出发来考虑。 当阀上控制信号或气源中断时，应避免损坏设备和伤害人员。如事故情况下控制阀处 于关闭位置时危害较小，则选用气开式，反之，应选用气闭式。 综上所述，控制阀选用直通单座阀，设计中选用上海标柏阀门有限公司生产的 zdlp 电子式电动单座调节阀。 zdlp 精小型电子式电动单座调节阀,由 ps 系列和 3610 系列直行程电动执行机构和低流阻直通单座阀组成。电动执行机构为电子式一体化结 xvi 构，内有伺服放大器,输入控制信号(4-20madc 或 1-5

42、vdc)及电源即可控制阀门开度,达 到对压力、流量、液位、温度等工参数的调节。具有动作灵敏、连线简单、流量大、 体积小、调节精度高等特点。zdlp 电子式电动单座调节阀的详细介绍如下： 1.技术规范： 基本设计：gb/t 17213.1 测 试：asme b16.104 2.产品规格： 产品型号：zdlp 尺寸范围：dn15dn300 压力等级：1.66.4mpa 壳体材料：碳钢、不锈钢 适用介质：气体、液体、蒸汽 操作方式：气动 3.技术参数： 固有流量特性:直线、等百分比 工作温度 t():-20200、-40250、-40450、-60450 信号范围(dc):010ma、420ma、1

43、5v、010v 电源电压:220v、50hz 作用方式:电开式(k)、电关式(b) 6 6 仪器仪表的组合安装仪器仪表的组合安装 自控工程设计中，除了确定恰当的控制方案、选择合适的控制工具（测量仪表、 常规二次仪表，dcs 系统、fcs 系统、plc 系统与各种执行机构） 、正确安装仪表之外， 还要正确连接各个控制单元来构成控制系统。 控制系统各个单元之间的信号是通过相互连接的电（管）缆、电（管）线进行传 递的，连接正确则可正确的传递信号，各个单元可按部就班的协调工作，完成预想的 设计目的。如果连接错误，则信号传输错误，相应的接收单元不能接受到相应的信号， 此时各单元不能协调工作，也就不能完成

44、预想的设计目的。因此，仪表的正确连接是 自动控制系统对生产过程实行控制的前提。 仪表连接的内容除了各个单元之间信号的连接之外，还包括仪表工作时所需能量 的连接，即还需要进行仪表电源、气源和液压源的连接。要保证控制系统和仪表的正 xvii 常工作，仪表连接过程中还需要考虑抗干扰和使用安全问题，因此仪表连接还包括信 号电缆屏蔽层接地、仪表接地端子接地等内容。 6.16.1 系统的整体连接系统的整体连接 控制系统的整体连接，即组成控制系统的各个单元的连接。根据各个单元的安装 位置的不同大致分为两部分，即控制室内仪表盘上仪表的相互连接，现场仪表与控制 室仪表的相互连接。控制室内仪表盘上安装的仪表可分为

45、仪表盘盘面安装仪表和仪表 盘面后安装的仪表。现场仪表主要是测量单元和执行器，其连接主要是和控制室仪表 的相互连接。 控制室内仪表（包括仪表盘盘面安装仪表和仪表盘盘后安装的仪表）的连接主要 采用单根电线或单根气管连接，跨仪表盘连接，即可采用单根电线或单根气管连接， 也可采用多芯电缆或多芯管缆连接。 控制室仪表与现场仪表相互连接时必须采用电缆或管缆连接。根据工程的具体情 况，可采用多芯电缆或管缆将若干个信号送到现场或将多个现场仪信号送到控制室内。 6.1.16.1.1 仪表回路接线仪表回路接线 在仪表回路接线图中，根据仪表的安装位置不同可分为现场安装仪表和控制室内 安装仪表，控制室室内安装仪表，控

46、制室室内安装仪表又可分为仪表盘盘面安装仪表 （盘装仪表）和仪表盘盘后架装仪表（架装仪表） 。在仪表回路接线图中，划分了三个 区域，即现场仪表区、架装仪表区和盘装仪表区。 现场仪表区内的检测仪表通常是变送器或各种传感器。采用变送器进行过程变量 测量的通常采用的是两线制连接，加上连接电缆的屏蔽层共有三根连线。架装仪表区 内安装的仪表是多种多样的，通常是一些安全栅、配电器、信号分配器、各种计算单 元、可安装在框架上变送器等。盘装仪表区内安装的仪表通常是一些记录仪、指示仪、 调节器、报警器、按钮、切换开关等设备。 6.1.26.1.2 电缆电缆/ /管缆的连接管缆的连接 控制系统各个组成部分之间的连接

47、，大致可分为两部分，即控制室内仪表的相互 连接与控制室仪表与现场仪表之间、现场仪表与现场仪表之间的相互连接。由于控制 室仪表所处的工作环境相对比较优越，且相互距离比较接近，尤其是一块仪表盘内的 仪表更是如此，因此可用单芯的电线进行相互之间的连接。 相对于控制室仪表来说，现场仪表所处的工作环境就比较恶劣，引向这些仪表的 导线就需要有一定的保护措施，防护措施主要从两个方面加以考虑，即连接导线的电 xviii 气防护措施与机械损伤防护措施，一般导线都不能满足这些要求。另一方面，控制室 和现场之间的距离一般都比较长，例如每个信号都使用单芯的电线进行连接，则势必 增加电线的敷设工作量，造成工程费用开支加

48、大。如果控制室和现场之间相对集中的 信号采用多芯电缆进行连接，则可大大减少电线的敷设工作，所以从控制室引向现场 和从现场引向控制室的电线都需使用电缆。 6.26.2 电缆电缆/ /管缆的敷设与仪表的安装管缆的敷设与仪表的安装 6.2.16.2.1 电缆电缆/ /管缆的敷设管缆的敷设 完成工程方案、仪表整体连接等设计之后，还需要对电缆/管缆敷设进行设计。电 缆/管缆敷设设计部分是对仪表系统整体连接的具体实现，该部分设计内容也是影响自 控工程质量的重要部分。电缆/管缆敷设设计与仪表整体连接设计是紧密相连的两个部 分，每个部分的设计改动都将影响到另外一个部分，因此设计的时应当通盘考虑，即 设计仪表整

49、体连接时要考虑电缆/管缆敷设的可实现性，同样电缆/管缆敷设设计时也 应当考虑对登记表整体连接的影响。 由于具体到某个工程，情况可能是各种各样的，对自控制工程的要求也不近相同。 电缆/管缆敷设过程中主要考虑几个方面的问题，即电缆/管缆的敷设固定、电缆/管缆 敷设的路径选择、什么样的信号共用一条电缆/管缆、什么情况下选用接线箱。这些问 题涉及到生产流程的建筑情况、生产流程设备的布置情况、现场仪表的安装位置布局、 以及生产流程中电气设备的布置情况等。电缆/管缆敷设的设计原则为： （1） 电缆/管缆敷设的距离应当尽量的短，这样可避免信号的过量衰减，减少引入干 扰的可能性，减少建设费用。 （2） 电缆敷

50、设的路径应当尽量避开高温、高粉尘场所，温度过高会影响信号的传递， 粉尘在电缆表面的沉积会影响电缆的散热。 （3） 电缆/管缆敷设的路径应当尽量避开强振动场所，以及存在较大机械损伤可能性 的场所，以避免对电缆/管缆产生的机械损害。 （4） 电缆敷设的路径应当尽量避开大功率用电设备，大功率用电设备周围存在较强 的电磁场，会对电信号产生较强的干扰。 （5） 如果必须在强电磁干扰场所敷设电缆，或不能避开产生机械损伤可能性的场所， 则电缆应当穿保护管敷设。为避免电磁干扰而穿保护管，则保护管应当按接地 原则进行接地。 （6） 如有可能，电缆/管缆应当尽量敷设在建筑物内。 （7） 如果现场仪表的位置相对集中

51、，可以考虑其信号共用一条电缆/管缆。 xix （8） 共用电缆/管缆时，现场应当设置接线箱/接管箱进行信号分接。如果现场仪表 的安装位置不便于仪表维护，尽管不与其他信号共用电缆/管缆，也应当设置接 线箱/接管箱以方便仪表检修。 （9） 不同类型的信号（如电流与毫伏信号）一般不共用一条电缆。 （10）不同性质的信号（如本安信号与非本安信号）不能共用一条电缆。 （11）强电信号与弱电信号不能共用一条电缆。 （12）不同性质的电缆（如本安信号与非本安信号）一般不敷设在同一条电缆桥架内， 如果不能避免则需要采取相应的隔离措施。 （13）需要穿保护管时，一般一条电缆/管缆穿一条保护管，不能多条电缆/管缆穿在 一条保护管内。 （14）电缆/管缆敷设时应当尽量避免穿越建筑物的深缩缝，避免从地下穿越公路、河 流等，如果不能避免则应当采取相应的保护措施。 6.2.26.2.2 仪表的安装仪表的安装 仪表的安装可分为两部分，即控制室内仪表的安装和现场仪表的安装。仪表的安 装必须由专业人员进行。控制室内安装的仪表，仪表盘盘面安装仪表一般是各种控制 器、记录仪、指示仪表等等。这类仪表的安装方式都是在仪表盘上开一个孔，将仪表 尾部从仪表盘正面插入，然后用随仪表带来的卡夹将其固定。对于现场仪表安装要注 意两方面的内容，即仪表的安装位置和仪表的安装方式。 现场仪表的安装位置的决定，对于仪