化工仪表及自动化复习(制药)

1、 给定值给定值x 偏差偏差e控制器输出控制器输出p操纵变量操纵变量p被控变量被控变量y调节阀调节阀反应器反应器温度测量元件温度测量元件变送器变送器控制器控制器测量值测量值 z干扰作用干扰作用f+被控对象为反应器被控对象为反应器; 图示为反应器温度控制系统示意图。图示为反应器温度控制系统示意图。A、B两种物料进入反应器反应，通过改变两种物料进入反应器反应，通过改变冷却水流量来控制反应器内的温度恒定。冷却水流量来控制反应器内的温度恒定。试画出该温度控制系统的试画出该温度控制系统的方框图方框图，并指出，并指出该控制系统中的该控制系统中的被控对象被控对象、被控变量被控变量、操操纵变量纵变量及及可能的扰

2、动可能的扰动各是什么各是什么?被控变量为反应器内温度被控变量为反应器内温度;操纵变量为冷却水流量操纵变量为冷却水流量;主要干扰有：进入反应器的主要干扰有：进入反应器的A、B物料流量、温度、浓度；物料流量、温度、浓度； 夹套入口冷却水温度、压力；夹套入口冷却水温度、压力； 搅拌器转速等。搅拌器转速等。图图1-13 1-13 阶跃干扰作用阶跃干扰作用X X？ 第二节第二节 对象数学模型的建立对象数学模型的建立 1QhK1QKh 从加入输入作用后，经过从加入输入作用后，经过3 3T T时间，液位已经变化了全部时间，液位已经变化了全部变化范围的变化范围的9595，这时，可以近似地认为动态过程基本结，这

3、时，可以近似地认为动态过程基本结束。所以，时间常数束。所以，时间常数T T是表示在输入作用下，被控变量完成是表示在输入作用下，被控变量完成其变化过程所需要的时间的一个重要参数。其变化过程所需要的时间的一个重要参数。P29P29 采用阶跃干扰的优点：采用阶跃干扰的优点： 这种形式的干扰比较突然、这种形式的干扰比较突然、危险，且对被控变量的影响危险，且对被控变量的影响也最大。如果一个控制系统也最大。如果一个控制系统能够有效地克服这种类型的能够有效地克服这种类型的干扰，那么一定能很好地克干扰，那么一定能很好地克服比较缓和的干扰。服比较缓和的干扰。 这种干扰的形式简单，容易这种干扰的形式简单，容易实现

4、，便于分析、实验和计实现，便于分析、实验和计算算。图图1-8 1-8 阶跃干扰作用阶跃干扰作用 当自动控制系统的当自动控制系统的( (给定或干扰给定或干扰) )输入是阶跃变化时，系输入是阶跃变化时，系统的过渡过程统的过渡过程: :(1)(1)非周期衰减过程非周期衰减过程: :(2)(2)衰减振荡过程：衰减振荡过程： 被控变量在给定值的被控变量在给定值的某一侧做缓慢变化某一侧做缓慢变化，没没有来回波动有来回波动，最后稳定，最后稳定在某一数值上。在某一数值上。 被控变量被控变量上下波动上下波动，但，但幅度逐渐减少幅度逐渐减少，最后稳，最后稳定在某一数值上。定在某一数值上。(4)(4)发散振荡过程：

5、发散振荡过程：(3)(3)等幅振荡过程：等幅振荡过程： 发散振荡、等幅振荡过程属于发散振荡、等幅振荡过程属于不稳定过程不稳定过程； 非周期衰减与衰减振荡过程属于非周期衰减与衰减振荡过程属于稳定过程稳定过程。 被控变量在给定值附近被控变量在给定值附近来回波动，且来回波动，且波动幅度保波动幅度保持不变。持不变。 被控变量来回波动，且被控变量来回波动，且波动幅度逐渐变大波动幅度逐渐变大，即偏，即偏离给定值越来越远离给定值越来越远 。自动控制系统在阶跃干扰作用下过渡过程的四种形式自动控制系统在阶跃干扰作用下过渡过程的四种形式非周期衰减过程非周期衰减过程衰减震荡过程衰减震荡过程等幅震荡过程等幅震荡过程

6、发散震荡过程发散震荡过程X X？对于控制质量要求不高对于控制质量要求不高的场合，如果被控变量的场合，如果被控变量允许在工艺许可的范围允许在工艺许可的范围内振荡（主要指在位式内振荡（主要指在位式控制时），才可采用。控制时），才可采用。 t ty yA ABCt ty yA ABBC 例题例题解解：最大偏差最大偏差A A230-200230-2003030；余差；余差C C205-200205-200；由图上可以看出，第一个波峰值由图上可以看出，第一个波峰值B B230-205230-2052525，第二个波峰值第二个波峰值BB21021020520555，故衰减比应为故衰减比应为B:BB:B25

7、:525:55:15:1；振荡周期为同向两波峰之间的时间间隔，振荡周期为同向两波峰之间的时间间隔，故周期故周期T T20-520-51515（minmin）29 %100max测量范围下限值测量范围上限值相对百分误差相对百分误差允许误差允许误差%100测量范围下限值测量范围上限值差值仪表允许的最大绝对误允允许误差去掉允许误差去掉“”和和“%”，就，就是仪表的是仪表的“精度等级精度等级” 小结小结 %100测量范围下限值测量范围上限值差值仪表允许的最大绝对误允%7 . 0%100010007允 大气压力绝对压力表压pppp表P真P绝P绝大气压力线大气压力线绝对压力的零线绝对压力的零线绝对压力大气

8、压力真空度ppp测量压力或真空度的仪表按照其转换原理的不同，分为四类测量压力或真空度的仪表按照其转换原理的不同，分为四类。 以测量流体流过的质量以测量流体流过的质量M为依据的流量计。质量流量计分为依据的流量计。质量流量计分直接式和间接式两种。直接式和间接式两种。 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 P54 ppgHpp21将差压变送器的一端接液相，另一端接气相将差压变送器的一端接液相，另一端接气相因此因此gHppp21 同时改变了测量范围的上、下限，相当于测量范同时改变了测量范围的上、下限，相当于测量范围的平移，它不改变量程的大小。围的平移，它不改变量程的大小。P40-P40-图图3-

9、403-40 标准仪表、实用仪表标准仪表、实用仪表 由三部分组成：热电偶；测量仪表；连接热由三部分组成：热电偶；测量仪表；连接热电偶和测量仪表的导线。电偶和测量仪表的导线。 图图3-633-63 热电偶冷端温度保持热电偶冷端温度保持的方法的方法 在中、低温区，一般是使用热电阻温度计来进行温度的在中、低温区，一般是使用热电阻温度计来进行温度的测量较为适宜。测量较为适宜。 是由热电阻（感温元件），显示仪表是由热电阻（感温元件），显示仪表（不平衡电桥或平衡电桥）以及连接导线所组成。（不平衡电桥或平衡电桥）以及连接导线所组成。 能将生产过程中各种参数进行能将生产过程中各种参数进行指示、记录或累积指示、

10、记录或累积的仪表。的仪表。 显示仪表一般都装在控制室的仪表盘上。它和显示仪表一般都装在控制室的仪表盘上。它和各种各种测量元件或变送单元测量元件或变送单元配套使用；又能与配套使用；又能与控制单元控制单元配套配套使用使用 模拟式显示仪表模拟式显示仪表数字式显示仪表数字式显示仪表屏幕显示式仪表屏幕显示式仪表n 控制器是控制系统的核心控制器是控制系统的核心。 n 控制器的作用：控制执行器，改变操纵变量，使被控变量控制器的作用：控制执行器，改变操纵变量，使被控变量符合生产要求。符合生产要求。 n 控制器在闭环控制系统中将控制器在闭环控制系统中将检测变送环节传送过来的信息检测变送环节传送过来的信息与被控变

11、量的设定值比较与被控变量的设定值比较后得到后得到偏差偏差，然后根据偏差按照，然后根据偏差按照一定的控制规律进行运算，最终一定的控制规律进行运算，最终输出控制信号输出控制信号作用于执行作用于执行器上。器上。控制器的控制规律是指控制器的控制规律是指 控制器的输出信号与输入信号之间的关系。控制器的输出信号与输入信号之间的关系。 xzfefp %100/minmaxminmaxpppxxe p 根据不同的使用要求，控制阀的结构形式很多，主要类根据不同的使用要求，控制阀的结构形式很多，主要类型如下：型如下： LlfQQmax 。 主要从工艺生产上安全要求出发主要从工艺生产上安全要求出发。信号压力中断时，

12、信号压力中断时，应保证设备和操作人员的安全。如果阀处于打开位置时危应保证设备和操作人员的安全。如果阀处于打开位置时危害性小，则应选用气关式，以使气源系统发生故障，气源害性小，则应选用气关式，以使气源系统发生故障，气源中断时，阀门能自动打开，保证安全。反之阀处于关闭时中断时，阀门能自动打开，保证安全。反之阀处于关闭时危害性小，则应选用气开阀。危害性小，则应选用气开阀。 图图6-1 6-1 液位控制系统液位控制系统图图6-2 6-2 温度控制系统温度控制系统图图6-36-3简单控制系统的方块图简单控制系统的方块图 简单控制系统由四个基本环节组成，即简单控制系统由四个基本环节组成，即被控对象、被控对

13、象、测量变送装置、控制器和执行器测量变送装置、控制器和执行器。 在该系统中有着一条从系统的输出端引向输入端在该系统中有着一条从系统的输出端引向输入端的的反馈路线反馈路线，也就是说该系统中的控制器是根据被，也就是说该系统中的控制器是根据被控变量的控变量的测量值与给定值的偏差测量值与给定值的偏差来进行控制的。来进行控制的。 第二节第二节 简单控制系统的设计简单控制系统的设计二、操纵变量的选择二、操纵变量的选择 最常见的操纵变量是介质的流量最常见的操纵变量是介质的流量。操纵变量操纵变量?系统的干扰系统的干扰?通过工艺分析通过工艺分析确定确定 控制器的正反作用是关系到控制系统能否正常运控制器的正反作用是关系到控制系统能否正常运行与安全操作的重要问题。要通过改变控制器的正、行与安全操作的重要问题。要通过改变控制器的正、反作用，以保证整个控制系统是一个具有负反馈的闭反作用，以保证整个控制系统是一个具有负反馈的