过程控制第一节

1、过程控制Email:1教学安排学时：60首选教材：自动仪表与过程控制 （第三版）电子工业大学出版社 2003 二选教材：过程控制系统及设计 相关理论和基础知识：电子技术基础、微机原理、自动控制理论 2课程教学目的了解过程控制仪表的原理以及发展方向了解过程控制系统设计整定方法。最终掌握根据生产工艺要求选择仪表组成自动控制系统的方法。 3 第一章 緒论 （3学时） 11 基本慨念和性能指标12 计量与标准化技术13 系统结构与信号体制14 安全性与可靠性15 自动仪表与装置的发展4第一节基本慨念和性能指标 过程：即完成物理或化学变换或一系列这种变换的一组操作。 任何生产过程都有：物质流程信息流程5

2、典型的工业生产过程连续生产过程：固体和纤维状产品的生产。如纺织、造纸、炼油轧钢等非连续生产过程：生产过程是循环运货或流水作业。如机械、电子、仪表、轻工等。粉料物质的加工生产过程：机水泥、制药、饮料等的生产过程。物料输送和调度管理生产过程：油田开采、天然气的长管输送、城市下水道的集中管理等。6自动化仪表装置实现测量和控制的技术工具自动化系统具有信息的获取、转换、显示、处理、传送、执行等功能的自动化仪表及装置的组合体。7系统元件定义：工业过程检测控制仪表及装置。分类：信息获取类（检测类）信息转换类（转换类）信息显示类（显示类）信息处理类（计算类）信息传送类（传送类）信息执行类（执行器类）连锁保护类

3、其他类8自动化仪表及装置的性能指标性能指标过程控制系统的性能指标9自动化仪表及装置的性能指标仪表的性能指标：使用方面：操作维修性、安全可行性、防护能力、重量和体积等。经济方面：功耗、价格、使用寿命等技术方面：基本误差、精度等级、变差、灵敏度、量程、响应时间、漂移等。10(1)基本误差绝对误差：是指仪表的指示值与被测量的真值之间的差相对误差：是指仪表指示值的绝对误差与被测量真值的比值。引用误差：是指仪表指示值的绝对误差与仪表量程之比。最大引用误差：是指示值的绝对误差的最大者与量程的比值的百分数。也称为仪表的基本误差。它反映了仪表的主要质量指示的仪表的测量精确程度。11(2)测量范围与量程测量范围

4、：是指仪表可以进行测量的被测变量的范围范围下限：测量范围的最低值范围上限：测量范围的最高值量程：测量范围的上限与测量范围的下限的代数差。12(3)标尺特性曲线线性标尺：标尺特性曲线为直线。非线性标尺：标尺特性曲线为曲线。零点迁移：改变测量范围后，特性曲线有平移而斜率不变。量程迁移：改变测量范围后，特性曲线的斜率发生变化，起点不变。仪表的输入输出关系曲线13零点迁移和量程迁移示意图14(4)精度等级定义：基本误差作为 判断等级的尺度。结论：精度等级的数字越大，仪表的精度越低。例： 基本误差0.5% 精度为0.5级15(5)灵敏度与分辨率灵敏度定义：仪表单位输入量的变化与其所引起的输出量的变化之比

5、值叫做仪表的灵敏度。分辨率定义：是指仪表的指示值可以响应与分辨的最小输入量的变化。16(6)滞环、死区和变差变差：两线间的最大差值灵敏限：是输入值要大于某一限度才会引起输出的变化。这种限度叫灵敏限。17(7)重复性和再现性重复性: 是指在同一工作条件下，按同一方向上升或下降连续多次测量同一输入值时，其输出值的一致性程度。再现性: 在上升和下降曲线之间，选择其离散程度最大的点，叫再现性。再现性包括了滞环和死区，也包括重复性。18重复性和再现性19(8)可靠性仪表的可靠性用有效度表示有效度平均无故障工作时间平均修复时间平均无故障工作时间20(9)响应时间当仪表在输入阶跃变化时，仪表的输出从一处稳态

6、到另一个稳态值（常取其90%）所需的时间。21(10)时间常数和时滞时间常数：指当由阶跃输入引起一阶线性系统的飞升输出时，完成总飞升或下降的63.2%所需的时间。时滞：指从输入量产生变化的瞬间开始到它所引起的输出量开始变化的瞬时为止的时间间隔。22过程控制系统的性能指标指生产过程对控制的要求：稳定性准确性快速性通常在闭环控制系统的阶路响应曲线上，用一系列指标来表征这些要求。23(1)衰减比和衰减率衰减比：是表示振荡过程衰减程度的指标。等于相邻的同相波峰值的比。24闭环控制系统的阶跃响应25(1)衰减比和衰减率衰减比：是表示振荡过程衰减程度的指标。等于相邻的同相波峰值的比。衰减率：每经过一个周期

7、之后，波动幅度衰减的百分数。衰减比与衰减率二者有对应关系： 如 n=4:1 则=75%26(2)最大偏差（动态偏差）被控参数偏离稳定值的最大偏差值。27闭环控制系统的阶跃响应28(2)最大偏差（动态偏差）过度过程结束后，被调量的稳态值y()与设定值r之间的差值被控参数偏离稳定值的最大偏差值。(3)残余偏差（静态偏差）29闭环控制系统的阶跃响应30(4)调节时间（过渡时间）调节时间：指从过渡过程开始到结束所需的时间。实际中，一般指当被调量进入其稳态值的5%范围内，就认为是过度过程结束。反映了控制系统的快速性。31闭环控制系统的阶跃响应32(4)调节时间（过渡时间）调节时间：指从过渡过程开始到结束

8、所需的时间。实际中，一般指当被调量进入其稳态值的5%范围内，就认为是过度过程结束。反映了控制系统的快速性。误差积分：指过渡过程中被调量偏离其稳态值的误差沿时间轴的积分。33误差积分 (其中 )误差积分（IE）：绝对误差积分（IAE）：平方误差积分（ISE）：时间与绝对误差乘积积分(ITAE)：34第二节计量与标准化技术 计量：包括确定统一的计量单位制，研究计量基准器，制定计量法令，检定规程，计量器具管理，计量学理论，测量方法，进行测试等工作。 标准化技术： 国际标准化机构IEC/TC65和ISO/TC30 我国标准化技术采用国际标准与国际惯例接轨35第三节系统结构与信号体制过程计算机控制系统典

9、型结构：36过程计算机控制系统分类监督计算机控制系统分散控制系统操作指导控制系统直接数字控制系统37信号体制与传输方式信号体制（信号标准）： 是指在成套仪表系列中，仪表之间采用什么样的统一信号来进行联络和传输。优点：可以使同一系列的各类仪表组成系统可以通过转换器，将不同系列的仪表连接起来由于各种参数被转换为统一信号，各类仪表同其他控制系统的先进技术工具可以配合使用。38联络信号气动控制仪表电动控制仪表过程控制系统用模拟气动信号3940联络信号气动控制仪表电动控制仪表电模拟信号体制数字信号频率信号过程控制系统用模拟气动信号4142联络信号气动控制仪表电动控制仪表电模拟信号体制数字信号频率信号过程

10、控制系统用模拟气动信号五单位码ASCII码GB2312信息交换汉字码编字符集434445联络信号气动控制仪表电动控制仪表电模拟信号体制数字信号频率信号过程控制系统用模拟气动信号五单位码ASCII码GB2312信息交换汉字码编字符集46信号传输方式电流信号传输47电流信号传输由得传输误差48信号传输方式电流信号传输电压信号传输49电压信号传输由得传输误差50信号传输方式电流信号传输变送器与控制室仪表之间的信号传输四线制传输二线制传输电压信号传输51变送器与控制室仪表之间的信号传输52第四节安全性与可靠性仪表防爆途径:结构防爆（隔离防爆）采用严密的外壳向外壳里输送洁净的压缩空气在外壳里充油在电路和

11、外壳间的空隙里充填石英砂本安防爆安全栓53仪表防爆等级安全火花型（H）、隔爆型（B）、安全型（A）HeB3dAB3d54可靠性可靠性：是指仪表在规定的条件下无故障地完成其规定功能的能力。衡量仪表装置可靠性的指标：可靠度不可靠度失效密度失效率平均寿命55(1)可靠度可靠度函数：P表示概率 56(2)不可靠度不可靠度函数：P表示概率可靠度与不可靠度的关系57(3)失效密度物理意义：在单位时间内，于时刻t失效的概率成批仪表，表示寿命有tt+t之间的台数占总台数的百分比单台，表示单位时间内，在tt+t之间发生故障的次数占试验总次数的百分比58(4)失效率 正常工作到t时刻的仪表，在t时刻后的单位时间内

12、发生失效的概率。59(5)平均寿命MTTF：对不可修复产品，指产品从开始工作到发生失效前的平均工作时间。MTBF：对可修复产品，指产品相邻故障之间的平均工作时间。60平均寿命：寿命T的数学期望E（T）设寿命T的概率分布平均寿命用可靠度R（t）计算61系统可靠性系统：由若干组件按一定结构组合而成，并能完成某种功能的总体。系统与单元之间的关系：串联系统并联系统混联系统冗余系统子系统： 系统的组件、部件称作“单元”或“子系统”。62(1)串联系统串联系统S由n个单元元件串联组成，只要其中任意一个失效，则整个系统失效。63事件Ai表示各单元器件正常。事件AS表示系统正常正常事件的概率，即是可靠度函数当系统和单元服从负指数分布时，系统的平均寿命为64(2)并联系统并联系统S由n个单元元件并联组成，只要其中任意一个元件正常工作，则整个系统正常工作。只有当所有单元失效时系统才失效。65事件Ai表示各单元器件失效。事件AS表示系统失效不可靠度函数当系统和单元服从负指数分布时，系统的平均寿命为可靠度函数并联系统66(3)混联系统应用串联或并联系统的可靠度公式可算出混联系