术语和指标市公开课一等奖省赛课获奖课件

第二章术语和指标术语和指标第1页

第一节名词术语一、调整与控制

有三种了解，本书以第一个了解为准，即控制包含了调整，凡是用到“调整”字眼一律改为控制。术语和指标第2页术语和指标第3页二、变送器变送器指经过检测元件(传感器)接收被测变量(参数)信号并将它转换成通用标准输出信号仪表。变送器与传感器主要区分是变送器输出是标准信号，而传感器输出信号则不一定是标准。

术语和指标第4页三、被调对象和被调参数工业生产用到各种设备，多半有物质或能量进出。比如，水箱就是有物质进出设备，电动机就是有能量进出设备，热交换器就是现有物质又有能量进出设备。为了确保这些设备工作在安全经济状态，必须对其中某个参数进行调整，如水箱里液位、电动机转速、热交换器出口温度等。这些参数就是“被调参数”，或称为“被调变量”、“被控变量”，相关设备就是“被调对象”或“被控对象”。术语和指标第5页四、设定值设定值也叫给定值，是为了到达安全高效生产目标，希望被调参数保持数值。假如实际被调参数偏离了这个值就需要进行调整，而调整最终止果应该将它调回到这个目标值上来。假如设定值是恒定不变，希望自动调整系统把被调参数维持在恒定数值上，这么自动调整称为“定值调整”。假如设定值随时间连续改变，希望被调参数靠自动调整系统跟着设定值一起改变，这么自动调整就称为“随动调整”。术语和指标第6页五、扰动假如被调对象和外界没有物质或能量进出，或者虽有进出却处于稳定平衡状态，就没必要进行调整。比如：当水箱没有液体进出时，其液位永远不会改变。即使有进有出，不过进出平衡时，液位也不会改变。电动机电源和负载都稳定时，其转速不会改变。热交换器进口流量、温度、出口流量都不变时，出口温度也不会改变。术语和指标第7页但实际运行中生产设备总免不了受到各种各样干扰。比如：负载改变、电源电压波动、原料质量或数量改变，甚至环境条件改变等，归根到底是物质流或能量流波动，这些都会破坏被调参数稳定。全部这一切对稳定不利消极原因统称为“扰动”。假如扰动产生在系统内部，称为内部扰动；反之，当扰动产生在系统外部时，则称为外部扰动。外部扰动是系统输入量。术语和指标第8页六、偏差出现扰动结果是使被调参数偏离设定值。偏离程度用“偏差”大小来衡量，偏差方向用偏差符号来表示。比如，被调对象是过热器，被调参数是温度，设定值是540℃，实际温度是535℃，偏差就是－5℃。反之为+5℃。由此可见，偏差定义是：偏差=实际被调参数－设定值(2-1)或偏差=设定值－实际被调参数(2-2)术语和指标第9页假如是人工调整，首先应该判断被调参数是否适当，才能决定要不要加以调整，往哪个方向调整，调整多少。实际上就是依据偏差指导人调整行为，从而及时有效地抑制扰动，使被调参数恢复正常。自动调整也是如此，只不过是用检测仪表代替人观察，用自动调整器里运算代替人判断和决议，用执行器代替人手操作。总之，偏差是调整动作依据。偏差有没有决定要不要调整，偏差正负决定往哪个方向调整，偏差大小决定调整多少。绝大多数自动调整任务实质上就是要使偏差自动降低甚至消除。经过自动调整，假如仍没有把偏差完全消除，则其剩下部分叫做“残余偏差”，也叫“余差”或“静差”。

术语和指标第10页七、PID控制PID控制表示百分比(P)-积分(I)-微分(D)控制，理想PID控制数学表示式为：

(2-3)式中：为控制器输出；为控制器输入(测量值与设定值差值，即偏差)；为控制器百分比增益；TI为积分时间；TD为微分时间。术语和指标第11页所谓增益，是指调整器输出相对改变量与对应输入相对改变量之比。有时也用百分比度或百分比带或表示百分比作用强弱，百分比带等于增益倒数乘以100％

术语和指标第12页积分时间定义：当PI调整器输入变量为阶跃改变时，自阶跃起始到输出变量到达施加阶跃时刻输出值两倍时为止时间。也能够了解为：在偏差阶跃输入作用下，调整器输出到达百分比输出两倍时所经历时间，即为积分时间。

术语和指标第13页微分控制依据偏差改变速度来动作，它输出与输入偏差改变速度成百分比，其作用是阻止被控变量一切改变，有超前调整作用，对滞后大对象有很好效果。

术语和指标第14页八、操纵变量操纵变量也称调整变量或操作量、控制变量、控制量。决定被控变量物理量称为操纵变量，或由控制(调整)作用改变去控制被控变量物理量称为操纵变量。操纵变量是调整器对生产设备施加影响以抑制扰动操纵信号。有相当多调整器用于调整管路里流体，其操纵变量决定阀门开度，这时操纵变量也叫“阀位指令”。术语和指标第15页九、前馈调整与反馈调整反馈调整是依据被控变量偏差进行调整。当系统受到扰动后，只有等到被控变量改变并出现偏差时调整器才起作用，而被调对象总是存在惯性和拖延，所以从扰动出现到被控变量出现偏差要有一定时间，故调整作用落后于扰动，调整过程中必定会产生动态偏差。前馈调整不是依据偏差而是依据扰动进行调整，所以，前馈调整就有可能及时地消除扰动影响而使被控变量基本保持不变。直接依据造成被控变量偏差原因进行调整称为前馈调整。术语和指标第16页十、正作用和反作用假如调整器输出变量随被控变量增大而增大，就叫做正作用。反之，若调整器输出变量随被控变量增大而减小，就叫做反作用。

设置调整器正反作用目标是确保控制系统成为负反馈。负反馈准则要求控制系统开环总增益为正，因为系统已设计为负反馈，所以系统各步骤放大倍数乘积（即开环系统放大倍数K）为正才能确保负反馈。

术语和指标第17页十一、检定与校准运行中测量仪表因为各种原因，可能会造成测量性能改变，因而有必要对其进行定时检定和校准。检定是为评定测量仪表测量性能(准确度、稳定度、灵敏度等)，并确定其是否合格所进行全部工作。校准也称校验，是确定测量仪表示值误差(必要时也包含确定其它测量性能)全部工作。

术语和指标第18页十二、手持终端手持终端也称（远程）通信器、手操器、编程器或组态器，是一个由干电池供电能够随身携带专用计算机，它功效极强，能够远距离对单回路调整器、智能变送器、智能执行器进行组态、校验、运行监视、事故诊疗和修改操作。它外形如同放大了计算器或手机，通信距离普通可远达1.6km。术语和指标第19页十三、现场总线现场总线是安装在生产现场仪表和控制室内仪表或装置之间数字式串行通信链路。安装在生产现场仪表和控制室内（上位机）之间电缆（双绞线、同轴电缆、光缆），也称串行通信链路。术语和指标第20页十四、组态对于数字控制仪表，组态能够分为两个主要方面：硬件组态(又叫配置)和软件组态。硬件配置对不一样系统差异甚大，而且普通是依据现场详细要求而定。比如，智能变送器LCD液晶显示器或本机调整装置，就是可选择使用硬件配置，即依据实际工作情况进行取舍。术语和指标第21页软件组态内容比硬件配置丰富得多，它有DCS组态、变送器组态和执行器组态DCS组态包含：数据库生成历史库生成图形生成控制组态生成DCS组态（或控制器组态）就是向用户存放器中增加、修改和删除功效块操作。术语和指标第22页变送器组态包含：变送器标签号输出形式阻尼时间常数工程单位上限值下限值把这些数据参量写到变送器存放器之中称为变送器组态术语和指标第23页执行器组态包含：阀位校验阀位限值力矩限值由此看来，所谓软件组态就是对存放器写入操作。硬件组态——硬件选择与配置软件组态——是对存放器写入操作。术语和指标第24页第二节性能指标一、准确性（准确度）仪表准确性用准确度表示，准确度是变送器最主要技术指标，它是指仪表在要求参比工作条件下最大基本误差。变送器基本误差是以引用误差最大值来表示，引用误差δ计算公式为术语和指标第25页绝对误差某采购员分别在三家商店购置100kg大米、10kg苹果、1kg巧克力，发觉均少约0.5kg，问：该采购员对哪个商店意见最大？是何原因？术语和指标第26页比如某温度计刻度由-50℃～200℃，即其测量范围为250℃，若在这个测量范围内，最大测量误差不超出2.5

℃？其相对百分误差δ为多少？术语和指标第27页用准确度表示，即“相当于被测变量真实值正确量度”。假如量程为100℃，准确度为±0.5％，求绝对误差。绝对误差即测量值与真实值误差绝对误差=±0.5％×100℃＝±0.5℃二、线性误差、变差和重复性线性误差有时也叫非线性误差，它是指校验曲线和对应直线（线性曲线）之间最大偏差;术语和指标第28页线性曲线校验曲线术语和指标第29页变差也叫回差，它是指输入上升和下降时，同一输入值两个对应输出值之间最大偏差。这里要注意是，输入上升一定要从0％开始上升，一样输入下降一定要从100％开始下降。假如输入只在被校点上下稍稍改变一下，则所得变差是不正确，不是仪表最大变差;术语和指标第30页术语和指标第31页术语和指标第32页重复性误差又称复现性误差，它是指在同一工作条件下，对同一输入值按同一方向连续屡次测量差值。术语和指标第33页术语和指标第34页术语和指标第35页灵敏度术语和指标第36页术语和指标第37页术语和指标第38页三、MTBF平均无故障工作时间（MTBF）是仪表两次故障间隔内有效工作时平均值。设有N个控制仪表经受试验，在时间T内仪表故障总次数（失效总次数）为NF

，则观察到MTBF为

（2-6）术语和指标第39页【例2-1】某电厂仪表班负责维修80台变送器，它平均无故障时间MTBF为5000h,试估算一年内维修变送器工作任务。解依据式（2-6）可求出一年内维修变送器工作任务，设一年工作时间T=24×365=8760h,则术语和指标第40页四、电磁兼容性按照国际上普通说法，电磁兼容性定义是：“电子系统在要求电磁环境中按照设计要求而工作能力”。术语和指标第41页仪表里电子线路就是上述电子系统，它必须和附近其它电子设备共处，彼此不产生有害影响，而自然界雷电和地磁等环境对仪表电路也不应该有妨碍，这就是在电磁环境中相互兼顾、相互容忍意思。仪表是测量和处理微小信号，附近强电设备产生电磁波和自然界雷电都有很大干扰能量，必须使仪表具备足够抗干扰能力，才能抑制外界干扰，确保正常发挥其本身功效，所以仪表电磁兼容性实质上就是抗干扰问题。术语和指标第42页五、耐环境影响性热工控制仪表并不都是安装在单元控制室里。从今后发展来看，绝大部分仪表都要安装在现场。现场安装仪表及处于运输、保留中仪表，可能受到高温、严寒、高湿、强腐蚀、猛烈振动等危害。仪表是精密设备，对环境原因十分敏感。仪表是为取得信息而工作，在不良环境下，尽管未对仪表造成损坏，但其输出信号丧失了准确性，也失去了意义，尤其是直接参加生产过程自动化仪表，如因不耐环境而提供了虚假信号，后果将是很严重。仪表制造厂在产品说明中给出性能指标，很多都是属于耐环境设计方面，如环境温度、环境湿度、工作压力(大气压力下)、电源电压变动影响和电磁辐射干扰等。术语和指标第43页在恶劣环境下使用热工控制仪表，其