自动控制设备知识

热工自动装置检修主讲人：李晓明东北电网公司大连培训中心

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控制设备主要内容检测仪表及变送器调节器执行器自动控制设备概论自动控制设备知识自动控制设备知识自动控制设备概论自动控制设备是实现生产过程自动化的工具，其中，检测仪表和变送器对过程参数进行测量和信号转换，显示仪表用于指示和记录，调节器、运算器和监控器对被调参数进行运算和监控，执行器和调节机构执行系统指令，使生产过程按要求执行。自动控制设备的分类：一、按使用能源分：气动式、液动式、电动式等。电动式：以电能为能源，其特点是信息传递速度快，动作迅速，便于信号远传、综合和控制。以压缩空气为能源，工作可靠、结构直观，便于维护、价格较低、性能稳定、动作平稳、抗干扰能力强、尤其适用于防火防爆的场合，但信号传递速度慢、传送距离短、气源装置复杂、不利于与工业控制机相连。以高压液体为能源，其特点是结构简单、工作可靠、功率大、但动作缓慢、体积大、笨重。气动式仪表的特点：液动式仪表的特点：仪表特点二、按结构形式分：基地式：安装在就地，以指示记录为主。单元组合式及组件组装式：仪表的各功能部件自成一个独立的单元，可根据需要组成各种复杂的控制系统，各单元之间采用统一的标准信号相连。计算机分散式：以微处理器为核心，对生产过程分散控制和集中监视、操作及管理的系统。P116Je3C2131简述气动仪表的优缺点。答：气动仪表的优点是：工作可靠、防火防爆、便于维护、价格较低、抗外界干扰能力强等。

缺点是：传递速度慢，传送距离短，起源装置复杂，与工业控制机的联系不方便等。

习题电动单元组合仪表（DDZ-II、DDZ-III）检测仪表及变送器

DDZ-IIDDZ-III晶体管电路线性集成电路交流分散供电220V.AC直流集中供电24V.DC现场信号采用0~10mA.DC现场信号采用国际标准信号4~20mA.DC本质防爆安全火花型防爆相同点：基本功能单元及调节规律是相同的。热工自动装置检修工职鉴前培训东北电网公司大连培训中心电动单元组合仪表的单元分类变送单元：包括温度、压力、流量、液位等变送器。转换单元：包括频率转换器、气-电转换器、电-气转换器毫伏转换器等。计算单元：用于实现信号的加、减、乘、除、开方等运算。显示单元：用于对被测参数进行指示、记录、积算、报警等。81热工自动装置检修工职鉴前培训东北电网公司大连培训中心给定单元：可输出统一的标准信号，有恒流给定器和分流器等。调节单元：将被调量的测量值与给定值进行比较，并按一定规律给出调节信号，控制执行机构。辅助单元：用来提高系统组合方式的灵活性，有操作器、阻尼器、限幅器等。执行单元：完成系统调节功能或远方操作。电动单元组合仪表的单元分类辽宁省电力有限公司大连培训中心

热工自动装置检修工职鉴前培训东北电网公司大连培训中心DBW型温度变送器组成:输入回路自激震荡式调制放大器负反馈回路I00~10mAt,ΔtEt,RtUεUiUf输入回路自激震荡式调制放大器负反馈回路输入回路4、自检功能。3、进行零点迁移及调整；2、实现冷端温度自动补偿；1、将热电势、热电阻或其它毫伏信号值转换成数值范围统一的直流毫伏信号送到放大器；自激震荡式调制放大器：负反馈回路：量程调整信号的调制放大②①③④⑤⑥⑦EtRtW2W36VK1工作检查输入回路原理图RcuR24热工自动装置检修工职鉴前培训东北电网公司大连培训中心温度变送器的调整参数W1：在负反馈回路中，改变量程W2：调节桥臂电阻，进行零点迁移和调零W3：调整桥臂电流，保证正常工作W4：调整放大器的开环放大倍数，消除低频震荡P36Lb3A3104有一个与热电偶配套使用的测温变送器，当热电偶断电后，温度变送器的输出为()。(A)小于下限值；(B)某一数值；(C)大于上限值；(D)保持原有信号。

P84Je3B3265DBW型温度变送器输出抖动。经查其原因是由于产生了低频振荡，适当调整电位器减少开环放大倍数，故障现象消除。()

习题C√P116Je3C3133DDZ-Ⅲ型仪表与DDZ．Ⅱ型仪表相比，有哪些主要特点?习题答：有5个主要特点：(1)采用线性集成电路。(2)采用国际标准信号制，现场传输信号为4～20mADC，控制室联络信号为1～5VDC，信号电流与电压转换电阻为250Ω。(3)集中统一供电，由电源箱供给各单元24V直流电源，并备有蓄电池作为备用电源。(4)结构合理，功能多样。(5)可构成安全火花型防爆系统。振弦式压力变送器振弦式压力变送器原理结构NSpF12341、膜片：用来将被测压力转换为膜片中心的位移，以使振弦的张力发生变化。2、振弦：用来将被测压力转换为频率变化。3、磁铁：用来检测频率值。4、夹紧装置：用来将振弦固定的装置。

由于振弦的张力以及长度不同而有不同的固有振动频率，其大小为：

当振弦的长度和质量一定时，频率只与张力有关，当有被测压力作用时，张力即发生改变，因而通过测量频率大小，可反映压力。

振弦式变送器属于频率敏感型变送器，其测量原理是将被测压力或差压的变化转换成频率信号，通过测量频率信号的大小反映被测压力。原理820型智能压力变送器（1）测量范围：可测量真空、低压、高压，最大量程为42MPa，最大过载压力为其测量上限的150%。（2）输出：4mA~20mA.DC或10mA~50mA.DC（3）电源电压：12.5V~65V.DC；30V~95V（4）准确度等级：0.2级。技术特性1151系列压力变送器1151系列压力（差压）变送器属于电容式压力变送器，其主要优点是测量部分结构简单，唯一可动部件是测量膜片，体积小、可靠性高。电容式压力变送器，利用测量膜片的微位移产生电容量的变化，经测量电路将其转化为4~20mA的统一标准信号。测量部分结构1151系列压力变送器的调整零点迁移调整：为减小测量误差及适应不同的测量范围。调测量电路的零点偏置量。量程调整：为提高灵敏度及适应不同的测量范围。调测量电路的增益大小。阻尼调整：调仪表内部反馈量的大小，防止输入信号波动。调整项目：1151变送器进行零点调整和正、负迁移时对量程几乎没有影响，而调整量程则会影响零点，因此，调整时应先调量程，再调零点。注意1151系列变送器的正迁移量可达500%，负迁移量可达600%。420420零点迁移量程调整霍尔压力变送器

霍尔压力变送器是利用霍尔效应将压力信号转换为直流毫伏信号来反映被测压力的。霍尔效应将一块半导体片放在磁感应强度为B的磁场中，沿着垂直于磁场方向通过电流，则在半导体片的两个侧面间将产生电势。其大小为：将半导体片置于弹簧管自由端，在压力作用下由弹簧管带动产生位移，从而偏离磁场中心，引起电势改变。P35Lb3A3098820型智能变送器的最大过载压力为其测量上限的(B)。(A)120％；(B)150％；(C)180％；(D)200％。

P35Lb3A3099振弦式变送器把被测压力(差压)的变化转化为(C)变化的敏感元件，是变送器的关键元件。(A)电流；(B)电压；(C)频率；(D)相位。

P56Je3A22301151系列变送器进行正负迁移时对量程上限的影响(C)。(A)偏大；(B)偏小；(C)没有影响；(D)不确定。

习题×P59Je3A3252霍尔压力变送器是利用霍尔效应把压力作用下的弹性元件位移信号转换成(C)信号，来反应压力的变化。（A）电流；(B)相位；(C)电动势；(D)以上都是。

P60Je3A3253振弦式压力变送器通过测量钢弦的(C)来测量压力的变化。(A)长度变化；(B)弯曲程度；(C)谐振频率；(D)以上都是。

P60Je3A3258检测信号波动，必然会引起变送器输出波动，消除检测信号波动的常见方法是采用(B)。(A)分流器；(B)阻尼器；(C)磁放大器；(D)隔离器。

P74Lb3B2120一般自动控制系统中的电气式压力变送器可以看成是比例积分环节。(X)水位测量就地式水位计：（云母水位计）低置差压式水位计：电接点水位计就地式水位计：（云母水位计）就地式云母水位计按连通器原理工作，理论上水位计显示水位即为汽包水位，但由于环境温度的影响，指示水位将低于实际水位。差压式水位计的工作原理利用不同的转换装置将水位的变化转换成差压的变化，然后使用量程合适的差压计测出这个差压值，就可得知水位，这是目前火力发电厂锅炉汽包、除氧器水箱等水位测量中使用得最普遍的一种仪表。低置差压式水位计差压式水位计由平衡容器、差压计及显示仪表组成。单室平衡容器双室平衡容器补偿式平衡容器单室平衡容器优缺点：结构简单，但环境温度和汽包压力对测量的影响大。原理图按流体静力学原理，当汽包水位在任意值时，平衡容器输出差压为：双室平衡容器补偿式平衡容器蒸汽压力变化时引起饱和水密度的变化对正、负压头的影响相同，故可消除汽包压力变化的影响。P56Je3A2234就地式水位计测量出的水位比汽包实际水位要(B)。(A)高；(B)低；(C)相同；(D)不确定。

习题P157DTL-331型调节器是DDZ-II型仪表的调节单元，它接受变送单元的测量信号，并与给定值进行比较，对其偏差进行比例、积分、微分等运算，然后把运算结果控制执行器。并具有定值给定及跟踪和上、下限副幅功能等。DTL-331型调节器401热工自动装置检修工职鉴前培训东北电网公司大连培训中心调节器的动作规律是利用负反馈的方法实现的。如图所示，输入信号首先经一个高放大倍数的放大器放大输出，输出经一个具有比例、积分、微分性质的反馈环节，以负反馈的形式加大到输入端，整机传递函数为：当时，K0Wf(s)输入输出反馈环节放大器工作原理输入回路、微分通道、自激调制式直流放大器、反馈回路及输出限幅电路等。交流放大PID运算回路US阀位指示反馈回路自激调制式直流放大器隔离反馈变压器整流功率放大交流放大限幅电路输入回路微分通道UDΔUUFIiIoIi´绥中电厂职鉴前培训东北电网公司大连培训中心结构组成1、输入回路：进行信号转换，并完成输入信号与定值信号的比较；实现多通道输入信号的综合；由正反作用开关实现不同的作用方向。2、微分通道：实现微分先行的调节规律。3、自激调制式直流放大器：对微笑信号进行放大。4、反馈回路：选用不同的反馈回路，实现不同的调节规律。5、限幅电路：限制输出信号的幅值，防止执行器卡涩。调节器的典型工况及实现方法典型工况：P、PI、PD、PID另外，还可利用微分通道实现微分先行的调节规律。实现方法：选择不同的负反馈回路CICDC16Uf´UfRP1RP2R29WIWDK5R27R28K5绥中电厂职鉴前培训东北电网公司大连培训中心1、比例（P）工况：2、比例积分（PI）工况：典型工况的实现方法在负反馈回路中，由切换开关K5将电容CD断开、微分电位器WD短路，同时把积分电位器WI断开、电容器CI短路，则形成比例运算规律。在负反馈回路中，由切换开关K5将电容CD断开、微分电位器WD短路，同时把积分电位器WI、电容器CI调至适当位置，则形成比例积分运算规律。3、比例微分（PD）工况：4、比例积分微分（PID）工况：典型工况的实现方法:在负反馈回路中，由切换开关K5将积分电位器WI断开、电容器CI短路，同时把电容CD、微分电位器WD调至适当位置，则形成比例微分运算规律。

在负反馈回路中，由切换开关K5将电容CD、微分电位器WD，积分电位器WI、电容器CI调至适当位置，则形成比例积分微分运算规律。CICDC16Uf´UfRP1RP2R29WIWDK5R27R28K5C16Uf´UfRP1RP2WDR27R28CICDC16Uf´UfRP1RP2R29WIWDK5R27R28K5调节器的自动跟踪为了使调节系统在自/手动切换时，能实现无扰切换，调节器必须设置自动跟踪线路，由于调节器与执行器是相互独立的，在手动操作时，调节器的输出信号与电动执行器的位置反馈信号是不一致的，因而切换时会产生扰动。无扰切换：在调节的过程中，无论是自动切换为手动还是手动切换到自动的瞬间，都要保证自、手动信号相等，在自/手动切换的时候才没有扰动。所谓自动跟踪，就是当调节系统处于手动位置时，能使调节器的输出始终自动跟随执行器的输入电流或位置反馈电流变化，这样，在手动状态时，调节器一直不停地“对位操作”，切换时即无扰。对于单回路控制系统，跟踪信号一般选择阀位信号。自动跟踪的实现方法：在调节器的积分电容两端加上跟踪电压，此时，微分电阻应短路，微分电容应断开。P58Je3A3245深度反馈原理在调节仪表中得到了广泛应用，即调节仪表的动态特性仅决定于(B)。(A)正向环节；(B)反馈环节；(C)调节仪表；(D)以上都是。

P74Lb3B2121一般情况下，单回路控制系统中，调节器的自动跟踪信号可取阀位反馈信号。(√)

P83Je3B2252为保证调节系统手自动切换是无扰的，在手动时调节器应进行自动跟踪。(√)

习题P119Je3C4143DTL-331型调节器由哪几个部分组成及实现比例工况的方法是什么?答：DTL-331调节器为具有独立微分通道的PID型调节器，它由输人回路、微分输入通道、调制放大器、反馈回路及限副回路组成。实现比例工况的方法为将反馈回路的积分电容短路、积分电阻调至最大值、微分电容开路、微分电阻短路。

可编程序调节器实质上是以微机为核心，包括过程输入/输出通道、人/机联系接口和通讯接口等组成的完整的微型计算机过程控制装置，即是一台过程控制专用微型计算机。是仪表微机化和计算机控制分散化发展趋势的结果。可编程调节器组成部分（综合软、硬件情况）过程输入/输出通道：人机联系部分：运算处理部分：通讯部分：监控部分：编程部分：过程输入/输出通道其功能是把反映生产过程和状态的模拟量和开关量信号转换成计算机可识别的信号，经接口电路，输入通道送入计算机，微机处理后的信号经接口电路和输出通道输出，用于控制或显示。模拟量输入/输出开关量输入/输出A/D和D/A转换是模拟量输入/输出通道的关键部分，在可编程调节器中，采用软硬件结合的方法，公用一个A/D转换器完成转换功能。模拟量输入/输出人机联系部分向运行人员提供生产过程和设备的运行状态信息，接受运行人员操作信息的环节。通常设在正面板及机芯的侧面板上。正面板上设有输入和输出部件。输入包括方式选择、给定值变更、手动输出等几种功能按钮及显示器和指示灯。工作方式选择：PV—过程参数测量值SP—被调参数给定值MV—偏差输出值显示器显示的内容有：自动控制A、手动控制M串级控制C人机联系部分运算处理部分包括各种功能模块和控制算法，是可编程调节器的软件部分。其软件开发采用功能模块化的方法。功能模块是一些具有完整而相对独立的子程序，其作用相当于单元仪表中的功能单元，各功能模块被固化在ROM中。通信接口可编程调节器由通信接口经通信总线与上位计算机、CRT操作站进行通信，实现控制与管理的集中统一。监控系统监控程序自诊断功能停电处理可编程调节器的功能模块运算功能模块控制功能模块输入输出功能模块顺序控制功能模块

是具有某种运算处理功能的子程序段，固化在系统ROM中，其作用与单元组合仪表中的各功能组件相当，只是它们之间的连接是通过编程的软连接。可编程调节器的控制算法（1）基本的PID控制算法即控制规律，它在各种控制功能模块中实现，对于使用者来说，无须掌握具体算法程序，只需选用有关的模块即可。（2）微分先行的PID控制算法（3）积分分离的PID控制算法对测量信号进行微分，及测量信号先行，适用于给定值经常变化的场合。微分先行的PID控制积分分离的PID控制是可编程调节器的一种特殊算法，即在系统出现大偏差时，取消积分作用，以比例调节为主，偏差小于一定值时，再将积分投入。这样可在系统出现大偏差时迅速消除偏差，减小系统震荡，同时又能在系统稳定时消除静态偏差。自诊断功能KMM调节器在每个采样周期内对各功能部分进行检查，如发现异常，则在数据设定器上显示故障代码，并自动切换到异常工作方式—连锁手动或后备工作方式。该功能为自诊断功能。异常状态A组：有三种状态。当出现其中任何一组时，调节器自动切换到连锁手动方式。（1）输入异常：5个模拟输入中任何一个超出-6.9%~+106.9%范围；（2）运算溢出：运算结果超出-699.9%~+799.9%；（3）运算过载:在采样周期内，未能完成全部运算过程。异常状态B组：当出现其中任何一种时，调节器自动停止工作成为后备方式。（1）ROM异常，RAM异常；（2）采样时间异常，即超出采样周期；（3）A/D转换异常，转换结果超出运算范围；（5）运算周期异常，实际运算周期超出规定时间。（4）输出反馈异常；KMM可编程调节器：运行状态及工作方式：正常运行状态故障运行状态手动方式自动方式串级方式跟踪方式连锁手动方式后备方式P56Je3A2233判断控制算法是否完善，要看电源故障消除和系统恢复后，控制器的输出值有无(A)等措施。(A)输出跟踪和抗积分饱和；(B)输出跟踪和上、下限幅；(C)上、下限幅和抗积分饱和；(D)以上都是。

习题P57Je3A2238KMM调节器在异常工况有(A)两种工作方式。（A）连锁手动方式和后备方式；(B)连锁自动方式和后备方式；（C）连锁手动方式和连锁自动方式；(D)以上都不是。

P117Je3C3134什么叫积分分离?它在过程控制中有何作用?答：积分分离是可编程调节器的一种特殊算法，即系统出现大偏差时，积分不起作用，只有比例和微分作用，而在系统偏差较小时，积分起作用。采用积分分离，可在大偏差情况下迅速消除偏差，避免系统过调，同时可缩短过渡过程时间，改善调节质量。

P117Je3C3136可编程调节器有哪几类功能模块?答：功能模块是可编程调节器中的软件，是具有某种运算处理功能的子程序段，在可编程调节器中，按其作用有以下几类功能模块：①运算功能模块；②控制功能模块；③输入输出功能模块；④顺序控制模块。

P119Je3C4144KMM可编程调节器数据显示器上出现“-6．9”或“6．9”时，可能是什么故障?答：出现这种情况一般是模拟量输入信号溢出(小于4mA或大于20mA)，或调节器本身的模拟输入采样或模／数转换部分有故障。对前一种情况，可进一步检查变送器的输出是否正常；对于后一种情况，需要更换相应的元件。

P120Je3C4146使用DDZ-Ⅱ仪表的调节系统改用可编程调节器，主要应解决哪些问题?答：使用DDZ—Ⅱ型仪表的调节系统改用可编程调节器，一般都保留了变送器和执行机构，需解决的问题主要有：①Ⅱ型仪表和可编程调节器之间的信号转换问题；②可编程调节器一般只有软手操，没有硬手操，因此，必须在运行人员操作盘上增设硬手操开关，以提高系统的可靠性。

P195Je3F3060

试述如何检查监控组件是否正常?当被监视点异常引起监控动作后，应如何处理?答：检查监控组件报警显示是否正常，可通过试灯开关“V·T”。当组件正常时，故障显示灯及“M”灯应全亮；测试5V、±15V电源电压，应正常。当被监视点异常引起监控组件动作后，可用“SIL”消音按钮消除声报警(光报警仍存在)。被监视点恢复正常后，可用“RES”按钮复位，此时光报警信号消失，输出继电器复原，手动灯“M”熄灭。如要取出监控组件又不引起声光报警，需将连锁线开关“RIL”置于解除位置。P195Je3F3062试述KMM可编程调节器有几种运行状态?答：KMM可编程调节器的运行状态有两类共6种状态。一类为正常运行状态，另一类为非正常(故障)运行状态。(1)正常运行状态。它是调节器处于正常操作下的运行状态。它又分为4种方式，即手动方式(MAN)、自动方式(AUTO)、串级方式(CAS)和跟踪方式(FOLLOW)。(2)非正常运行状态。它是调节器或控制系统处于故障的操作运行状态。它又分为两种方式，即连锁手动方式(M)和准备或后备方式(S)。在自动控制系统中，执行机构接受来自调节器的自动调节信号或来自操作器的远方手动操作信号，并将其转换为使调节机构动作的位移信号，控制被调量。执行机构分为：电动执行机构、气动执行机构、液动执行机构。电动执行机构以DKJ型为例介绍，该执行器为DDZ-II型电动单元组合仪表的执行单元。气动执行机构以ZSLD-A型电信号气动长执行机构为例，该执行器具有三断保护功能，即执行机构在断气源、断电源、断电信号时，执行机构能自保持。执行器绥中电厂职鉴前培训辽宁省电力有限公司大连培训中心DKJ型电动执行器伺服放大器两相伺服电动机位置发送器机械减速器伺服放大器电流表电动操作器自动手动执行机构IiIfθDKJ电动执行器工作原理方框图DKJ型电动执行器的工作方式1、自动方式：2、远方手动方式：3、就地手动方式：该方式下操作器的切换开关在自动位置，执行器的输出由调节器输出的调节信号控制，即伺服放大器、两相电动机、减速器、位置发送器均投入工作。自动方式该方式下操作器的切换开关在手动位置，执行器的输出由运行人员通过电动操作器手动操作控制，即两相电动机、减速器投入工作，而位置发送器为调节器提供跟踪信号。远方手动方式该方式下操作器、执行器的两相电动机、减速器均退出工作，而位置发送器仍为调节器提供跟踪信号，由运行人员就地操作减速器上的操作手柄控制调节机构。就地手动方式ZSLD-A型气动长行程执行器该执行器以压缩空气为能源，接受电信号，输出角位移，以一定的转矩带动调节机构。另外具有三断自锁保护功能及阀位电气远传功能等。原理结构图结构组成汽缸、输出轴、手操机构、阀门定位器、阀位变送器、三断式自锁装置等。阀门定位器：气动执行机构的输出与输入信号成比例关系，是由阀门定位器来实现的。电信号电源三断自锁保护

三断自锁指的是在工作气源中断、电源断电、断电信号时，执行机构输出臂的转角保持在原先的位置上。该自锁保护装置采用气锁的方式，即在自锁时将通往上下气缸的气路切断，使活塞不能动作，从而达到自锁的目的。气源中断自锁：由控制阀2切断气阀5的气源实现。电源中断自锁：由两位三通阀切断气阀5的气源实现。电信号中断自锁：由R1上的压降控制电磁阀1触点开关，进而控制电磁阀1的工作实现。原理图P57Je3A2236对于DCS软件闭环控制的气动调节执行机构，下列哪些方法不改变其行程特性(C)。（A）更换气动定位器内部的控制凸轮；(B)更换位置变送器反馈凸轮；(C)在允许范围内调节其供气压力；(D)以上都不改变其行程特性。

习题P83Je3B32