过程控制系统复习总结

过程掌握系统学问点总结一、概论1、 过程掌握概念：五大参数。过程掌握的定义：工业中的过程掌握是指以温度、压力、流量、液位和成分等工艺参数作为被控变量的自动掌握。2、 简洁掌握系统框图。掌握仪表的定义：接收检测仪表的测量信号，掌握生产过程正常进展的仪表。主要包括：掌握器、变送器、运算器、执行器等，以及型掌握仪表及装置。掌握仪表的作用：对检测仪表的信号进展运算、处理，发出掌握信号，对生产过程进展掌握。3、能将掌握流程图〔工程图、工程设计图册〕转化成掌握系统框图掌握仪表的作用：对检测仪表的信号进展运算、处理，发出掌握信号，对生产过程进展掌握。T——温度〔Temperature)P —压力〔Pressure)—L— 物位〔Level)F—-流量〔 Flow)W重量〔 Weight)其次个字母：功能符号T——变送器 (transmitter)C 掌握器(Controller)—I—■指示器(Indicator )R -记录仪(Recorder)— te 映(Alarm)5、电信号的传输方式，各自特点。电压传输特点：

— 报警器QDZ-IH型仪表的信号制。它们之间联用要承受电气转换器。.某台仪表故障时根本不影响其它仪表；.有公共接地点；.传输过程有电压损耗，故电压信号不适宜远传。电流信号的特点：.某台仪表出故障时，影响其他仪表；.无公共地点。假设要实现仪表各自的接地点，则应在仪表输入、输出端实行直流隔离措施。6、变送器有四线制和二线制之分。区分。1、四线制：电源与信号分别传送，对电流信号的零点及元件的功耗无严格要求。电缆及安装费用，有利于防爆。活零点，两条线既是信号线又是电源线。72个条件。

2、两线制：节约1、在危急场所使用本质安全型防爆仪表。2、在掌握室仪表与危急场所仪表之间设置安全栅，以限制流入危急场所的能量。8安全栅的作用、种类。安全栅的作用：1、 安全栅作为本安仪表的关联设备，可用于传输信号。2、 掌握流入危急场所的能量在爆炸性气体或混合物的点火能量以下，以确保系统的本安防爆性能。安全栅的种类：齐纳式安全栅、隔离式安全栅二、基型调整器1、 基型调整器组成：掌握单元和指示单元。基型调整器掌握单元构成。基型掌握器又称基型调整器，对来自变送器的 1-5V直流电压信号与给定值相比较所产生的偏差进PID4-20mA〔DC直流掌握信号。〔、〔运算电路串联〔电压、电流转换电路〕以及硬、软手操电路；指示单元：测量信号指示电路、设定信号指示电路。2、 测量信号、内给定信号范围；外给定信号范围。测量和内给定信号：1~5V〔DC〕;外给定信号：4〜20mA直流电流。〔它经过250Q周密电阻转换成1〜5V直流电压〕3、 输入电路、输出电路的作用。输入电路作用：.信号综合。将〔U-U〕后放大两倍反相以UOi

输出，即U0i

=-2〔U

-U〕。i s.电平转换。将以0V为基准的输入信号转换为以UB

〔10V〕为基准的输出信号UU电平转换的目的：使运算放大器工作在允许的共模输入电压范围内。PIDU03

〔以UB为基准〕转换成输出。实现电压一电流转换。4、 放大系数和比例度。比例度比例度的一般表达式：式中:

maxmin 100%maxminymax-偏差变化范围；—输出信号变化范围。maxminymax-偏差变化范围；—输出信号变化范围。ymin

输入的相对变化输出的相对变化在单元组合仪表中，可表示为：

maxminYmax Ymin。此时比例度100%KP即与Kp成反比， 愈小，Kp愈大，比例作用就越强 。5、基型调整器PD电路的阶跃响应曲线外形；比例重量；t=TD/KD时的微分重量；微分时间。作用：对U 进展O1PD运算，可设置T、K〔或比例度〕。T 为微分时间；K为比例系数。D P D P微分作用：快速的调整作用，超前作用。6PI尤比例例重量Kc=CI/CM；t=T时的积分重量；积分时KD7、积分饱和。

微分时间：T

=nRGD对掌握器的输出加以电容两端的充电电压；3〕切除积分作用。

调整R〔〕和从可转变使其不超过额定■间最大值或最小值； 2〕限制积分8微分时间对微分作用的影响，积分时间对积分作用的影响。微分时间越小，微分作用越强；积分时间越大，积分作用越强9、软手操电路和硬手操电路。软手动操作电路是积分电路。硬手动操作电路是比例电路作业2-4某P4mA~20m1V~5V当比例度S=60%出变化是多少解：依据比例度的公式：

Xmax

xmin 100%ymax得x1

ymin06 1yxmaxxmin

〔ymaxymin〕

20

〔51〕0.25V602-7某PID掌握器〔正作用〕输入、输出信号均为4mA~20m，掌握器的初始值li=lo=4mA,S=200%T=Tr=2min,K=10。在t=0时输入/Ii=2mA的阶跃信号，分别求取t=12s时：①PI工况下的输出值；②PD工况下的输出值。解：①PI工况下11P重量=KPIi-Ii 21mA200%Ti时：P重量=ITi时，PI重量=2mAPI直线过〔01〕和〔1202〕两点则t=12s时的输出变化量为：I。112 211200

1.1mAot=12s时的输出为Io=初值+I=4+=o①PD工况下P重量=KP

I-Ii

1121mA

200%Ti=2x60=120sP重量= Ii1mAK

5DT 260D 12sK 10lDl°(mA)°t=12s时的输出变化量为：I0.368hP重量KD101t=12s时的输出为：lo=初值+1。=4 0.368 5218.312mA10三、变送器1、变送器的构造。变送器的作用。构成原理：变送器是基于负反响原理工作的，其构成原理如下图，它包括测量局部〔既输入转换局部〕、放大器和反响局部。〔和电信号〔如电压、电流、频率、气压信号等〕转换成相应的统一标准信号，以供显示、记录和掌握之用。2、 变送器的输入输出关系。3、 量程调整的目的；零点调整/迁移。

yK〔zz Z〕K〔CxzFy〕。f。『min

与测量范围的下限值X

相对应，在X

min

0时，称为零点调整，在X

0min时，称为零点迁移。零点调整使变送器的测量起始点为零。零点迁移是把测量的起始点由零迁移到某一数值。4、 差压变送器的作用；差动变压器的作用。差压变送器是将液体、气体或蒸汽的压力、流量、液位等工艺变量转换成统一的标准信号，作为指示记录仪、调节器或计算机装置的输入信号，以实现对上述变量的显示、记录或自动掌握。差动变压器是由检测片〔衔铁〕、上、下罐形磁芯和四组线圈构成。其作用是将检测片的位移 换成相应的电压信号Ucm5、温度变送器的品种、构造〔量程单元和放大单元〕；四线制温度变送器的特点。各类变送器分为三个品种：直流毫伏变送器、热电偶温度变送器和热电阻温度变送器。四线制温度变送器有如下特点：主放大器为低漂移、高增益的运算放大器，使仪表具有良好的牢靠性和稳定性。便于指示和记录。变送器的输入、输出之间具有隔离变压器，承受了安全隔离变压器，并承受了安全火花防爆措施，故具有良好的抗干扰性能，且能测量来自危急场所的直流毫伏或温度信号。6、 热电偶温度变送器以及热电阻温度变送器的量程单元。7、 气动仪表的根本元件。由气阻、气容、弹性元件、喷嘴-挡板机构和功率放大器等根本元件组成。8弹性元件、喷嘴挡板机构、电气转换器。弹性元件作用：将压差转换成位移，在仪器的连接处产生肯定的操作力。喷嘴挡板机构作用：将微小的位移转换成相应的压力信号。电/气转换器工作原理是基于力矩平衡原理工作的。四、运算器和执行器1开方器应用场合、作用。到与被测流量成比例关系的电压或电流信号。2、 执行器的构造、分类。执行器分为两局部：执行机构和调整机构。按能源分：Q电动执行器液动执行器3、 角行程电动执行机构的构造。

LfQIifLfQf直行程〔直线位移〕角行程〔角位移〕〔两者减速器不同〕4、 标准气压信号范围〔20kPa-100kPa〕，气源信号〔140kPa〕。5、 气动执行机构的种类。修理便利、价格低，但输出行程较小，只能直接带动阀杆。6、 调整阀的正反作用、正装阀/反装阀、气开/气关。7、 气开阀/气关阀的选择原则。调整阀气开、气关阀选择，主要依据工艺生产的需要和安全要求来打算的；原则是当信号压力中断时，应能确保工艺设备和生产的安全。假设阀门处于全开位置安全性高，贝U8阀门定位器的作用。响，保证阀位正确到位。9、掌握阀的工作原理；流量特性；抱负流量特性、工作流量特性。掌握阀体就是依据执行机构输出的推杆位移量来转变阀门的开启程度， 流体介质流量的目的。掌握阀的流量特性，是指掌握介质流过阀门的相对流量与阀门相对开度〔即推杆的相对位移〕之间的函数关系。抱负流量特性：阀前后差压不变时的流量特性〔固有流量特性〕 作流量特性：阀装在管道中，前后差压变时的流量特性，也叫实际流量特性。10、掌握阀的流量特性类型、各自特点。抱负流量特性，通常有四种典型形式：〔1〕直线特性-流量与阀芯位移成直线关系；对数特性-流量与阀芯位移成对数关系，引起的流量变化的百分比相等；快开特性-开度较小时流量变化较大，随开度增大很快到达最大值。抛物线特性-介于直线流量特性与对数流量特性之间，从而弥补了直线流量特性小开度时掌握性能差的特点。11、掌握阀的可调比〔可控比〕。maiR= ，可调比〔可控比〕，即阀所能掌握的流量上限与流量下限之比。CU为流量下限，不是泄漏。maiQ12、掌握阀串联管道工作流量特性的特点。

Qmin

P P R 阀刖后压差始终不变g全开 系统gS P阀，特性曲线下移，流量特性畸变。

直线变为快开；对数变为直线；S太小，流量变化范围减小，对掌握不利。S一般不小于。13、掌握阀出厂时标注的为抱负流量特性。五、过程掌握系统绪论1、 掌握通道、干扰通道。掌握通道：被控量与输入掌握作用之间的联系被称为“掌握通道”的联系被称为“干扰通道”。2、 过程掌握系统的组成。

。干扰通道：被控量与扰动之间3、掌握器正反作用确实定依据：〔掌握器土〕x〔3、掌握器正反作用确实定依据：〔掌握器土〕x〔对象土〕=〔―〕定值掌握系统、随动掌握系统、程序掌握系统5、过程掌握系统的品质指标。递减比n〔衰减比〕、动态偏差B1〔最大偏差、最大过调量、超调量〕、调整时间Tc〔掌握时间、过渡过程时间、恢复时间〕、静态偏差C〔余差、剩余偏差〕。六、过程建模1、自平衡力量。自平衡力量：凡受到干扰后，不依靠外加掌握作用就能重到达平衡状态的对象，是具有自平衡力量的对象。否则，是无自平衡力量的对象。2、过程掌握系统被控对象特性三个参数：放大系数、时间常数、滞后时间的求取。3、阻力和容量的影响。综上所述，不同过程所具有的阻力，就是被控量y发生变化时，对流量的影响。即R 〔2-15〕dQxFT、K的关系：x以水箱为例：T

RCKkR因此，阻力与放大系数准时间常数有关。静态：影响放大倍数动态：影响响应速度，见图2-6。一般期望对象阻力小些，T较小，响应快，以获得较好的掌握效果。阻力既影响动态又影响静态。T=RC2-8CT—TT。4、多容过程等效为单容过程。Q Q dhI 2

Q1(S)Q2(S)A1SH1(S)Q2(S)Q3(S) A2SH2(S)

H()3Q Q 232 3 dt

拉氏变换得:

ISQRQ2 ih2QQ3 RQ

3(S)

x(sSI2 Q()SIQkxQX(S)HX(S)HI(S)RQ2(S)H2(S) A-JSR1 1)(i

kxR2(RA\S1)(R2A2S1) (Ts1)(T2S1)A〔SR] A2SR2i 2T Ri 2I I

R2A2 K kxR25、时域法过程建模，单容水箱以及双容水箱的过程传递函数。/、H(S(S)单容对象的传递函数:有纯滞后单容对象的传

X(SK

KTS1S双容对象的传递函数:

TW(S)T1T2

TS1S2 () 1 (TS1)(TS() 1 WS

(T1T2)S1有纯滞后双容对象的传

递函数: (TS1)(TS1)() 1 () 1 多容对象的传递函数:

W(S)

(TS1)(T

KS1)

(TS1)带有纯滞后多容对象的等容对象的传递函数:带有纯滞后等容对象的

W(S)传递函数:

1K(TS1)nW(S)E

2 nK(TiS1)(T2SeSKn 0

e0S作业1、如下图单容水箱，负载阀的流阻为R2。现以Q1为输入,

Q2为输出,求Q2(S)/Q1(S0Q1 Q2

Q1(S)Q2(S)CSH(S)H(S)R

Q() Q(

)CRQ()Q2 hR2

Q2(S) 2

1S 2S

S 2 2SQ2(S)Q1(S)CR2S1

1TS1

T R2C2、如下图，一单容水箱其底面积为R1和R2,H(s)/Qi(s)。

C, Qih0Qo1Qo2对应的流阻分别为Q Q i o1 Q Q

Q(s) Q

(s)Q

(s)CsH(s)h可hQh可hQ(s)oiQO2(s)H(s)&H(s)2 “RTQ(s)H(s)H(s)CsH(s)iQ(s)H(s)H(s)CsH(s)iRR12RR1 2H(s)(s)iCs111RRRRKRRCs Ts11RR22iRR R2 R1七、单回路掌握系统1、 放大系数〔干扰通道/掌握通道〕、干扰通道时间常数、纯滞后时间、掌握通道时间常数、纯滞后时间对掌握质量的影响。极点的影响：Td增大，过程变慢，过渡过程时间加长。使过渡过程动态重量减小了Td倍，即超调量减小，掌握质量提高。结论：干扰通道的时间常数大，或者惯性环节数增加时，掌握质量将提高。 〔对干扰起滤波作用。〕2、 选择操纵量的一般原则。直接参数：能表征产品产量、质量、安全性能等方面的参数。间接参数：与直接参数具有单值关系〔P、T等〕，并有足够灵敏度。3、 掌握阀的流量特性的选择。确定工作流量特性的原则：使广义对象具有线性特性。即： K=KvKo常数。4、 掌握阀的口径计算步骤。1、依据现有的生产力量、设备负荷及介质的状况，打算计算的最大工作流量 QmaX和最小工作流量Qmirt2、依据系统特点选择S值，然后计算掌握阀全开时的压差。3CCmaxCmir。4、依据Cmaxfi，在所选用的产品形式的标准系列中，选取大于 Cmax并接近的一档C值，获得口径3-6。5、开度验算。6、实际可控比验算。75、 掌握器的选型。PID的作用。P掌握器的选型：

C值和口径，再验算至合格。R特点：快，输出与偏差成比例，阀门开度与偏差有对应关系，有余差。抗负荷干扰力量强，调整时间短。R适用场合：适用于掌握通道滞后小，负荷变化不大，允许被控量在肯定范围内变化的系统。如：压缩机储压罐的压力掌握系统；储液槽的液位掌握系统：串级掌握系统的副回路。PI掌握器的选型：特点：I可消退余差，但稳定性低。引入I后，KcJ〔T〕,用于掌握通道滞后小，负荷变化不大，被控量不允许有余差的场合。如：流量、压力系统。PID掌握器的选型：特点：D对抑制容量滞后有明显的效果，D使稳定性提高，最大偏差减小；I消退余差；P作用快速有效