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1、 第第3 3章章 過程控制儀表過程控制儀表(上上)嚴格執(zhí)行突發(fā)事件上報制度、校外活動報批制度等相關規(guī)章制度。做到及時發(fā)現(xiàn)、制止、匯報并處理各類違紀行為或突發(fā)事件。本章要點本章要點1 1）熟悉調節(jié)器的功能要求，掌握基本調節(jié)規(guī)律的數(shù)學表示及）熟悉調節(jié)器的功能要求，掌握基本調節(jié)規(guī)律的數(shù)學表示及其響應特性；其響應特性；2 2）熟悉）熟悉 DDZ-DDZ-型調節(jié)器的基本構成、電路原理及其應用特型調節(jié)器的基本構成、電路原理及其應用特點；點；3 3）了解智能調節(jié)器的硬件和軟件構成；）了解智能調節(jié)器的硬件和軟件構成；4 4）掌握）掌握SLPCSLPC可編程控制器的硬件構成及工作原理；可編程控制器的硬件構成及工

2、作原理；5 5）熟悉）熟悉SLPCSLPC可編程控制器的模塊指令及編程方法；可編程控制器的模塊指令及編程方法；6 6）了解各類執(zhí)行器的組成原理和使用特點，熟悉氣動執(zhí)行器）了解各類執(zhí)行器的組成原理和使用特點，熟悉氣動執(zhí)行器的應用特點；的應用特點；7 7）了解電）了解電/氣轉換器與閥門定位器的工作原理氣轉換器與閥門定位器的工作原理8 8）熟悉智能式電動執(zhí)行器的功能特點；）熟悉智能式電動執(zhí)行器的功能特點；9 9）熟悉安全柵的基本類型及構成原理。）熟悉安全柵的基本類型及構成原理。嚴格執(zhí)行突發(fā)事件上報制度、校外活動報批制度等相關規(guī)章制度。做到及時發(fā)現(xiàn)、制止、匯報并處理各類違紀行為或突發(fā)事件。3.1 過程

3、控制儀表概述過程控制儀表概述 過程儀表的定義及作用過程儀表的定義及作用1 1 調節(jié)器的功能調節(jié)器的功能（1）偏差顯示）偏差顯示 調節(jié)器的輸入電路接收測量信號和給定信號，兩者相減后的偏差信號調節(jié)器的輸入電路接收測量信號和給定信號，兩者相減后的偏差信號由偏差顯示儀表顯示其大小和正負。由偏差顯示儀表顯示其大小和正負。（2）輸出顯示）輸出顯示 調節(jié)器輸出信號的大小由輸出顯示儀表顯示，習慣上顯示儀表也稱閥調節(jié)器輸出信號的大小由輸出顯示儀表顯示，習慣上顯示儀表也稱閥位表。閥位表不僅顯示調節(jié)閥的開度，而且通過它還可以觀察到控制系統(tǒng)位表。閥位表不僅顯示調節(jié)閥的開度，而且通過它還可以觀察到控制系統(tǒng)受干擾影響后的

4、調節(jié)過程。受干擾影響后的調節(jié)過程。（3）內、外給定的選擇）內、外給定的選擇 當調節(jié)器用于定值控制時，給定信號常由調節(jié)器內部提供，稱為當調節(jié)器用于定值控制時，給定信號常由調節(jié)器內部提供，稱為內給內給定定；而在隨動控制系統(tǒng)中，調節(jié)器的給定信號往往來自調節(jié)器的外部，則；而在隨動控制系統(tǒng)中，調節(jié)器的給定信號往往來自調節(jié)器的外部，則稱為稱為外給定外給定。內、外給定信號由內、外給定開關進行選擇或由軟件實現(xiàn)。內、外給定信號由內、外給定開關進行選擇或由軟件實現(xiàn)。嚴格執(zhí)行突發(fā)事件上報制度、校外活動報批制度等相關規(guī)章制度。做到及時發(fā)現(xiàn)、制止、匯報并處理各類違紀行為或突發(fā)事件。（4）正、反作用的選擇）正、反作用的選

5、擇 工程上，通常將調節(jié)器的輸出隨反饋輸入的增大而增大時，稱為工程上，通常將調節(jié)器的輸出隨反饋輸入的增大而增大時，稱為正作用調節(jié)器正作用調節(jié)器；而將調節(jié)器的輸出隨反饋輸入的增大而減小時，稱為；而將調節(jié)器的輸出隨反饋輸入的增大而減小時，稱為反作用調節(jié)器反作用調節(jié)器。（5）手動切換操作）手動切換操作 在控制系統(tǒng)投入運行時，往往先進行手動操作改變調節(jié)器的輸出，在控制系統(tǒng)投入運行時，往往先進行手動操作改變調節(jié)器的輸出，待系統(tǒng)基本穩(wěn)定后再切換到自動運行狀態(tài)；當自動控制時的工況不正待系統(tǒng)基本穩(wěn)定后再切換到自動運行狀態(tài)；當自動控制時的工況不正?；蛘{節(jié)器失靈時，必須切換到手動狀態(tài)以防止系統(tǒng)失控。通過調節(jié)?；蛘{節(jié)

6、器失靈時，必須切換到手動狀態(tài)以防止系統(tǒng)失控。通過調節(jié)器的手動器的手動/自動雙向切換開關，可以對調節(jié)器進行手動自動雙向切換開關，可以對調節(jié)器進行手動/自動切換，而自動切換，而在切換過程中，又希望切換操作不會給控制系統(tǒng)帶來擾動，即要求無在切換過程中，又希望切換操作不會給控制系統(tǒng)帶來擾動，即要求無擾動切換。擾動切換。（6）其它功能）其它功能 如抗積分飽和、輸出限幅、輸入越限報警、偏差報警、軟手動抗如抗積分飽和、輸出限幅、輸入越限報警、偏差報警、軟手動抗漂移、停電對策等，所有這些附加功能都是為了進一步提高調節(jié)器的漂移、停電對策等，所有這些附加功能都是為了進一步提高調節(jié)器的控制性能控制性能 嚴格執(zhí)行突發(fā)

7、事件上報制度、校外活動報批制度等相關規(guī)章制度。做到及時發(fā)現(xiàn)、制止、匯報并處理各類違紀行為或突發(fā)事件。2 2 執(zhí)行器的作用執(zhí)行器的作用 執(zhí)行器在過程控制中的作用是接受來自調節(jié)器的控制信號，執(zhí)行器在過程控制中的作用是接受來自調節(jié)器的控制信號，改變其閥門開度，從而達到控制介質流量的目的。執(zhí)行器直接改變其閥門開度，從而達到控制介質流量的目的。執(zhí)行器直接與控制介質接觸，是過程控制系統(tǒng)的最薄弱環(huán)節(jié)。與控制介質接觸，是過程控制系統(tǒng)的最薄弱環(huán)節(jié)。若執(zhí)行器是采用電動式的，則無需電若執(zhí)行器是采用電動式的，則無需電/氣轉換器；若執(zhí)行器氣轉換器；若執(zhí)行器是采用氣動式的，則電是采用氣動式的，則電/氣轉換器是必不可少的。

8、氣轉換器是必不可少的。3 3 安全柵安全柵 安全柵是構成安全火花防爆系統(tǒng)的關鍵儀表，其作用一方安全柵是構成安全火花防爆系統(tǒng)的關鍵儀表，其作用一方面保證信號的正常傳輸；另一方面則控制流入危險場所的能量面保證信號的正常傳輸；另一方面則控制流入危險場所的能量在爆炸性氣體或爆炸性混合物的點火能量以下，以確保過程控在爆炸性氣體或爆炸性混合物的點火能量以下，以確保過程控制系統(tǒng)的安全火花性能。制系統(tǒng)的安全火花性能。嚴格執(zhí)行突發(fā)事件上報制度、校外活動報批制度等相關規(guī)章制度。做到及時發(fā)現(xiàn)、制止、匯報并處理各類違紀行為或突發(fā)事件。3.2 DDZ-DDZ-型模擬式調節(jié)器型模擬式調節(jié)器 DDZ儀表的發(fā)展簡史儀表的發(fā)展

9、簡史3.2.1 比例積分微分調節(jié)規(guī)律比例積分微分調節(jié)規(guī)律理想理想PID的增量式數(shù)學表達式的增量式數(shù)學表達式：為調節(jié)器輸出的增量值，為被控參數(shù)與給定值之差。寫成傳遞函數(shù)形式寫成傳遞函數(shù)形式：第一項為比例（P）部分，第二項為積分（I）部分，第三項為微分（D）部分；為調節(jié)器的比例增益，為積分時間（以s或min為單位），為微分時間（也以s或min為單位）。嚴格執(zhí)行突發(fā)事件上報制度、校外活動報批制度等相關規(guī)章制度。做到及時發(fā)現(xiàn)、制止、匯報并處理各類違紀行為或突發(fā)事件。1 比例調節(jié)規(guī)律比例調節(jié)規(guī)律比例控制數(shù)學表達式比例控制數(shù)學表達式：為調節(jié)器輸出的增量值，為被控參數(shù)與給定值之差。純比例調節(jié)器的階躍響應特性

10、 嚴格執(zhí)行突發(fā)事件上報制度、校外活動報批制度等相關規(guī)章制度。做到及時發(fā)現(xiàn)、制止、匯報并處理各類違紀行為或突發(fā)事件。浮浮球球為為水水位位傳傳感感器器，杠杠桿桿為為控控制制器器，活活塞塞閥閥為為執(zhí)執(zhí)行行器器。如如果果某某時時刻刻Q2加加大大，造造成成水水位位下下降降，則則浮浮球帶動活塞提高，使球帶動活塞提高，使Q1加大才能阻止水位下降。加大才能阻止水位下降。如果如果e=0，則活塞，則活塞無法提高，無法提高，Q1 無法加大無法加大，調節(jié)無法進行。，調節(jié)無法進行。例：自力式液位比例控制系統(tǒng)：例：自力式液位比例控制系統(tǒng)：嚴格執(zhí)行突發(fā)事件上報制度、校外活動報批制度等相關規(guī)章制度。做到及時發(fā)現(xiàn)、制止、匯報并

11、處理各類違紀行為或突發(fā)事件。比例控制過程比例控制過程Q2htepQ1tttt 原來系統(tǒng)處于平衡，原來系統(tǒng)處于平衡，進水量與出水量相等，此進水量與出水量相等，此時進水閥有一開度。時進水閥有一開度。t=0時，出水量階躍增時，出水量階躍增加，引起液位下降，浮球加，引起液位下降，浮球下移帶動進水閥開大。下移帶動進水閥開大。當進水量增加到與出當進水量增加到與出水量相等時，系統(tǒng)重新平水量相等時，系統(tǒng)重新平衡，液位也不再變化。衡，液位也不再變化。嚴格執(zhí)行突發(fā)事件上報制度、校外活動報批制度等相關規(guī)章制度。做到及時發(fā)現(xiàn)、制止、匯報并處理各類違紀行為或突發(fā)事件。v 比例控制的特點比例控制的特點q控控制制及及時時、

12、適適當當。只只要要有有偏偏差差，輸輸出出立立刻刻成成比比例地變化，偏差越大，輸出的控制作用越強。例地變化，偏差越大，輸出的控制作用越強。q控控制制結結果果存存在在靜靜差差。因因為為，如如果果被被調調量量偏偏差差為為零，調節(jié)器的輸出也就為零零，調節(jié)器的輸出也就為零 u=KC e即即調調節(jié)節(jié)作作用用是是以以偏偏差差存存在在為為前前提提條條件件，不不可可能能做到無靜差調節(jié)。做到無靜差調節(jié)。嚴格執(zhí)行突發(fā)事件上報制度、校外活動報批制度等相關規(guī)章制度。做到及時發(fā)現(xiàn)、制止、匯報并處理各類違紀行為或突發(fā)事件。在實際的比例控制器中，習慣上使用比例度在實際的比例控制器中，習慣上使用比例度來表來表示比例控制作用的強

13、弱。示比例控制作用的強弱。所謂所謂比例度比例度就是指控制器輸入偏差的相對變化就是指控制器輸入偏差的相對變化值與相應的輸出相對變化值之比，用百分數(shù)表示。值與相應的輸出相對變化值之比，用百分數(shù)表示。式中式中e為輸入偏差；為輸入偏差；u為控制器輸出的變化量；為控制器輸出的變化量；（emax-emin）為）為輸入輸入的最大變化量的最大變化量,及輸入量程；及輸入量程；（umax umin）為輸出的最大變化量，即控制器的）為輸出的最大變化量，即控制器的輸出量程。輸出量程。嚴格執(zhí)行突發(fā)事件上報制度、校外活動報批制度等相關規(guī)章制度。做到及時發(fā)現(xiàn)、制止、匯報并處理各類違紀行為或突發(fā)事件。如果控制器輸入、輸出量程

14、相等，則如果控制器輸入、輸出量程相等，則:比例度比例度:ueeremaxeminuminumax比比例例度度除除了了表表示示控控制制器器輸輸入入和和輸輸出出之之間間的的增增益益外外，還還表表明明比比例例作作用用的的有效區(qū)間。有效區(qū)間。嚴格執(zhí)行突發(fā)事件上報制度、校外活動報批制度等相關規(guī)章制度。做到及時發(fā)現(xiàn)、制止、匯報并處理各類違紀行為或突發(fā)事件。比例帶比例帶的物理意義：的物理意義：使使控控制制器器輸輸出出變變化化100%時時，所所對對應應的的偏偏差差變變化相對量。如化相對量。如=50%表明：表明：控制器輸入偏差控制器輸入偏差變化變化50%，就可使控，就可使控制器輸出變化制器輸出變化100%，若輸

15、入偏差變化超過若輸入偏差變化超過此量，則控制器輸出此量，則控制器輸出飽和，不再符合比例飽和，不再符合比例關系。關系。uuur0100%50%umaxumin=50%=100%嚴格執(zhí)行突發(fā)事件上報制度、校外活動報批制度等相關規(guī)章制度。做到及時發(fā)現(xiàn)、制止、匯報并處理各類違紀行為或突發(fā)事件。例例 某某比比例例控控制制器器，溫溫度度控控制制范范圍圍為為400800，輸輸出出信信號號范范圍圍是是420mA。當當指指示示指指針針從從600變變到到700時時，控控制制器器相相應應的的輸輸出出從從8mA變變?yōu)闉?6mA。求設定的比例度。求設定的比例度。解解答答 溫溫度度的的偏偏差差在在輸輸入入量量程程的的50

16、區(qū)區(qū)間間內內（即（即200）時，）時，e和和u是是2倍的關系。倍的關系。u/mAe/e420800400=50%嚴格執(zhí)行突發(fā)事件上報制度、校外活動報批制度等相關規(guī)章制度。做到及時發(fā)現(xiàn)、制止、匯報并處理各類違紀行為或突發(fā)事件。2 2 比例積分控制（比例積分控制（PIPI）當要求控制結果無余差時，就需要在比例控制的當要求控制結果無余差時，就需要在比例控制的基礎上，加積分控制作用?；A上，加積分控制作用。（1）積分控制積分控制（I）輸出變化量輸出變化量u(t)與輸入偏差與輸入偏差e的積分成正比的積分成正比當當e是幅值為是幅值為E的階躍時的階躍時TI 積分時間積分時間eEttu嚴格執(zhí)行突發(fā)事件上報制度、校外活動報批制度等相關規(guī)章制度。做到及時發(fā)現(xiàn)、制止、匯報并處理各類違紀行為或突發(fā)事件。q積積分分作作用用具具有有保保持持功功能能，故積分控制可以消除余差。故積分控制可以消除余差。q積積分分輸輸出出信信號號隨隨著著時時間間逐逐漸漸增增強強，控控制制動動作作緩緩慢慢，故故積積分作用不單獨使用。分作用不單獨使用。v 積分控制的特點積分控制的特點當當有有偏偏差差存存在在時時，積積分分輸輸出出將將隨隨時時