过程控制与自动化仪表--第3章_过程控制仪表（上）

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1、第3章过程控制仪表(上)本章要点1）熟悉调节器的功能要求，掌握基本调节规律的数学表示及其响应特性；2）熟悉DDZ-Ⅲ型调节器的基本构成、电路原理及其应用特点；3）了解智能调节器的硬件和软件构成；4）掌握SLPC可编程控制器的硬件构成及工作原理；5）熟悉SLPC可编程控制器的模块指令及编程方法；6）了解各类执行器的组成原理和使用特点，熟悉气动执行器的应用特点；7）了解电/气转换器与阀门定位器的工作原理8）熟悉智能式电动执行器的功能特点；9）熟悉安全栅的基本类型及构成原理。3.1过程控制仪表概述过程仪表的定义及作用1调节器的功能（1）偏差显示调节器的输入电路接收测量信号和给定信号，两者相减后的

2、偏差信号由偏差显示仪表显示其大小和正负。（2）输出显示调节器输出信号的大小由输出显示仪表显示，习惯上显示仪表也称阀位表。阀位表不仅显示调节阀的开度，而且通过它还可以观察到控制系统受干扰影响后的调节过程。（3）内、外给定的选择当调节器用于定值控制时，给定信号常由调节器内部提供，称为内给定；而在随动控制系统中，调节器的给定信号往往来自调节器的外部，则称为外给定。内、外给定信号由内、外给定开关进行选择或由软件实现。（4）正、反作用的选择工程上，通常将调节器的输出随反馈输入的增大而增大时，称为正作用调节器；而将调节器的输出随反馈输入的增大而减小时，称为反作用调节器。（5）手动切换操作在控制系统投入

3、运行时，往往先进行手动操作改变调节器的输出，待系统基本稳定后再切换到自动运行状态；当自动控制时的工况不正常或调节器失灵时，必须切换到手动状态以防止系统失控。通过调节器的手动/自动双向切换开关，可以对调节器进行手动/自动切换，而在切换过程中，又希望切换操作不会给控制系统带来扰动，即要求无扰动切换。（6）其它功能如抗积分饱和、输出限幅、输入越限报警、偏差报警、软手动抗漂移、停电对策等，所有这些附加功能都是为了进一步提高调节器的控制性能2执行器的作用执行器在过程控制中的作用是接受来自调节器的控制信号，改变其阀门开度，从而达到控制介质流量的目的。执行器直接与控制介质接触，是过程控制系统的最薄弱环节

4、。若执行器是采用电动式的，则无需电/气转换器；若执行器是采用气动式的，则电/气转换器是必不可少的。3安全栅安全栅是构成安全火花防爆系统的关键仪表，其作用一方面保证信号的正常传输；另一方面则控制流入危险场所的能量在爆炸性气体或爆炸性混合物的点火能量以下，以确保过程控制系统的安全火花性能。3.2DDZ-Ⅲ型模拟式调节器DDZ仪表的发展简史3.2.1比例积分微分调节规律理想PID的增量式数学表达式：为调节器输出的增量值，为被控参数与给定值之差。写成传递函数形式：第一项为比例（P）部分，第二项为积分（I）部分，第三项为微分（D）部分；为调节器的比例增益，为积分时间（以s或min为单位），为微分时间

5、（也以s或min为单位）。1比例调节规律比例控制数学表达式：为调节器输出的增量值，为被控参数与给定值之差。纯比例调节器的阶跃响应特性浮球为水位传感器，杠杆为控制器，活塞阀为执行器。如果某时刻Q2加大，造成水位下降，则浮球带动活塞提高，使Q1加大才能阻止水位下降。如果e=0，则活塞无法提高，Q1无法加大，调节无法进行。例：自力式液位比例控制系统：比例控制过程∆Q2htep∆Q1tttt原来系统处于平衡，进水量与出水量相等，此时进水阀有一开度。t=0时，出水量阶跃增加，引起液位下降，浮球下移带动进水阀开大。当进水量增加到与出水量相等时，系统重新平衡，液位也不再变化。比例控制的特点控制及时、适

6、当。只要有偏差，输出立刻成比例地变化，偏差越大，输出的控制作用越强。控制结果存在静差。因为，如果被调量偏差为零，调节器的输出也就为零u=KCe即调节作用是以偏差存在为前提条件，不可能做到无静差调节。在实际的比例控制器中，习惯上使用比例度δ来表示比例控制作用的强弱。所谓比例度就是指控制器输入偏差的相对变化值与相应的输出相对变化值之比，用百分数表示。式中e为输入偏差；u为控制器输出的变化量；（emax-emin）为输入的最大变化量,及输入量程；（umax–umin）为输出的最大变化量，即控制器的输出量程。如果控制器输入、输出量程相等，则:比例度:ueeremaxeminuminumax比例度除

7、了表示控制器输入和输出之间的增益外，还表明比例作用的有效区间。比例带δ的物理意义：使控制器输出变化100%时，所对应的偏差变化相对量。如δ=50%表明：控制器输入偏差变化50%，就可使控制器输出变化100%，若输入偏差变化超过此量，则控制器输出饱和，不再符合比例关系。uuur0100%50%umaxuminδ=50%δ=100%例某比例控制器，温度控制范围为400～800℃，输出信号范围是4～20mA。当指示指针从600