仪表基础知识讲座ppt课件

仪表基础知识讲座 1 换热换热 器温度控制系器温度控制系 统统 2 仪表知识 仪表技术的发展 检测技术 执行器 简单控制系统 流体输送设备的控制 DCS控制的应用 3 仪表技术的发展 20世纪 50年代： 是电子真空管时代，工业生产过程规模比较小，所用的 仪表与控制系统都比较简单且粗笨，测量与控制多采用气动仪表， 标准信 号为 0.2 1.0kgf cm2(3 15psi)气动信号 ，记录仪是电子管式的自动平 衡记录仪，控制系统为就地式的简单控制装置。 20世纪 60年代： 随着工业规模的不断扩大，特别是石油化工工业的迅速 发展，工业生产过程要求集中操作与控制。在这期间，半导体技术有了迅 速的发展，自动化仪表开始用电动仪表，晶体管代替电子管，开发出以半 导体分立元件制造成的电动 型仪表， 信号标准为 0 10mA直流电流信号 ，采用中央仪表控制室对工业生产过程进行操作、监视与控制 。 20世纪 70年代： 由于集成电路和微处理器的工业化生产，使电动仪表更 可靠，很快开发出 (DDZ- 型 )电动 型仪表， 信号标准为 4 20mA直流 电流信号 。 DCS， PLC 也开始应用。 20世纪 80年代： DCS广泛在工业生产过程控制中应用。同时，自动化仪 表数字化、智能化不断创新，网络、通信技术引入到自动控制系统中，友 好的人机界面，工业电视成为工业自动化的重要手段之一。 信号标准有 4 20mA直流电流信号 和数据信号 . 20世纪 90年代： 工业生产过程自动化 (PA)，工厂自动化 (FA)、 计算机集 成制造技术 (cIMs， cIPs)、 企业资源规划 (ERP)、 现场总线控制技术 (Fild Bus) 4 二、检测技术 检测技术，就是利用各种检测技术，就是利用各种 物理化学物理化学 效应，选择效应，选择 合适的合适的 方法方法 和装置，将和装置，将 生产生产 、科研、科研、 生活生活 中的有中的有 关关 信息信息 通过检查与通过检查与 测量测量 的方法赋予的方法赋予 定性定性 或或 定量定量 结结 果的过程。能够自动地完成整个检测处理过程的果的过程。能够自动地完成整个检测处理过程的 技术称为自动检测与转换技术。技术称为自动检测与转换技术。 对于检测仪表来对于检测仪表来 说，包括检测、变送与显示三个部分。说，包括检测、变送与显示三个部分。 在自动化中，最常见的变量有温度、压力、在自动化中，最常见的变量有温度、压力、 流量、物位等。利用检测元件将工艺变量转化成流量、物位等。利用检测元件将工艺变量转化成 一个与之成对应关系的输出信号（一个与之成对应关系的输出信号（ 4 20mA直流直流 电流信号）。电流信号）。 5 测量误差 测量误差：从检测仪表获得的被测值与实际被测变量真实值之测量误差：从检测仪表获得的被测值与实际被测变量真实值之 间存在一定的差距，可分为绝对误差和相对误差。间存在一定的差距，可分为绝对误差和相对误差。 绝对误差是指仪表指示值绝对误差是指仪表指示值 x与被测量的真值与被测量的真值 x0之间的差值，即之间的差值，即 = x一一 x0 (11) 相对误差即仪表引用误差，它是绝对误差与测量标尺范围之比相对误差即仪表引用误差，它是绝对误差与测量标尺范围之比 . (XX0) = -100 (12) 标尺上限一标尺下限标尺上限一标尺下限 (XX0) max max= -100 (13) 标尺上限一标尺下限标尺上限一标尺下限 6 仪表性能指标 精确度 变差 线性度 灵敏度和分辨率 动态误差 线性度示意图线性度示意图 7 常见的检测仪表 温度检测仪表 流量检测仪表 压力检测仪表 物位检测仪表 8 二、温度检测 1、主要温度检测方法 a、接触式 膨胀式 ： 玻璃液体、双金属 压力式： 气体、蒸汽、液体 演示 热电类： 热电偶 热电阻： 铂电阻、铜电阻、热敏电阻 其他电学： 集成温度传感器、石英晶体温度计 9 b、非接触式 光纤类： 光纤温度传感器、光纤辐射温度计 辐射式： 辐射式、光学式、比色式 10 2、热电偶介绍 (a)热电偶热电效应 EAB(， 0)=EAB()一 EAB (0) (15) EAB(， 0)=f()一 C =() (16) （ b）热电偶测温回路 A 11 工业常用热电偶外形结构 普通型热电偶 铠装热电偶 多点式热电偶 隔爆型热电偶 表面型热电偶 普通型热电偶基本结构图 铠装热电偶 12 补偿导线 13 热电偶参比温度补偿方法热电偶参比温度补偿方法 计算法：根据补偿原理计算修正；计算法：根据补偿原理计算修正； 冰浴法：一般仅用于实验室；冰浴法：一般仅用于实验室； 机械调零法：一般仪表在未工作时指针指机械调零法：一般仪表在未工作时指针指 在零位在零位 (机械零点机械零点 )； 补偿电桥法：利用参比端温度补偿器产生补偿电桥法：利用参比端温度补偿器产生 的不平衡电势去补偿热电偶因温度变化而的不平衡电势去补偿热电偶因温度变化而 引起的热电势变化值。（温度变送器）引起的热电势变化值。（温度变送器） 14 3、热电阻分类 金属热电阻 工业用热电阻的结构型式有普通型、皑装型和专工业用热电阻的结构型式有普通型、皑装型和专 用型等型式用型等型式 a)铜电阻 b)铂电阻 c)电阻体的外形 普通热电阻结构 15 半导体热敏电阻半导体热敏电阻 c)管形管形 半导体热敏电阻半导体热敏电阻 结构结构 a)珠形珠形 b)棒形棒形 16 4、电偶、热电阻的选用 (1)选择 一般热电偶用于较高温度的测量，在 500 以 下 (特 别 是 300 以下 )用 热电 偶 测 温就不十分妥当。 中低温区采用热 电阻进行测温。 (2)安装安装 选择选择 有代表性的有代表性的 测测 温点位置，温点位置， 测测 温元件有足温元件有足 够够 的插人深度。的插人深度。 热电偶或热电阻的接线盒的出线孔应朝下，以免积水及灰尘等热电偶或热电阻的接线盒的出线孔应朝下，以免积水及灰尘等 造成接触不良，防止弓入扰动信号造成接触不良，防止弓入扰动信号 。 检测元件应避开热辐射强烈影响处。检测元件应避开热辐射强烈影响处。 17 4、电偶、热电阻的选用 (3)使用使用 热电热电 偶偶 测测 温温 时时 ，一定要注意参比端温度，一定要注意参比端温度 补偿补偿 。 除正确选择补偿导线、正负极性不能接反除正确选择补偿导线、正负极性不能接反 外，外， 热电热电 偶偶 的分度号的分度号 应应 与配接的与配接的 变变 送、送、 显显 示示 仪仪 表分度号一致。表分度号一致。 热电阻分度热电阻分度 号要与配接的温度号要与配接的温度 变变 送器、送器、 显显 示示 仪仪 表分度号一致。表分度号一致。 18 三、流量检测 流量是指单位时间内流过管道某一截面的流体的 数量，即瞬时流量。 瞬时流量在某一时段的累积量称为累积流量 (总流 量 )。 流量通常有三种表示方法流量通常有三种表示方法 质质 量流量量流量 qm 工作状工作状 态态 下的体下的体 积积 流量流量 qv。 qm = qv 或或 qv = qm/ 标标 准状准状 态态 下的体下的体 积积 流量流量 qvn。 qvn= qm/Pn或或 qm= qvnPn qv=qvP/Pn或或 qv= qvnPn/P 流量是指单位时间内流过管道某一截面的流体的 数量，即瞬时流量。 瞬时流量在某一时段的累积量称为累积流量 总流 量 。 流量是指单位时间内流过管道某一截面的流体的 数量，即瞬时流量。 瞬时流量在某一时段的累积量称为累积流量 总流 量 。 19 三、流量检测 1、 流量检测的主要方法 (1)测体积流量 容积法 速度法： 差 压 式 (节流式 )、 旋 涡 式 、 涡轮 式 、声学式 、 热学式 (2)测质量流量 直接法直接测量质量流量 间接法又称推导法 20 2、速度式流量计 （ 1）节流装置 包括孔板、喷嘴和文丘管 21 节节 流装置前后的流装置前后的 压压 力分布情况力分布情况 22 节节 流装置与差流装置与差 压变压变 送器送器 连连 接接 23 要使要使 仪仪 表的指示表的指示 值值 与通与通 过过 管道的管道的 实际实际 流量相符，必流量相符，必 须须 做到以下几点做到以下几点 差差 压变压变 送器的差送器的差 压压 和和 显显 示示 仪仪 表流量表流量 标标 尺尺 选择时应选择时应 与与 节节 流装置孔径匹配。流装置孔径匹配。 在测量蒸汽和气体流量时，遇到工作条件的密度在测量蒸汽和气体流量时，遇到工作条件的密度 p与与 设计时的密度设计时的密度 c不相同，不相同， 必必 须对须对 示数示数 进进 行修正行修正 。 显示仪表测量值显示仪表测量值 (差压信号差压信号 )要经开方运算线性化处理要经开方运算线性化处理 后后 再送再送 显显 示示 仪仪 表。表。 节节 流装置流装置 应应 正确安装。正确安装。 接至差压变送器的差压应该与节流装置前后差压相一接至差压变送器的差压应该与节流装置前后差压相一 致，这就需要正确安装差压信致，这就需要正确安装差压信 号管路。号管路。 （如后面图示）（如后面图示） 24 25 被测流体为液体时的信号管路安装示意图 26 被测流体为气体时 信号管路安装示意图 被测流体为水蒸气时 信号管路安装示意图 被测 介质具有腐蚀 性时 采用喷吹系统 27 (2)靶式流量计 (3)转 子流量 计 演示(2)靶式流量计 转转 子流量子流量 计计 演示演示 28 (6)旋旋 涡涡 流量流量 计计 (7)超声波流量超声波流量 计计 29 (4)涡轮涡轮 流量流量 计计 演示演示 (5)电电 磁流量磁流量 计计 30 3、 容 积 式流量 计 椭圆齿轮测量流量示意图椭圆齿轮测量流量示意图 31 4、 质质 量流量量流量 计计 (1)科里奥利科里奥利 质质 量流量量流量 计计 (2)量量 热热 式式 质质 量流量量流量 计计 32 (3)间间 接式接式 质质 量流量量流量 计计 33 按被测介质特性选用流量计 5、 流量 仪 表的 选 用 按被测介质特性选用流量计按被测介质特性选用流量计 34 四、压力检测 1、压力单位和压力检测方法 （ 1） 压力单位 在工程上， 压 力定 义为 垂直均匀地作用于 单 位面 积 上的力，用符号 P表示。在国 际单 位制 中定 义 1N垂直作用于 1m2面 积 上所形成的 压 力 为 l帕斯卡 (简 称 “ 帕 ” ，符号 Pa)。 35 表压力是指一般压力仪表所测得的压力。表压力是指一般压力仪表所测得的压力。 P表表 压压 =P绝对压绝对压 力力 一一 P大气大气 压压 力力 真空度是指大气真空度是指大气 压压 与低于大气与低于大气 压压 的的 绝对压绝对压 力之差，是力之差，是 负负 的表的表 压压 (负压负压 )，即，即 P真空度真空度 =P大气大气 压压 力力 一一 P绝对压绝对压 力力 (2)压力的表示方法压力的表示方法 压压 力有力有 绝对压绝对压 力、表力、表 压压 力、力、 负压负压 或真空度三种表或真空度三种表 示方法，示方法， 其其 关系关系 如右图。绝对压力是指物体所受的实际如右图。绝对压力是指物体所受的实际 压力。压力。 36 (3)压压 力的力的 检测检测 方法方法 弹弹 性力平衡方法基于性力平衡方法基于 弹弹 性元件的性元件的 弹弹 性性 变变 形形 特性特性 进进 行行 测测 量。量。 重力平衡方法主要有活塞式和液柱式。重力平衡方法主要有活塞式和液柱式。 机械力平衡方法机械力平衡方法 。 物性物性 测测 量方法基于在量方法基于在 压压 力作用下力作用下 测压测压 元件元件 的某些物理特性的某些物理特性 发发 生生 变变 化的原理化的原理 。 37 2、 常用压力检测仪表 （ 1） 弹 性式 压 力表 演示 膜片膜片 波波 纹纹 管管 弹弹 簧管簧管 平薄膜平薄膜 波波 纹纹 膜膜 波波 纹纹 管管 单单 圈圈 弹弹 簧簧 管管 多多 圈圈 弹弹 簧管簧管 38 (2)压压 力力 传传 感器感器 应变应变 片式片式 压压 力力 传传 感器感器 压电压电 式式 压压 力力 传传 感器感器 压压 阻式阻式 压压 力力 传传 感器感器 电电 容式容式 压压 力力 传传 感器感器 集成式集成式 压压 力力 传传 感器感器 压电 式 压 力 传 感器 结 构示意 图 39 应变应变 片式片式 压压 力力 传传 感器感器 箔式箔式 应变应变 片片 压电 式 压 力 传 感器 结 构示意 图 40 压电压电 式式 压压 力力 传传 感感 器器 压电 式 压 力 传 感器 结 构示意 图 41 压压 阻式阻式 压压 力力 传传 感感 器器 压电 式 压 力 传 感器 结 构示意 图 42 电电 容式容式 压压 力力 传传 感器感器 压电 式 压 力 传 感器 结 构示意 图 电 容式 压 力 传 感 器示意 图 43 集成式集成式 压压 力力 传传 感器感器 压电 式 压 力 传 感器 结 构示意 图 44 3、 压压 力表的力表的 选选 用用 压压 力表的力表的 选选 用主要包括用主要包括 仪仪 表型式、量程范表型式、量程范 围围 、精、精 度和灵敏度、外形尺寸以及是否度和灵敏度、外形尺寸以及是否 还还 需要需要 远传远传 和其他功和其他功 能。能。 选选 用的依据如下：用的依据如下： 必必 须满须满 足工足工 艺艺 生生 产过产过 程的要求，包括量程和精程的要求，包括量程和精 度；度； 必必 须须 考考 虑虑 被被 测测 介介 质质 的性的性 质质 ，如温度、，如温度、 压压 力、粘力、粘 度、腐度、腐 蚀蚀 性等；性等； 必必 须须 注意注意 仪仪 表安装使用表安装使用 时时 所所 处现场环处现场环 境条件，境条件， 如如 环环 境温度、振境温度、振 动动 等。等。 45 五、物位 检测 物位包括三个方面：物位包括三个方面： 液位液位 料位料位 界位界位 1、物位、物位 检测检测 方法方法 直直 读读 式式 静静 压压 式式 浮力式浮力式 机械接触机械接触 式式 电电 气式气式 声学式声学式 射射 线线 式式 光学式光学式 物位开关工作原理与相物位开关工作原理与相 应应 的物位的物位 计计 工作原理工作原理 相同，物位开关有浮球式、相同，物位开关有浮球式、 电电 学式、超声波式、射学式、超声波式、射 线线 式、振式、振 动动 式等。式等。 46 (1)差差 压压 式液位式液位 计计 利用静利用静 压压 原理来原理来 测测 量量 2、常用物位 检测仪 表 P 1=PA+hg P2=PA P=P l-P2=hg 47 正迁移正迁移 :当差压式液位计的取压口低于当差压式液位计的取压口低于 储储 槽底部槽底部 P1=PB+ hopg =PA+ hg +ho g P2=PA P=P 1-P2= hg +ho g 48 负负 迁移迁移 :当差压式液位计的取压口高于当差压式液位计的取压口高于 储储 槽底部槽底部 P1=PA+ h 1g +ho 2g P2=PA +h1 2g P=P 1一一 P2= h 1g -（ h1-ho） 2g 49 利用差利用差 压压 式液位式液位 计还计还 可以可以 测测 量液体的分界面量液体的分界面 P1=h0 2g+(h1+h2) 1g P2=(h2+h1+h0) lg p=Pl-P2= 0g( 2- 1) 50 (2)电 容式物位 计 电 容式物位 计 原理 图 51 (3)超声波物位超声波物位 计计 H=(1/2)vt (126 ) 52 (4)核核 辐辐 射式物位射式物位 计计 53 (5)磁翻磁翻 转转 式液位式液位 计计 54 第二章 执 行器 执行器在自动控制系统中的作用就是接收 控制器输出的控制信号，改变操纵变量，使 生 产过 程按 预 定要求正常 进 行。 执 行器由 执 行机构和 调节 机构 组 成 ， 按其 能源形式可分 为 气 动 、 电动 和液 动 三大 类 。 55 气气 动动 薄膜控制薄膜控制 阀阀 图例：图例： 1一上盖；一上盖； 2一薄膜；一薄膜； 3一托板；一托板； 4一一 阀阀 杆；杆； 5一一 阀阀 座；座； 6一一 阀阀 体体 ； 7一一 阀阀 芯；芯； 8一推杆；一推杆； 9一平衡一平衡 弹弹 簧；簧； 10一下盖一下盖 56 （一）气 动执 行机构 (a)l一上膜盖；一上膜盖； 2一波纹薄膜；一波纹薄膜； 3一下膜盖；一下膜盖； 4一支架；一支架； 5一推杆；一推杆； 6一压缩弹簧；一压缩弹簧； 7一弹簧一弹簧 座；座； 8一调节件；一调节件； 9一螺母；一螺母； 10行程标尺行程标尺 (b)1一上膜盖；一上膜盖； 2波纹薄膜；波纹薄膜； 3一下膜盖；一下膜盖； 4一密封膜片；一密封膜片； 5一密封环；一密封环； 6一填块；一填块； 7一支一支 架；架； 8一推杆；一推杆； 9一一 压缩弹压缩弹 簧；簧； 10一一 弹弹 簧座簧座 ； ll一一 衬衬 套；套； 12一一 调节调节 件；件； 13一行程一行程 标标 尺尺 (1)薄膜式 传统 型 (a） 正作用 (b)反作用 57 （一）气 动执 行机 构 侧侧 装式气装式气 动执动执 行机构行机构 (a） 正作用 气关 (b)反作用 气开 侧 装式气 动执 行机构 58 轻轻 型气型气 动执动执 行机构行机构 直行程 反作用 式 采用双重弹簧的 轻型执行机构图 59 (2)活塞式活塞式 60 电动执行机构一般 可以分 为 直行程、 角行程、多 转 式三种。 直行程电动执行机构直行程电动执行机构 通常用来推动单通常用来推动单 座、双座、双 座、三通、套筒等控制座、三通、套筒等控制 阀阀 。 角行程电动执行机构角行程电动执行机构 常用来推动蝶常用来推动蝶 阀阀 、球、球 阀阀 、偏心旋、偏心旋 转阀转阀 等等 转转 角式控制角式控制 阀阀 。 多转式电动执行机构多转式电动执行机构 通常用于推动问通常用于推动问 阀或由阀或由 执执 行行 电动电动 机机 带动带动 旋旋 转转 式的式的 调节调节 机机 构，如各种构，如各种 泵泵 等。等。 （二） 电动执 行机构 61 二、控制 阀 （一）控制（一）控制 阀结阀结 构构 控制 阀 机构示意 控制 阀 是一个局部阻力可以改 变 的 节 流元件 控制 阀 的正反作用 62 由于执行机构有正、反两种作用方式，控制阀也有正、反两种由于执行机构有正、反两种作用方式，控制阀也有正、反两种 作用方式，因此就可以有作用方式，因此就可以有 四种四种 组组 合方式合方式 组组 成气开或气关型式成气开或气关型式 63 （二）控制 阀类 型 (1)直通单座控制阀 (1)直通双座控制阀 (3)角型控制阀 64 (4)隔膜控制阀 l 阀 杆； 2 网盖； 3 阀 芯； 4 隔膜； 5 阀 体 65 三通阀的应用 (5)三通控制阀 66 (6)套筒型控制阀 1一 阀 塞； 2 套筒 67 68 一、系 统组 成原理及分析 （一）系 统组 成原理 简单控制系统是由一个控制器、一个变送器简单控制系统是由一个控制器、一个变送器 (测量仪表测量仪表 )、一个执行器、一个执行器 ( 控制阀控制阀 )和一个被控对象所组成的控制系统。也称为单回路控制系统。和一个被控对象所组成的控制系统。也称为单回路控制系统。 换热 器温度控制系 统 69 右图控制系统的各个组成部分介绍：右图控制系统的各个组成部分介绍： (1)被控对象被控对象 ： 该控制系统有一个被控变量，即换热器中被加热介质的出口温该控制系统有一个被控变量，即换热器中被加热介质的出口温 度度 T，有时也称为被调变量或受控变量；一个被控对象，即换热器；一个操纵变，有时也称为被调变量或受控变量；一个被控对象，即换热器；一个操纵变 量，即热载体蒸汽的流量，有时也称为控制变量。量，即热载体蒸汽的流量，有时也称为控制变量。 换热 器温度控制方 块图 (2)控制器控制器 ：实际的控制器包括方块图中的比较部分和控制器方块两个部分，即：实际的控制器包括方块图中的比较部分和控制器方块两个部分，即 用虚线框起来的部用虚线框起来的部 分。分。 控制器方块实现各种控制规律，控制规律是控制器输入信号控制器方块实现各种控制规律，控制规律是控制器输入信号 与输出信号之间的数学关系。与输出信号之间的数学关系。 70 (3)测量变送单元测量变送单元 ：构成该单元的仪表比较复杂：构成该单元的仪表比较复杂 多样，但从控制系统功能分析角度看，这一部分就是多样，但从控制系统功能分析角度看，这一部分就是 把被控变量测量出来并转换为控制器可以接受的信号把被控变量测量出来并转换为控制器可以接受的信号 。 (4)执行器执行器 ：过程控制中，执行器以气动执行器：过程控制中，执行器以气动执行器 居多。气动执行器接受控制器发出的控制信号，使阀居多。气动执行器接受控制器发出的控制信号，使阀 门处于一个相应的开度，操纵变量也就有一个相应的门处于一个相应的开度，操纵变量也就有一个相应的 流量作用于被控对象上，执行器还可以根据控制系统流量作用于被控对象上，执行器还可以根据控制系统 的要求改变特性和作用方向。的要求改变特性和作用方向。 71 （二）控制 过 程分析 (1)平衡状态平衡状态 ：当流入系统的蒸汽传递给冷流体：当流入系统的蒸汽传递给冷流体 的热量，使被加热物料出口温度维持在所要求温度上的热量，使被加热物料出口温度维持在所要求温度上 时，设蒸汽的量及品质保持不变，冷流体的量及品质时，设蒸汽的量及品质保持不变，冷流体的量及品质 也保持不变，则控制系统处于平衡状态，并将保持这也保持不变，则控制系统处于平衡状态，并将保持这 个动态平衡，直至有新的扰动量发生，或人们对被加个动态平衡，直至有新的扰动量发生，或人们对被加 热物料出口温度热物料出口温度 T有新的有新的 要求。要求。 (2)扰动分析扰动分析 ：扰动一般都是随机性质的，无法：扰动一般都是随机性质的，无法 预知的，但当它们最终影响到出口温度预知的，但当它们最终影响到出口温度 T发生变化时发生变化时 ， 控制系控制系 统统 都能都能 够够 加以克服。加以克服。 72 (3)控制控制 过过 程：程： 本例控制本例控制 过过 程可用符号程可用符号 简洁简洁 地表达地表达 为为 ： 当 扰动 使出口温度 T下降 时 有 ： 如果 系 统为 正反 馈 ，就不能克服 扰动 ： 73 二、 简单 控制系 统 的 设计 （一）控制系 统设计 概述 (1)基本要求基本要求 ： 首先，要求自动控制系统设计人员掌握较为全面首先，要求自动控制系统设计人员掌握较为全面 的自动化专业知识，熟悉所要控制的工艺装置对象；的自动化专业知识，熟悉所要控制的工艺装置对象； 其次，要求自动化专业技术人员与工艺专业技术其次，要求自动化专业技术人员与工艺专业技术 人员进行必要的交流，共同讨论确定自动化方案；人员进行必要的交流，共同讨论确定自动化方案； 第三，自动化技术人员要切忌盲目追求控制系第三，自动化技术人员要切忌盲目追求控制系 统统 的先的先 进进 性和所用性和所用 仪仪 表及装置的先表及装置的先 进进 性。性。 第四，第四， 设计设计 一定要遵守有关的一定要遵守有关的 标标 准、行准、行 规规 ，按，按 科学合理的程序科学合理的程序 进进 行。行。 74 (2)基本内容基本内容 ： 确定控制方案确定控制方案 ； 仪仪 表及装置的表及装置的 选选 型型 ； 相关工程内容的相关工程内容的 设计设计 。 (3)基本步骤基本步骤 ： 初步初步 设计设计 ； 施工施工 图设计图设计 ； 设计设计 文件和文件和 责责 任任 签签 字字 ； 参与施工和参与施工和 试车试车 ； 设计设计 回回 访访 。 75 （ 二二 ） 被控被控 变变 量的量的 选择选择 在多个变量中选在多个变量中选 择择 被控被控 变变 量量 应应 遵循下列原遵循下列原 则则 ： 尽量选择能直接反映产品质量的变量作尽量选择能直接反映产品质量的变量作 为被控变量；为被控变量； 所选被控变量能满足生产工艺稳定安全所选被控变量能满足生产工艺稳定安全 、高效的要求；、高效的要求； 必必 须须 考考 虑虑 自自 动动 化化 仪仪 表及装置的表及装置的 现现 状。状。 76 （三）操纵变量 (或调节变量 )的选择 操纵变量的选取应遵循下列原则：操纵变量的选取应遵循下列原则： 操纵变量必须是工艺上允许调节的变量；操纵变量必须是工艺上允许调节的变量； 操纵变量应该是系统中所有被控对象的输入变操纵变量应该是系统中所有被控对象的输入变 量中的对被控变量影响最大的一个，控制通道的放大量中的对被控变量影响最大的一个，控制通道的放大 系数系数 K要尽量大一些，时间常数要尽量大一些，时间常数 T适当小些，滞后时间适当小些，滞后时间 尽量小；尽量小； 不宜不宜 选择选择 代表生代表生 产负产负 荷的荷的 变变 量作量作 为为 操操 纵变纵变 量量 ，以免，以免 产产 量受到波量受到波 动动 。 77 （四）控制器及控制（四）控制器及控制 规规 律的律的 选选 择择 (1)控制控制 规规 律的律的 选择选择 ： 主要根据主要根据 过过 程特性和要求来程特性和要求来 选择选择 。 位式控制；位式控制； 比例控制；比例控制； 比例比例 积积 分控制；分控制； 比例微分控制；比例微分控制； 比例比例 积积 分微分控制。分微分控制。 78 （四）控制器及控制（四）控制器及控制 规规 律的律的 选选 择择 选择 控制 规 律的原 则 可 归纳为 以下几点 ： 当广义过程控制通道的时间常数大，或多容量引起的容量滞后大时， 采用微分作用有 良好效果， 积 分作用可以消除余差 ； 当广 义过 程控制通道存在 纯 滞后 时 ，若用微分作用来改善控制 质 量 是无效的 ； 当广义过程控制通道的时间常数较小，系统负荷变化也较小时，为 了消除余差，可以 采用 PI控制 规 律 ； 当广 义过 程控制通道 时间 常数 较 小，而 负 荷 变 化很大 时 ， 这时 采 用微分作用和 积 分作用都易引起振 荡 。如果控制通道 时间 常数很小 时 ，可 采用反微分作用来提高控制 质 量。 当广义过程控制通道的时间常数或时滞很大，而负荷变化又很大时 ，简单控制系统无 法 满 足要求，可以 设计 复 杂 控制系 统 来提高控制 质 量。 79 (2)控制器作用方向的 选择 方 块 的正反作用方向 ： 方块的正作用方向，是指该方块的输入信号增加，输 出信号增加； 输入信号减小，输出信 号亦减小； “ 正 ” 作用水槽系 统 及方 块 图 80 (2)控制器作用方向的 选择 方 块 的反作用方向 ： 方块的反作用方向，是指该方块的输入信号增加，输 出信号减小； 输入信号减小，输出信 号增加 “ 反 ” 作用水槽系 统 及方 块图 81 (2)控制器作用方向的 选择 控制 规 律方 块 的正反作用方向 ： 控制规律方块的正反作用方向的选择依据 是使控 制系 统为负 反 馈 。 正作用控制器和反作用控制器 ： 比 较 点和控制 规 律方 块 两部分的作用方向符号相 乘 为 “ 一 ” ， 该 控制器就称 为 “ 反作用 ” 控制器 ；如 果两部分的符号相乘为 “ +” ， 则 控制器称 为 “ 正作 用 ” 控制器。 82 (2)控制器作用方向的 选择 控制系 统 的方 块图 83 (五 )执 行器 (气 动 薄膜控制 阀 )的 选择 (1)控制控制 阀结阀结 构构 类类 型及材型及材 质质 的的 选择选择 84 (五 )执 行器 (气 动 薄膜控制 阀 )的 选 择 (2)控制阀气开、气关形式的选择 首先要从生产安全出发， 应 能确保生 产 工 艺 设备 的安全，不致 发 生事故。 从保证产品质量出发，不应降低 产 品的 质 量 。 从降低原料、成品、 动 力 损 耗来考 虑 。 从介 质 的特点考 虑 。 (3)控制阀流量特性的选择 (4)控制 阀 口径大小的 选择 主要依据 阀 的流量系数，不宜将控制 阀 口径 选 的太小或 过 大 。 85 三、 简单 控制系 统 的投运与参数整定 （一）投运步（一）投运步 骤骤 (1)投运前的准备 熟悉被控对象和整个控制系统，检查所有仪表及连接管线等等。 现场校验所有的仪表，保证仪表能正常的使用； 根据 经验 或估算， 设 置 KP， T1和 TD； 确 认 控制 阀 的气开、气关作用； 确 认 控制器的正、反作用； 如被控变量受扰动有一个增加，看控制系统能否克服扰动影 响。 (2)现场的人工操作 控制 阀 安装示意 图 (3)手动遥控 (4)投人自动 86 （二）控制器参数整定 控制器参数整定有两大 类 方法：理 论计 算法和工程整定法。 (1)临界比例度法 临 界比例度法 工程整定法有三种： 经验 法、 临 界比例度法和衰减曲 线 法。 (2)衰减曲线法 4： 1衰减曲 线 法 10： 1衰减曲 线 法 87 （二）控制器参数整定 (3)经验法 (4)s,T 1,TD对过渡过程曲线的影响 (5)看曲线调参数 三种振荡曲线比较 比例度 过 大、 积 分 时间过 大 时 的曲 线 88 89 第四章 流体 输 送 设备 的控制 用于输送流体和提高流体压头的机械设备，通称用于输送流体和提高流体压头的机械设备，通称 为流体输送设备。为流体输送设备。 输送液体、提高压力的机械称为泵；输送液体、提高压力的机械称为泵； 输送气体并提高压力的机械称为风机和压缩机。输送气体并提高压力的机械称为风机和压缩机。 流量控制系统的主要扰动是压力和阻力的变化流量控制系统的主要扰动是压力和阻力的变化 90 流体流体 输输 送送 设备设备 控制系控制系 统统 具有如下几个特点具有如下几个特点 控制通道的控制通道的 对对 象象 时间时间 常数小，需要考常数小，需要考 虑虑 控制控制 阀阀 和和 测测 量元件的量元件的 惯惯 性滞后；性滞后； 测测 量信号伴有高量信号伴有高 频频 噪声。噪声。 静静 态态 非非 线线 性。性。 流量控制系流量控制系 统统 的的 测测 量量 仪仪 表精确度要求不表精确度要求不 高，而要保持高，而要保持 变变 差小、性能差小、性能 稳稳 定。定。 91 一、泵的控制 （一）离心（一）离心 泵泵 的控制的控制 泵的压头 H和流量 Q及转速 n间的关系，称为泵的特性。可用公式表示为： H=kln2-k2Q2 离心 泵 的特性曲 线 aa 一相 应 于最高效率的工作点 轨 迹 ， nln2n3n4 当离心泵装在管路系统时，实际 的排出量与压头需要与管路特性结合 起来考虑 当系 统 达到平 稳 状 态时 ，工作点 c的流量可以通 过 以下方案来控制 92 管路特性管路特性 93 改 变 控制 阀 开启度，直接 节 流 (a)流量特性 改 变泵 的 转 速以控制流量 采用旁路以控制流量 94 （二）容（二）容 积积 式式 泵泵 的控制的控制 容积式泵有两类：一类是往复泵，包括活塞式、柱塞式等；另一类是直接位 移旋转式，包 括 椭圆齿轮泵 、螺杆式等。 泵 的排出量与管路系 统 无关。 往复泵只取决于单位时间内的 往复次数及冲程 的大小，而旋 转泵仅 取决于 转 速。它 们 的流量特性大体如 图 所示。 往复 泵 的特性曲 线 95 （二）容（二）容 积积 式式 泵泵 的控制的控制 往复 泵 的控制方案有以下 几种 ： 改 变 原 动 机的 转 速。 改 变 往复 泵 的冲程。 通 过 旁路控制。 利用旁路 阀 控制， 稳 定 压 力，再利用 节 流 阀 来控制 流量 (如 图 所示 ) 往复 泵 出口 压 力和流量控制 96 二、 压缩 机的控制 压缩 机是指 输 送 压 力