第4章自动控制系统

1、化学工业出版社第四章第四章 过程控制仪表过程控制仪表n第一节第一节 电动模拟控制器电动模拟控制器n第二节第二节 单回路数字控制器单回路数字控制器n第三节第三节 执行器及辅助仪表执行器及辅助仪表化学工业出版社第一节 电动模拟控制器n一、概述一、概述n1.种类：n（一）按能源形式分类q液动气动电动n（二）按信号形式分类q模拟式、数字式n（三）按结构形式分类q1.基地式控制仪表 q2.单元组合仪表 DDZ-型 、DDZ-型、DDZ-型化学工业出版社第一节 电动模拟控制器n一、概述一、概述n2.DDZ-型控制器特点：q（1）采用了高增益、高输入阻抗的集成运算放大器，使电）采用了高增益、高输入阻抗的集成

2、运算放大器，使电路结构简单，可靠性高，积分增益大。路结构简单，可靠性高，积分增益大。q（2）实现自动和软手操之间的双向无平衡无扰动切换。）实现自动和软手操之间的双向无平衡无扰动切换。q（3）具有良好的保持特性。）具有良好的保持特性。q（4）利用电阻、电容元件构成不同性质的负反馈，可以方）利用电阻、电容元件构成不同性质的负反馈，可以方便地构成比例、微分、积分运算电路。便地构成比例、微分、积分运算电路。q（5）在基型调节器的基础上，易于构成各种特种调节器。）在基型调节器的基础上，易于构成各种特种调节器。化学工业出版社第一节 电动模拟控制器n一、概述一、概述n3.DDZ-型控制器种类型控制器种类n4

3、.DDZ-型控制器信号制型控制器信号制q测量信号：测量信号：15VDCq内给定信号：内给定信号：15VDCq外给定信号：外给定信号：420mADCq输出信号：输出信号：420mADC一个指针偏差指示调节器红测量值黑给定值二个指针全刻度指示调节器化学工业出版社第一节 电动模拟控制器n一、概述n2.DDZ-型控制器工作状态：qA（自动）、M（软手动）、H（硬手动）、R（保持） DTZ-2100调节器调节器化学工业出版社第一节电动模拟控制器n二、二、DDZ-型基型控制器的结构原理型基型控制器的结构原理n1结构框图结构框图输入电路输入电路指示单元指示单元PD电路电路PI电路电路输出电路输出电路软手动电

4、路软手动电路硬手动电路硬手动电路控制单元控制单元输入信号指示电路输入信号指示电路设定信号指示电路设定信号指示电路化学工业出版社第一节电动模拟控制器n二、二、DDZ-型基型控制器的结构原理型基型控制器的结构原理n1结构框图结构框图qK1.K2软手操软手操-硬手操硬手操-自动切换开关（联动）自动切换开关（联动）qK3积分档选择开关。有积分档选择开关。有1.10两档两档qK4软手动操作板键软手动操作板键qK5测量测量-标定切换开关（双联）标定切换开关（双联）qK6内内-外给定切换开关（双联）外给定切换开关（双联）qK7正正/反作用选择开关反作用选择开关化学工业出版社第一节电动模拟控制器n三、三、 D

5、DZ-型控制器的外部结构型控制器的外部结构1.正面板结构正面板结构1自动自动/软手动软手动/硬手动切换开关。硬手动切换开关。2双针垂直指示表。红针为测量值，双针垂直指示表。红针为测量值，黑针为设定值黑针为设定值3内设定拨轮。内设定拨轮。4输出指针。输出指针。5硬手动操作杆。硬手动操作杆。6软手动操作键（软手动操作键（K4）。）。 “软手动软手动”操作还分为快速增加、快速减小、慢速增操作还分为快速增加、快速减小、慢速增加和慢速减小几种方式。加和慢速减小几种方式。8阀位指示器。阀位指示器。10位号牌。位号牌。11输入检查插孔，供便携式手操器或输入检查插孔，供便携式手操器或数字电压表检查输入信号用。

6、数字电压表检查输入信号用。化学工业出版社第一节电动模拟控制器n三、三、 DDZ-型控制器的外部结构型控制器的外部结构n2.侧面板结构侧面板结构13比例度、积分时间和微分时间设比例度、积分时间和微分时间设定盘。定盘。14积分时间切换开关积分时间切换开关K3，有，有1.10两挡，两挡，15正正/反作用选择开关反作用选择开关K7。16内内/外设定切换开关外设定切换开关K6。17测量测量/校验切换开关校验切换开关K5。18指示单元。包括指示电路和内设指示单元。包括指示电路和内设定电路。定电路。19设定指针调零。设定指针调零。20控制单元。控制单元。23辅助单元。辅助单元。24输入指针调零。输入指针调零

7、。25输入指针量程调整。输入指针量程调整。26设定指针量程调整。设定指针量程调整。化学工业出版社第一节电动模拟控制器n二、二、DDZ-型基型控制器的结构原理型基型控制器的结构原理TdTi正正反反 设定调零内外设定测量校验1 102%跟踪500%跟踪表头接线端化学工业出版社第一节电动模拟控制器n四、四、DDZ-型控制器的使用型控制器的使用n1.通电准备通电准备q（1）检查电源端子接线极性是否正确。）检查电源端子接线极性是否正确。q（2）根据工艺要求确定正）根据工艺要求确定正/反作用开关的位置。反作用开关的位置。q（3）按照控制阀的特性放好阀位指示器的方向。）按照控制阀的特性放好阀位指示器的方向。

8、n2.用手动操作启动用手动操作启动q（1）用软手动操作把自动）用软手动操作把自动/手动切换开关拨到软手动位置，用手动切换开关拨到软手动位置，用内设定轮调整设定信号，用软手动操作键调整控制器的输出信内设定轮调整设定信号，用软手动操作键调整控制器的输出信号，使输入信号尽可能靠近设定值。号，使输入信号尽可能靠近设定值。q（2）用硬手动操作把自动）用硬手动操作把自动/手动切换开关拨到硬手动位置，用手动切换开关拨到硬手动位置，用内设定轮调整设定信号，用硬手动操作杆调整控制器的输出信内设定轮调整设定信号，用硬手动操作杆调整控制器的输出信号，使输入信号尽可能靠近设定值。号，使输入信号尽可能靠近设定值。化学工

9、业出版社第一节电动模拟控制器四、四、DDZ-型控制器的使用型控制器的使用n3.由手动切换到自动由手动切换到自动q用手动操作使输入信号接近设定值，待工艺过程稳定后把自动用手动操作使输入信号接近设定值，待工艺过程稳定后把自动/手动切换开关拨到自动位置。在切换前，首先确定控制规律。手动切换开关拨到自动位置。在切换前，首先确定控制规律。对于对于PID三作用的控制器，将三作用的控制器，将K3置置10挡，挡，Ti置最大，即可切置最大，即可切除积分作用；若将除积分作用；若将Td置置“断断”，即可切除微分作用。控制规律，即可切除微分作用。控制规律确定后，即可设置确定后，即可设置P、I、D参数值。参数值。qDD

10、Z型控制器具有无扰动切换特性，且由手动到自动的切型控制器具有无扰动切换特性，且由手动到自动的切换，不需要平衡，可直接切换。换，不需要平衡，可直接切换。n4.自动控制自动控制q自动控制时，生产为正常工作状态，不需要人的过多参与，操自动控制时，生产为正常工作状态，不需要人的过多参与，操作人员只需定期观察控制效果即可。作人员只需定期观察控制效果即可。化学工业出版社第一节电动模拟控制器n四、四、 DDZ-型控制器的使用型控制器的使用n5由自动切换到手动由自动切换到手动q（1）由自动切换到软手动，可以直接切换。）由自动切换到软手动，可以直接切换。q（2）由自动切换到硬手动，需先调整硬手动操作杆使之与自）

11、由自动切换到硬手动，需先调整硬手动操作杆使之与自动输出相等（先平衡），然后再切换。动输出相等（先平衡），然后再切换。n6内设定与外设定的切换内设定与外设定的切换q（1）由外设定切换到内设定）由外设定切换到内设定 为了进行无扰动切换，先将为了进行无扰动切换，先将K1开关切换到软手动位置，然后再将开关切换到软手动位置，然后再将K6由外设定切换到内设定，由外设定切换到内设定，并调整内设定值，使其等于外设定的数值，再把并调整内设定值，使其等于外设定的数值，再把K1开关拨到自开关拨到自动位置（有平衡无扰动切换）。动位置（有平衡无扰动切换）。q（2）由内设定切换到外设定）由内设定切换到外设定 先把先把K1

12、开关拨到软手动位置，开关拨到软手动位置，然后由内设定切换到外设定，调整外设定信号使其和内设定指然后由内设定切换到外设定，调整外设定信号使其和内设定指示值相等，再把示值相等，再把K1开关切换到自动位置（有平衡无扰动切换）。开关切换到自动位置（有平衡无扰动切换）。化学工业出版社第二节 数字式控制器n一、概述q模拟式控制器：以集成电路等电子元器件为核心元件，仪表内、外均以标准的模拟信号（如420mA DC）进行传输。模拟控制器主要用于实现PID控制，通常，每台模拟控制器只能实现一个回路的PID控制，功能单一。q数字式控制器：采用数字技术，以微处理器为核心部件，实现仪表和微处理器一体化，一台控制器可有

13、二个（或更多）PID控制模块，且具有运算功能，可实现复杂控制，使运算和控制功能更加丰富，可靠性高、通用性强、具有通信功能、便于系统扩展、使用和维护方便。 化学工业出版社第二节 数字式控制器n二、C3000数字过程控制器 C3000过程控制器外形图 化学工业出版社第二节 数字式控制器n特点qC3000过程控制器主要有控制、记录、分析等功能。q可通过串口和CF卡实现与上位机的数据交换。q内部有3个程序控制模块、4个单回路PID控制模块、6个ON/OFF控制模块。q可实现串级、分程、三冲量、比值控制及用户定制等多种复杂的控制方案。 化学工业出版社第二节 数字式控制器C3000过程控制器原理示意图 化

14、学工业出版社第二节 数字式控制器n（一）功能概述 n1输入输出q可测量8路模拟量输入AI，2路开关量输入DI/频率量输入FI（DI与FI的个数和为2）。q最多支持4路模拟量输出AO（0.0020.00mA）、12路开关量输出DO、2路时间比例输出PWM。 n2控制功能q通过3个程序控制模块、4个单回路PID控制模块，6个ON/OFF控制模块，与内部运算通道相配合，可实现单回路、串级、分程、比值、三冲量和批量控制等方案 n3记录功能q内置32MB的NAND Flash存储器，可对数据、控制器信息、报表信息进行实时记录，同时具有组态备份功能。 化学工业出版社第二节 数字式控制器n（一）功能概述 n

15、4分析功能n5运算功能n6通讯功能n7打印功能 n8CF卡功能 n9配电功能 化学工业出版社第二节 数字式控制器n（二）操作面板C3000过程控制器面板部件分布图化学工业出版社第二节 数字式控制器n（二）操作面板n1面板部件化学工业出版社第二节 数字式控制器n（二）操作面板n1面板部件类别有效时间范围单击约(0.20.3)s长按约(1.41.5)s旋 钮约(0.30.4)s增减键约(0.40.5)s其它键化学工业出版社第二节 数字式控制器n（三）权限设置n操作用户按权限分为四个等级：q操作员1.操作员2.工程师1.工程师2。q其中“工程师2”拥有最高权限，可决定操作员1.操作员2和工程师1的权

16、限并设置其登录密码。化学工业出版社第二节 数字式控制器n1用户级别及权限设置化学工业出版社第二节 数字式控制器n2用户登录 若用户级别和密码对应，则登录成功，进入组态菜单；反之，则提示重新输入密码。系统默认用户为“操作员1”，各用户初始密码为“000000”。化学工业出版社第二节 数字式控制器n（四）监控画面q有11幅基本的实时监控画面 q【总貌】、【数显】、【棒图】、【实时】、【历史】、【信息】、【累积】、【控制】、【调整】、【程序】和【ON/OFF】化学工业出版社第二节 数字式控制器n（四）监控画面n1画面综述化学工业出版社第二节 数字式控制器化学工业出版社第二节 数字式控制器n（四）监控

17、画面n2画面选择n（1）在任意组态画面：单击键esc，直至返回监控画面。n（2）在任意监控画面：n 单击旋钮可按照【总貌】、【数显】、【棒图】、【实时】、【历史】、【信息】、【累积】、【控制】、【程序】、【ON/OFF】次序循环切换各监控画面，【调整】画面不在此循环中。n 在任意监控画面，长按旋钮弹出导航菜单，单击对应项即可进入对应的监控画面， 化学工业出版社第二节 数字式控制器n（四）监控画面n3总貌画面 q总貌画面显示当前所有通道的运行状况，显示其实时数值或者状态 q模拟量输入AI、开关量输入DI、频率量输入FI、模拟量输出AO、开关量输出DO、时间比例输出PWM、模拟量虚拟通道VA及开关

18、量虚拟通道VD。 化学工业出版社第二节 数字式控制器总貌画面 化学工业出版社第二节 数字式控制器n（四）监控画面n4实时显示画面 （a）数显画面 （b）棒图画面 （c）实时画面化学工业出版社第二节 数字式控制器n（四）监控画面n5历史画面：用来显示信号在历史时间内的信息和变化，有曲线和数值两种显示形式。 化学工业出版社第二节 数字式控制器n（四）监控画面n5历史画面 包括通道报警信息、操作信息和故障信息。 报警画面 操作信息画面 故障信息画面 化学工业出版社第二节 数字式控制器n（四）监控画面n7累积画面：班累积、时累积、日累积及月累积。 班累积报表 时累积报表 日累积报表 月累积报表化学工业

19、出版社第二节 数字式控制器化学工业出版社第二节 数字式控制器n（四）监控画面n8PID控制画面PID控制显示画面 化学工业出版社第二节 数字式控制器化学工业出版社第二节 数字式控制器n（四）监控画面n9调整画面 调整画面 化学工业出版社第二节 数字式控制器化学工业出版社第二节 数字式控制器n9调整画面n（1）回路数值棒图显示区域操作 化学工业出版社第二节 数字式控制器n9调整画面n（2）参数修改操作n（3）内外给定切换 n（4）自整定开关n（5）标尺的选择化学工业出版社第二节 数字式控制器n10ON/OFF控制画面化学工业出版社第二节 数字式控制器n10ON/OFF控制画面化学工业出版社第二节

20、 数字式控制器ON/OFF控制画面按键操作 化学工业出版社第二节 数字式控制器n11常数修改修改常数的操作步骤 化学工业出版社第三节第三节 执行器及辅助仪表执行器及辅助仪表n1.执行器的分类执行器的分类n按照使用能源不同：气动、电动、液动按照使用能源不同：气动、电动、液动n（1）气动执行器：）气动执行器：n以压缩空气为能源，结构简单、动作可靠、性能稳定、以压缩空气为能源，结构简单、动作可靠、性能稳定、输出推力大、维修方便、本质安全防爆、价格低廉；输出推力大、维修方便、本质安全防爆、价格低廉；n（2）电动执行器）电动执行器n动作快、能源取用方便，信号传递快，但结构复杂，防动作快、能源取用方便，信

21、号传递快，但结构复杂，防爆性能差。爆性能差。化学工业出版社n一、气动薄膜执行器一、气动薄膜执行器n（一）气动薄膜控制阀的结构和工作方式（一）气动薄膜控制阀的结构和工作方式n1结构结构n（1）气动执行机构：）气动执行机构：n正作用：信号使推杆下移的执行机构称为正作用执行机正作用：信号使推杆下移的执行机构称为正作用执行机构构ZMAn反作用：信号使推杆上移的执行机构称为反作用执行机反作用：信号使推杆上移的执行机构称为反作用执行机构构ZMB第三节第三节 执行器及辅助仪表执行器及辅助仪表化学工业出版社正作用气关式第三节第三节 执行器及辅助仪表执行器及辅助仪表化学工业出版社n（2）动作过程（正作用）n输入

22、膜片作用力推推杆产生向下位移弹簧压缩反作用力n平衡时，位移与输入一一对应n推杆的位移就是执行机构的直线输出位移，称行程。n（3）气动薄膜执行机构的行程规格有：q10、16.25.40、60、100mmq薄膜有效面积有200、280、400、630、1000、1600cm2n有效面积越大，执行机构的位移和推力也就越大。第三节第三节 执行器及辅助仪表执行器及辅助仪表化学工业出版社n（4）控制机构：n控制信号使执行机构的推杆发生位移，该位移使阀芯与阀座间的流通面积发生变化，从而改变被控介质的流量。n它是一个局部阻力可以改变的节流元件。第三节第三节 执行器及辅助仪表执行器及辅助仪表化学工业出版社n2工

23、作方式q（1）气开式：q输入气信号越大，阀开度也越大。正作用反装，反作用正装q（2）气关式：q输入气信号越大，阀开度也越小。正作用正装，反作用反装 第三节第三节 执行器及辅助仪表执行器及辅助仪表反作用气关式气关式气开式气开式反作用正作用正作用化学工业出版社正作用气开式化学工业出版社正作用气关式化学工业出版社反作用气开式化学工业出版社反作用气关式化学工业出版社n（二）控制阀阀体的主要类型n品种很多，根据阀芯的动作形式，可分为：n直行程式：直通单座阀，直通双座阀，角型阀，三通阀，高压主角阀，隔膜阀，波纹管密封阀，起高压阀，小流量阀，笼式（套筒）阀，低噪音阀n转角阀：蝶阀，凸轮挠曲阀，V型球阀，O型

24、切断球阀 第三节第三节 执行器及辅助仪表执行器及辅助仪表化学工业出版社n（1）直通单座阀n结构：上、下阀盖，阀座，阀芯，阀杆，填料和压板n结构特征：一个阀芯、一个阀座n特点：q泄漏量小，易于关闭，可将流体完全切断。泄漏量小，易于关闭，可将流体完全切断。q有一个阀芯，只适用于低压差的场合。有一个阀芯，只适用于低压差的场合。q高压时应当选择推力大的执行机构或配阀门定位器。高压时应当选择推力大的执行机构或配阀门定位器。第三节第三节 执行器及辅助仪表执行器及辅助仪表化学工业出版社n（2）直通双座阀n结构：如图n结构特征：两个阀芯、两个阀座。流体从左侧进入，通过上、下阀芯后，再汇合在一起，由右侧流出。第

25、三节第三节 执行器及辅助仪表执行器及辅助仪表导向：双座阀有正装和反装两种。导向：双座阀有正装和反装两种。特点及适用场合：流通能力大，泄漏特点及适用场合：流通能力大，泄漏量大，不平衡力小。适用于低粘度、不量大，不平衡力小。适用于低粘度、不含纤维、悬浮颗粒的洁净介质及高压差、含纤维、悬浮颗粒的洁净介质及高压差、高静压且允许有泄漏的场合。高静压且允许有泄漏的场合。化学工业出版社n3角型阀n结构特点：流体进出口成直角型。n特点：流路简单，阻力小，耐压高。n适用于：高差压，高粘度，含有悬浮物和颗粒的流体。第三节第三节 执行器及辅助仪表执行器及辅助仪表化学工业出版社n4三通阀n结构特点：有三个出入口与管道

26、相连。n有分流式和合流式n5隔膜阀n特点：流路简单，几乎无泄漏n适用于：强腐蚀介质和高粘度及有悬浮颗粒的介质第三节第三节 执行器及辅助仪表执行器及辅助仪表化学工业出版社n5蝶形阀n适用：低差压，大口径，大流量的气体，n及含少量悬浮物及纤维或粘度不大的液体。n特点：泄漏量大第三节第三节 执行器及辅助仪表执行器及辅助仪表化学工业出版社化学工业出版社第三节第三节 执行器及辅助仪表执行器及辅助仪表n7笼式阀n特点：可调比大，振动小，不平衡力小，n结构简单，套筒互换性好，部件气蚀小。n适用于：差压较大和要求降低噪声的场合。化学工业出版社第三节第三节 执行器及辅助仪表执行器及辅助仪表n8凸轮挠曲阀n结构特

27、点：阀芯呈扇形球面状。n特点：可调比宽，流阻小，n密封性好，使用温度宽，结构简单，体积小，重量轻，价格低n适用于：粘度大的场合及一般场合。化学工业出版社第三节第三节 执行器及辅助仪表执行器及辅助仪表n9球阀n结构特点：阀芯与阀体都呈球形。n适用于：高粘度和污秽介质场合化学工业出版社化学工业出版社化学工业出版社第三节第三节 执行器及辅助仪表执行器及辅助仪表n（三）控制阀的流量特性n1流量特性：阀门的相对流量与阀门的相对开度之间的关系。n2理想流量特性：在阀前后压差一定的情况下，得到的流量特性，叫理想的流量特性。化学工业出版社第三节第三节 执行器及辅助仪表执行器及辅助仪表n3控制阀出厂时标明的流量

28、特性都昌理想的流量特性。n4理想流量特性的种类：q快开型q直线型q等百分比型q抛物线型化学工业出版社第三节第三节 执行器及辅助仪表执行器及辅助仪表理想流量特性不同流量特性的阀芯形状1.快开型2.直线型3.抛物线型4.等百分比型化学工业出版社第三节第三节 执行器及辅助仪表执行器及辅助仪表n（四）控制阀的选择与安装n1控制阀的选择选择内容：结构形式、气开气关形式、流量特性q（1）结构形式的选择：根据工艺条件，如温度、压力及介质的化学物理性质（如黏度、腐蚀性、毒性、状态、洁净程度的）以及系统要求（如可调比、噪声、泄漏量等）来选择。q（2）气开、气关形式的选择：从安全角度考虑，原则是，事故状态时，信号

29、断，控制阀处于一种极限状态，该状态能够保证人员和设备的安全。q（3）流量特性的选择n双位控制、程序控制快开性n一般情况选择等百分比特性化学工业出版社第三节第三节 执行器及辅助仪表执行器及辅助仪表n2控制阀的安装使用n注意事项：q为了便于维护检修，控制阀应尽量安装在靠近地面或楼板处，并在其上下方留有足够的空间。q控制阀应当安装在水平官道上，特殊情况下必须要其他角度安装时，应根据情况加支撑。q安装的环境温度应在-40+60之间，以防止执行机构的薄膜老化，并应远离振动设备或严重腐蚀的地方。q安装时要保证流体流动方向与阀体箭头方向一致。q当控制阀的口径与管道直径不同时，两者之间应用锥形管连接。q控制阀一定