测控课程总结

1、化工测控仪表化工测控仪表课程总结1化工装备与控制工程系化工装备与控制工程系21.1 生产过程自动化系统所包含的内容生产过程自动化系统所包含的内容自动检测系统、信号联锁系统、自动操纵系统、自动控制系统自动检测系统、信号联锁系统、自动操纵系统、自动控制系统掌握对象特性，根据三项要求，掌握对象特性，根据三项要求，采用合适系统，完成过程控制。采用合适系统，完成过程控制。1.2 过程装备控制的要求过程装备控制的要求 1.3 过程装备控制的任务过程装备控制的任务安全性、经济性、稳定性安全性、经济性、稳定性 差压变差压变送器送器执行器执行器自动控制自动控制 液位液位 调节器调节器1.4 组成组成被控对象、被

2、控对象、 测量元件和变送器、测量元件和变送器、调节器调节器/ /控制器、执行器控制器、执行器辅助装置辅助装置化工装备与控制工程系化工装备与控制工程系31.5 方框图方框图 清楚地表示系统中各组成环节之间相互影响和信号之间的联系，清楚地表示系统中各组成环节之间相互影响和信号之间的联系，表示控制系统的组成和作用表示控制系统的组成和作用 组成：组成：环节、箭头、加法器环节、箭头、加法器 术语：术语：被控变量被控变量y y、测量值、测量值ymym 、操纵变量、操纵变量/ /控制变量控制变量m m 、给定值、给定值ys ys、 干扰干扰f f、控制信号、控制信号u u、偏差、偏差e e、反馈（正反馈、负

3、反馈）、反馈（正反馈、负反馈） 使用自控设计的使用自控设计的文字符号文字符号和和图形符号图形符号在工艺流程图上描述在工艺流程图上描述生产过程自控原理图生产过程自控原理图F F、P P、T T、L LC C、T T1.6 带控制点工艺流程图带控制点工艺流程图化工装备与控制工程系化工装备与控制工程系4 1.7 控制系统分类控制系统分类分类方法分类方法控控 制制 系系 统统 名名 称称给定值的特点给定值的特点定值定值随动随动程序程序系统输出对操系统输出对操纵变量的影响纵变量的影响闭环闭环开环开环系统的复杂程系统的复杂程度度简单简单复制复制系统克服干扰系统克服干扰的方法的方法反馈反馈前馈前馈前馈前馈-

4、 -反反馈馈所用的控制装所用的控制装置置计算机计算机仪表仪表PLCPLC被控参数被控参数温度温度流量流量压力压力液位液位成分成分化工装备与控制工程系化工装备与控制工程系5最大偏差最大偏差A/A/超调量超调量B B、 衰减比衰减比n n、回复时间、回复时间ts ts 、余、余差差e() e() 、振荡周期、振荡周期T T、上升时间、上升时间tptp1.8 干扰形式干扰形式（4种）种）1.9 过渡过程的形式过渡过程的形式（5种）种）1.10 质量指标质量指标化工装备与控制工程系化工装备与控制工程系62.1基本概念基本概念 对象特性、通道（干扰通道、控制通道）对象特性、通道（干扰通道、控制通道）2.

5、2 研究方法：研究方法：分析法、实验测定法分析法、实验测定法2.3 数学描述：数学描述：静态条件、动态条件静态条件、动态条件2.4 对象特性的分析法对象特性的分析法 有自衡特性单容对象有自衡特性单容对象 无自衡特性单容对象无自衡特性单容对象 双容对象双容对象 outinqq dtdVqqoutin一阶对象一阶对象积分对象积分对象二阶对象二阶对象化工装备与控制工程系化工装备与控制工程系72.5 特性参数特性参数 放大系数放大系数K（静态增益）（静态增益） vqHK/T0.6320.632H H 时间常数时间常数T 滞后时间滞后时间 传递滞后（纯滞后）传递滞后（纯滞后） 0 0容量滞后容量滞后 c

6、 c化工装备与控制工程系化工装备与控制工程系82.6 对象特性的实验测定对象特性的实验测定1.阶跃扰动法（响应曲线法）阶跃扰动法（响应曲线法）)0()()0()(xxyyK 稳定状态稳定状态T T输入输入阶跃阶跃记录记录ytyt0 xyKT T：曲线上输出量达到新稳态值曲线上输出量达到新稳态值63.2%63.2%的坐标的坐标点，所对应时刻与输出量开始变化时刻之差点，所对应时刻与输出量开始变化时刻之差 ：输出量开始变化时刻与输入量开始变化输出量开始变化时刻与输入量开始变化时刻之差时刻之差0.6320.632y y2. 2.矩形脉冲法矩形脉冲法用用叠加法叠加法转化成阶跃扰动法的响应曲线转化成阶跃扰

7、动法的响应曲线稳定状态稳定状态输入输入矩形脉冲矩形脉冲记录记录ytyt化工装备与控制工程系化工装备与控制工程系92.7 单回路控制系统单回路控制系统特点、适用范围特点、适用范围系统设计系统设计 被控变量、操纵变量、测量变送、执行器（气开、气被控变量、操纵变量、测量变送、执行器（气开、气关）、调节器（正反作用）关）、调节器（正反作用）控制参数的工程整定一般原则控制参数的工程整定一般原则工程整定方法工程整定方法 经验试凑法、临界比例度法、衰减曲线法经验试凑法、临界比例度法、衰减曲线法2.2 2.2 单回路控制系统单回路控制系统2.8 复杂系统的目的及分类复杂系统的目的及分类提高相应曲线的性能指标提

8、高相应曲线的性能指标可获得比单回路可获得比单回路PID控制更优越控制更优越的过渡过程质量。的过渡过程质量。按某些特殊目的按某些特殊目的满足不同的生产工艺、操作方式、乃至满足不同的生产工艺、操作方式、乃至特殊的控制性能指标。特殊的控制性能指标。化工装备与控制工程系化工装备与控制工程系102.9 串级控制系统串级控制系统-术语术语 主参数主参数 对象的对象的 主控参数主控参数 副参数副参数 被控对被控对 象中引出的中间变量（辅助参数）象中引出的中间变量（辅助参数） 主对象主对象 主回路所包含的对象主回路所包含的对象 副对象副对象 副回路所包含的对象副回路所包含的对象 主控制器主控制器 根据主参数的

9、偏差进行工作的控制器根据主参数的偏差进行工作的控制器 副控制器副控制器 根据副参数的偏差进行工作的控制器根据副参数的偏差进行工作的控制器 主回路主回路 由主控制器、副回路、主对象和主测量变送器等组成由主控制器、副回路、主对象和主测量变送器等组成 副回路副回路 由副控制器、副对象和副测量变送器等组成由副控制器、副对象和副测量变送器等组成2.10 串级控制系统串级控制系统-特点特点副回路副回路 粗调粗调 主回路主回路细调细调化工装备与控制工程系化工装备与控制工程系112.11 前馈控制系统前馈控制系统原理：原理：直接测量干扰量，根据干扰量的变化直接改变操作变量，直接测量干扰量，根据干扰量的变化直接

10、改变操作变量，使被控变量维持在给定值上使被控变量维持在给定值上控制器：控制器：不同于反馈控制器的不同于反馈控制器的P P、PIPI、PDPD、PIDPID等规律，是针等规律，是针对过程干扰通道和控制通道的特性来专门设计的控制器，称前对过程干扰通道和控制通道的特性来专门设计的控制器，称前馈补偿器馈补偿器“不变性不变性”原理：被控变量始终保持不变原理：被控变量始终保持不变2.12 前馈前馈-反馈控制系统反馈控制系统前馈角度：前馈角度：增加了反馈控制，降低了对前馈控制模型的精增加了反馈控制，降低了对前馈控制模型的精度要求，对未选作前馈信号的干扰产生校正作用度要求，对未选作前馈信号的干扰产生校正作用

11、反馈角度：反馈角度：前馈控制的存在，对干扰作用及时粗调，大大前馈控制的存在，对干扰作用及时粗调，大大减轻了反馈控制的负担减轻了反馈控制的负担化工装备与控制工程系化工装备与控制工程系122.13 比值控制系统比值控制系统n定义：定义：实现两种或两种以上参数按预订的比值关系的系统实现两种或两种以上参数按预订的比值关系的系统n分类：分类：开环比值控制系统、单闭环比值控制系统、双闭环比开环比值控制系统、单闭环比值控制系统、双闭环比值控制系统值控制系统n主副流量的选择主副流量的选择当流量当流量Qv1Qv1为不可控，流量为不可控，流量Qv2Qv2为可控时，选为可控时，选Qv1Qv1为主流为主流量，量， Q

12、v2Qv2为副流量；为副流量；当当Qv1Qv1和和 Qv2Qv2和都可控时，选择决定生产符合的关键物和都可控时，选择决定生产符合的关键物料作为主流量料作为主流量在在Qv1Qv1可能供应不足，可能供应不足，Qv2Qv2供应充足时，选供应充足时，选Qv1Qv1为主流量为主流量化工装备与控制工程系化工装备与控制工程系132.14 选择性控制系统选择性控制系统n正常情况正常情况自动控制系统自动控制系统n异常情况异常情况选择性控制选择性控制软保护软保护 信号连锁系统信号连锁系统停车报警停车报警硬保护硬保护n选择性控制系统：选择性控制系统：凡在控制回路中引入选择器的系统凡在控制回路中引入选择器的系统n选择

13、器：选择器：高值选择器高值选择器HSHS和低值选择器和低值选择器LSLS2.15 均匀控制系统均匀控制系统定义：保持两个变量在规定范围内均匀缓慢变化的系统定义：保持两个变量在规定范围内均匀缓慢变化的系统 均匀控制系统过渡过程的质量指标必须服从于控制目的均匀控制系统过渡过程的质量指标必须服从于控制目的 特点：两个变量不是固定不变的，而是控制过程使两个变量特点：两个变量不是固定不变的，而是控制过程使两个变量在工艺允许的范围内作缓慢的变化在工艺允许的范围内作缓慢的变化化工装备与控制工程系化工装备与控制工程系143.1 测量基础知识测量基础知识1.1.测量测量 三要素：测量单位、测量方法、测量仪器与设

14、备三要素：测量单位、测量方法、测量仪器与设备 2.2.测量单位测量单位- -国际单位（国际单位（SI)SI)3.3.测量方法分类测量方法分类uxX00基本方程式：基本方程式：依依 据据类类 型型是否与同类量比较是否与同类量比较直接测量直接测量 间接测量间接测量影响测量的各因素是否变化影响测量的各因素是否变化等精度测量等精度测量不等精度测量不等精度测量是否接触是否接触接触测量接触测量非接触测量非接触测量被测量的状态被测量的状态静态测量静态测量动态测量动态测量4. 4. 直接测量法直接测量法：直接比较法、微差测量法、零位测量法：直接比较法、微差测量法、零位测量法5. 5.测量仪器和设备测量仪器和设

15、备化工装备与控制工程系化工装备与控制工程系15系统误差、随机误差、粗大误差系统误差、随机误差、粗大误差1.分类分类 测量误差性质测量误差性质仪表的基本误差限仪表的基本误差限使用情况使用情况绝对误差、相对误差（实际相对误差、绝对误差、相对误差（实际相对误差、标称相对误差、引用相对误差）标称相对误差、引用相对误差）基本误差、附加误差、允许误差基本误差、附加误差、允许误差3.2 误差基本知识误差基本知识2.误差分析处理误差分析处理随机误差随机误差 、系统误差、粗大误差、系统误差、粗大误差xyK/%100/)(max21SxxH%100/maxSRR量程量程S S S=a-bS=a-b灵敏度灵敏度精度

16、精度q q允许误差去掉百分号后的数字来表示精度等级允许误差去掉百分号后的数字来表示精度等级1 11 1变差变差漂移漂移重复性重复性温漂、零漂温漂、零漂3.主要性能指标主要性能指标化工装备与控制工程系化工装备与控制工程系161.压力的定义、单位、类型压力的定义、单位、类型U型管压力计型管压力计ghPP213.3 压力测量压力测量微压微压计计单管压力单管压力计计121ghPPsin21glPP2.液柱式压力计液柱式压力计流体静力学定理流体静力学定理3.弹性式压力计弹性式压力计压力作用下产生弹性变形压力作用下产生弹性变形 弹簧管压力计工作原理弹簧管压力计工作原理4.压阻式压力计压阻式压力计5.压电式

17、压力计压电式压力计压阻效应压阻效应压电效应压电效应注意事项注意事项- -介质的化学性质介质的化学性质扁圆或椭圆形截面的弹簧管扁圆或椭圆形截面的弹簧管变变圆趋势圆趋势自由端弹性变形自由端弹性变形拉杆拉杆齿轮齿轮指针指针刻度盘上指示刻度盘上指示力力化工装备与控制工程系化工装备与控制工程系176.压力计的选用压力计的选用7.测压点的选择测压点的选择 选直管段，不要选拐弯、分叉、死角选直管段，不要选拐弯、分叉、死角或易形成漩涡处或易形成漩涡处 取压点与流动方向垂直，内端面应保取压点与流动方向垂直，内端面应保持平齐，无凸出物或毛刺持平齐，无凸出物或毛刺 液体液体22，3 3 含尘气体含尘气体开口不易积尘

18、、堵塞，便于吹洗导管；必要时加开口不易积尘、堵塞，便于吹洗导管；必要时加装除尘装置装除尘装置水蒸汽水蒸汽按液体按液体气体气体11脉动压力脉动压力SP31minSP32maxSP21max8.导压管的安装导压管的安装9.压力表的安装压力表的安装化工装备与控制工程系化工装备与控制工程系183.4 温度测量温度测量1. 1. 热膨胀式温度计热膨胀式温度计原理：物体热胀冷缩原理：物体热胀冷缩液体、固体膨胀式温度计的测量范围和特点液体、固体膨胀式温度计的测量范围和特点2. 2. 热电偶式温度计热电偶式温度计原理：原理：热电效应热电效应接触电势接触电势：两种导体：两种导体电子密度不同，电子密度不同，交界面

19、上交界面上电子扩散电子扩散温差电势温差电势：导体两端：导体两端温度不同，电子能量温度不同，电子能量不同，不同，电子迁移电子迁移)()(),(00tetettEABABAB 基本定律基本定律匀质导体定律、中间导体定律、中间温度定匀质导体定律、中间导体定律、中间温度定律、律、 标准电极准则标准电极准则冷端修正冷端修正恒温法、补偿电桥法恒温法、补偿电桥法化工装备与控制工程系化工装备与控制工程系19 测温系统的组成：测温系统的组成： 热电偶热电偶+ +补偿导线补偿导线+ +显示仪表显示仪表补偿导线：补偿导线： 在一定温度范围内与所接热电偶在一定温度范围内与所接热电偶热电性能相同热电性能相同的的廉价廉价

20、金属金属丝补偿导线只是丝补偿导线只是改变了冷端的位置改变了冷端的位置 3. 3. 热电阻温度计热电阻温度计 原理：金属导体或半导体的电阻值随温度变化而变化原理：金属导体或半导体的电阻值随温度变化而变化 组成：热电阻组成：热电阻+ +连接导线连接导线+ +显示仪表显示仪表4. 4.测温仪表的选用测温仪表的选用依据：依据：足够的量程和精度足够的量程和精度量程：量程： St3 . 0minSt9 . 0maxStS7 . 05 . 0化工装备与控制工程系化工装备与控制工程系20插入深度插入深度安装确保安全可靠安装确保安全可靠 测温点的选择：测温点的选择： 测温元件应逆流插入，至少正交测温元件应逆流插

21、入，至少正交3.5 流量测量流量测量定义定义Vmqq导线安装：导线安装：按型号配用补偿导线，注意极性按型号配用补偿导线，注意极性差压式流量计原理：差压式流量计原理：节流原理节流原理 组成、测量范围、注意事项组成、测量范围、注意事项转子式流量计原理转子式流量计原理：压降不变而改变节流面积来测量：压降不变而改变节流面积来测量 组成、特点组成、特点 、测量范围、修正方法、测量范围、修正方法 电磁流量计原理电磁流量计原理电磁感应定律电磁感应定律 特点特点 、测量范围、测量范围化工装备与控制工程系化工装备与控制工程系213.6 液位测量液位测量浮力式液位计的原理：浮力式液位计的原理：阿基米德定律阿基米德

22、定律 分类：恒浮力式、变浮力式分类：恒浮力式、变浮力式静压式液位计原理静压式液位计原理玻璃管液位计玻璃管液位计连通器原理，直接观察玻璃管位置连通器原理，直接观察玻璃管位置压力式压力式/ /差压式液位差压式液位来测量压力来测量压力/ /压差压差液位液位电容式液位计原理：电容式液位计原理：平行板电容器间充以不同介质时，电平行板电容器间充以不同介质时，电容量的大小不同容量的大小不同 组成、特点组成、特点光纤式液位计的原理光纤式液位计的原理 特点、注意问题特点、注意问题)/(gpH化工装备与控制工程系化工装备与控制工程系223.7 物质成分分析物质成分分析1. 1. 红外线气体分析仪原理：红外线气体分

23、析仪原理：气体对红外线的选择性吸收性气体对红外线的选择性吸收性 特殊气体特殊气体2. 2. 氧化锆氧气分析仪原理：氧化锆氧气分析仪原理：浓差极化浓差极化 应用应用3. 3. 工业电导仪原理：工业电导仪原理：电解质的导电能力电解质的导电能力 使用使用4. 4. 气相色谱仪原理：气相色谱仪原理：色谱法色谱法 测试过程测试过程载气（流动相）携带样气载气（流动相）携带样气色谱柱（固定相）色谱柱（固定相）固定相对样气的各组分的吸附能力或溶解度不同固定相对样气的各组分的吸附能力或溶解度不同各组分在固定相中的停留时间不同各组分在固定相中的停留时间不同各组分依次进入检测器各组分依次进入检测器组分含量（色谱图）

24、组分含量（色谱图）化工装备与控制工程系化工装备与控制工程系234.1 变送器变送器1. 1. 变送器的作用变送器的作用 2. 2. 变送器分类（所用能源）：变送器分类（所用能源）： 气动变送器气动变送器+ +电动变送器电动变送器 3. 3. 气动差压变送器气动差压变送器 工作原理：力矩平衡原理工作原理：力矩平衡原理 标准气压信号：标准气压信号：20100kPa20100kPa 气动元件与组件（作用及符号）气动元件与组件（作用及符号） 气阻气阻 、气容、气容 、节流通室、节流盲室、节流通室、节流盲室 、喷嘴、喷嘴- -挡板机构、功率放大器挡板机构、功率放大器 零点迁移及量程调整零点迁移及量程调整4. 4. 电动差压变送器电动差压变送器工作过程工作过程5. 5. 安全火花的概念安全火花的概念 、安全火花型防爆仪表、安全火花型防爆仪表6. 6. 危险场所的划分危险场所的划分 、爆炸性物质的分类、爆炸性物质的分类化工装备与控制工程系化工装备与控制工程系247. 7. 防爆型仪表的标志防爆型仪表的标志 8. 8. 防爆安全栅的作用及原理防爆安全栅的作用及原理9. 9. 变送器与电源的连接方式变送器与电源的连接方式 两线制两线制电源电压