仪表基础知识(韩)

1、巴陵石化职工培训学校巴陵石化职工培训学校( (党校党校) ) PID参数整定主讲：韩辉主讲：韩辉仪表基础知识培训课程仪表基础知识培训课程仪表基础知识仪表基础知识 化工仪表及自动化化工仪表及自动化巴陵石化职工培训学校巴陵石化职工培训学校( (党校党校) ) 1、测量误差概念、测量误差概念误差的分类误差的分类: 按误差数值表示的方法分为：绝对按误差数值表示的方法分为：绝对误差、相对误差、引用误差误差、相对误差、引用误差. 按误差出现的规律分为：系统误差按误差出现的规律分为：系统误差（规律误差）、随机误差（偶然误差）、（规律误差）、随机误差（偶然误差）、疏忽误差（粗大误差）疏忽误差（粗大误差）.仪表

2、基础知识仪表基础知识 化工仪表及自动化化工仪表及自动化巴陵石化职工培训学校巴陵石化职工培训学校( (党校党校) ) 真值与约定真值（近似真值）、相对真值真值与约定真值（近似真值）、相对真值（标准表示值）（标准表示值）. 仪表的精度等级是指基本误差（仪表在规仪表的精度等级是指基本误差（仪表在规定参比工作条件下，即标准工作条件下的定参比工作条件下，即标准工作条件下的最大误差）的最大允许值最大误差）的最大允许值. 精度精度=（最大误差（最大误差/测量范围）测量范围）*100%仪表基础知识仪表基础知识 化工仪表及自动化化工仪表及自动化巴陵石化职工培训学校巴陵石化职工培训学校( (党校党校) ) 2 化

3、工过程仪表的分类化工过程仪表的分类 按读取测量值的位置可分为：按读取测量值的位置可分为：就地测量仪表就地测量仪表:就地压力表、温度计、液位计、流量计等）就地压力表、温度计、液位计、流量计等）远传信号测量仪表远传信号测量仪表:各类变送器、位置开关等各类变送器、位置开关等. 按测量参数性质可分为：分析、流量、物位（液位）、压按测量参数性质可分为：分析、流量、物位（液位）、压力、温度等力、温度等.仪表基础知识仪表基础知识 化工仪表及自动化化工仪表及自动化巴陵石化职工培训学校巴陵石化职工培训学校( (党校党校) ) 按分析目的分为：安全检测报警分析仪（可燃、按分析目的分为：安全检测报警分析仪（可燃、有

4、毒气体检测）、成分分析仪表有毒气体检测）、成分分析仪表.成分分析仪的分类：离线分析仪（分析室仪器）、成分分析仪的分类：离线分析仪（分析室仪器）、在线分析仪（在线分析仪（COD分析仪、分析仪、PH计、计、F离子分析仪离子分析仪等）等）.3 分析仪表分析仪表仪表基础知识仪表基础知识 化工仪表及自动化化工仪表及自动化巴陵石化职工培训学校巴陵石化职工培训学校( (党校党校) ) 流量的概念：是指单位时间内流过管道某一截面的流量的概念：是指单位时间内流过管道某一截面的流体数量。流体数量。4、流量测量、流量测量质量流量的常用单位有：质量流量的常用单位有：kg/h、t/h等等体积流量的常用单位有：体积流量的

5、常用单位有：l/h、m3/h等等质量流量质量流量M=体积流量体积流量Q *流体密度流体密度仪表基础知识仪表基础知识 化工仪表及自动化化工仪表及自动化巴陵石化职工培训学校巴陵石化职工培训学校( (党校党校) ) 流体流动状态的分类：流体流动状态的分类：A、层流（雷诺数、层流（雷诺数Re2300） B、过渡流（、过渡流（2300Re4000） C、紊（湍）流（雷诺数、紊（湍）流（雷诺数Re4000）雷诺数是指流体惯性力与粘性力的比值。雷诺数是指流体惯性力与粘性力的比值。与流体有关的物理参数：与流体有关的物理参数： 温度、压力、密度、粘度、速度、流量等。温度、压力、密度、粘度、速度、流量等。 流体的

6、密度与温度、压力的关系：流体的密度与温度、压力的关系： 气体的密度随温度的升高而减小、随压力的增大气体的密度随温度的升高而减小、随压力的增大而增大，液体的密度主要随温度升高而减小、而与而增大，液体的密度主要随温度升高而减小、而与压力关系不大。压力关系不大。 仪表基础知识仪表基础知识 化工仪表及自动化化工仪表及自动化巴陵石化职工培训学校巴陵石化职工培训学校( (党校党校) ) 常用的流量测量仪表种类有：常用的流量测量仪表种类有：涡街流量计涡街流量计金属管转子流量计金属管转子流量计孔板节流装置流量计孔板节流装置流量计锥形管流量计锥形管流量计威力巴流量计威力巴流量计楔式流量计楔式流量计质量流量计质量

7、流量计电磁流量计电磁流量计仪表基础知识仪表基础知识 化工仪表及自动化化工仪表及自动化巴陵石化职工培训学校巴陵石化职工培训学校( (党校党校) ) 压力单位：压力单位：Pa 、 MPa、KPa.压力表的分类：普通压力表、真空压力表、隔膜压力表、膜压力表的分类：普通压力表、真空压力表、隔膜压力表、膜盒压力表、膜片压力表、特种压力表（氧气压力表、氨压力盒压力表、膜片压力表、特种压力表（氧气压力表、氨压力表等）、电接点压力表、电阻远传压力表、差压表等表等）、电接点压力表、电阻远传压力表、差压表等.压力变送器的种类：表压变送器、绝压变送器、差压变送器、压力变送器的种类：表压变送器、绝压变送器、差压变送器

8、、液位压力变送器、流量差压变送器等，根据传感器原理可分液位压力变送器、流量差压变送器等，根据传感器原理可分为：电容式变送器、单晶硅谐振式变送器、半导体电阻式变为：电容式变送器、单晶硅谐振式变送器、半导体电阻式变送器等送器等.5 压力测量压力测量仪表基础知识仪表基础知识 化工仪表及自动化化工仪表及自动化巴陵石化职工培训学校巴陵石化职工培训学校( (党校党校) ) 根据测量原理不同可分为：压力测量式、浮力测量式、雷根据测量原理不同可分为：压力测量式、浮力测量式、雷达波反射式、超声波反射式、核子辐射式、电容式等达波反射式、超声波反射式、核子辐射式、电容式等.差压液位差压液位/界面变送器测量的公式：界

9、面变送器测量的公式：P=g h ，P=(1-2)gh ,差压变送器的迁移量为：差压变送器的迁移量为：P=P+ - P- ，仪表的调校范，仪表的调校范围与其安装高度无关。围与其安装高度无关。磁翻柱液位计、磁致伸缩液位计、浮标液位计都是根据恒磁翻柱液位计、磁致伸缩液位计、浮标液位计都是根据恒浮力原理进行测量的，有顶装和侧装两种形式，顶装磁致浮力原理进行测量的，有顶装和侧装两种形式，顶装磁致伸缩液位计由探测杆和抱探测杆上下浮动的浮子组成。伸缩液位计由探测杆和抱探测杆上下浮动的浮子组成。6 液位测量液位测量仪表基础知识仪表基础知识 化工仪表及自动化化工仪表及自动化巴陵石化职工培训学校巴陵石化职工培训学

10、校( (党校党校) ) 温度测量的分类：热电偶（温度测量的分类：热电偶（B、S、K、E、T等分度号）、等分度号）、热电阻、双金属热膨胀式温度计等接触式仪表，红外线、热电阻、双金属热膨胀式温度计等接触式仪表，红外线、热辐射等非接触式仪表热辐射等非接触式仪表.接触式测温仪表比较简单、可靠，测量精度较高；但因接触式测温仪表比较简单、可靠，测量精度较高；但因测温元件与被测介质需要进行充分的热交金刚，帮需要测温元件与被测介质需要进行充分的热交金刚，帮需要一定的时间才能达到热平衡，所以存在测温的延迟现象，一定的时间才能达到热平衡，所以存在测温的延迟现象，同时受耐高温材料的限制，不能应用于很高的温度测量。同

11、时受耐高温材料的限制，不能应用于很高的温度测量。7 温度测量温度测量PID参数整定参数整定化工仪表及自动化化工仪表及自动化巴陵石化职工培训学校巴陵石化职工培训学校( (党校党校) ) PID参数整定参数整定PID参数整定参数整定化工仪表及自动化化工仪表及自动化巴陵石化职工培训学校巴陵石化职工培训学校( (党校党校) ) PID控制的数学模型：控制的数学模型：G（S）=KP（1+1/TiS+TDS） P：比例度，：比例度，P=1/ KP，KP为系统增益或放大倍数，为系统增益或放大倍数，KP越越大则系统响应速度越快，但会导致系统容易出现超调而发生大则系统响应速度越快，但会导致系统容易出现超调而发生

12、振荡，甚至发散；振荡，甚至发散； I：积分时间，或者说复位时间，：积分时间，或者说复位时间，Ti越大，则系统调整时越大，则系统调整时间越长，达到稳态的时间越长，系统表现的越稳定；间越长，达到稳态的时间越长，系统表现的越稳定； D：微分时间，或置位时间，一般在大滞后系统中引入，：微分时间，或置位时间，一般在大滞后系统中引入，起超前作用以消除系统滞后影响，防止因反应滞后带来的更起超前作用以消除系统滞后影响，防止因反应滞后带来的更大的超调大的超调.1 PID参数的含义参数的含义PID参数整定参数整定化工仪表及自动化化工仪表及自动化巴陵石化职工培训学校巴陵石化职工培训学校( (党校党校) ) 在实时控

13、制中，一般要求被控过程是稳定的，对给在实时控制中，一般要求被控过程是稳定的，对给定量的变化能够迅速跟踪，超调量要小且有一定的抗定量的变化能够迅速跟踪，超调量要小且有一定的抗干扰能力。一般要同时满足上述要求是很困难的，但干扰能力。一般要同时满足上述要求是很困难的，但必须满足主要指标，兼顾其它方面。参数的选择可以必须满足主要指标，兼顾其它方面。参数的选择可以通过实验确定，也可以通过试凑法或者经验数据法得通过实验确定，也可以通过试凑法或者经验数据法得到。下面对以上方法进行详细地论述。到。下面对以上方法进行详细地论述。2 调节器参数整定调节器参数整定PID参数整定参数整定化工仪表及自动化化工仪表及自动

14、化巴陵石化职工培训学校巴陵石化职工培训学校( (党校党校) ) PID控制器的参数整定不是唯一的，事实上比例、控制器的参数整定不是唯一的，事实上比例、积分和微分三部分作用相互影响。从应用的角度看，积分和微分三部分作用相互影响。从应用的角度看，只要被控对象主要指标达到设计要求即可。为此人们只要被控对象主要指标达到设计要求即可。为此人们根据长期的实践经验发现，各种不同被控对象的根据长期的实践经验发现，各种不同被控对象的PID的的参数都是有一定的范围。这就给现场调试提供了一个参数都是有一定的范围。这就给现场调试提供了一个基准。基准。用经验数据法确定用经验数据法确定PID控制器参数控制器参数:PID参

15、数整定参数整定化工仪表及自动化化工仪表及自动化巴陵石化职工培训学校巴陵石化职工培训学校( (党校党校) ) 试凑法就是根据控制器各参数对系统性能的影响程度，边试凑法就是根据控制器各参数对系统性能的影响程度，边观察系统的运行，边修改参数，直到满意为止。观察系统的运行，边修改参数，直到满意为止。 一般情况下，增大比例系数一般情况下，增大比例系数Kp会加快系统的响应速度，会加快系统的响应速度，有利于减少静差。但过大的比例系数会使系统有较大的超有利于减少静差。但过大的比例系数会使系统有较大的超调，并产生振荡使稳定性变差。调，并产生振荡使稳定性变差。 减小积分系数减小积分系数KI将减少积分作用，有利于减

16、少超调使系将减少积分作用，有利于减少超调使系统稳定，但系统消除静差的速度慢。统稳定，但系统消除静差的速度慢。 增加微分系数增加微分系数KD有利于加快系统的响应，是超调减少，有利于加快系统的响应，是超调减少，稳定性增加，但对干扰的抑制能力会减弱。稳定性增加，但对干扰的抑制能力会减弱。用试凑法确定用试凑法确定PID控制器参数控制器参数PID参数整定参数整定化工仪表及自动化化工仪表及自动化巴陵石化职工培训学校巴陵石化职工培训学校( (党校党校) ) （1） 比例部分整定。首先将积分系数比例部分整定。首先将积分系数KI和微分系数和微分系数KD取零，即取消微分和积分作用，采用纯比例控制。取零，即取消微分

17、和积分作用，采用纯比例控制。将比例系数将比例系数Kp由小到大变化，观察系统的响应，直至由小到大变化，观察系统的响应，直至速度快，且有一定范围的超调为止。如果系统静差在速度快，且有一定范围的超调为止。如果系统静差在规定范围之内，且响应曲线已满足设计要求，那么只规定范围之内，且响应曲线已满足设计要求，那么只需用纯比例调节器即可。需用纯比例调节器即可。 在试凑时，一般可根据以上参数对控制过程的影响趋势，在试凑时，一般可根据以上参数对控制过程的影响趋势，对参数实行先比例、后积分、再微分的步骤进行整定。对参数实行先比例、后积分、再微分的步骤进行整定。PID参数整定参数整定化工仪表及自动化化工仪表及自动化

18、巴陵石化职工培训学校巴陵石化职工培训学校( (党校党校) ) （2） 积分部分整定。如果比例控制系统的静差达不到积分部分整定。如果比例控制系统的静差达不到设计要求，这时可以加入积分作用。在整定时将积分系设计要求，这时可以加入积分作用。在整定时将积分系数数KI由小逐渐增加，积分作用就逐渐增强，观察输出会由小逐渐增加，积分作用就逐渐增强，观察输出会发现，系统的静差会逐渐减少直至消除。反复试验几次，发现，系统的静差会逐渐减少直至消除。反复试验几次，直到消除静差的速度满意为止。注意这时的超调量会比直到消除静差的速度满意为止。注意这时的超调量会比原来加大，应适当的降低一点比例系数原来加大，应适当的降低一

19、点比例系数KP。 （3） 微分部分整定。若使用比例积分（微分部分整定。若使用比例积分（PI）控制器经）控制器经反复调整仍达不到设计要求，或不稳定，这时应加入微反复调整仍达不到设计要求，或不稳定，这时应加入微分作用，整定时先将微分系数分作用，整定时先将微分系数KD从零逐渐增加，观察从零逐渐增加，观察超调量和稳定性，同时相应地微调比例系数超调量和稳定性，同时相应地微调比例系数KP、积分、积分系数系数KI，逐步使凑，直到满意为止。，逐步使凑，直到满意为止。PID参数整定参数整定化工仪表及自动化化工仪表及自动化巴陵石化职工培训学校巴陵石化职工培训学校( (党校党校) ) 这种方法适用于有自平衡的被控对

20、象，是模拟系这种方法适用于有自平衡的被控对象，是模拟系统中临界比例度法的扩充。统中临界比例度法的扩充。其整定步骤如下：其整定步骤如下： （1） 选择一个足够短的采样周期选择一个足够短的采样周期T。所谓足够段，。所谓足够段，就是采样周期小于对象的纯之后时间的就是采样周期小于对象的纯之后时间的1/10。 （2） 让系统作纯比例控制，并逐渐缩小比例度让系统作纯比例控制，并逐渐缩小比例度e（e=1/KP）是系统产生临界振荡。此时的比例度和）是系统产生临界振荡。此时的比例度和振荡周期就是临界比例度振荡周期就是临界比例度eK和临界振荡周期和临界振荡周期TK。 （3） 选定控制度。所谓控制，就是以模拟调节器

21、选定控制度。所谓控制，就是以模拟调节器为基准，将系统的控制效果与模拟调节器的控制效为基准，将系统的控制效果与模拟调节器的控制效果相比较，其比值即控制度。果相比较，其比值即控制度。3 扩充临界比例度法扩充临界比例度法PID参数整定参数整定化工仪表及自动化化工仪表及自动化巴陵石化职工培训学校巴陵石化职工培训学校( (党校党校) ) 在参数整定中，经验法是简单调节系统中应用最广在参数整定中，经验法是简单调节系统中应用最广泛的工程整定方法之一，它是一种凑试法，参数预泛的工程整定方法之一，它是一种凑试法，参数预先设置的数置范围和反复凑试的程序是本方法的核先设置的数置范围和反复凑试的程序是本方法的核心，一直试到衰减速比趋于心，一直试到衰减速比趋于4：1过渡过程曲线为止，过渡过程曲线为止，而适应这种而适应这种4：1振荡过程的参数有多种，其中振荡过程的参数有多种，其中PI乘乘积最小的一种为最佳参数选择。在最佳参数选择的积最小的一种为最佳参数选择。在最佳参数选择的基础上，如再加上微分调节，则应再把基础上，如再加上微分调节，则应再把PI参数适当减参数适当减小一些。因为微分调