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文档简介
1、文档编码 : CH2O10F5L10R8 HK7I9W6S8Z4 ZY9X8C8F1U10过程把握系统学问点总结 考试题型 一,判定题(共 10 分) 二,单项( 20 分) 三,填空( 10 分) 四,简答题( 5 小题,共 20 分) 五,分析运算题( 4 小题,共 40 分,每题 10 分) 一,概论 1,过程把握概念:五大参数; 过程把握的定义:工业中的过程把握是指以 温度,压力,流量,液位和成分 等工艺参数作为被控变 量的自动把握; 2,简洁把握系统框图; 把握外表的定义:接收检测外表的测量信号,把握生产过程正常进行的外表;主要包括:把握器, 变送器,运算器,执行器等,以及新型把握外
2、表及装置; 把握外表的作用:对检测外表的信号进行运算,处理,发出把握信号,对生产过程进行把握; 给定值 把握器 执行器 操纵量 被控对象 被控量 -变送器 3,能将把握流程图(工程图,工程设计图册)转化成把握系统框图; 第一个字母:参数类型 T 温度( Temperature) 加热炉 把握器 P 压力( Pressure) 温度 L 物位( Level) F 流量( Flow ) W 重量( Weight) 变送器 TT 其次个字母:功能符号 TC T 变送器( transmitter ) 原料 执行器 C 把握器( Controller ) I 指示器( Indicator ) R 记录仪
3、( Recorder) 燃料 A 报警器( Alarm ) 4,DDZ - 型外表的电压信号制,电流信号制; 器; 5,电信号的传输方式,各自特点; 电压传输特点: 1. 某台外表故障时基本不影响其它外表; QDZ-型外表的信号制;它们之间联用要接受电气转换 2. 3. 有公共接地点; 传输过程有电压损耗,故电压信 号不相宜远传; 电流信号的特点: 1. 某台外表出故障时,影响其他外表; 2. 无公共地点;如要实现外表各自的接地点 6,变送器有四线制和二线制之分;区分; , 就应在外表输入,输出端实行直流隔离措施; 1,四线制:电源与信号分别传送,对电流信号的零点及元件的功耗无严格要求; 2,
4、两线制:节约 电缆及安装费用,有利于防爆;活零点,两条线既是信号线又是电源线; 第 1 页,共 13 页7,本安防爆系统的 2 个条件; 1,在危急场所使用本质安全型防爆外表; 制流入危急场所的能量; 8,安全栅的作用,种类; 安全栅的作用: 2,在把握室外表与危急场所外表之间设置安全栅,以限 1,安全栅作为本安外表的关联设备,可用于传输信号; 2,把握流入危急场所的能量在爆炸性气体或混合物的点火能量以下, 以确保系统的本安防爆性能; 安全栅的种类:齐纳式安全栅,隔离式安全栅 二,基型调剂器 1,基型调剂器组成:把握单元和指示单元;基型调剂器把握单元构成; 基型把握器又称基型调剂器,对来自变送
5、器的 行 PID 运算,输出 4-20mA (DC)直流把握信号; 把握单元: 输入电路 偏差差动和电平移动电路 路电压,电流转换电路 以及硬,软手操电路; 1-5V 直流电压信号与给定值相比较所产生的偏差进 ,PID 运算电路 由 PD 与 PI 运算电路串联 ,输出电 指示单元:测量信号指示电路,设定信号指示电路; 2,测量信号,内给定信号范畴;外给定信号范畴; 测量和内给定信号: 15VDC ; 外给定信号: 420mA 直流电流;(它经过 250 精密电阻转换 成 3,输入电路,输出电路的作用; 15V 直流电压) 输入电路作用: 1. 信号综合;将( Ui -Us)后放大两倍反相以
6、Uo1 输出,即 Uo1= -2U i-Us; 2. 电平转换;将以 0V 为基准的输入信号转换为以 UB( 10V)为基准的输出信号 Uo1; 电平转换的目的:使运算放大器工作在答应的共模输入电压范畴内; 输出电路作用:把 PID 输出 4,放大系数和比例度; Uo3 (以 UB 为基准)转换成 输出;实现电压 电流转换; 比例度 比例度的一般表达式: max min 100 % 输入的相对变化 ymax y 输出的相对变化 ymin 式中: max min 偏差变化范畴; ymax ymin ;此时比例度 ymax ymin 输出信号变化范畴; 在单元组合外表中, max min 可表示为
7、: 1 100 % K P 即 与 K P 成反比, 愈小, K P 愈大,比例作用就越强 ; 5,基型调剂器 PD 电路的阶跃响应曲线外形;比例重 t=TD/KD 时的微分重量;微分时间; 作用:对 Uo1 进行 PD 运算,可设置 T 量; D, KP (或比例度); T D 为微分时间; KP 为比例系数; 第 2 页,共 13 页比例系数: K D 微分时间: TD=nRDCD 调整 Rp( )和 RD 可转变比例度和微分时间; 微分作用:快速的调剂作用,超前作用; 6,基型调剂器 PI 电路的阶跃响应曲线外形;比例重量: 间; Kc=CI/CM;t=TI 时的积分重量;积分时 7,积
8、分饱和; 解决积分饱和方法: 1对把握器的输出加以限幅,使其不超过额定的最大值或最小值; 2限制积分 电容两端的充电电压; 3切除积分作用; 8,微分时间对微分作用的影响,积分时间对积分作用的影响; 微分时间越小,微分作用越强;积分时间越大,积分作用越强; 9,软手操电路和硬手操电路; 软手动操作电路是积分电路;硬手动操作电路是比例电路; 作业 2-4 某 P 把握器的输入信号是 4mA20mA,输出信号为 1V5V ,当比例度 =60% 时,输入变化 所引起的输出变化是多少? 解:依据比例度的公式: x xmax xmin 100% ymax y ymin 得 第 3 页,共 13 页y x
9、max x 1 ymax ymin 20 415 1 xmin 60 2-7 某 PID 把握器(正作用)输入,输出信号均为 =200% ,T I=T D=2min,KD=10;在 t=0 时输入 Ii=2mA 的输出值; PD 工况下的输出值; 解: PI 工况下 P 重量 = K P I i 1 I i 1 2 1mA 200% Ti 时: P 重量 =I 重量;就 Ti 时, PI 重量=2mA Ti=260=120s I o PI I 重量 21 P 重 量 0 12s Ti ts PI 直线过( 0,1)和( 120, 2)两点 4mA20mA,把握器的初始值 Ii=Io=4mA ,
10、 的阶跃信号,分别求取 t=12s 时: PI 工况 下 就 t=12s 时的输出变化量为: I o 1 12 21mA 120 0t=12s 时的输出为 Io=初值 + I oPD 工况下 P 重量 = K P I i1I i 1 200% 21mA P 重量 = K D I i 1mA 解得 5TD 2 60 12s K D 10 I o mA 1KDK D 1I iI iP 重 量 P 重量 0TD/K D=12 ts 就 t=12s 时的输出变化量为: I o0.368 K D K D 1t=12s 时的输出为: Io=初值 + I o = 4 10 152110 三,变送器 1,变送
11、器的结构;变送器的作用; 构成原理:变送器是基于负反馈原理工作的,其构成原理如以下 图,它包括测量部分(既输入转换 部分),放大器和反馈部分; 第 4 页,共 13 页零点调整 x测量部分 zi z0 + 放大器 y + C- K zf 反馈部分 F 变送器和转换器的 作用是分别将各种工艺变量 如温度,压力,流量,液位 和电信号(如电压,电 流,频率,气压信号等)转换成相应的统一标准信号,以供显示,记录和把握之用; 2,变送器的输入输出关系; y K ziz0z f K Cx z0Fy 3,量程调整的目的;零点调整 /迁移; 使变送器的输出信号下限值 ymin 与测量范畴的下限值 xmin 相
12、对应,在 xmin =0 时,称为零点调整,在 xmin 0 时,称为零点迁移; 零点调整 使变送器的测量起始点为零; 到某一数值; 4,差压变送器的作用;差动变压器的作用; 零点迁移 是把测量的起始点由零迁移 差压变送器是将液体,气体或蒸汽的压力,流量,液位等工艺变量转换成统一的标准信号,作为指 示记录仪,调剂器或运算机装置的输入信号,以实现对上述变量的显示,记录或自动把握; 差动变压器是由检测片(衔铁) ,上,下罐形磁芯和四组线圈构成;其作用是将检测片的位移 换成相应的电压信号 uCD; s 转 5,温度变送器的品种,结构(量程单元和放大单元) ;四线制温度变送器的特点; 各类变送器分为三
13、个品种:直流毫伏变送器,热电偶温度变送器和热电阻温度变送器; 四线制温度变送器有如下特点: (1)主放大器为低漂移,高增益的运算放大器,使外表具有良好的牢靠性和稳固性; (2)在热电偶和热电阻温度变送器中接受了线性化电路,从而使变送器的输出信号和被测温度呈 线性关系,便于指示和记录; (3)变送器的输入,输出之间具有隔离变压器,接受了安全隔离变压器,并接受了安全火花防爆 措施,故具有良好的抗干扰性能,且能测量来自危急场所的直流毫伏或温度信号; 6,热电偶温度变送器以及热电阻温度变送器的量程单元; 7,气动外表的基本元件; 由气阻,气容,弹性元件,喷嘴 -挡板机构 和功率放大器 等基本元件组成;
14、 第 5 页,共 13 页8,弹性元件,喷嘴挡板机构,电气转换器; 弹性元件作用:将压差转换成位移,在仪器的连接处产生确定的操作力; 喷嘴挡板机构作用:将微小的位移转换成相应的压力信号; 电/气转换器工作原理是基于力矩平稳原理工作的; 四,运算器和执行器 1,开方器应用场合,作用; 开方器主要应用在流量测量与把握系统中,开方器对差压变送器的输出信 号进行开方运算,从而得 到与被测流量成比例关系的电压或电流信号; 2,执行器的结构,分类; 执行器分为两部分:执行机构和调剂机构; 按能源分: 气动执行器 P LQ 直行程(直线位移) 电动执行器 IiLQ 角行程(角位移) (两者减速器不同) 液动
15、执行器 3,角行程电动执行机构的结构; 220V 420mA I i I f 伺 服 放 大 器 操 作 器 伺 服电 机 减速 器 090 位 置 反 馈 阀 位 位 置 发 送 器 执行 机 构 指 示 放大 器 角行程电动执行机构方框图 4,标准气压信号范畴 20kPa-100kPa,气源信号 140kPa; 5,气动执行机构的种类; 气动执行机构有薄膜式和活塞式两种, 常见的气动执行机构均属薄膜式; 薄膜式特点为: 结构简洁, 动作牢靠,修理便利,价格低,但输出行程较小,只能直接带动阀杆; 6,调剂阀的正反作用,正装阀 /反装阀,气开 /气关; 第 6 页,共 13 页7,气开阀 /气
16、关阀的挑选原就; 调剂阀气开,气关阀挑选,主要依据工艺生产的需要和安全要求来预备的;原就是当信号压力中断 时,应能确保工艺设备和生产的安全;假如阀门处于全开位置安全性高,就应选用气关阀,反之,就应 选用气开阀; 8,阀门定位器的作用; 阀门定位器可以增加执行器的输出功率,减小信号传递滞后,加快阀杆的位移 速度,提高线性度, 克服摩擦力影响,保证阀位正确到位; 9,把握阀的工作原理;流量特性;抱负流量特性,工作流量特性; 把握阀体就是依据执行机构输出的推杆位移量来转变阀门的开启程度, 从而转变流通阻力以达到控 制流体介质流量的目的;把握阀的流量特性,是指把握介质流过阀门的相对流量与阀门相对开度(
17、即推 杆的相对位移)之间的函数关系;抱负流量特性:阀前后差压不变时的流量特性(固有流量特性) ;工 作流量特性:阀装在管道中,前后差压变时的流量特性,也叫实际流量特性; 10,把握阀的流量特性类型,各自特点; 抱负流量特性,通常有四种典型形式: (1)直线特性 -流量与阀芯位移成直线关系; (2)对数特性 -流量与阀芯位移成对数关系,引起的流量变化的百分比相等; (3)快开特性 -开度较小时流量变化较大,随开度增大很快达到最大值; (4)抛物线特性 -介于直线流量特性与对数流量特性之间,从而补偿了直线流量特性小开度时把握 性能差的特点; 11,把握阀的可调比(可控比) ; Qm ax R= Q
18、m in ,可调比(可控比),即阀所能把握的流量上限与流量下限之比; Q min 为流量下限,不是泄 漏; 12,把握阀串联管道工作流量特性的特点; S=1,抱负流量特性; P全P系P全阀前后压差始终不变; 直线变为快开; 对数变为直线 ; 开 统 关 S P阀 ,特性曲线下移,流量特性畸变; S 太小,流量变化范畴减小,对把握不利; S 一般不小于 ; 13,把握阀出厂时标注的为抱负流量特性; 五,过程把握系统绪论 第 7 页,共 13 页1,把握通道,干扰通道; 把握通道:被控量与输入把握作用之间的联系被称为“把握通道” 的联系被称为“干扰通道” ; 2,过程把握系统的组成; u执行器 操
19、纵量 扰动 d 被控量 y 设定值 r 偏差 e 把握器 被控对象 -测量值 z 测量元件,变送器 ;干扰通道:被控量与扰动之间 3,把握器正反作用的确定依据: (把握器)(对象) 4,过程把握系统按设定值的形式分类; 定值把握=(); 系统,随动把握系统,程序把握系统 5,过程把握系统的品质指标; 递减比 n(衰减比),动态偏差 B1 (最大偏差,最大过调量,超调量) ,调整时间 过渡过程时间,复原时间) ,静态偏差 C(余差,残余偏差) ; Tc 把握时间, 六,过程建模 1,自平稳才能; 自平稳才能:凡受到干扰后,不依靠外加把握作用就能重新达到平稳状态的对象,是具有自平稳能 力的对象;否
20、就,是无自平稳才能的对象; 2,过程把握系统被控对象特性三个参数:放大系数,时间常数,滞后时间的求取; 3,阻力和容量的影响; 综上所述,不同过程所 具有的阻力, Q Q Qi 就是被控量 y 发生变化 时,对流量的影响; Qi Q2 Q1 Q3 即 R dy (2- 15) Qi dQ 0 t0 t 阻力 R 与 T,K 的关: h系 RC,K k x R T3 h 以水箱为例:T T1 因此,阻力与放大系数 准时间常 h1 数有关; T2 1 3h 静态:影响放大倍数 2动态: 影响响应速度, 见图 2- 6; h0 一般期望对象阻力小些 ,T 较小, 0 t0 t 响应快,以获得较好的
21、把握成效; 阻力既影响动态又影响 静态; 图 2-阻力对响应特性的影响 6 容量只影响反应速度, 不影响放大系数, 属于动态参数; T=RC 容量增大, 响应过程相对增长; 见图 2-8; C T; 第 8 页,共 13 页4,多容过程等效为单容过程; Q 1Q 2A 1dQ 2Q 3A dQ 2h1 R1 Q 3h2 R2 Q1 kx x 拉氏变换得: Q1s Q2s A1sH1skx 1H1s 1 R1 Q2s 1 A2 s H2s 1 Q2s Q3s A2 sH2sQ s H 1s R1Q3s H 2s R2 Q1s kx Xs Xs A1s H 2 s X s kx - Q2s 1R1
22、 A1 s -Q3s 1K R2 11kx R2 T1 s 1 A1s R1 11 A1s R1 1 A2 s 1 11 R2 A2s 1 1T2 s A2 s R2 第 9 页,共 13 页T1 R1 A1 T2 R2 A2 K kx R2 5,时域法过程建模,单容水箱以及双容水箱的过程传递函数; 1. 单容对象的传递函数: W ( S) H S K 1Tn S 1) e0S X S Ts 2. 有纯滞后单容对象的传 递函数: W S K 1e0s Ts 3. 双容对象的传递函数: W S 2 T1T2S K T2) S 1T1 或 W S K ( T1S 1)T2S 1) 4. 有纯滞后双
23、容对象的传 递函数: W S K 1) e0S ( T1S 1)T2S 5. 多容对象的传递函数: W S K Tn S 1) ( T1S 1)T2S 1) 6. 带有纯滞后多容对象的 传递函数: W S K ( T1S 1)T2S 1) 7. 等容对象的传递函数: W S K n 1) ( TS 8. 带有纯滞后等容对象的 传递函数: W S K n e1) 0S ( TS 作业 1,如以下图单容水箱,负载阀的流阻为 R2;现以 Q1 为输入, Q2 为输出,求 Q2s/Q1s; Q1 Q2 C hd h dt 1Q1 s Q2 s C s Hs Q s Q s C s RQ s Q2 Q2
24、 s H s R2 R2 Q2 s 111T R C Ts Q1 s CR2s 2,如以下图,已知一单容水箱其底面积为 为 R1 和 R2,求 Hs/Qis; C,输入为 Qi,输出为 h;Qo1 和 Qo2 对应的流阻分别 第 10 页,共 13 页Qi Qo1 Qo2 Cd h H s H s Qi s Qo1 s Qo 2 s H s Qo1 s R1C s Hs dt Qo1 hR1 hQi s Q o 2 Q s H s R2 R2 CsH s R1 R2 R1R2 H s 11R1 R2 K Qi s Cs 1 R1 R1 R2 Cs 1Ts 1 R2 R1 R2 K R1 R2
25、T R1 R2 CR1 R2 R1 R2 七,单回路把握系统 1,放大系数(干扰通道 /把握通道),干扰通道时间常数,纯滞后时间,把握通道时间常数,纯滞后时间 对把握质量的影响; 极点的影响: 1)Td 增大,过程变慢,过渡过程时间加长; 2)使过渡过程动态重量减小了 结论: Td 倍,即超调量减小,把握质量提高; 干扰通道的时间常数大,或者惯性环节数增加时,把握质量将提高; (对干扰起滤波作用; ) 2,挑选操纵量的一般原就; 直接参数:能表征产品产量,质量,安全性能等方面的参数;间接参数:与直接参数具有单值关系 (P,T 等),并有足够灵敏度; 3,把握阀的流量特性的挑选; 确定工作流量特
26、性的原就:使广义对象具有线性特性;即: 4,把握阀的口径运算步骤; K=KvKo= 常数; 1,依据现有的生产才能,设备负荷及介质的状况,预备运算的最大工作流量 Qmax 和最小工作流 量 Qmin; 2,依据系统特点挑选 S 值,然后运算把握阀全开时的压差; 3,依据把握介质类型和工况,选用合适的 C 值运算公式,求取最大最小流量时的流通才能 Cmax, 第 11 页,共 13 页Cmin; 4,依据 Cmax 值,在所选用的产品形式的标准系列中,选取大于 口径值;见表 3-6; Cmax 并接近的一档 C 值,获得 5,开度验算; 6,实际可控比验算; 7,上述各项合格,就所选把握阀口径合
27、格,否就,需重定 5,把握器的选型; PID 的作用; P 把握器的选型: C 值和口径,再验算至合格; 特点:快,输出与偏差成比例,阀门开度与偏差有对应关系,有余差;抗负荷干扰才能强,调剂时 间短; 适用场合:适用于把握通道滞后小,负荷变化不大,答应被控量在确定范畴内变化的系统;如:压 缩机储压罐的压力把握系统;储液槽的液位把握系统:串级把握系统的副回路; PI 把握器的选型: 特点: I 可排除余差,但稳固性低;引入 I 后, Kc( ),可保持原稳固性,但过渡过程变长; 适用场合:适用于把握通道滞后小,负荷变化不大,被控量不答应有余差的场合;如:流量,压力 系统; PID 把握器的选型: 特点: D 对克服容量滞后有明
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