工业仪表及自动化控制 化工自动化控制 控制器 课件

工业仪表及自动化控制模块二化工自动化控制项目四控制器基本控制规律的对比复习课程目标能力（技能）目标1.能理解模拟控制器的模拟信号组成；2.能理解DDZ控制仪表的特点3.能理解数字控制器的主要特点；4.能4.能理解数字控制器的控制方案01知识目标021.掌握DDZ控制器的软手动状态，硬手动状态；2.掌握C3000过程控制器的控制方案；3.掌握C3000过程控制器的基本实时控制画面。控制仪表的作用与分类模拟式控制仪表数字式控制仪表目录可编程序控制器三种控制规律对比讨论思考

数字式控制器的主要特点有哪些？控制器是将被测变量测量值与给定值相比较后产生的偏差进行一定的PID运算，并将运算结果以一定信号形式送往执行器，以实现对被控变量的自动控制PID运算功能测量值、给定值与偏差显示输出显示手动与自动的双向切换内、外给定信号的选择正、反作用的选择三种控制规律对比01

如图，根据相似三角形原理

所以，对于具有比例控制的控制器比例控制

1.比例控制规律及其特点比例控制器实际上是一个放大倍数可调的放大量比例控制的放大倍数Kc是一个重要的系数，它决定了比例控制作用的强弱。比例控制器KCeΔp积分控制

当对控制质量有更高要求时，就需要在比例控制的基础上，再加上能消除余差的积分控制作用。积分控制作用的输出变化量p与输入偏差e的积分成正比，即图

积分控制器特性当输入偏差是常数A时

当有偏差存在时，输出信号将随时间增长（或减小）。当偏差为零时，输出才停止变化而稳定在某一值上，因而用积分控制器组成控制系统可以达到无余差。结论微分控制

在自动控制时，控制器具有微分控制规律图

理想微分控制器特性优点具有超前控制功能。缺点它的输出不能反映偏差的大小，假如偏差固定，即使数值很大，微分作用也没有输出，因而控制结果不能消除偏差，所以不能单独使用这种控制器，它常与比例或比例积分组合构成比例微分或三作用控制器。

1.目前,在化工生产过程中的自动控制系统,常用控制器的控制规律有位式控制、比例控制、比例积分控制、比例微分控制和比例积分微分控制。试综述它们的特点及使用场合。解：列表分析如下:（a）（b）（c）（d）重点控制规律输入e与输出p(或Δp)的关系式阶跃作用下的响应（阶跃幅值为A）优缺点适用场合比例（P）Δp=KCe(a)图结构简单;控制及时;参数整定方便;控制结果有余差对象容量大,负荷变化不大、纯滞后小,允许有余差存在,例如一些塔釜液位、贮槽液位、冷凝器液位和次要的蒸汽压力控制系统等比例积分PI式(9-12)(b)图能消除余差;积分作用控制缓慢;会使系统稳定性变差

对象滞后较大,负荷变化较大,但变化缓慢,要求控制结果无余差。此种规律广泛应用于压力、流量、液位和那些没有大的时间滞后的具体对象（a）（b）控制规律输入e与输出p(或Δp)的关系式阶跃作用下的响应（阶跃幅值为A）优缺点适用场合比例微分PD式(9-15)(c)图响应快、偏差小、能增加系统稳定性;有超前控制作用,可以克服对象的惯性;控制结果有余差对象滞后大,负荷变化不大,被控变量变化不频繁,控制结果允许有余差存在比例积分微分PID式(9-22)(d)图控制质量高;无余差;参数整定较麻烦对象滞后大;负荷变化较大,但不甚频繁;对控制质量要求高。例如精馏塔、反应器、加热炉等温度控制系统及某些成分控制系统（c）（d）控制仪表的作用与分类02控制仪表的作用与分类

控制仪表或称控制器，它将被控变量测量值与给定值相比较后产生的偏差，进行一定的运算，并将运算结果以一定信号形式送往执行器，以实现对被控变量的自动控制。

1.控制仪表的能源形式按照仪表所用的能源控制仪表直接作用式控制器间接作用式控制器控制仪表的作用与分类

2.控制仪表的结构形式

按控制仪表与自动控制系统中的检测、变送、显示等各部分的组合方式不同，主要可以分为基地式控制仪表与单元组合式控制仪表等。基地式控制仪表是将测量、变送、显示及控制等功能集于一身的一种控制仪表。结构比较简单，常用于单机控制系统。单元组合式仪表把整套仪表按照其功能和使用要求，分成若干独立作用的单元，各单元之间用统一的标准信号联系。使用时，针对不同的要求,将各单元以不同的形式组合，可以组成各种各样的自动检测和控制系统。基地式控制仪表单元组合式仪表控制仪表的作用与分类根据使用能源的不同，单元组合仪表主要分为气动单元组合仪表和电动单元组合仪表。分类单元组合仪表一般可以分为七大类单元变送单元(B)显示单元(X)给定单元(G)辅助单元(F)控制单元(T)计算单元(J)转换单元(Z)在电动单元组合仪表中还包括执行单元(K)气动单元组合仪表是以0.14MPa压缩空气为能源,各单元之间以统一的0.02～0.1MPa气压标准信号相联系,整套仪表的精度为1级。

电动单元组合式仪表的发展阶段：DDZ-Ⅰ型——电子管器件为主要器件DDZ-Ⅱ型——晶体管等分立元件为主要器件DDZ-Ⅲ型——线性集成电路作为核心器件控制仪表的作用与分类3.控制仪表的信号形式控制仪表模拟式控制仪表数字式控制仪表模拟式控制仪表03模拟式控制仪表

在模拟式控制器中，所传送的信号形式为连续的模拟信号。目前应用的模拟式控制器主要是电动控制器。1.基本构成原理及部件图控制器基本构成比较环节将给定信号与测量信号进行比较，产生一个与它们的偏差成比例的偏差信号。放大器是一个稳态增益很大的比例环节。反馈环节通过正、负反馈来实现比例、积分、微分等控制规律。模拟式控制仪表

1.基本构成原理及部件基本功能PID运算功能测量值、给定值与偏差显示输出显示手动与自动的双向切换内、外给定信号的选择正、反作用的选择模拟式控制仪表

2.DDZ-Ⅱ型电动控制器（1）采用国际电工委员会（IEC）推荐的统一标准信号。

电气零点不是从零开始，且不与机械零点重合，这不但利用了晶体管的线性段，而且容易识别断电、断线等故障。本信号制的电流-电压转换电阻为250Ω。由于联络信号为1～5VDC，可采用并联信号制，因此干扰少，连接方便。（2）广泛采用现性集成电路，可靠性提高，维修工作量减少。由于集成运算放大器均为差分放大器，且输入对称性好，漂移小，仪表的稳定性得到提高。由于集成运算放大器有高增益，因而开环放大倍数很高，这使仪表的精度得到提高。由于采用了集成电路，焊点少，强度高，大大提高了仪表的可靠性。

模拟式控制仪表

2.DDZ-Ⅱ型电动控制器（3）Ⅲ型仪表统一由电源箱供给24VDC电源，并有蓄电池作为备用电源。各单元省掉了电源变压器，没有工频电源进入单元仪表，既解决了仪表发热问题，又为仪表的防爆提供了有利条件。在工频电源停电时备用电源投入，整套仪表在一定时间内仍可照常工作，继续进行监视控制作用，有利于安全停车。（4）内部带有附加装置的控制器能和计算机联用,在与直接数字计算机控制系统配合使用时,在计算机停机时,可作后备控制器使用。（5）自动、手动的切换是双向无扰动的方式进行的。（6）整套仪表可构成安全火花防爆系统。

模拟式控制仪表

图DDZ-Ⅲ型控制器结构方框图

主要由输入电路、给定电路、PID运算电路、自动与手动（包括硬手动和软手动两种）切换电路、输出电路及指示电路等组成。Ⅲ型控制器有全刻度指示和偏差指示两个基型品种。模拟式控制仪表

数字式控制仪表04数字式控制仪表

1.概述数字式控制器与模拟式控制器的异同点：数字式控制器模拟式控制器构成原理数字技术模拟技术所用器件以微处理机为核心部件以运算放大器等模拟电子器件为基本部件不同点相同点仪表总的功能和输入输出关系基本一致。

难点数字式控制仪表

2.可编程调节器的基本构成及原理（1）主机电路（2）过程输入通道（3）过程输出通道（4）人／机联系部件（5）通信接口电路数字式控制仪表

3.KMM可编程序调节器是一种单回路的数字控制器。可以接收5个模拟输入信号，4个数字输入信号，输出3个模拟信号，输出3个数字信号可编程调节器的原理方框图图KMM调节器的右侧面1—数据设定器(任选)；2—备用手操器；3—辅助开关；4—电源单元；5—BUF板(前)；6—IOC板(中)；7—CPU板(后)数字式控制仪表

3.KMM可编程序调节器

KMM调节器内有两个PID运算式，即PID1和PID2，根据使用PID运算式的个数及给定方式的不同，又可以分为四种控制类型。(1)控制类型只用一个PID运算式，采用本机内给定(LSP)，无串级(CAS)状态。(2)控制类型1只用一个PID运算式，在“自动”时以LSP1为设定值(内给)，在串级(CAS)状态时以RSP1为设定值(外给)，来自其他调节器或运算器，也可来自本调节器内的其他运算单元的输出。(3)控制类型2用两个PID运算式,在“自动”时,PID1的输出为PID2的给定,PID1为内给定(LSP1)。(4)控制类型3用两个PID运算式,有手动、自动、串级三种状态(即M、A、C),当处于自动状态时,PID2为本机给定(LSP2)；处于串级状态时，PID2为外给定(RSR2)。RSP2可以是PID1的输出,也可以是外来的模拟输入或某些运算单元的输出。数字式控制仪表

0类型控制器(1PID本机内给定)1类型控制器(1PID串级型)2类型控制器(2PID本机内给定)3类型控制器(2PID串级型)方式指针手动MAN自动AUTO手动MAN自动AUTO串级CAS手动MAN自动AUTO手动MAN自动AUTO串级CASPV测量值指针PV1PV1PV1PV1PV1PV1(PV2)PV1(PV2)PV2(PV1)PV2(PV1)PV1(PV2)SP给定值指针LSP1LSP1LSP1(RSP1)LSP1(RSP1)RSP1LSP1(RSP2)LSP1(RSP2)LSP2(LSP1)LSP2(LSP1)LSP1(RSP2)表

各种控制类型下PV、SP的内容

注:LSP—LocalsetPoint(本机内给定)；

RSP—RemoteSetPoint(遥控外给定)。25数字式控制仪表

3.KMM可编程序调节器（1）调节器在启动前，要预先将“后备手操单元”的“后备／正常”运行方式切换开关扳到“正常”位置。另外，还要拆下电池表面的两个止动螺钉，除去绝缘片后重新旋紧螺钉。（2）使调节器通电，调节器即处于“联锁手动”运行方式，联锁指示灯亮。（3）用“数据设定器”来显示、核对运行所必需的控制数据，必要时可改变PID参数。（4）按下“R”键（复位按钮），解除“联锁”。这时就可进行手动、自动或串级操作。

调节器的启动步骤：

可编程序控制器05可编程序控制器

1.概述1969年美国研制出了第一台可编程序控制器。可编程序控制器初期主要用于顺序控制，称为可编程逻辑控制器，简称PLC。可编程序控制器的出现是基于微计算机技术，用来解决工艺生产中大量的开关控制问题。可编程序控制器最大特点是在于可编程序，可通过改变软件来改变控制方式和逻辑规律，

PLC在国内已广泛应用于石油、化工、电力、等各行各业，目前已广泛应用于连续生产过程的闭