1、過程控制系統(tǒng)知識點總結(jié)）一、概論1、過程控制概念：五大參數(shù)。過程控制的定義：工業(yè)中的過程控制是指以溫度、壓力、流量、液位和成分等工藝參數(shù)作為被控變量的自動控制。2、簡單控制系統(tǒng)框圖?？刂苾x表的定義：接收檢測儀表的測量信號，控制生產(chǎn)過程正常進行的儀表。主要包括：控制器、變送器、運算器、執(zhí)行器等，以及新型控制儀表及裝置?？刂苾x表的作用：對檢測儀表的信號進行運算、處理，發(fā)出控制信號，對生產(chǎn)過程進行控制。3、能將控制流程圖（工程圖、工程設(shè)計圖冊）轉(zhuǎn)化成控制系統(tǒng)框圖。TTTC變送器加熱爐溫度控制器執(zhí)行器原料燃料第一個字母：參數(shù)類型T溫度（Temperature）P壓力（Pressure）L物位（Leve

2、l）F流量（Flow）W重量（Weight）第二個字母：功能符號T變送器（transmitter）C控制器（Controller）I指示器（Indicator）R記錄儀（Recorder）A報警器（Alarm）4、DDZ-型儀表的電壓信號制，電流信號制。QDZ-型儀表的信號制。它們之間聯(lián)用要采用電氣轉(zhuǎn)換器。5、電信號的傳輸方式，各自特點。電壓傳輸特點： 1). 某臺儀表故障時基本不影響其它儀表；2). 有公共接地點；3). 傳輸過程有電壓損耗，故電壓信號不適宜遠傳。電流信號的特點：1).某臺儀表出故障時，影響其他儀表；2).無公共地點。若要實現(xiàn)儀表各自的接地點,則應(yīng)在儀表輸入、輸出端采取直流隔

3、離措施。6、變送器有四線制和二線制之分。區(qū)別。1、四線制：電源與信號分別傳送，對電流信號的零點及元件的功耗無嚴格要求。2、兩線制：節(jié)省電纜及安裝費用，有利于防爆?；盍泓c，兩條線既是信號線又是電源線。7、本安防爆系統(tǒng)的2個條件。1、在危險場所使用本質(zhì)安全型防爆儀表。2、在控制室儀表與危險場所儀表之間設(shè)置安全柵，以限制流入危險場所的能量。8、安全柵的作用、種類。安全柵的作用：1、安全柵作為本安儀表的關(guān)聯(lián)設(shè)備，可用于傳輸信號。2、控制流入危險場所的能量在爆炸性氣體或混合物的點火能量以下，以確保系統(tǒng)的本安防爆性能。安全柵的種類：齊納式安全柵、隔離式安全柵二、基型調(diào)節(jié)器1、基型調(diào)節(jié)器組成：控制單元和指示

4、單元?；驼{(diào)節(jié)器控制單元構(gòu)成?；涂刂破饔址Q基型調(diào)節(jié)器，對來自變送器的1-5V直流電壓信號與給定值相比較所產(chǎn)生的偏差進行PID運算，輸出4-20mA（DC）直流控制信號?？刂茊卧狠斎腚娐?偏差差動和電平移動電路)、PID運算電路(由PD與PI運算電路串聯(lián))、輸出電路(電壓、電流轉(zhuǎn)換電路)以及硬、軟手操電路；指示單元：測量信號指示電路、設(shè)定信號指示電路。2、測量信號、內(nèi)給定信號范圍；外給定信號范圍。測量和內(nèi)給定信號：15V(DC)；外給定信號：420mA直流電流。（它經(jīng)過250精密電阻轉(zhuǎn)換成15V直流電壓）3、輸入電路、輸出電路的作用。輸入電路作用：1). 信號綜合。將（Ui-Us）后放大兩倍

5、反相以Uo1輸出，即 Uo1= -2(Ui-Us)。2). 電平轉(zhuǎn)換。將以0V為基準的輸入信號轉(zhuǎn)換為以UB（10V）為基準的輸出信號Uo1。電平轉(zhuǎn)換的目的：使運算放大器工作在允許的共模輸入電壓范圍內(nèi)。輸出電路作用：把PID輸出Uo3 （以UB為基準）轉(zhuǎn)換成4-20mA.DC輸出。實現(xiàn)電壓電流轉(zhuǎn)換。4、放大系數(shù)和比例度。5、基型調(diào)節(jié)器PD電路的階躍響應(yīng)曲線形狀；比例分量；t=TD/KD時的微分分量；微分時間。作用：對DUo1進行PD運算，可設(shè)置T D 、 KP （或比例度）。T D為微分時間；KP為比例系數(shù)。比例系數(shù)：微分時間：TD=nRDCD調(diào)整Rp（a）和RD可改變比例度和微分時間。微分作用

6、：快速的調(diào)節(jié)作用，超前作用。6、基型調(diào)節(jié)器PI電路的階躍響應(yīng)曲線形狀；比例分量： Kc=CI/CM；t=TI時的積分分量；積分時間。7、積分飽和。解決積分飽和辦法：1)對控制器的輸出加以限幅，使其不超過額定的最大值或最小值；2)限制積分電容兩端的充電電壓；3)切除積分作用。8、微分時間對微分作用的影響，積分時間對積分作用的影響。微分時間越小，微分作用越強；積分時間越大，積分作用越強。9、軟手操電路和硬手操電路。軟手動操作電路是積分電路。硬手動操作電路是比例電路。作業(yè)2-4 某P控制器的輸入信號是4mA20mA，輸出信號為1V5V，當比例度=60%時，輸入變化0.6mA所引起的輸出變化是多少？解

7、：根據(jù)比例度的公式：得2-7 某PID控制器（正作用）輸入、輸出信號均為4mA20mA，控制器的初始值Ii=Io=4mA，=200%，TI=TD=2min，KD=10。在t=0時輸入Ii=2mA的階躍信號，分別求取t=12s時：PI工況下的輸出值；PD工況下的輸出值。解：PI工況下P分量=Ti時：P分量=I分量；則Ti時，PI分量=2mATi=2×60=120sPI直線過（0，1）和（120，2）兩點則t=12s時的輸出變化量為：t=12s時的輸出為Io=初值+=4+1.1=5.1mAPD工況下P分量=P分量= 解得 則t=12s時的輸出變化量為：t=12s時的輸出為：Io=初值+=

8、三、變送器1、變送器的結(jié)構(gòu)。變送器的作用。構(gòu)成原理：變送器是基于負反饋原理工作的，其構(gòu)成原理如圖所示，它包括測量部分（既輸入轉(zhuǎn)換部分）、放大器和反饋部分。x測量部分Czi放大器Ky反饋部分Fzf+零點調(diào)整零點遷移+z0-變送器和轉(zhuǎn)換器的作用是分別將各種工藝變量(如溫度、壓力、流量、液位)和電信號（如電壓、電流、頻率、氣壓信號等）轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的統(tǒng)一標準信號，以供顯示、記錄和控制之用。2、變送器的輸入輸出關(guān)系。3、量程調(diào)整的目的；零點調(diào)整/遷移。使變送器的輸出信號下限值ymin與測量范圍的下限值xmin相對應(yīng)，在xmin=0時，稱為零點調(diào)整，在xmin0時，稱為零點遷移。零點調(diào)整使變送器的測量起始點

9、為零。零點遷移是把測量的起始點由零遷移到某一數(shù)值。4、差壓變送器的作用；差動變壓器的作用。差壓變送器是將液體、氣體或蒸汽的壓力、流量、液位等工藝變量轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標準信號，作為指示記錄儀、調(diào)節(jié)器或計算機裝置的輸入信號，以實現(xiàn)對上述變量的顯示、記錄或自動控制。差動變壓器是由檢測片（銜鐵）、上、下罐形磁芯和四組線圈構(gòu)成。其作用是將檢測片的位移s轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號uCD。5、溫度變送器的品種、結(jié)構(gòu)（量程單元和放大單元）；四線制溫度變送器的特點。各類變送器分為三個品種：直流毫伏變送器、熱電偶溫度變送器和熱電阻溫度變送器。四線制溫度變送器有如下特點：（1）主放大器為低漂移、高增益的運算放大器，使儀表具有

10、良好的可靠性和穩(wěn)定性。（2）在熱電偶和熱電阻溫度變送器中采用了線性化電路，從而使變送器的輸出信號和被測溫度呈線性關(guān)系，便于指示和記錄。（3）變送器的輸入、輸出之間具有隔離變壓器，采用了安全隔離變壓器，并采用了安全火花防爆措施，故具有良好的抗干擾性能，且能測量來自危險場所的直流毫伏或溫度信號。6、熱電偶溫度變送器以及熱電阻溫度變送器的量程單元。7、氣動儀表的基本元件。由氣阻、氣容、彈性元件、噴嘴-擋板機構(gòu)和功率放大器等基本元件組成。8、彈性元件、噴嘴擋板機構(gòu)、電氣轉(zhuǎn)換器。彈性元件作用：將壓差轉(zhuǎn)換成位移，在儀器的連接處產(chǎn)生一定的操作力。噴嘴擋板機構(gòu)作用：將微小的位移轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的壓力信號。電/氣轉(zhuǎn)換

11、器工作原理是基于力矩平衡原理工作的。四、運算器和執(zhí)行器1、開方器應(yīng)用場合、作用。開方器主要應(yīng)用在流量測量與控制系統(tǒng)中，開方器對差壓變送器的輸出信號進行開方運算，從而得到與被測流量成比例關(guān)系的電壓或電流信號。2、執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)、分類。執(zhí)行器分為兩部分：執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)。氣動執(zhí)行器PLQ 按能源分： 電動執(zhí)行器IiLQ 直行程（直線位移）角行程（角位移）（兩者減速器不同） 液動執(zhí)行器3、角行程電動執(zhí)行機構(gòu)的結(jié)構(gòu)。220V伺服放大器操作器減速器伺服電機位置發(fā)送器位置反饋放大器閥位指示執(zhí)行機構(gòu)420mAIiIfq090°°角行程電動執(zhí)行機構(gòu)方框圖4、標準氣壓信號范圍(20kPa-1

12、00kPa)，氣源信號(140kPa)。5、氣動執(zhí)行機構(gòu)的種類。氣動執(zhí)行機構(gòu)有薄膜式和活塞式兩種，常見的氣動執(zhí)行機構(gòu)均屬薄膜式。薄膜式特點為：結(jié)構(gòu)簡單、動作可靠、維修方便、價格低，但輸出行程較小，只能直接帶動閥桿。6、調(diào)節(jié)閥的正反作用、正裝閥/反裝閥、氣開/氣關(guān)。7、氣開閥/氣關(guān)閥的選擇原則。調(diào)節(jié)閥氣開、氣關(guān)閥選擇，主要根據(jù)工藝生產(chǎn)的需要和安全要求來決定的；原則是當信號壓力中斷時，應(yīng)能確保工藝設(shè)備和生產(chǎn)的安全。如果閥門處于全開位置安全性高，則應(yīng)選用氣關(guān)閥，反之，則應(yīng)選用氣開閥。8、閥門定位器的作用。閥門定位器可以增加執(zhí)行器的輸出功率，減小信號傳遞滯后，加快閥桿的位移速度，提高線性度，克服摩擦力

13、影響，保證閥位正確到位。9、控制閥的工作原理；流量特性；理想流量特性、工作流量特性?？刂崎y體就是依據(jù)執(zhí)行機構(gòu)輸出的推桿位移量來改變閥門的開啟程度，從而改變流通阻力以達到控制流體介質(zhì)流量的目的?？刂崎y的流量特性，是指控制介質(zhì)流過閥門的相對流量與閥門相對開度（即推桿的相對位移）之間的函數(shù)關(guān)系。理想流量特性：閥前后差壓不變時的流量特性（固有流量特性）。工作流量特性：閥裝在管道中，前后差壓變時的流量特性，也叫實際流量特性。10、控制閥的流量特性類型、各自特點。理想流量特性，通常有四種典型形式：（1）直線特性-流量與閥芯位移成直線關(guān)系；（2）對數(shù)特性-流量與閥芯位移成對數(shù)關(guān)系，引起的流量變化的百分比相等

14、；（3）快開特性-開度較小時流量變化較大，隨開度增大很快達到最大值。（4）拋物線特性-介于直線流量特性與對數(shù)流量特性之間，從而彌補了直線流量特性小開度時控制性能差的特點。11、控制閥的可調(diào)比（可控比）。R=，可調(diào)比（可控比），即閥所能控制的流量上限與流量下限之比。Qmin為流量下限，不是泄漏。12、控制閥串聯(lián)管道工作流量特性的特點。S=1，理想流量特性。 閥前后壓差始終不變。直線變?yōu)榭扉_；對數(shù)變?yōu)橹本€；S¯,¯，特性曲線下移，流量特性畸變。S太小，流量變化范圍減小，對控制不利。S一般不小于0.3。13、控制閥出廠時標注的為理想流量特性。五、過程控制系統(tǒng)緒論1、控制通道、干擾

15、通道?？刂仆ǖ溃罕豢亓颗c輸入控制作用之間的聯(lián)系被稱為“控制通道”。干擾通道：被控量與擾動之間的聯(lián)系被稱為“干擾通道”。2、過程控制系統(tǒng)的組成。3、控制器正反作用的確定依據(jù)：（控制器±）×（對象±）=（）。4、過程控制系統(tǒng)按設(shè)定值的形式分類。定值控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)5、過程控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標。遞減比n（衰減比）、動態(tài)偏差B1 （最大偏差、最大過調(diào)量、超調(diào)量）、調(diào)整時間 Tc (控制時間、過渡過程時間、恢復(fù)時間）、靜態(tài)偏差C（余差、殘余偏差）。六、過程建模1、自平衡能力。自平衡能力：凡受到干擾后，不依靠外加控制作用就能重新達到平衡狀態(tài)的對象，是具有自平

16、衡能力的對象。否則，是無自平衡能力的對象。2、過程控制系統(tǒng)被控對象特性三個參數(shù)：放大系數(shù)、時間常數(shù)、滯后時間的求取。3、阻力和容量的影響。容量只影響反應(yīng)速度，不影響放大系數(shù)，屬于動態(tài)參數(shù)。T=RC容量增大，響應(yīng)過程相對增長。見圖2-8。CT。4、多容過程等效為單容過程。 拉氏變換得： 5、時域法過程建模，單容水箱以及雙容水箱的過程傳遞函數(shù)。作業(yè)1、如圖所示單容水箱，負載閥的流阻為R2?，F(xiàn)以Q1為輸入，Q2為輸出，求Q2(s)/Q1(s)。 2、如圖所示，已知一單容水箱其底面積為C，輸入為Qi，輸出為h。Qo1和Qo2對應(yīng)的流阻分別為R1和R2，求H(s)/Qi(s)。 七、單回路控制系統(tǒng)1、放

17、大系數(shù)（干擾通道/控制通道）、干擾通道時間常數(shù)、純滯后時間、控制通道時間常數(shù)、純滯后時間對控制質(zhì)量的影響。極點的影響：1）Td增大，過程變慢，過渡過程時間加長。2）使過渡過程動態(tài)分量減小了Td倍，即超調(diào)量減小，控制質(zhì)量提高。結(jié)論：干擾通道的時間常數(shù)大，或者慣性環(huán)節(jié)數(shù)增加時，控制質(zhì)量將提高。（對干擾起濾波作用。）2、選擇操縱量的一般原則。直接參數(shù)：能表征產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量、安全性能等方面的參數(shù)。間接參數(shù)：與直接參數(shù)具有單值關(guān)系（P、T等），并有足夠靈敏度。3、控制閥的流量特性的選擇。確定工作流量特性的原則：使廣義對象具有線性特性。即：K=KvKo=常數(shù)。4、控制閥的口徑計算步驟。1、根據(jù)現(xiàn)有的生產(chǎn)能

18、力、設(shè)備負荷及介質(zhì)的狀況，決定計算的最大工作流量Qmax和最小工作流量Qmin。2、根據(jù)系統(tǒng)特點選擇S值，然后計算控制閥全開時的壓差。3、根據(jù)控制介質(zhì)類型和工況，選用合適的C值計算公式，求取最大最小流量時的流通能力Cmax、Cmin。4、根據(jù)Cmax值，在所選用的產(chǎn)品形式的標準系列中，選取大于Cmax并接近的一檔C值，獲得口徑值。見表3-6。5、開度驗算。6、實際可控比驗算。7、上述各項合格，則所選控制閥口徑合格，否則，需重定C值和口徑，再驗算至合格。5、控制器的選型。PID的作用。P控制器的選型：特點：快，輸出與偏差成比例，閥門開度與偏差有對應(yīng)關(guān)系，有余差?？关摵筛蓴_能力強，調(diào)節(jié)時間短。適用

19、場合：適用于控制通道滯后小，負荷變化不大，允許被控量在一定范圍內(nèi)變化的系統(tǒng)。如：壓縮機儲壓罐的壓力控制系統(tǒng)；儲液槽的液位控制系統(tǒng)：串級控制系統(tǒng)的副回路。PI控制器的選型：特點：I可消除余差，但穩(wěn)定性低。引入I后，Kc（d），可保持原穩(wěn)定性，但過渡過程變長。適用場合：適用于控制通道滯后小，負荷變化不大，被控量不允許有余差的場合。如：流量、壓力系統(tǒng)。PID控制器的選型：特點：D對克服容量滯后有明顯的效果，D使穩(wěn)定性提高，最大偏差減??；I消除余差；P作用快速有效。適用場合：適用于容量滯后較大，負荷變化較大，被控量不允許有余差的場合。如：溫度、ph值系統(tǒng)等。對于負荷變化很大，純滯后又較大的系統(tǒng)，應(yīng)采用復(fù)雜的控制方案。6、控制器參數(shù)整定方法。經(jīng)驗湊試法、臨界比例度法、衰減曲線法（4：1或10：1）、響應(yīng)曲線法。7、遞減率和遞減指數(shù)。P1778、根平面中