过程控制第2章3讲义

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1、过程控制工程 第二章 过程建模和过程检测控制仪表 第一节 过程建模 第二节过程变量检测及变送 第三节过程控制仪表 第四节其他数字式过程控制装置 第三节 过程控制仪表 一、概述 1）过程控制仪表的组成：调节器、执行器、操作器等 各种新型控制仪表及装置 2 2）过程控制仪表的分类： 按结构形式不同分为，基地式仪表、单元组合式仪表（包 括气动单元组合仪表和电动单元组合仪表）、组装式仪表和 集散控制装置； 2 气动单元组合仪表，简称QDZ仪表，由于其结构简单、工作可靠 、价格便宜、性能稳定，而具体有本质安全防爆等特点，所以特 别适用于石油、化工等易燃易爆等场合。 电动单元组合仪表：简称DDZ仪表，其信

2、号传输、放大、变换、 处理比QDZ仪表方便，又便于运传，易于与计算机联用，所以在 过程控制工程中应用很广。 按信号类型不同分为，模拟式仪表、数字式仪表 2 二、DDZ-型调节器 1、DDZ-型调节器的工作原理 DDZ-型调节器有两个基本品种： 全刻度指示调节器和偏差指示调节器 2 全刻度指示调节器工作原理图 2 2、DDZ- 型调节器的组成：控制单元和指示单元 DDZ-型调节器的框图 2 1)、输入电路 3、DDZ-型调节器各组成部分的作用原理 2 2 2 2)、比例微分电路 2 2 3)、比例积分电路 2 2 4)、DDZ-型调节器传递函数 2 2 5)、输出电路 2 6)、手动操作电路 2

3、 2 2 7)、指示电路 2 2 三、运算器（运算单元） 运算单元是构成仪表复杂过程控制系统时的不 可缺少的重要单元。 加减器和乘除器的工作原理 2 1)、加减器 2 2 2)、乘除器 2 2 四、可编程调节器 （可编程调节器是一种新型的数字式控 制仪表；其现有产品：DK系列的KMM 调节器、YS-80系列的SLPC调节器、 FC 系列的PMK调节器和VI 系列的 VI87MA-E调节器。 2 概述 1. KMM可编程调节器的主要特点 1) 兼容性好 2) 运算、控制功能丰富 3) 安全、可靠性高 4) 通用性强、使用维护方便 5)系统设计简单 2 2、KMM可编程调节器的主要性能指标 1、模

4、拟量输入 DC15V，5点 2、模拟量输出 DC15V，3点；DC420mA，1点 3、数字量输入 可编程，4个、外部联锁，1点 （只有调节器有此信号 OFF时为联锁） 4、数字量输出 可编程，3点；准备状态输出，1点 5、运算周期：10050ms 2 6、运算式 （模块）种类 45种 7、可编程模块 30个 8、自诊断功能 可对ROM、RAM、扫描周期、 A/D转换、D/A装话进行诊断等 9、保护功能 若自诊断中发生故障，可自动切换到 紧急手动状态（后备手动操作器开始工作） 10、电源 11、环境温度、湿度 050oC,10%90%RH （相对湿度） +15% -10% 2 2、KMM可编程

5、调节器的体系结构 1）、KMM可编程调节器的硬件系统 KMM可编程调节器的总体结构 2 KMM可编程调节器的硬件组合 ： A）中央处理机（CPU） 是KMM调节器的核心。 B）系统ROM 用于存放系统管理程序 C）用户ROM 一般均用可擦除的EPROM，用于存储用户程序 D）RAM 用来存放KMM调节器运行过程中可以修改的参数 E）A/D、D/A转换 KMM调节器配置了A/D、D/A转换 F）监视定时器WDT 是用来监视KMM调节器的运行状态 2 A）操作显示板 2）、KMM调节器的人机接口装置 2 B）数据设定器 2 C）辅助开关 共有六个组成，用于指示变更、 数据设定、正反作用操作等 D）

6、KMM调节器的接线端子 2 2 1）硬件系统：系统程序、应用程序 （1）系统程序 系统程序的组成 A、基本程序：是反映控制类型、运算周期、通信功能、 报警功能等一系列的子程序 B、输入处理程序：是实现折线近似、温度和压力补偿、 开方以及数字滤五种处理功能的子程序 C、运算式程序：是系统程序的核心 D、自诊断程序：是实现自诊断功能的子程序 2 （1）应用程序 应用程序又称为控制数据，是指用户根 据实际需要自己编制的程序，用来调用 系统程序中的某些子程序，并按要求将 它们连接起来，以实现调节器的运算和 控制等功能。 1 A、基本数据F001：以指定调节器类型、运算周期、是否与上位机连接等 B、输入

7、处理数据F002：以指定输入处理的种类 C、PID运算数据F003：以指定PID运算的类型，控制参数 D、折线数据F004：决定折线表形式 E、可变参数F005：决定运算处理中所使用的系数、常数等 F、运算单元F101-F103：指定运算种类、运算单元的连接方式等 G、输出处理数据F006：指定输出的信号 应用程序包括七类控制数据： 2 3、KMM可编程调节器的主要功能 （1）输入处理功能 2 依靠45种运算式，30个运算式和118中内部信号巧妙组合连 接来实现。运算式实质上是将各种控制规律和运算功能预 先存储在系统ROM中的可调用的子程序。 （1）运算处理功能： 输入与输出的函数关系： 运算

8、单元：是系统ROM中专门用以存放运算式的存储空间 内部信号：运算单元软端子之间的联系信号。 2 KMM调节器的两个PID运算模块：PID1和PID2 2 3）、输出处理功能 输出处理功能用来完成控制信号的转换工作，即把经过运算 处理的数字信号变换成连续的DC15V或 DC420m A输出 。 4）、控制类型与无扰动切换功能（自动平衡功能 ）控制类型根据使用PID运算式的个数以及不同的给定方式分 为四种控制类型： （1）0型控制 （2）1型控制 （3）2型控制 （3）3型控制 2 5）自诊断功能 （1）自诊断A类：输入异常、运算溢出、运算过载 （2）自诊断B类：只读存储器ROM异常、随即存储器

9、RAM异常、 采样时间故障、A/D转换异常、输出异 常、CPU异常 自诊断故障根据其轻重程度的分类 2 6）通信功能 （1）通信类型：0型、1型、2型 （2）上位机控制：计算机方式、请求方式 KMM调节器的通信功能是指调节器与上位机进行信息交换的地方 2 4、KMM可编程调节器的软件设计 系统组态图的设计和控制数据表填写的相关问题： （1）、系统组态图的设计：是指用户根据不同的生产 工艺对检测与控制的要求，或更具根据过程控制系统流 程图的功能要求，选用KMM调节器45种运算式中最多 30个运算式进行组合软连接，以实现所设计的过程控制 系统与逻辑安全保护等控制功能。 2 设计时的具体规定： A)

10、、运算模块有四个输入端，但在选用不同的运算模式时，其输入 端的个数是不同的 B)、每一个运算式只有一个输出端 C)、在构成各种过程控制系统时，PID1和PID2与手动操作MAN运 算式是不可缺少的 D)、在每一个KMM可编程调节器的系统中，最多可使用20个百分 型的可变参数，5个时间型可变参数，固定参数个数不限 E)、任何可变参数或固定参数不得与每个运算式的输入端H1连接 F)、在一台KMM调节器的组态，使用的某些运算式在书目上有限制 2 （2）、编写用户程序 编写程序中填写七张表格的有关项目填写的方法： A)、基本数据表 看下页图 2 2 B)、输入处理数据表图 2 2 C)、输出处理数据表

11、 2 2 五、执行器 执行器由执行机构和调节机构两部分组成，在 一个过程控制系统中，它接受调节器输出的控 制信号、并转换成直线位移或角位移，来改变 阀芯与阀座间的流通载面积以控制流入或流出 被控过程的流体介质的流量，从而实现对过程 参数的控制。 1、概述 2 2、电动执行机构 电动执行器的特点：动作迅速、其信号便于远 传、并便于与计算机配合使用，但是不适合 与易燃易爆等生产场合 根据使用能源的不同，执行器可分为气动执行器、 电动执行器、液动执行器 2 电动执行器有直行程和角行程两类 电动执行器的框图 3、气动执行机构 气动执行器的特点：结构简单、动作可靠、性 能稳定、维修方便、价格便宜、适用于

12、防火 防爆场合。 2 2 气动执行机构有薄膜式和活塞式两种 气动执行器 4、气动调节机构（阀） 调节机构直接与流体介质接触，因此其结构、 材料和性能将直接影响过程控制系统的可靠 性、安全性和系统的控制质量。 2 5、气动执行器（调节阀）的使用 在工程中必须要根据被控介质的特点和工艺要求等来合理使 用，请注意以下几点： 2 1）执行器的公称直径Dg和阀座直径dg 2 2 2 2）执行器的气开、气关型式 气开式：即当气动执行器输入压力时，阀开始打开，也就是说 有信号压力时阀开，反之则关。 气关式：有信号压力时阀关，无信号压力时阀开 2 3）执行器的流量特性 执行器的流量特性：指被控介质流过阀门的相

13、对流量与阀门的 相对开度之间的关系即 2 流量特性有理想流量特性和工作流量特性两种 (1) 理想流量特性：就是阀前后压 差为一定的情况下得到的流量特性 ，分以下四种 a) 直线流量特性：指调节阀的相对流量与相对开度成直线关系 2 2 b) 对数流量特性：指单位相对行程的变化所引起的相对流 量变化与此点相对流量成正比关系 c) 抛物线流量特性：指单位相对行程的变化所引起的相对 流量变化与此点的相对流量的平方根成正比关系 d) 快开量特性：在小开度流量就已很大，随着行程的增大 ，其流量就很快达到最大 2 (2) 工作流量特性 调节阀的相对开度和相对流量的关系称为工作流量特性 a) 调节阀与管道设备

14、串联时工作流量特性 2 2 2 b)调节阀与管道设备并联时工作流量特性 2 2 2 （3）、调节阀流量特性的选择 调节阀流量特性有直线和对数两种 a）流量特性选择的原则：当过程特性为非线性 时，应选用对数流量特性调节阀，否则就使 用直线特性的调节阀 2）流量特性的选择方法：数学分析法、经验法 2 4、调节阀结构型式和材料的选择 选择调节阀的时候请考虑以下因素 1)被控介质的工艺条件，如温度、压力、流量、成分 2)被控介质的物理、化学特性、如气态、液态、腐 蚀性、粘性等 2 5、阀门定位器 阀门定位器是气动执行器的主要附件，与气动执行器配套使 用可组成闭环回路，利用负反馈原理来改善调节阀的定 位精度和灵敏度，使调节阀能按调节器的控制信号实现 准确定位。 阀门定位器的功能： 1) 实现准确定位 2) 改善调节器的动态特性 3) 改变调节阀的流量特性 4)实现分程控制 人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。