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1、1-1单回路过程控制系统方框图,概论,1、控制器功能：将来自变送器的测量值与给定值相比较后产生的偏差进行一定规律的运算，并输出统一标准信号, 去控制执行机构的动作，以实现对过程量的自动控制。,变送器：将各种过程量转换为标准电信号。,执行器：接收调节器输出的控制信号，将其转换为直线位移或角位移来改变调节阀开度（流通面积），以控制物料流量，实现对参数自动控制。,2、电动仪表输入、输出信号,DDZ-II 010mADC 0 2VDC R=200,DDZ-III 420mADC 1 5VDC R=250,0.21.0kg/cm2 或 0.02 0.1MPa,气动仪表输入、输出信号,3、仪表间和仪表内部
2、信号传输类型、连接结构和传输误差。 仪表间一般传输电流信号，接收仪表采用串联方式。 仪表内一般传输电压信号，接收仪表采用并联方式。,仪表间传输误差,仪表内传输误差,4、DDZ-III型仪表DDZ-II仪表相比优点,实现两线制变送的条件： （1）采用活零点的电流信号。 （2）单电源供电。 优点： （1）节省材料和安装费用。 （2）利于加安全防爆栅，适于易燃易爆场合。,5、本质安全防爆系统的条件 安全栅及其工作原理,（1）危险现场使用的仪表是本质安全防爆仪表。 （2）现场仪表与非危险场所之间电路连接必须经过安全栅。,齐纳安全栅工作原理,变压器隔离安全栅工作原理 通过变压器切断安全侧串入的高压，通过
3、限压限流电流进一步限制流入危险侧能量。,利用齐纳二极管击穿电压特性进行限压，利用电阻进行限流。,工作在石油、化工等易燃易爆危险场所，掌握安全防爆知识。,第一章 模拟式调节器,1、调节规律（P、PI、PD、PID）及其特点。,2、调节器作用方式,3、PID参数的确定方法,4、DDZ-III调节器各个环节功能，线路功能分析。,5、积分饱和产生原因、危害及消除措施 6、偏差报警电路，输出限幅电流工作原理,（1）P调节,特点：快速有余差,1、调节规律（P、PI、PD、PID）及其特点。,（2）PI调节,特点：能消除余差， 调节速度较快，有超调。,（4）PID调节,使被调参量既快又稳且无余差到设定值。,
4、（3）PD调节,超前调节，减小超调。,电开阀，调节冷水水量来控制水箱温度，调节器的作用方式； 调节管道蒸汽流量来控制锅炉温度，调节器的作用方式。,2、调节器作用方式,3、PID参数的确定方法。,例：420mA 比例调节器，输入从4 8mA DC变化，输出从 4 14mA DC变化， =？,（1）P调节,比例增益,比例度,（2）PI调节,第一章 模拟式调节器,理想,例：PI调节器，输入偏差为2mA时，输出变化量为4mA，之后积分作用输出变化量为8mA时所用时间为10秒，比例度和积分时间常数为多少？,实际PI调节,积分增益,控制点偏差,（3）PD调节,输出响应,微分增益,微分时间常数,4、对DDZ
5、-III调节器线路进行功能分析。,输入电路、比例微分电路、比例积分电路、手动操作电路（软手动、硬手动）的分析。（包括电路的功能分析，输入输出关系的推导） 分析方法：电路理论（叠加定理、虚短、虚断等）,输入电路,PD电路,PI电路,输出电路,硬手操 电路,软手操 电路,15V,420mA,输入电路：信号综合，电平移动。 PD+PI电路：PID运算。 输出电路：电平移动，V/I变换。 硬手动电路：手操拨盘电压控制输出（阀位）。 软手动电路：控制器的输出电压与输入参考电压的信号成积分关系。正反向积分输出。,5、积分饱和产生原因、危害及消除措施,原因：PI调节器输出进行限幅，长期接受单向偏差作用，积分
6、电容两端电压超过正常的范围。,危害：积分饱和后，即使偏差变号，调节器也需一段时间回到正常工作范围，这段时间调节器未发挥作用，被调参数可能超出较多，出现废品，发生事故。,消除措施：发现积分饱和，立刻使输入偏差反向。,6、偏差报警电路工作原理,正常：,报警：,解除报警：,基础知识：比较器、叠加定理、三极管导通截止条件。,7、输出限幅电路工作原理,三极管饱和导通与截止性质，进行输出上下限幅。,第二章 变送器,1、由变送器组成框图推导出输入输出的关系；由输入输出的关系说明如何调零、零点迁移、调量程。,2、给出一种具体变送器，能够列出其输入输出特性方程，计算参数，画出输入输出关系曲线。,3、电容式差压变
7、送器组成，各个环节输入输出特性，电路分析，由整机表达式，说明如何调整零点调整量程。,4、热电偶温度变送器组成，各个环节输入输出特性，电路分析，由整机表达式，说明如何调整零点调整量程。,5、热电阻温度变送器组成，各个环节输入输出特性，电路分析，由整机表达式，说明如何调整零点调整量程。,6、由电气转换器结构图，能够画出力矩平衡图，推导原理式。,1、由变送器组成框图推导出输入输出的关系；由输入输出的关系说明如何调零、零点迁移、调量程。,由叠加定理和反馈控制理论,当X=X max，调整量程机构变F，使Y=Y max。,调量程,调零,零点迁移,当X min=0调整调零机构，变Z0，使y=y min 。,
8、当X min0调整调零机构，变Z0，使y=y min 。,2、DBW-III，温度测量范围01000，对应输出电流为4 20mADC。 （1）画出输出电流I0与温度t的关系曲线。 （2）写出输入与输出的关系式。 （3）温度为750 ，输出电流=？输出电流为12mADC时，测量温度=？ （4）温度测量范围为1001000时，重新画出（1）曲线，计算（3）。,（2）,（4）,3、电容式差压变送器组成，各个环节输入输出特性，电路分析，由整机表达式，说明如何调整零点调整量程。,测量部分,差压变为电容,转换放大部分,差动输出,整机表达式,差压最小，调整调零电位器，变 使I0=4mA,差压最大，调整量程电
9、位器，变 ， 使I0=20mA,电容-电流转换电路分析,4、热电偶温度变送器组成,量程单元：信号综合，零点调整，量程调整，非线性反馈，热电偶冷端温度补偿。,整机表达式,如何实现零点调整，量程调整。,放大单元,V,为何需要线性化？ 非线性反馈回路实现分段线性化，折线代替曲线。几段折线对应几个反馈系数。 根据反馈曲线，分析反馈电路，求解反馈系数。,为何要进行冷端温度补偿？ 双铜热电偶冷端温度补偿电路提供V补偿电压，时冷端温度变化时，VT不变。,分析冷端温度补偿电路，证明VT不受冷端温度影响。,5、热电阻温度变送器组成,量程单元：信号综合，零点调整，量程调整，输入线性化，线性反馈。,整机表达式,如何
10、实现零点调整，量程调整。,（1）输入回路如何实现线性化。线性化电路分析。,采用正反馈的方法来达到线性化的目的。,（2）为何热电阻采用三线制接入输入回路。补偿电路分析,消除导线电阻影响。,补偿支路补偿电流与热电阻电流相等。,6、电气转换器结构图，画出力矩平衡图，推导原理式。,第三章 运算器与执行器,1、电动执行机构的组成及工作原理,将调节器输入的直流电流信号线性地转换成位移量。,各个组成部分功能及电路分析。,第三章 运算器与执行器,2、气动执行器组成及工作原理,调节机构改变阀芯与阀座的流通面积，改变流量。,由执行机构与调节机构组成。,第三章 运算器与执行器,3、执行器与阀门组合方式适合场合,（a
11、）,（b）,（c）,锅炉冷水阀及控制方式选（）；锅炉蒸气阀及控制方式选（）；管道燃料气流量阀及控制方式（）,当工作气源中断时，气动信号消失，阀门的位置应是最经济、 安全的。,4、直线流量特性阀,5、对数流量特性阀,第四章 可编程数字调节器,1、可编程数字调节器的概念、特点。,定义：以微处理器为核心器件，接受标准的连续的电模拟量，输出标准连续的电模拟信号，且以仪表面目出现的 一种可由用户编程的，组成各种调节规律的数字式工业控制调节装置。,特点：实现仪表与微机一体化；具有丰富的运算、控制功能；通用型强，使用方便；具有通信功能，便于系统扩展；可靠性高、维护性好。,2、由KMM调节器系统组成框图说明用
12、户程序编写方法,（1）输入处理,F002：输入处理。输入信号温度补偿、压力补偿、开方及数字滤波等。,F004（ TBL1、TBL2、TBL3）输入信号线性化。折线生成。,F002：输入处理。,说明F002表的功能。,（2） 输出处理功能,决定输出通道。 确定输出端子与内部信号之间的连接关系。填写输出处理数据表。,（3） 运算处理功能,按控制系统的控制工艺要求选择合适运算模块，进行组态。 完成控制要求。,组态:将运算模块与内部信号进行组合连接，生成用户程序。（应用程序用编程器烧写入EPROM）。,基本数据F001 指定调节器控制类型，运算周期，是否有通信等 。,PID运算数据F003 确定PID
13、运算参数，控制参数等。,可变参数F005 指定在运算处理中使用的系数、常数等。,运算单元编号F101-F130 连接运算模块和内部数据。即组态。,PID运算数据表,F005 可变变量表 设置可变变量。PV高低限设置。,百分比型变量,时间型变量,将运算模块与内部信号进行组合连接，生成用户程序。,运算单元编号F101-F130,3、编程步骤： （1）根据生产工艺的要求，选择被控参数、控制参数和检测参数，进行控制方案设计。 （2）画出控制系统控制流程图。 （3）设计绘制模块组态图（软连接图）。 （4）根据组态图填写控制数据表、运算模块连接关系表。 （5）用编程器将控制数据写入用户EPROM中。 （6
14、）将EPROM芯片插到调节器对应插座上运行。,天然气储罐压力控制系统组态设计与分析,4、什么是SPC控制？什么是DDC控制,DDC控制：PC机取代调节器直接进行PID控制。调节器的给定值SP自动跟踪PV值，切换无扰动。,SPC控制：PC机输出CSP调节器SP。调节器SP自动跟踪PC机的CSP。,5、了解PID、MAN、HMS、 LMS等重要运算模块的功能。,第五章 可编程控制器,1、可编程控制器数字输入、输出模块的功能。 输入模块的功能：接收现场的输入信号，将输入的电平转换为PLC内部的0、1信号。 输出模块的功能：输出PLC的控制信号，控制外部负载的通断。 2、可编程控制器模拟输入、输出模块
15、的功能。,模拟输入模块功能：将模拟信号转换为数字量，将数字量 读入到PLC内存。,模拟输出模块功能：将PC机内部的数字量转换为标准模拟量 信号，输出到PC机外部，作为控制信号送执行器。,3、A/D与D/A模块如何与PLC主机交换信息？,A/D模块：主机通过TO指令对控制寄存器单元数据写。 通道选择、采样次数设置、零点、增益设置等。 主机通过FORM指令对控制寄存器单元进行读。 读转换结果、读识别码、读出错信息等。,CH1-CH4平均次数,读CH1-CH4平均值,读CH1-CH4现在值,M1002,与主机连接通道,A/D寄存器地址,写入值,写入笔数,DA模块：主机通过TO指令对单元数据写。 输出
16、模式选择、输出数据、零点、增益设置等。 主机通过FORM指令对单元进行读。 读识别码、读出错信息等。DA模块的初始化，数据输出等。,4、PID模块参数设置与编程方法。,4、编程举例,例：每秒钟A/D转换一次，测量结果存D10，设定值1000存D11中，偏差进行PID运算，结果存D0。,污水处理程序分析,第六章 智能变送器与阀门电位器,1、智能式变送器特点,3、智能阀门定位器功能及其工作原理,2、HART协议信号的特点,具有计算、显示、报警、控制、诊断等功能。,可输出模拟、数字混合信号或全数字信号,通过数据设定器能对变送器进行就地或远程组态。,在4-20mA模拟信号上叠加幅度为0.5mA的音频数字信号进行双向数字通讯。,模拟量的420mA信号传给微处理器，与阀位传感器的反馈进行比较，微处理器根据偏差的大小和方向进行控制计算，向压电阀发出电控指令使供气与排气阀门开大或关小。 使气动执行器阀杆精确定位。,第七章 小型分散控制系统,
