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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，其信号传输、
2、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,2,2,2,7
3、)、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,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、模拟量输入 DC15V，5点
4、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可编程调节器的体系结构,1）、KM
5、M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）KMM调节器的接线端子,2,2
6、,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、输入处理数据F002：以指定输入处理的种类
7、 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：,运算单元：是系统ROM中专门用以存放运算式的存
8、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 RAM异常、 采样时间故障、A/D转换异常、输出
9、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)、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
10、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,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
11、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
12、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)
13、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,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
14、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,
