过程控制仪表ppt课件

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1、过程控制第 三 章过 程 控 制 仪 表过程控制3.1 总体概述一、过程控制仪表的分类及特点1、按能源方式分类可分为电动、气动、液动和机械式等几种。工业上普遍运用电动控制仪表和气动控制仪表。 导管、管路板导线、印刷电路板 接线气动元件 电子元器件 构成气压信号 电信号(电流、电压或数字) 传输信号气源140kPa 电源(220VAC，24VDC)能源气动仪表电动仪表过程控制2、按信号类型分类 模拟式数字式由模拟元件构成传输信号通常为延续变化的模拟量，如电流信号，电压信号，气压信号等线路较简单，操作方便，运用灵敏，价钱较低 以微处置器、单片机等大规模集成电路芯片为中心传输信号通常为断续变化的数字

2、量，如脉冲信号可以进展各种数字运算和逻辑判别，其功能完善，性能优越，能处理模拟式仪表难以处理的问题过程控制3、按构造方式分类 单元组合式仪表 基地式仪表 集散型计算机控制系统 现场总线控制系统 过程控制单元组合式仪表：将各种单元进展不同组合，可以构成多种多样、适用于各种不同场所需求的自动检测或控制系统。有电动单元组合仪表DDZ和气动单元组合仪表QDZ两大类。都阅历了I型、II型(010mA) 、III型(420mA, 15v)的三个开展阶段。根据控制系统各组成环节的不同功能和运用要求，将仪表做成能实现一定功能的独立仪表称为单元，各个仪表之间用一致的规范信号进展联络。过程控制单元组合仪表 变送单

3、元 温度变送器压力变送器差压变送器流量变送器液位变送器 将各种被测参数变换成相应的规范一致信号传送到接纳仪表或安装，以供显示、记录或控制 转换单元 直流毫伏转换器频率转换器电气转换器气电转换器 将电压、频率等电信号转换成规范一致信号，或者进展规范一致信号之间的转换，以使不同信号在同一控制系统中运用 过程控制单元组合仪表 控制单元 运算单元 比例积分微分控制器比例积分控制器比例微分控制器具有特种功能的控制器 将变送单元的丈量信号与给定信号比较，按偏向给出控制信号，去控制执行器加减器乘除器开方器 显示单元指示仪指示记录仪报警器 过程控制单元组合仪表 给定单元 执行单元 辅助单元输出一致规范信号，作

4、为被控变量的给定值送到控制单元，实现定值控制。给定单元的输出也可以供应其他仪表作为参考基准值。 角行程电动执行器直线行程电动执行器气动薄膜调理阀 按控制器输出的控制信号和手动操作信号，改动控制变量操作器：手动操作及手动/自动的切换作用 阻尼器：压力或流量等信号的平滑、阻尼 限幅器：限制信号的上、下限值 平安栅：将危险场所与非危险场所隔开，起平安防爆作用 过程控制被控对象执行单元检测元件调理单元给定单元操作单元变送单元显示单元工艺介质阀门被调变量自动手动丈量值给定值用电动单元组合仪表组成的控制系统 过程控制基地式控制仪表相当于把单元组合仪表的几个单元组合在一同，构成一个仪表。通常以指示、记录仪表

5、为主体，附加控制、丈量、给定等部件而构成；其控制信号输出普通为开关量，也可以是规范一致信号；一个基地式仪表具有多种功能，与执行器联用或与变速器联用，便可构成一个简单的控制系统；性能价钱比高，适用于单参数的控制系统。 过程控制集散控制系统DCS系统：分散控制、集中管理控制站下位机操作站上位机过程通讯网络 数据采集、处置及控制 由DCS系统的根本控制器包括控制卡、信号输入输出卡、电源等构成 或由可编程序控制器PLC包括CPU、I/O、电源等模块或带有微处置器的数字式控制仪表构成 实现操作站与控制站的衔接 提供与企业管理网络的衔接 过程信息的集中显示、操作和管理 由工业控制计算机、监视器、打印机、鼠

6、标、键盘、通讯网卡等组成过程控制现场总线控制系统FCS系统现场控制和双向数字通讯将传统上集中于控制室的控制功能分散到现场设备中，实现现场控制现场设备与控制室内的仪表或安装之间为双向数字通讯。 过程控制二、信号制 信号制即信号规范，是指仪表之间采用的传输信号的类型和数值。气动仪表的信号规范：20kPa 100kPa电动仪表的信号规范 ：420maADC DDZII型电动仪表的信号规范 ： 010maADC 过程控制1、检测元件和变送器的作用检测元件变送器过程变量位移、压力差压、电量等规范信号检测变送环节任务原理模拟仪表：规范信号通常采用420mA、010mA、15v电流或电压信号，20100kP

7、a 气压信号；将工业消费过程的参数(流量、压力、温度、物位、成分等)经检测、变送单元转换为规范的电或气信号。变送器输出的是被控变量的丈量值，它被送到显示和控制安装，用于显示和控制。现场总线仪表：规范信号是数字信号3.2 检测变送环节一、检测变送环节的性能过程控制2、对检测变送单元的根本要求准确：检测元件和变送器能正确反映被控或被测变量，误差小；迅速：及时反映被控或被测变量的变化；可靠：能在环境工况下长期稳定运转。3、选用时的根本思索首先思索元件能否顺应工业消费过程中的高低温、高压、腐蚀性、粉尘和爆炸性环境，能否长期稳定运转；仪表精度和量程的选择 选用仪表的精度要适宜：应符合工业检测要求 仪表丈

8、量误差：仪表本身误差、环境工况引入的误差、动态误差 量程选择：量程的改动会引起最大读数误差变化和增益变化。 思索仪表和变送器的线性特性过程控制4、动态特性 Km小，增大控制器的增益，有利于抑制扰动对影响； Km的线性度与整个闭环控制系统输入输出的线性度有关； 选择适宜的丈量范围可改动检测变送环节Km对Km的思索： 作为广义对象的组成，应思索与Tp和Tv的匹配，及增大最大时间常数与次大时间常数之间的比值；对Tm的思索：过程控制 相对于Tp ，Tm是较小的。但有例外： 成分检测变送环节的时间常数和时滞会很大； 气动仪表的时间常数较电动仪表要大； 采用维护套温度计检测温度要比直接与被测介质接触检测温

9、度有更大的时间常数。 应思索时间常数随过程运转而变化的影响： 维护套结垢，呵斥时间常数增大； 维护套磨损，呵斥时间常数减小。减小Tm的措施：检测点位置的合理选择； 选用小惯性检测元件；缩短气动管线长度，减小管径；正确运用微分单元； 选用继动器或放大器等。过程控制对m的思索 ( m = l / v ) ： 与Tm一同思索，应使m / Tm小 通常在温度、过程成分的检测变送中要思索 减小m的途径： 选择适宜的检测点位置； 减小传输间隔l； 选用增压泵、抽气泵等安装，提高传输速度v；过程控制 热电偶检测温度时，由于产生的热电偶不仅与热端温度有关，也与冷端温度有关，因此需求进展冷端温度补偿；二、对检测

10、变送信号的处置1、信号补偿 热电阻到检测变送仪表之间的间隔不同，衔接导线的类型和规格不同，导致线路电阻不同，因此需求进展线路电阻补偿； 气体流量检测时，由于检测点温度、压力与设计值不一致，因此需求进展温度和压力的补偿； 精馏塔内介质成分与温度、塔压有关，正常操作时，塔压坚持恒定，可直接用温度进展控制；当塔压变化时，需求用塔压对温度进展补偿。过程控制2、线性化 硬件组成非线性环节进展线性化处置，例如采用开方器对差压进展开方运算； 也可用软件实现线性化处置。3、信号滤波目的： 由于存在随机噪声，引起检测信号动摇； 计算机控制时，由于信号是采样输入，因此，引入噪声 方法： 硬件滤波：RC电路、气阻气

11、容等组成滤波线路 数字滤波：数字低通、高通、带通等滤波程序。算法有：一阶低通滤波、一阶高通滤波、递推平均滤波、程序判别滤波过程控制4、数学运算5、信号报警当检测信号与被控变量之间有一定的函数关系时，需求进展数学运算获得实践的被控变量数值。假设检测变送信号超出工艺过程的运转范围，就要进展信号报警和连锁处置。6、数字变换例如快速傅里叶变换、小波变换；在计算机控制系统中，模数转换和数模转换时经常运用的。过程控制笼统地称执行器为实现消费过程自动化的“手脚3.3 执行器一、概述执行器安装在消费现场，直接与介质接触，经常在高压、高温等恶劣的情况下任务，因此，它是控制系统的薄弱环节 作用：控制流入或流出被控

12、过程的物料或能量，从而实现对过程参数的自动控制。直接影响过程控制系统的质量。过程控制执行机构调理机构控制器输出p0,I0推力、位移支配变量流量接受调理器输出的控制信号，转换成直线位移或角位移，来改动调理阀的流通截面积。过程控制根据执行机构运用的能源种类，执行器可分为气动、电动、液动三种。气动执行器：构造简单、任务可靠、价钱廉价、维护方便、防火防爆等优点电动执行器：能源取用方便，信号传输速度快和传输间隔远，动作较快；缺陷是构造复杂、推力小、价钱贵，适用于防爆要求不高及缺乏气源的场所液动执行器： 推力最大，但目前运用不多调理机构有单座、双座、偏心旋转、套筒、蝶阀等。过程控制1、气动执行器典型的气动

13、执行器的构造表示图 p执行机构调理机构阀杆阀芯阀座膜片平衡弹簧气动执行机构有薄膜式和活塞式两种。二、执行器构造过程控制调理机构控制阀体作用：是一个部分阻力可以变化的节流元件。流量方程调理原理当口径A和差压(P1-P2)一定时，流量Q仅随阻尼的变化而变 化。改动阀门的开启程度，可改动流通阻力而控制介质流量。过程控制2、电动执行器 电动执行器也由执行机构和调理机构两部分组成。 最简单的电动执行器称为电磁阀 其它延续动作的电动执行器都运用电动机作动力元件，将调理阀的信号转变为阀的开度 电动执行机构的构成框图伺服放大器伺服电动机减速器位置发生器+其中调理机构和气动执行器是通用的，不同的只是电动执行器运

14、用电动执行机构，即使用电动机等电的动力启闭调理阀。 过程控制气开阀：在有信号压力输入时阀翻开、无信号压力时阀全关1、执行机构与调理机构的组合三、调理阀的气开和气关气关阀：在有信号压力时阀封锁，无信号压力时阀全开 从控制系统角度出发，气开阀为正作用，气关阀为反作用过程控制正作用执行机构：当输入气压信号增大时，阀杆向下挪动正作用执行机构反作用执行机构反作用执行机构：当输入气压信号增大时，阀杆向上挪动过程控制正体阀反体阀正体阀：阀杆下移时流量减小反体阀：阀杆下移时流量增大过程控制气关型气开型气开型气关型过程控制2、选择原那么根本原那么：根据平安消费的要求选择调理阀的气开和气关思索事故形状时人身、工艺

15、设备的平安。当过程控制系统发生缺点如气源中断，控制器损坏或调理阀坏了时，调理阀所处的形状不致影响人身和工艺设备的平安。思索事故形状下减少经济损失，保证产质量量。思索介质的性质。对装有易结晶、易凝固物料的安装，蒸汽流量调理阀需选用气关式，一旦事故发生，使其处于全开形状，以防止物料结晶、凝固和堵塞给重新开工带来费事，甚至损坏设备。过程控制1、理想流量特性调理阀的流量特性是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： ：相对流量，即调理阀某一开度时流量与全开流量之比：相对开度，即调理阀某一开度行程与全开行程之比。 四、调理阀的流量特性理想流量特性：在阀前后压差为一定的情况下p=常数得

16、到的流量特性。过程控制取决于阀芯的外形。不同的阀芯曲面得到不同的理想流量特性。理想流量特性曲线1、快开 2、直线 3、抛物线 4、对数1432过程控制直线流量特性曲线：K：常数，即执行器的放大系数调理阀的相对流量与相对开度成直线关系，即单位位移变化所引起的流量变化是一个常数。 边境条件：当l=0时，q=qmin当l=L时，q=qmax调理阀的可调比 ，R=30 过程控制调理阀的相对开度与相对流量(R=30)8499.0371.290.390100705745352618127.33.3抛物线10096.1391.384.575.865.252.638.121.73.3快开10050.836.2

17、25.618.313.09.266.584.673.3对数10080.671.061.351.742.032.322.713.03.3直线10080706050403020100b a a：l/L(%)b：q/qmax(%)过程控制只需阀芯位移量一样，那么流量变化也总是一样的，即单位行程变换所引起的流量变化是相等的。 在10%开度时： 在50%开度时： 在80%开度时： 相对流量的相对于当前值的相对变化量为：直线流量特性调理阀在小开度时，控制造用强，易产生振荡；大开度时，调理缓慢，不够及时。 对过程控制系统来说，要求在小负荷时控制造用小一些，大负荷时控制造用加强一些，这需求由调理阀的流量特性来

18、补偿。直线流量特性调理阀时不能满足这一要求的。 过程控制对数等百分比流量特性：代入边境条件： 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成正比关系。在10%开度时： 在50%开度时： 在80%开度时： 从过程控制工程来看，利用对数等百分比流量特性是有利的。调理阀在小开度时，调理阀的放大系数小，控制平稳缓和；调理阀在大开度时，其放大系数大，控制造用灵敏有效。 过程控制抛物线流量特性：将边境条件代入可得： 它介于直线流量特性和对数流量特性之间，通常可用对数流量特性来替代。 单位相对行程开度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。快开流量特性：在小开度时流量就已很大

19、，随着行程的增大，其流量就很快到达最大，故称为快开特性。当阀的行程大时，阀的流通面积不再增大，不能起控制造用。这种调理阀通常用于二位式控制或程序控制。 过程控制2、任务流量特性 调理阀前后压差变化时的流量特性称为任务流量特性。 调理阀与管道设备串联时的任务流量特性pkpvp调理阀与管道设备串联qvppkpvp压力分布过程控制令S为调理阀全开时的阀前后压差与管道系统的压差之比，即： 过程控制串联管道调理阀任务特性过程控制 在S1时，管道阻力损失为零，系统的总压差全部降在调理阀上，实践任务流量特性与理想特性是一样的； 随着S值的减小，管道阻力损失添加，结果不仅调理阀全开时的流量减小，而且流量特性也

20、发生了很大的畸变： 直线特性趋向于快开特性； 等百分比特性趋向于直线特性 并且S值越小，影响越大。因此在实践运用中，S值不能太小，通常希望S值不低于0.3。 过程控制调理阀与管道设备并联时的任务流量特性p调理阀与管道设备并联QiQoQ1Q2并联的目的：冗余措施；增大产量(流量)令S为调理阀全开流量与总管最大流量之比，即：过程控制S=1.0S=0.8S=0.5S=0.2l/L100%直线S=1.0S=0.8S=0.5S=0.2l/L100%对数当s=1时，即封锁旁路，调理阀任务流量特性西即为理想流量特性。随着旁路阀翻开，即s值逐渐减小时，系统可调范围大大下降，这将使调理阀所能控制的流量变化很小。

21、过程控制3、调理阀流量特性的选择思索系统的控制质量：一个理想的控制系统，希望其总的放大系数在系统的整个操作范围内坚持不变。 过程控制过程控制思索工艺管道情况：等百分比等百分比等百分比直线理想特性等百分比直线等百分比直线任务特性S=0.3 0.5S=0.6 1配管情况工艺配管情况与流量特性关系调理阀在串联管道时的任务流量特性与S值的大小有关，即与工艺配管情况有关。过程控制思索负荷变化情况：调理阀流量特性的选择普通分两步进展： 首先根据过程控制系统的要求，确定任务流量特性； 然后根据流量特性曲线的根本情况，确定理想流量特性，以作为向消费厂家定货的内容。 直线特性调理阀在小开度时流量相对变化值大，控

22、制过于灵敏，易引起振荡，且阀芯、阀座也易遭到损坏，因此在S值小、负荷变化大的场所，不宜采用。等百分比特性调理阀的放大系数随调理阀行程添加而增大，流量相对变化值是恒定不变的，因此它对负荷变化有较强的顺应性。由对象特性选任务特性推理想特性查厂家手册。将将420mA的的电流流信信号号转换成成20100KPa的的规范范气气压信号。信号。1 1 电/ /气气转换器器 为了使气了使气动调理理阀可以接可以接纳电动调理器的理器的输出出信号，必需把信号，必需把规范范电流信号流信号转换为规范气范气压信号。信号。 电/气气转换器作用：器作用：3.4.3电电/气转换器与阀门定位器气转换器与阀门定位器 I 吸吸力力Fi

23、 杠杠杆杆偏偏转 挡板板与与喷嘴嘴间隙隙 背背压 放放大大器器输入入 输出出压力力P 杠杠杆杆的的反反响响力力Ff 杠杆平衡杠杆平衡 PI力平衡式电力平衡式电/气转换器的原理图气转换器的原理图负反响负反响磁铁磁铁调零调零FiFf背压背压2 2 阀门定位器定位器气气动调理理阀中中，阀杆杆的的位位移移是是由由薄薄膜膜上上气气压推推力力与与弹簧簧反作用力平衡确定的。反作用力平衡确定的。为了了防防止止阀杆杆处的的走走漏漏要要压紧填填料料，使使阀杆杆摩摩擦擦力力增增大大，且且个个体体差差别较大大，这会会影影响响输入信号入信号P P的的执行精度。行精度。 处理措施理措施 在在调理理阀上上加加装装阀门定定位

24、位器器，引引入入阀杆杆位位移移负反反响响。使使阀杆杆能能按按输入入信信号号准准确确地确定本人的开度。地确定本人的开度。电/ /气气阀门定位器定位器 实践运用中，常把践运用中，常把电/ /气气转换器和器和阀门定位定位器器结合成一体，合成一体，组成成电/ /气气阀门定位器。定位器。 I杠杆上端右移杠杆上端右移挡板接近板接近喷嘴嘴 P压力力阀杆下移杆下移反响凸反响凸轮右右转 反响反响弹簧右拉簧右拉杠杆平衡杠杆平衡3.2DDZ-型模型模拟式式调理器理器DDZ仪表的开展表的开展简史史3.2.1比例比例积分微分分微分调理理规律律理想理想PID的增量式数学表达式的增量式数学表达式：为调理器输出的增量值，为被

25、控参数与给定值之差。 写成写成传送函数方式：送函数方式：第一项为比例P部分，第二项为积分I部分，第三项为微分D部分；为调理器的比例增益，为积分时间以s或min为单位，为微分时间也以s或min为单位。 1比例比例调理理规律律比例控制数学表达式比例控制数学表达式：为调理器输出的增量值，为被控参数与给定值之差。 纯比例调理器的阶跃呼应特性 浮浮球球为水水位位传感感器器，杠杠杆杆为控控制制器器，活活塞塞阀为执行行器器。假假设某某时辰辰Q2加加大大，呵呵斥斥水水位位下下降降，那那么么浮球浮球带动活塞提高，使活塞提高，使Q1加大才干阻止水位下降。加大才干阻止水位下降。 假假设e = 0，那么活，那么活塞无

26、法提高，塞无法提高，Q1 无法无法加大，加大，调理无法理无法进展。展。例：自力式液位比例控制系统：例：自力式液位比例控制系统：比例控制过程比例控制过程Q2htepQ1tttt 原来系原来系统处于平衡，于平衡，进水量与出水量相等，此水量与出水量相等，此时进水水阀有一开度。有一开度。 t=0时，出水量，出水量阶跃添添加，引起液位下降，浮球加，引起液位下降，浮球下移下移带动进水水阀开大。开大。 当当进水量添加到与出水量添加到与出水量相等水量相等时，系，系统重新平重新平衡，液位也不再衡，液位也不再变化。化。 v 比例控制的特点比例控制的特点v控控制制及及时、适适当当。只只需需有有偏偏向向，输出出立立刻

27、刻成成比比例地例地变化，偏向越大，化，偏向越大，输出的控制造用越出的控制造用越强。q控控制制结果果存存在在静静差差。由由于于，假假设被被调量量偏偏向向为零，零，调理器的理器的输出也就出也就为零零q u = KC eq即即调理理作作用用是是以以偏偏向向存存在在为前前提提条条件件，不不能能够做到无静差做到无静差调理。理。在在实践的比例控制器中，践的比例控制器中，习惯上运用比例度上运用比例度来表来表示比例控制造用的示比例控制造用的强弱。弱。 所所谓比例度就是指控制器比例度就是指控制器输入偏向的相入偏向的相对变化化值与相与相应的的输出相出相对变化化值之比，用百分数表示。之比，用百分数表示。 式中式中e

28、为输入偏向；入偏向；u为控制器控制器输出的出的变化量；化量；emax - emin为输入的最大入的最大变化量化量,及及输入量程；入量程；umax umin为输出的最大出的最大变化量，即控制器的化量，即控制器的输出量程。出量程。假假设控制器控制器输入、入、输出量程相等，那么出量程相等，那么: 比例度比例度:ueeremaxeminuminumax比比例例度度除除了了表表示示控控制制器器输入入和和输出出之之间的的增增益益外外，还阐明明比比例例作作用用的的有效区有效区间。比例比例带的物理意的物理意义：使使控控制制器器输出出变化化100%时，所所对应的的偏偏向向变化相化相对量。如量。如 =50%阐明：

29、明： 控制器控制器输入偏向入偏向变化化50% ，就可使控，就可使控制器制器输出出变化化100%，假假设输入偏向入偏向变化超化超越此量，那么控制器越此量，那么控制器输出出饱和，不再符合和，不再符合比例关系。比例关系。uuur0100%50%umaxumin =50% =100%例例 某某比比例例控控制制器器，温温度度控控制制范范围为400800，输出出信信号号范范围是是420mA。当当指指示示指指针从从600变到到700时，控控制制器器相相应的的输出出从从8mA变为16mA。求求设定的比例度。定的比例度。解解答答 温温度度的的偏偏向向在在输入入量量程程的的50区区间内内即即200时，e和和u是是

30、2倍的关系。倍的关系。u/mAe/ e420800400=50%2 2 比例比例积分控制分控制PIPI 当要求控制当要求控制结果无余差果无余差时，就需求在比例控，就需求在比例控制的根底上，加制的根底上，加积分控制造用。分控制造用。1 1 积分控制分控制I I 输出出变化量化量u(t)u(t)与与输入偏向入偏向e e的的积分成正比分成正比当当e是幅是幅值为E的的阶跃时TI 积分分时间eEttuq积分分作作器器具具有有坚持持功功能能，故故积分控制可以消除余差。分控制可以消除余差。q积分分输出出信信号号随随着着时间逐逐渐加加强，控控制制动作作缓慢慢，故故积分作用不分作用不单独运用。独运用。v 积分控

31、制的特点积分控制的特点当当有有偏偏向向存存在在时，积分分输出出将将随随时间增增长或或减小；当偏向消逝减小；当偏向消逝时，输出能出能坚持在某一持在某一值上。上。eEttu 假假设将将比比例例与与积分分组合合起起来来，既既能能控控制制及及时，又能消除余差又能消除余差 。 2 比例比例积分控制分控制PI比例积分调理器的阶跃呼应特性 称为称为PI调理器的积分增益，它定义调理器的积分增益，它定义为：在阶跃信号输入下，其输出的最为：在阶跃信号输入下，其输出的最大值与纯比例作用时产生的输出变化大值与纯比例作用时产生的输出变化之比。之比。 3 比例微分控制比例微分控制PD 对于于惯性性较大大的的对象象，经常常

32、希希望望能能加加快快控控制制速速度，此度，此时可添加微分作用。可添加微分作用。式中：式中：TD 微分微分时间 偏向偏向变化速度化速度 理想微分理想微分1 微分控制微分控制DeEttuq 微微分分作作用用能能超超前前控控制制。在在偏偏向向出出现或或变化化的的瞬瞬间，微微分分立立刻刻产生生剧烈烈的的调理理作作用用，使使偏偏向向尽尽快快地地消消除除于于萌萌芽形状之中。芽形状之中。q微微分分对静静态偏偏向向毫毫无无控控制制才才干干。当当偏偏向向存存在在，但但不不变化化时，微微分分输出出为零零，因因此此不不能能单独独运运用用。必需和必需和P或或PI结合，合，组成成PD控制或控制或PID控制。控制。v 微

33、分控制的特点微分控制的特点eEttu2比例微分控制比例微分控制PD 理想的比例微分控制理想的比例微分控制 理想微分作用理想微分作用继续时间太短，太短，执行器来不及呼行器来不及呼应。普通运用普通运用实践的比例微分作践的比例微分作用。用。称为PD调理器的微分增益，它定义为：在阶跃信号输入下，其输出的最大跳变值与纯比例作用时产生的输出变化之比。 q将将比比例例、积分分、微微分分三三种种控控制制规律律结合合在在一一同同，只只需需三三项作作用用的的强度度配配适适宜宜当当，既既能能快快速速调理理，又又能消除余差，可得到称心的控制效果。能消除余差，可得到称心的控制效果。4 比例积分微分控制比例积分微分控制P

34、IDq PID控制造用中，控制造用中，比例作用是根底控制；比例作用是根底控制；微分作用是用于加快系微分作用是用于加快系统控制速度；控制速度；积分作用分作用是用于消除静差。是用于消除静差。3.2.2DDZ-型基型型基型调理器理器模模拟式控制器用模式控制器用模拟电路路实现控制功能。其开展控制功能。其开展阅历了了型用型用电子管、子管、型用晶体管和型用晶体管和型用集成型用集成电路。路。PID调理器的阶跃呼应特性 1 DDZ-型型仪表的特点及外形表的特点及外形特点：特点：丈量信号：丈量信号：15V.DC； 外外给定信号：定信号：420mA.DC；内内给定信号：定信号：15V.DC； 丈量与丈量与给定信号

35、的指示精度：定信号的指示精度：1；输入阻抗影响：入阻抗影响：满刻度的刻度的0.1； 输出出坚持特性：持特性：0.1每小每小时；输出信号：出信号：420mA.DC； 调理精度：理精度：0.5；负载电阻：阻：250750。1-双双针垂直指示器垂直指示器2-外外给定指示灯定指示灯3-内内给定定设定定轮4-自自动软手手动硬手硬手动 切切换开关开关5-硬手硬手动操作杆操作杆6-输出指示器出指示器7-软手手动操作板操作板键DDZ-DDZ-基型基型调理器由控制理器由控制单元和指示元和指示单元元组成。控制成。控制单元包括元包括输入入电路、路、PDPD与与PIPI电路、路、输出出电路、路、软手手动与硬手与硬手动

36、操作操作电路；指示路；指示单元元包括包括输入信号指示入信号指示电路和路和给定信号指示定信号指示电路。路。 全刻度指示调理器的构成框图 2全刻度指示调理器的构成原理全刻度指示调理器的构成原理 全刻度指示调理器的线路实例全刻度指示调理器的线路实例过程控制3、整机传送函数 调理器PID电路传送函数方框图 2UiUsUo3其传送函数为这三个电路的传送函数的乘积。化简后可得：过程控制带*的量为调理器参数的实践值，不带*的为参数的刻度值。F称为相互关扰系数。 1.智能智能电动执行器的特点行器的特点与常与常规电动执行器相比行器相比,智能智能电动执行器有如下特点：行器有如下特点：1具有智能化和高精度的控制功能

37、。可直接接具有智能化和高精度的控制功能。可直接接纳变送器信号，按送器信号，按设定定值自自动进展展PID调理，控制流量、理，控制流量、压力和温度等力和温度等过程程变量。量。经过组态可按折可按折线构成多种外形的非构成多种外形的非线性流量特性，性流量特性，实现对过程非程非线性特性的性特性的补偿，以提高系以提高系统的控制精度，同的控制精度，同时也也摆脱了脱了长期以来依托改期以来依托改动阀芯外形来改芯外形来改动流量特性的落后情况；流量特性的落后情况；2)一体化的构造一体化的构造设计思想。将位置控制器、思想。将位置控制器、PID控制器、伺服放大控制器、伺服放大器、器、电-气气转换器、器、阀位位变送器等装在

38、一台送器等装在一台现场仪表中，减少了信号表中，减少了信号传输中的走漏和干中的走漏和干扰等要素等要素对系系统控制精度的影响；控制精度的影响；还采用采用电制制动和断和断续调理理技技术替代机械摩擦制替代机械摩擦制动技技术，以提高整机的可靠性；，以提高整机的可靠性；3)具有智能化的通具有智能化的通讯功能。与上位机或控制系功能。与上位机或控制系统之之间可可经过现场总线按按规定的通定的通讯协议进展双向数字通展双向数字通讯，并构成所需求的控制系，并构成所需求的控制系统，这是是智能智能执行器与常行器与常规电动执行器的重要区行器的重要区别之一。之一。3.4.4智能式电动执行器智能式电动执行器4)具有智能化的自具

39、有智能化的自诊断与断与维护功能。当功能。当电源、气源、气动部件、部件、机械部件、控制信号、通机械部件、控制信号、通讯或其它方面出或其它方面出现缺点缺点时，均能，均能迅速迅速识别并能有效采取并能有效采取维护措施，确保控制系措施，确保控制系统及消及消费过程的平安。程的平安。5具有灵敏的具有灵敏的组态功能，功能，“一机多用，提高了一机多用，提高了经济效益。效益。例如，例如，对于于输入信号，可入信号，可经过软件件组态来来选择适宜的信号适宜的信号源；源；对于于执行器的运行器的运转速度和行程，也可速度和行程，也可经过组态软件件进展恣意展恣意设置，一切置，一切这些都无需改些都无需改换硬件。硬件。这样一来，只

40、需一来，只需用少量用少量类型的智能型的智能执行器就可以行器就可以满足各种工足各种工业过程的不同程的不同需求，从而大大提高了制造商和用需求，从而大大提高了制造商和用户的的经济效益。效益。2.智能电动执行器的实例简介智能电动执行器的实例简介美国美国Valtek公司消费的公司消费的STARPAC智能执行器智能执行器3.5 3.5 平安平安栅平安平安栅又称防爆又称防爆栅是防止危是防止危险电能从控制能从控制系系统信号信号线进入入现场仪表的平安表的平安维护器。器。 1 1 平安防爆的根本概念平安防爆的根本概念在大气条件下，气体蒸汽、簿在大气条件下，气体蒸汽、簿雾、粉、粉尘或或纤维状的易燃物状的易燃物质与空

41、气混合，点燃后熄与空气混合，点燃后熄灭将在整个范将在整个范围内内传播的混和物，称播的混和物，称为爆炸性混合物。爆炸性混合物。含有爆炸性混合物的含有爆炸性混合物的环境，称境，称为爆炸性爆炸性环境。境。 按爆炸性混合物出按爆炸性混合物出现的的频度、度、继续时间和危和危险程度，又可将危程度，又可将危险场所划分成不同所划分成不同级别的危的危险区。区。 对于于类电气气设备，电路路电压限限制制在在30VDC时，各各种爆炸性混合物按最小引爆种爆炸性混合物按最小引爆电流分流分为三三级。爆炸性混合物的最小引爆爆炸性混合物的最小引爆电流流级级别别最小引爆电流最小引爆电流mA爆炸性混合物种类爆炸性混合物种类 i12

42、0甲烷、乙烷、汽油、甲醇、乙醇、丙酮、氨、一氧化碳甲烷、乙烷、汽油、甲醇、乙醇、丙酮、氨、一氧化碳 7070i i120120乙烯、乙醚、丙烯晴等乙烯、乙醚、丙烯晴等 i70氢、乙炔、二硫化碳、市用煤气、水煤气、焦炉煤气等氢、乙炔、二硫化碳、市用煤气、水煤气、焦炉煤气等不同的危不同的危险等等级对电气气设备的防爆要求不同，的防爆要求不同，煤煤矿井下用井下用电气气设备属属类设备；有爆炸性气体的工；有爆炸性气体的工厂用厂用电气气设备属属类设备；有爆炸性粉；有爆炸性粉尘的工厂用的工厂用电气气设备属属类设备。 2 平安火花防爆系平安火花防爆系统 电动仪表表存存在在电路路打打火火的的能能够。假假设从从电路

43、路设计就就开开场思思索索防防爆爆，把把电路路在在短短路路、开开路路及及误操操作作等等各各种种形形状状下下能能够发生生的的火火花花都都限限制制在在爆爆炸炸性性气气体体的的点点火火能量之下，那么此能量之下，那么此仪表称表称为平安火花防爆平安火花防爆仪表。表。 平安火花防爆平安火花防爆仪表只能保表只能保证本本仪表内部不表内部不发生危生危险火花，火花，对其它其它仪表表经过信号信号线传入的能量能否平安入的能量能否平安那么无法保那么无法保证。假。假设在与其它在与其它仪表的表的电路路连线之之间设置平安置平安栅，防止危，防止危险能量能量进入，那么完全做到了平安入，那么完全做到了平安火花防爆。火花防爆。构成平安

44、火花防爆系构成平安火花防爆系统的二要素：的二要素： 在危在危险现场运用的运用的仪表必需是平安火花防爆表必需是平安火花防爆仪表本安表本安仪表。表。 现场仪表与危表与危险场所之所之间的的电路路衔接必需接必需经过平安平安栅防爆防爆栅。根本原理：根本原理：简单齐纳式平安式平安栅是利用是利用齐纳二极管的反向二极管的反向击穿特性穿特性进展限展限压、用固定、用固定电阻阻进展限流展限流 。3.5.1齐纳式平安栅齐纳式平安栅平安平安栅的种的种类很多，有很多，有电阻式平安阻式平安栅、中、中继放大式平安放大式平安栅、齐纳式平安式平安栅、光、光电隔离式平安隔离式平安栅、变压器隔离式平安器隔离式平安栅等。等。当当输入入

45、电压Vi在正常范在正常范围24V内内时，齐纳二极管二极管VD不不导通；通；当当电压高于高于24V并到达并到达齐纳二极管的二极管的击穿穿电压约28V时，齐纳二二极管极管导通，在将通，在将电压钳制在平安制在平安值以下的同以下的同时，平安，平安侧电流急流急剧增大，增大，使快速熔断使快速熔断丝FU很快熔断，从而将能很快熔断，从而将能够呵斥事故的高呵斥事故的高压与危与危险现场隔隔断。固定断。固定电阻阻R的作用是限制流往的作用是限制流往现场的的电流。流。两点缺乏：两点缺乏：一、固定的限流一、固定的限流电阻其大小阻其大小难以以选择，选小了起小了起不到很好的限流作用，不到很好的限流作用，选大了又影响大了又影响

46、仪表的恒流特性，表的恒流特性，理想的限流理想的限流电阻阻应该是可是可变的，即的，即电流在平安范流在平安范围内内其阻其阻值要足要足够小，而当小，而当电流超出平安范流超出平安范围时其其电阻要阻要足足够大；大；二、接地不合理，通常一个信号回路只允二、接地不合理，通常一个信号回路只允许一点一点接地，假接地，假设有两点以上接地会呵斥信号有两点以上接地会呵斥信号经过大地短路大地短路或构成干或构成干扰。2由由VD1VD4和和F1 F2组成成限限压电路路。背背靠背的靠背的齐纳管中点接地，改直接接地管中点接地，改直接接地为维护时接地。接地。1用用晶晶体体管管限限流流电路路取取代代固固定定电阻阻。VT3任任务于于

47、零零偏偏压，作作为恒恒流流源源向向VT1提提供供足足够的的基基极极电流流，保保证信号在信号在420mA范范围内内VT1处于于饱和形状。和形状。 改良后的齐纳式平安栅改良后的齐纳式平安栅正常正常时VT1饱和和导通通 VR1 = 0.1 0.5V VT2不不通通过流流时VR 1 0.6V VT2导通，分流通，分流VT3的的电流流 VT1退退饱和和 Vce1呈呈现较高的高的电阻阻v要求要求快速熔快速熔断断丝熔熔断断时间 0.6VVT3导通，分流通，分流 VT4退退饱和和 Vce4 限流限流 限流特性限流特性限限压特性特性3调制解调电路调制解调电路调制：调制： VD13、VD14交替任务交替任务送往变

48、送往变送器的送器的DC420mA 交替经过交替经过T2原边原边解调：解调： T2副边副边1：1耦合耦合复合管复合管VT7VT10整整流流 -2 执行端平安行端平安栅 用用于于控控制制室室中中调理理器器和和现场执行行器器之之间，是是420mA调理理信信号号送送往往现场的的安安检通通道道。与与检测端端平平安安栅的区的区别： 信号信号传输方向相反，方向相反， 不需不需给现场供供电。电路原理根本路原理根本类似。似。 隔离式平安隔离式平安栅与与齐纳式平安式平安栅相比相比较，发见有如下有如下优点：点：1可以在危可以在危险区或平安区以区或平安区以为适宜的任何一个地适宜的任何一个地方接地，运用方便，通用性方接地，运用方便，通用性强；2隔离式平安隔离式平安栅的的电源、信号源、信号输入、信号入、信号输出均出均可可经过变压器耦合，器耦合，实现信号的信号的输入、入、输出完全隔离，出完全隔离，使平安使平安栅的任的任务更加平安可靠；更加平安可靠；3隔离式平安隔离式平安栅由于信号完全浮空，大大加由于信号完全浮空，大大加强了了信号的抗干信号的抗干扰才干，提高了控制系才干，提高了控制系统正常运正常运转的可靠的可靠性。性。本章终了，谢谢！本章终了，谢谢！