過程控制課件：第4章過程控制儀表

1、 第四章 過程控制儀表 基本控制規(guī)律及其對系統(tǒng)過渡 過程的影響4.1 DDZ型調節(jié)器4.2 改進型調節(jié)器4.3 數字式調節(jié)器4.4 執(zhí)行器4.5 電氣轉換器和閥門定位器基本控制規(guī)律及其對系統(tǒng)過渡過程的影響 偏差信號e: 給定值與測量信號之差 (X-Z) 測量信號Z:代表被控參數大小的信號給定信號X:代表規(guī)定值之大小的信號 控制信號u: 用以改變控制作用大小的信號 控制規(guī)律:調 節(jié) 器:根據測量值與給定值所的偏差按一定的數學 運算規(guī)律輸出操縱值?；究刂埔?guī)律：位式控制 比例控制 積分控制 微分控制 一、雙位控制 1.雙位控制規(guī)律 umax e0 （e0）u= umin e0 （e0） euuma

2、xumin理想雙位控制規(guī)律 2.實例 液位 電磁線圈 閥門 進料 液位 HH0 通電 關閉 切斷進料 HH0 HH0 斷電 打開 進料 HH0 中間區(qū)：被控參數有一定的變化范圍 3.品質指標：振幅、周期 原則：使振幅在允許的范圍內，盡可能的使周期延長。4.特點：結構簡單、成本低、易實現 二、比例控制 1.比例控制規(guī)律及比例度 控制規(guī)律 測量元件浮球調節(jié)器杠桿執(zhí)行器調節(jié)閥ab 比例控制系統(tǒng)示意圖u ee液位控制系統(tǒng)ab 比例控制系統(tǒng)示意圖Kc 控制作用Kc 控制作用euab比例控制規(guī)律的輸出變化量與輸入偏差e成正比。 放大倍數,可調整 比例度使調節(jié)器輸出變化全范圍時,輸入偏差改變了滿量程的百分數

3、。 比例度 由于比例增益Kc是有量綱的量，在工程上常將其轉換成一個無量綱的量：比例度例如：一臺比例調節(jié)器，輸入信號的變化范圍為100200，輸出信號的變化范圍為420mA，當輸入變量從140變化到160時，調節(jié)器輸出信號從12mA16mA，問該調節(jié)器的比例度？ 解： 當測量溫度變化了全量程的80%時，調節(jié)器的輸出從4mA20mA。在這個范圍內，溫度的變化與調節(jié)器的輸出u是成比例的。100200tI420150uminumaxe%0%100%0%80%050%100%e%umaxuminumax-umin2比例度示意圖 =200% =100% =50% d與放大系數Kc的關系 d Kc 控制作用

4、 d Kc 控制作用 對于單元組合儀表 比例控制系統(tǒng)的過渡過程 Q2Q2Q1hQ1 Q1= Q2 ab 比例控制系統(tǒng)示意圖比例度對過渡過程的影響 T K0 T K0 ab 比例控制系統(tǒng)示意圖優(yōu)、缺點優(yōu)點：控制及時，簡單、可靠缺點：余差存在三.比例積分控制1.積分控制規(guī)律 TI 積分時間e（mA）t0At0u（mA）TI1TI2TI3TI1TI2t0，de/dt=0， u=0特點： 不管有無輸入和它的數值如何，只要輸入不改變， 微分作用的輸出總是零。 不能消除偏差，不能單獨使用。 實際的微分控制規(guī)律 KD微分增益 e=A 實際微分規(guī)律是由兩部分組成：比例和近似微分。比例度 d =100%（Kc=

5、1）A 比例微分控制規(guī)律 理想： t=0 實際： TD 微分作用 TD 微分作用 tet0Aut微分63.2%100%KcAt0t比例uKcAt0Kc(KD-1)ATD/KDutPD比例積分微分（PID）控制 理想： t0u(mA)t0“”實際： 常用的控制規(guī)律：P PI PID A特點： 集P、I、D三者之優(yōu)點， 克服其不足； 實際系統(tǒng)并非PID是最好， 應根據具體情況進行選擇。 u(mA)t0正反作用：e=Z-X 正作用：正偏差越大，測量值越大， 反作用：負偏差越大，測量值越小， 則調節(jié)器輸出越大；則調節(jié)器輸出越大。解： 又 測量值減少時，調節(jié)器輸出減少， 是正作用方向 答:調節(jié)器的實際比

6、例度為100%，調節(jié)器是正作用方向。 例1、當電動智能調節(jié)器的測量指針由50變化到25，若調節(jié)器的純比例輸出信號由12mA下降到8mA，則調節(jié)器的實際比例度為多少？并指出調節(jié)器的作用方向。 例2、實驗測得標準信號為420mA電動調節(jié)器的階躍響 應曲線，如圖所示。 問： 該調節(jié)器的控制規(guī)律？ 調節(jié)器的比例度、積分時間、微分時間？ 解: 該調節(jié)器為PI控制規(guī)律 答：調節(jié)器的比例度為200%、積分時間為2分、 微分時間為0 例3：有一臺PI調節(jié)器，d=100%，TI =1分， 輸入、輸出信號： 420mA 。 ut1315作業(yè): 1.有一比例積分調節(jié)器（智能單元型），測量值與給定值均為12mA，若將

7、比例度定在50，積分時間定在最大，調節(jié)器的作用方向定在反作用位置，則當測量值由12mA 變化到13mA時，u將由12mA變化到什么數值？當積分時間不是定在最大時，則情況又會如何？ 2.某臺智能單元型比例積分調節(jié)器，比例度為100，積分時間為2分，穩(wěn)態(tài)時，輸出為5mA。某瞬間，輸入突然增加了0.2mA，試問經過5min后，輸出將變化多少？又 調節(jié)器的作用方向定在反作用位置。 測量值增加，輸出將減少。 答:u將由12mA變化到10mA。解1： 當積分時間不是定在最大時，u將一直減小下去，直到最小值。 答：調節(jié)器的輸出將變化0.7mA。 解2：型儀表的特點： 1.采用線性集成電路 2.采用國際標準信

8、號制 信號傳輸方式為：電流傳送電壓接收的并聯制。 420mA現場傳輸信號 15V 控制室聯絡信號4.1 DDZ型調節(jié)器 3.集中統(tǒng)一供電(24VDC) 4.整套儀表可構成安全火花型防爆系統(tǒng) 優(yōu)點： 容易識別斷電、斷線等故障。 采用并聯信號制。 現場變送器：兩線制 這兩根線即是電源線，又是信號線。這樣不但節(jié)省了大量的電纜線和安裝費用，而且有利于安全放爆。 安全柵：實現了控制室與危險場所之間的能量 限制與隔離 DDZ型調節(jié)器 虛地原理 差動輸入信號與共模輸入信號 Av v0 A Z1 Zf viA V0 v2v1要滿足共模輸入信號范圍，否則放大器無法正常工作。 4.1.1 輸入電路 vi +VCM

9、，VCM的引入將產生運算誤差。 共模輸入范圍（219）V 偏差差動電平移動電路 0伏 輸出信號VO1與導線壓降VCM1、VCM2無關 VT=VF=（3.75.7）V 4.1.2 比例微分（PD）電路 V02= aVT （VF=-1/aV02） 設： 當t=0時 t： 4.1.3 比例積分（PI）電路 設： 檔時 檔時 4.1.4 整機傳遞函數 4.1.5 輸出電路 4.1.6 手動操作電路及自動手動切換 軟手動操作 為S4接通VM的時間。 V03=-VH 硬手動操作 切換過程 自動 軟手動雙向切換為無平衡、無擾動的切換。 硬手動 軟手動 自動 自動硬手動軟手動 無平衡、無擾動的切換。須首先調平

10、衡再切換方能做到無擾動切換。無擾動切換：調節(jié)器的輸出不能由于切換而發(fā)生變化。 4.1.7 指示電路 4.2 改進型調節(jié)器 4.2.1 抗積分飽和調節(jié)器 正常工作狀態(tài)（VLVO3If時， VAB0 IiIf時， VAB P2時，節(jié)流盲室充氣 當P1 P2時，節(jié)流盲室放氣 t=T時，T的定義：當p1為階躍輸入時，節(jié)流盲室壓力p2由原 來穩(wěn)態(tài)值上升到p1的63.2%所經歷的時間 就是充氣過程的時間常數。 時間常數 3.噴嘴擋板機構（控制元件）恒節(jié)流孔：d1=0.150.3mm d2=0.81.2mm h R2 p背 h R2 p背 p背=kh 任務：把擋板微小位移轉換成氣壓信號p背。4.功率放大器

11、力平衡式、節(jié)流式 4.5 電氣轉換器和閥門定位器 4.5.1 電氣轉換器 作用：將010mA或420mA電流信號轉變成 0.020.1MPa的氣壓信號。力矩平衡原理 4.5.2 電氣閥門定位器 作用： 可用電動調節(jié)器的輸出信號010mA或 420mA去操縱氣動執(zhí)行器 閥門定位器 （氣動薄膜執(zhí)行機構的特性）力矩平衡原理 電氣閥門定位器與氣動執(zhí)行器組成的閉環(huán)系統(tǒng)框圖：正作用：輸入信號增加，輸出信號增加； 反作用：輸入信號增加，輸出信號減小。 閥桿位移與輸入電流成一一對應的比例關系。 足夠大用于閥門兩端高壓差的場合pv1MPa 用于調節(jié)閥口徑較大的場合Dg100mm 用于高壓、高溫、有毒、易燃、易爆介質的場合 用于介質中含有固體懸浮物或粘性流體的場合 用于執(zhí)行器氣開、氣關的改裝 用于分程控制的實現 改善執(zhí)行器的流量特性 2.閥門定位器的主要用途 執(zhí)行器的放大系數： K1：執(zhí)行機構的放大系數 K2 ：調節(jié)機構的放大系數 選定后K2是不會改變的 改善執(zhí)行器的流量特性 通過改變K1，改善流量特性。即改變定位器的凸輪形狀，就可使執(zhí)行器的流量特性發(fā)生變化。 3.隔爆措施 安全隔爆復合型 ：力線圈用環(huán)氧樹脂澆封，儀表的接線盒采用了密封隔爆措施。安全火花型：除將力線圈、儀表接線板、電纜采用環(huán)氧樹脂澆封外，在使用時還必須配用輸出式安全柵。 4600匝 四、氣動調節(jié)閥的