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1、專業(yè)英語教程,教學(xué)課件,I.課文內(nèi)容簡介： 主要介紹過程控制系統(tǒng)的基本知識。,Lesson 1 Introduction to Control system,P6 Process Control,II.New Words,P6 Process Control,III. Phrases,P6 Process Control,IV.重要詞語及難句翻譯 1 This can be as simple as making the temperature in a room stay at or as complex as manufacturing an integrated circuit or g

2、uiding a spacecraft to Jupiter. 它既可是簡單地保持房間溫度為21，也可是復(fù)雜的集成電路制造或者飛向木星的宇宙飛船導(dǎo)航系統(tǒng)。 This指代前句中的the term control。 2 Instead of regulating a variable value to a setpoint, the servomechanism forces the controlled variable value to follow variation of the reference value. 伺服機(jī)械使被控變量值跟隨參考值的變化，而不是將變量值調(diào)節(jié)至設(shè)定值。 Inst

3、ead of， (用)代替, (是)而不是, (用)而不用 3 By a succession of incremental opening and closing of the valve, 通過一連串的打開或者關(guān)閉閥的 a succession of：一連串，一系列,P6 Process Control,V.參考譯文 第一課 過程控制簡介 1、序言 從原始狀態(tài)到我們目前復(fù)雜的、技術(shù)性的世界，人類的進(jìn)步是以學(xué)習(xí)新的且不斷提高控制環(huán)境的方法為標(biāo)志的。簡單地說，控制這個(gè)詞就意味著迫使環(huán)境中的參數(shù)有具體值的方法?？梢允强刂品块g的溫度在21簡單的例子，也可以是制造集成電路或控制航天器飛向木星等復(fù)雜的

4、例子?？偟膩碚f，術(shù)語控制系統(tǒng)可表述為完成控制目標(biāo)所需要的所有的因素。 本書的目的是研究用于工業(yè)的控制系統(tǒng)運(yùn)行的元件和方法，這些控制系統(tǒng)用于控制工業(yè)過程（因此，稱為過程控制）。本章將提出一個(gè)關(guān)于過程控制技術(shù)及元件的總體看法，包括重要的定義。后面的章節(jié)將對過程控制元件作更詳細(xì)的研究。 2、控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)運(yùn)作的基本策略就是邏輯與自然。事實(shí)上，在生物機(jī)體上也采用了同樣的策略來維持溫度、液體流率以及一系列其他生物功能。這就是自然界的過程控制。 人工控制技術(shù)是首先被發(fā)展起來的技術(shù)，它把人作為控制行為中的主要部分。當(dāng)我們學(xué)會了如何使用機(jī)器、電子設(shè)備和計(jì)算機(jī)來代替人的功能時(shí)，就開始使用自動控制這個(gè)術(shù)語了。

5、,P6 Process Control,P6 Process Control,（1）過程控制原理 過程控制中，其基本任務(wù)是調(diào)節(jié)一些參量的值。調(diào)節(jié)的含義是無論外部如何影響都能保持參量為某些期望的值。期望值也被稱為參考值或設(shè)定值。 在接下來的段落里，我們將通過一個(gè)具體的過程控制實(shí)例的控制系統(tǒng)的發(fā)展，來介紹該領(lǐng)域內(nèi)的一些術(shù)語和表示方法。 過程 圖6.1所示為我們所討論的過程。液體以某速率Qin流入容器內(nèi)，以速率Qout流出容器。容器中的液體高度或液位為h。眾所周知，流出速率隨高度的平方根變化，因此，液位越高液體流出的速度越快。如果流出速率與流入速率不完全相等，容器要么變空，如果Qout Qin，要么

6、溢出，如果Qout Qin。 此過程的特性叫自調(diào)節(jié)。它意味著，對于某個(gè)流入速率，液位將升高，直到達(dá)到一個(gè)流出速率與流入速率相匹配的高度。自調(diào)節(jié)系統(tǒng)不提供針對任何參考值的調(diào)節(jié)。在這個(gè)例子中，液位將停留并保持在使流入速率和流出速率相同的高度值。但是，如果流入速率改變了，那么液位也將改變，所以它不會隨著一個(gè)參考值進(jìn)行調(diào)節(jié)。 在忽略流入速率的情況下，假設(shè)我們希望液位保持為某個(gè)特定的高度H，如圖1.1所示。那么自調(diào)節(jié)就不能滿足要求了。 人工控制 圖6.2所示為采用人工調(diào)節(jié)液位的水槽系統(tǒng)。為了調(diào)節(jié)液位保持液位高度為H，這需要使用傳感器對液位進(jìn)行測量。這可通過“可視管”來實(shí)現(xiàn)，如圖6.2所示。實(shí)際的液位或高

7、度稱為被控變量。此外，需要增加一個(gè)人工控制閥來調(diào)節(jié)流出速率。這個(gè)流出速率稱為操縱變量或控制變量。,P6 Process Control,現(xiàn)在，通過以下策略就可調(diào)節(jié)高度而不受流入速率的影響：通過可視管人工測量液高，并和設(shè)定值相比較。如果所測的值較大，則人工開閥使流出量增加，從而使液位降低接近設(shè)定值。如果所測的值比設(shè)定值小，則人工關(guān)閥減少流出量，使液位上升。 通過反復(fù)開關(guān)閥就可使液位達(dá)到設(shè)定值H，通過連續(xù)觀察可視管并相應(yīng)調(diào)節(jié)閥就可使液位保持為設(shè)定值。這個(gè)高度是可以調(diào)節(jié)的。 自動控制 要實(shí)現(xiàn)自動控制，系統(tǒng)改進(jìn)為由機(jī)器、電子器件或計(jì)算機(jī)來替代人工操作，如圖6.3所示。所增加的傳感器裝置能夠測量液位并將

8、其轉(zhuǎn)換為一個(gè)比例信號s。這個(gè)信號是控制器的輸入?？刂破骺梢詾橐慌_機(jī)器、一個(gè)電路或計(jì)算機(jī)，它完成計(jì)算測量值的功能，并提供輸出信號u，控制由通過機(jī)械連接到閥的執(zhí)行器改變閥的位置。 當(dāng)自動控制應(yīng)用于類似于圖6.3所示的可將某些變量調(diào)節(jié)到設(shè)定值的系統(tǒng)中時(shí)，就稱之為過程控制。 （2）隨動系統(tǒng) 另一種常用的控制系統(tǒng)是隨動系統(tǒng)，它與過程控制在目標(biāo)上有少許不同。在隨動系統(tǒng)中，其目標(biāo)是迫使參數(shù)以一種特定的方式變化。這也可稱為跟蹤控制系統(tǒng)。隨動系統(tǒng)迫使被控變量跟蹤參考值的變化而不是調(diào)節(jié)變量至設(shè)定值。 例如，圖6.4所示的工業(yè)機(jī)器臂，隨動系統(tǒng)通過控制機(jī)器臂傳動電機(jī)的速度和機(jī)器臂部件的角度，迫使機(jī)器臂沿A點(diǎn)到B點(diǎn)的路

9、徑移動。,P6 Process Control,隨動系統(tǒng)的控制策略與過程控制類似，但調(diào)節(jié)和跟蹤之間的動態(tài)差異導(dǎo)致了控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和運(yùn)行上的差別。本書針對過程控制技術(shù)。 （3）離散控制系統(tǒng) 此類控制系統(tǒng)是控制事件順序而不是某個(gè)變量的調(diào)節(jié)或變化。例如，油漆的生產(chǎn)過程中可能包含有許多變量，如混合溫度、流入混合槽的液體流率 、混合速度等等。每個(gè)變量都需要過程控制回路來調(diào)節(jié)。但是，在整個(gè)的生產(chǎn)油漆過程中也存在事件的先后順序。這個(gè)先后順序就是根據(jù)規(guī)定的時(shí)間表開始和停止事件。以油漆為例，混合物需要被加熱，溫度的調(diào)節(jié)需要一定長度的時(shí)間，然后，在另一時(shí)間段，混合物可能被抽到不同的槽并被攪拌。 事件的開始和停止是

10、離散系統(tǒng)，因?yàn)闀r(shí)間不是真（true）就是假（false），例如，啟動或停止、開啟或關(guān)閉、開或關(guān)。此類控制系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)為自動的，且最適宜采用計(jì)算機(jī)作為控制器。,I.課文內(nèi)容簡介： 簡單介紹如何對系統(tǒng)的性能進(jìn)行評價(jià)。,Lesson 2 Control System Evaluation,P6 Process Control,II.New Words,P6 Process Control,III. Phrases,P6 Process Control,IV. 難句翻譯 1 The variable used to measure the performance of the control syst

11、em is the error, which is the difference between the constant setpoint or reference value r and the controlled variable c(t). 誤差是用于衡量控制系統(tǒng)性能的變量，它是常數(shù)的設(shè)定值或參考值r與被控變量c(t)之間的差。 Which所引導(dǎo)的非限制性定語從句修飾error。 2 The duration is measured from the time the allowable error is first exceeded to the time when it fall

12、s within the allowable error and stays. 這個(gè)時(shí)間段是指從第一次超過允許的誤差到其下降并保持在允許誤差范圍內(nèi)所需的時(shí)間。 from the time to the time，兩個(gè)time后均接定語從句。,P6 Process Control,V.參考譯文 第二課 控制系統(tǒng)評估 過程控制系統(tǒng)可調(diào)節(jié)某些變量的值。在使用這種系統(tǒng)時(shí)，人們自然會問，它的性能如何？這個(gè)問題很難回答。因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)可產(chǎn)生不同的響應(yīng)偏差。本章將討論幾種評價(jià)性能的方法。 衡量控制系統(tǒng)性能的變量是誤差，它是常數(shù)設(shè)定值或參考值r與被控變量c(t)之間的差。 由于被控變量是隨時(shí)間變化的，因此誤差也

13、是時(shí)變的（注意，在伺服機(jī)械系統(tǒng)中，r的值也要求是時(shí)變的）。 控制系統(tǒng)目標(biāo) 從原理上講，控制系統(tǒng)的目標(biāo)是使等式（6-1）中的誤差為零。但控制系統(tǒng)的響應(yīng)只取決于誤差（即，當(dāng)出現(xiàn)誤差時(shí)，控制系統(tǒng)會采取措施使其為零）。相反地，如果誤差為零并保持，控制系統(tǒng)將不采取任何行動，而且其決定性是首要的。因此，這個(gè)目標(biāo)不可能完美地實(shí)現(xiàn)，將一直存在誤差。評價(jià)問題變?yōu)檎`差的大小及其隨時(shí)間變化的情況。 實(shí)際的控制系統(tǒng)的目標(biāo)最恰當(dāng)?shù)谋硎鰹槿齻€(gè)需要： 系統(tǒng)應(yīng)該是穩(wěn)定的。 系統(tǒng)應(yīng)該盡可能地提供最好的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)。 系統(tǒng)應(yīng)該盡可能地提供最佳的瞬態(tài)調(diào)節(jié)。 1.穩(wěn)定性,P6 Process Control,控制系統(tǒng)的目的是對某些變量進(jìn)

14、行調(diào)節(jié)。這需要過程本身根據(jù)變量的測量值采取一定的措施。如果措施不正確，控制系統(tǒng)會使過程變得不穩(wěn)定。事實(shí)上，我們越緊密地控制變量，就越可能使系統(tǒng)不穩(wěn)定。 圖6.5所示，在控制系統(tǒng)工作前，被控變量以一種隨機(jī)的方式漂移且是不可調(diào)節(jié)的。在控制系統(tǒng)開始工作后，該變量被強(qiáng)迫接近設(shè)定值并且暫時(shí)一切都很好。但是，注意一段時(shí)間后，變量開始呈現(xiàn)增長振蕩，即，不穩(wěn)定。這發(fā)生在控制系統(tǒng)仍然連接并運(yùn)行時(shí)；事實(shí)上，系統(tǒng)的連接和運(yùn)行正是不穩(wěn)定發(fā)生的原因。 那么，第一個(gè)目標(biāo)可簡單地表示為，設(shè)計(jì)并校正系統(tǒng)使其穩(wěn)定。一般說來，當(dāng)控制系統(tǒng)被校正以提供更好的控制的同時(shí)，不穩(wěn)定的可能性也同時(shí)在增加。 2.穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié) 穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)目標(biāo)可簡單表

15、述為穩(wěn)態(tài)誤差應(yīng)達(dá)到最小。通常，當(dāng)控制系統(tǒng)被指定了允許偏差， ，這表示人們希望并接受變量在偏差帶內(nèi)變化。當(dāng)外部干擾企圖使這個(gè)值漂移超出允許的偏差時(shí)，控制系統(tǒng)將克服這個(gè)干擾。 例如，過程控制技術(shù)人員可能會要求設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)能將溫度調(diào)節(jié)至150 2的控制系統(tǒng)。這意味著設(shè)定值為150，但允許溫度在148至152變化。 3.瞬態(tài)調(diào)節(jié) 當(dāng)突然發(fā)生一些瞬態(tài)事件，為了不產(chǎn)生大的偏差，被控變量的值將會有什么變化呢？例如，設(shè)定值改變了。假設(shè)在前面提到的溫度例子中，設(shè)定值突然變?yōu)?60。瞬態(tài)調(diào)節(jié)是指控制系統(tǒng)如何反應(yīng)，使溫度達(dá)到這新的設(shè)定值。,P6 Process Control,另一種類型的瞬態(tài)影響是一些其他過程變量的

16、突然變化。被控變量依賴于其他過程變量。如果其中一個(gè)突然變化，被控變量也可能被強(qiáng)迫改變，因此控制系統(tǒng)必須使這個(gè)影響最小化。這就是所謂的瞬態(tài)響應(yīng)。 4.評價(jià)指標(biāo) 由此，控制系統(tǒng)性能如何這個(gè)問題可以回答為：（1）確保穩(wěn)定；（2）評價(jià)其穩(wěn)態(tài)響應(yīng)；（3）評價(jià)其對設(shè)定值變化和瞬間擾動的響應(yīng)。衡量響應(yīng)有多種標(biāo)準(zhǔn)。通常，用“調(diào)節(jié)”這個(gè)詞是用來說明如何控制過程控制回路來得到最佳的控制。 阻尼響應(yīng) 這是另一種要求標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)激勵(lì)為設(shè)定值變化或瞬態(tài)作用時(shí)被控變量響應(yīng)如圖6.6所示。我們注意到，偏差的極性只有一種（也就是，它不在設(shè)定值附近振蕩）。在這種情況下，如果輸入為瞬態(tài)值，衡量性能的標(biāo)準(zhǔn)是偏差持續(xù)時(shí)間；如果是給定輸入

17、，衡量性能的標(biāo)準(zhǔn)是最大偏差emax。持續(xù)時(shí)間是指從超出允許誤差范圍到重新回到允許誤差范圍的時(shí)間。 對于同樣的激勵(lì)，不同的調(diào)節(jié)系統(tǒng)可產(chǎn)生不同的emax和tD。這取決于過程設(shè)計(jì)者，他認(rèn)為長調(diào)節(jié)時(shí)間小峰值偏差是最好的控制，或者相反，或者介于二者之間。 周期響應(yīng) 當(dāng)設(shè)定值改變或瞬態(tài)變化時(shí)，另一種標(biāo)準(zhǔn)如圖6.7所示。應(yīng)注意到，被控變量在設(shè)定值附近振蕩。在這種情況下，我們感興趣的參數(shù)是最大偏差emax和持續(xù)時(shí)間tD，也稱為調(diào)節(jié)時(shí)間。它是指從第一次超過允許的誤差到其落入并保持在允許誤差范圍內(nèi)的時(shí)間。,P6 Process Control,響應(yīng)的性質(zhì)可以通過調(diào)節(jié)控制回路參數(shù)來改變，這稱為調(diào)節(jié)。可以是大偏差短調(diào)

18、節(jié)時(shí)間或長調(diào)節(jié)時(shí)間小偏差，或者介于二者之間。 周期調(diào)節(jié)的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)有很多，最常用的兩種是最小面積和四分之一幅值。最小面積是指在同一激勵(lì)（設(shè)定值改變或瞬態(tài)變化）作用時(shí)，不斷調(diào)節(jié)直到偏差曲線下的凈面積達(dá)到最小，如圖6.8（a）所示的曲線的陰影部分面積。由分析可知面積由下式計(jì)算： (6-2) 四分之一幅值標(biāo)準(zhǔn)如圖6.8（a）所示，它是指周期響應(yīng)的每次峰值的幅值必須是前一個(gè)峰值的四分之一。因此， ，等等。,P6 Process Control,I.課文內(nèi)容簡介： 簡單介紹熱傳感器所需的熱能和溫度原理的知識。,Lesson 3 Thermal Sensors,P6 Process Control,II.N

19、ew Words,P6 Process Control,II.New Words,P6 Process Control,III. Phrases,IV. 難句翻譯 1 To define the temperature scales, a set of calibration points is used; for each, the average thermal energy per molecules is well defined through equilibrium conditions existing between solid, liquid, or gaseous stat

20、es of equilibrium exists between the solid and liquid phase of a pure substance when the rate of phase change is the same in either direction: liquid to solid, and solid to liquid. 對于每個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)，分子平均熱能定義為：在固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)三者之間兩兩平衡，或者當(dāng)在任意方向狀態(tài)變化率都相同時(shí)，這種純物質(zhì)中固態(tài)和液態(tài)之間的平衡。 2 The SI definition of the Kelvin unit of tempe

21、rature is in terms of the triple point of water. SI，來自法文的le Systme international dunits，是國際單位制符號。單位開爾文(K)是熱力學(xué)溫度國際單位制單位。 the triple point of water，水三相點(diǎn)。水三相點(diǎn)是開爾文熱力學(xué)溫度的唯一基準(zhǔn)點(diǎn),也是TTS-90國際溫標(biāo)重要的定義固定點(diǎn)。水三相點(diǎn)不確定度分析對整個(gè)溫標(biāo)的建立、溫度量值傳遞起著至關(guān)重要的作用。,P6 Process Control,V.參考譯文 第三課 熱傳感器 過程控制是用來描述任何自然的或人工的條件下，對其中一個(gè)物理量進(jìn)行調(diào)節(jié)。與溫

22、度和其他熱現(xiàn)象相關(guān)的控制相比，沒有比其更廣泛的。在我們的自然環(huán)境，溫度調(diào)節(jié)是最明顯的技術(shù)，有些是存在于生物的身體功能。從人類第一次用火取暖，人類就開始十分關(guān)注溫度控制。工業(yè)溫度調(diào)節(jié)一直是極為重要，隨著科技的進(jìn)步，其重要性進(jìn)一步加強(qiáng)。在這一章中，我們將首先研究熱能和溫度原理的知識，然后研究溫度測量中的各種熱傳感器的工作原理。 實(shí)際上，我們周圍的物質(zhì)和我們本身都是由原子組合而成。自然界中的92種元素每一種都代表一種特定類型的原子。通常，我們身邊的物質(zhì)都不是單純的元素，而是幾種元素原子所形成的分子的組合。因此，氦氣是一種特定類型的原子組成的自然元素；而水是由分子組成，每個(gè)分子是由兩個(gè)氫原子和一個(gè)氧原

23、子結(jié)合而成。要展示熱能的物理圖像，我們需要考慮固體、液體或氣體等特定物質(zhì)中元素和分子間的物理關(guān)系和相互作用。 1熱能 固體 在任何固體中，每個(gè)原子或分子都緊緊地相互吸引并相互制約，以致于沒有原子能夠遠(yuǎn)離其特定的位置或者平衡位置。但是，每個(gè)原子都能在其特定的位置附近振動。我們 通過分析分子的振動來介紹熱能的概念。 假設(shè)某特定固定物質(zhì)中的分子沒有振動，也就是說，分子都處于靜止,P6 Process Control,P6 Process Control,狀態(tài)。這樣的物質(zhì)，我們說它的熱能為零，即WTH=0。如果現(xiàn)在我們將其放在加熱器上使其擁有熱能，這個(gè)能量使分子在其平衡位置振動。我們可以說這個(gè)物質(zhì)現(xiàn)在

24、有了部分熱能，即WTH 0。 液體 如果物質(zhì)增加的熱能越來越多，隨著熱能的增加，振動將變得越來越激烈。最后，當(dāng)保持分子在平衡位置的束縛力被克服，分子將逃脫并且在物質(zhì)中四處移動。當(dāng)發(fā)生這種情況，我們說物質(zhì)融化變成了液體?，F(xiàn)在，分子可以四處移動而且不再保持固體的剛性結(jié)構(gòu)，我們認(rèn)為分子是彼此自由而不是振動，而且它們移動的平均速度可以衡量物質(zhì)吸收熱能的多少。 氣體 進(jìn)一步增加物質(zhì)的熱能會加快分子的速度，直到最后。這種情況表現(xiàn)為沸騰的液體。當(dāng)物質(zhì)由這些沒有關(guān)聯(lián)的在密閉容器中自由移動的分子組成，我們說物質(zhì)已變成氣體。盡管分子之間相互碰撞，也碰撞容器壁，但分子在容器內(nèi)的移動是自由的。分子的平均速度再次成為衡

25、量物質(zhì)分子吸收熱能的標(biāo)準(zhǔn)。 在吸收同樣熱能的情況下并不是所有的物質(zhì)都會經(jīng)歷這些變化，事實(shí)上某些物質(zhì)根本不變化。因此，氮可以是固體、液體和氣體，但紙張?jiān)谧兂梢簯B(tài)或氣態(tài)前必須分解其分子。熱傳感器的主要目的是測量某種物質(zhì)或由多種物質(zhì)組成的某個(gè)環(huán)境的熱能。 2.溫度 如果要測量熱能，我們就必須用相應(yīng)的單位對溫度進(jìn)行分類。最原始的單位是“熱”和“冷”。在過去,這些就足夠了，但在現(xiàn)代，它就顯得不足。正確,P6 Process Control,的衡量能量的單位應(yīng)該國標(biāo)系統(tǒng)中的“焦耳”，但這個(gè)單位依賴于物質(zhì)的大小，因?yàn)樗硎镜氖俏镔|(zhì)所包含的總的熱能。與焦耳相比，對分子平均熱能進(jìn)行測量將能更好地確定熱能。我們說

26、“將”是因?yàn)樗皇莻鹘y(tǒng)的用法。實(shí)際上，用于定義物質(zhì)的分子平均熱能的專門單位制度，其起源包含了熱能測量的歷史。我們將是采用四種最常用的單位。在每種情況中，描述物質(zhì)的分子平均熱能的名稱表明了物質(zhì)的溫度，不同的單位制度參見溫標(biāo)。 標(biāo)定 制定溫標(biāo)要使用一系列校準(zhǔn)點(diǎn)。對于每個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)，分子平均熱能定義為：在固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)三者之間兩兩平衡，或者當(dāng)在任意方向狀態(tài)變化率都相同時(shí)，這種純物質(zhì)中固態(tài)和液態(tài)之間的平衡。部分標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)點(diǎn)如下： 1.氧氣：液/氣平衡 2.水：固/液平衡 3.水：液/氣平衡 4.金：固/液平衡 各種溫標(biāo)都是由溫度值和附加標(biāo)定點(diǎn)來確定。從本質(zhì)上說，不同的溫標(biāo)在二個(gè)方面不同： (1)零點(diǎn)溫度的

27、位置和(2)一個(gè)計(jì)量單位的大小，也就是，單位刻度所包含的分子平均熱能。 國際單位中，溫度的單位是開爾文，它是根據(jù)水三相點(diǎn)來定義的。其描述為在一個(gè)密閉容器中的水存在液態(tài)和氣態(tài)之間的平衡，那么這個(gè)系統(tǒng)的溫度為273.16 K。,I.課文內(nèi)容簡介： 簡單介紹執(zhí)行元件的基本原理。,Lesson 4 Final Control Operation,P6 Process Control,II.New Words,P6 Process Control,P6 Process Control,III. Phrases,IV. 難句翻譯 1 The control signal that carries feed

28、back information back to the process for necessary corrective action is expressed by the same low level of representation. 控制信號承載過程正常運(yùn)行所需要的反饋信息，也采用同樣的低電平表示。 That引導(dǎo)的從句修飾the control。,P6 Process Control,V.參考譯文 第四課 執(zhí)行元件 在典型的過程控制應(yīng)用中，通常使用低能量的模擬或數(shù)字信號來對過程變量進(jìn)行測量和評估?？刂菩盘柊Ｕ匦璧姆答佇畔?，也必須也采用同等級的表示。通常，被控過程本身也可能包

29、含高能條件，如數(shù)千立方米的液體或者軋鋼廠中的幾十萬噸的液壓力。執(zhí)行元件的作用就是將控制信號的低能量轉(zhuǎn)換至與所控制的過程中測量信號相匹配的能量級。盡管在這個(gè)過程中，信號也可能被轉(zhuǎn)換為完全不同的類型，但這個(gè)過程被稱為控制信號的放大。 在本章，將通過過程控制多個(gè)領(lǐng)域中的實(shí)例，來介紹用于實(shí)現(xiàn)執(zhí)行元件函數(shù)的一般概念。 在過程控制應(yīng)用中，用于測量變量的傳感器對控制本身的影響可忽略不計(jì)。因此，傳感器的選擇主要基于所需的測量精度，以及在有害的工作環(huán)境中對傳感器的必要保護(hù)。對于傳感器的選擇，過程控制技術(shù)人員不需要精通過程本身的機(jī)械結(jié)構(gòu)。 但在選用執(zhí)行元件時(shí)就不能這么考慮了。執(zhí)行元件對過程起著舉足輕重的作用，因此

30、，執(zhí)行元件的選擇必須是在對過程的運(yùn)行機(jī)械有足夠詳細(xì)的考慮之后。因此不能僅由過程控制技術(shù)人員單獨(dú)完成執(zhí)行元件的選用。從這個(gè)觀點(diǎn)來說，過程技術(shù)人員應(yīng)該對執(zhí)行元件本身，以及與執(zhí)行元件相關(guān)的信號調(diào)節(jié)來掌握此類設(shè)備與過程控制器和變送器之間的接口，有足夠的知識背景。在這些問題上，技術(shù)人員應(yīng)該與工藝工程師交流和密切合作。設(shè)置本章的目的是使未來的技術(shù)人員能夠履行這一職責(zé),P6 Process Control,執(zhí)行元件運(yùn)行必須要將控制信號（由過程控制器產(chǎn)生）按比例轉(zhuǎn)換為過程本身的動作。因此，要用典型的420-mA 控制信號將流速從10.0 m3/min改變50.0 m3/min需要一定的中間轉(zhuǎn)換。具體的中間轉(zhuǎn)換

31、之間也相應(yīng)地不相同，這取決于過程控制的設(shè)計(jì)，但必須知道關(guān)于從控制信號到執(zhí)行元件的相關(guān)概念。圖6.16所示為在典型的過程控制應(yīng)用中，過程控制信號轉(zhuǎn)換為控制功能的步驟。輸入控制信號可以采用多種形式，包括電流、數(shù)字信號或者氣壓。 1.信號轉(zhuǎn)換 這一步驟是指對控制信號進(jìn)行必要的調(diào)整，使控制信號能與控制的下一環(huán)節(jié)即執(zhí)行元件進(jìn)行接口。因此，如果用電機(jī)對閥進(jìn)行控制，那么必須將4-20-mA 的交流控制信號調(diào)整為控制電機(jī)所需的信號。如果使用的是直流電機(jī)，就必須完成電流到電壓的轉(zhuǎn)換并放大信號。 完成信號轉(zhuǎn)換的這種裝置通常被稱為變送器，因?yàn)樗鼈兛蓪⒖刂菩盘枏囊环N形式轉(zhuǎn)換為另一種形式，如將電流變?yōu)殡妷?，諸如此類。

32、專門的電子設(shè)備可在低能量的控制輸入下提供高能量輸出，其發(fā)展是信號轉(zhuǎn)換過程的必然結(jié)果。這種裝置通常被稱為工業(yè)電子。 2.執(zhí)行器 信號轉(zhuǎn)換的結(jié)果是產(chǎn)生了一個(gè)被放大的和/或被轉(zhuǎn)換的信號，這個(gè)信號用于控制（驅(qū)動）相應(yīng)的機(jī)械裝置，來達(dá)到改變過程中的控制變量的目的。通常是由過程中的某個(gè)設(shè)備來直接完成，如由某些設(shè)備控制的閥或加熱器。因此，如果被控制的是閥，那么執(zhí)行元件就是將控制信號轉(zhuǎn)換為打開或關(guān)閉閥的物理動作的設(shè)備。,P6 Process Control,3.控制元件 最后，我們討論控制元件。此設(shè)備對過程的動態(tài)變量產(chǎn)生直接的影響，并且它是過程不可分割的一部分。因此，如果被控制的是流量，那么作為控制元件的閥必

33、須直接安裝在流體系統(tǒng)中。同樣，如果被控制的是溫度，那么相應(yīng)的對溫度產(chǎn)生直接影響的機(jī)械結(jié)構(gòu)或控制元件也必須安裝在系統(tǒng)中。這個(gè)設(shè)備可能是由繼電器驅(qū)動的加熱器/冷卻器的組合裝置或者是控制反應(yīng)物流量的氣動閥門。 圖6.17所示的控制系統(tǒng)可根據(jù)餅干的顏色來控制餅干的烘烤程度。光測量系統(tǒng)產(chǎn)生一個(gè)420-mA 的可調(diào)信號，這個(gè)信號是示餅干顏色的模擬信號（表示適度的烘烤）控制器將測量值與設(shè)定值相比較并輸出一個(gè)420-mA的信號，這個(gè)信號調(diào)節(jié)皮帶供料電機(jī)的速度來調(diào)整烘烤時(shí)間。然后最終控制操作用一個(gè)信號轉(zhuǎn)換來表示，這個(gè)信號轉(zhuǎn)換是將420-mA的信號轉(zhuǎn)換為電機(jī)速度控制所需的50100-V 信號。電機(jī)本身是執(zhí)行元件，

34、而傳送皮帶裝置是控制元件。 由于過程控制技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用是隨工業(yè)本身變化的，現(xiàn)在考慮更多的執(zhí)行元件是不切實(shí)際的。通過研究這些例子，讀者應(yīng)該準(zhǔn)備好去分析和了解在工業(yè)中出現(xiàn)的其它技術(shù)。,P6 Process Control,I.課文內(nèi)容簡介： 對幾種常用的電氣執(zhí)行元件進(jìn)行簡短的描述。,Lesson 5 Electrical Actuators,P6 Process Control,II.New Words,P6 Process Control,II.New Words,P6 Process Control,P6 Process Control,III. Phrases,IV. 難句翻譯 1 If

35、 the commutator were not split, the coil would simply rotate until the PM and coil north and south poles were lined up and then stop, but because of the commutator, with rotation the current direction through the coil reverses so that the condition shown in Fig. 6.23(c) occurs. 如果換向器不分開，那么線圈將只會簡單地旋轉(zhuǎn)

36、，直到永久磁鐵與線圈的南北極在同一條直線上，然后線圈將停止轉(zhuǎn)動，但是，由于換向器將流過線圈的電流反向，因此，將發(fā)生如圖6.23(c)所示的現(xiàn)象。 2 Thus, the effective voltage, which determines the current from the wire resistance and Ohms law, is the difference between the applied voltage and the counter-emf produced by the rotation. 因此，電流是由有效電壓根據(jù)線路阻抗和歐姆定律來決定的，有效電壓與所承受的

37、電壓和旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的反電勢不是同一個(gè)概念。,P6 Process Control,V.參考譯文 第五課 電氣執(zhí)行元件 如果用閥來控制液體流量，那么就必須有相應(yīng)的機(jī)械裝置打開或關(guān)閉閥門。如果在一個(gè)供暖系統(tǒng)采用加熱器，那么就必須由相應(yīng)的設(shè)備來打開或關(guān)閉加熱器或者改變其勵(lì)磁。這些例子中都需要在過程控制回路中使用執(zhí)行元件。 注意這個(gè)設(shè)備與輸入控制信號和控制元件本身（閥、加熱器等等）的區(qū)別。執(zhí)行元件有多種不同的形式來適應(yīng)過程控制回路的特殊需求。我們將研究幾種電氣執(zhí)行元件。 接下來，我們將對幾種常用的電氣執(zhí)行元件進(jìn)行簡短的描述。目的是只介紹設(shè)備的基本特征，對運(yùn)行原理和特性不做深入研究。在具體的應(yīng)用中，使用者應(yīng)

38、該翻閱每種執(zhí)行元件的詳細(xì)的產(chǎn)品說明書和手冊。 電磁線圈 電磁線圈是將電信號轉(zhuǎn)換為機(jī)械運(yùn)動的基本設(shè)備，通常是線性的（直線）。如圖6.21所示，電磁線圈由一個(gè)線圈和活塞組成?；钊梢允腔顒拥囊部梢允菑椈晒潭ǖ?。線圈有額定的電壓或電流，可以是直流或者交流。電磁線圈的參數(shù)包括額定電壓（電流）和在額定電壓勵(lì)磁時(shí)抽或推活塞需要的力。這個(gè)力可以為牛頓或國標(biāo)中的公斤和英制中的磅或盎司。由于發(fā)熱的限制，一些電磁線圈只能間歇工作，在這種情況下，最大的工作周期（占總時(shí)間的百分比）是要說明的參數(shù)。一般在需要較大且突然的力來完成某些工作時(shí)使用電磁線圈。在圖6.22中，電磁線圈用于改變雙位式傳動齒輪。人們常用SCR來激勵(lì)

39、電磁線圈。 電機(jī) 電機(jī)是可接受電氣信號并根據(jù)信號連續(xù)旋轉(zhuǎn)的設(shè)備。根據(jù)額定速度,P6 Process Control,（轉(zhuǎn)/分鐘，或rpm）、起動轉(zhuǎn)矩、額定轉(zhuǎn)矩和其他參數(shù)的不同，電機(jī)的樣式和大小也有所不同。在過程控制中有許多電機(jī)作為執(zhí)行元件的情況。最常見的情況可能是電機(jī)對過程的某個(gè)部件進(jìn)行傳動，而且必須是可調(diào)速的例如，皮帶傳送系統(tǒng)。電機(jī)有很多種，每種電機(jī)都有自己的特性。我們只簡單討論三種最常用的分類：直流電機(jī)、交流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)。 直流電機(jī) 最簡單的直流電機(jī)模型，是使用永久磁鐵（PM）在兩極間產(chǎn)生靜態(tài)磁場。在極間連接有一個(gè)可以自由旋轉(zhuǎn)的線圈（電樞），線圈通過安裝在軸上的轉(zhuǎn)換開關(guān)（換向器）連接到一

40、個(gè)直流電源。圖6.23(a)為直流電機(jī)示意圖。在圖示條件下，線圈中的電流將產(chǎn)生一個(gè)磁場，磁場的南/北極方向如圖6.23(b)所示。PM的南極和線圈的南極（和北極）之間的排斥將產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)矩，這個(gè)轉(zhuǎn)矩使線圈按所示方向旋轉(zhuǎn)。如果換向器不是分開的，那么線圈將只會簡單地旋轉(zhuǎn)，直到永久磁鐵與線圈的南北極在同一條直線上，然后線圈將停止轉(zhuǎn)動，但是，由于換向器將流過線圈的電流反向，因此，將發(fā)生如圖6.23(c)所示的現(xiàn)象。因此，再次出現(xiàn)令線圈旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩，線圈繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。從這個(gè)簡單的模型，你可以看見線圈將連續(xù)旋轉(zhuǎn)。這個(gè)速度將取決于電流。實(shí)際上，電樞電流并不是由線圈的阻抗決定，應(yīng)為磁場中的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)線會產(chǎn)生一個(gè)反電勢。因

41、此，電流是由有效電壓根據(jù)線路阻抗和歐姆定律來決定的，有效電壓與所承受的電壓和旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的反電勢不是同一個(gè)概念。 1.串勵(lì) 此類電機(jī)有較大的啟動轉(zhuǎn)矩，但其速度控制比較困難。適用于啟動重載、不變負(fù)載且對調(diào)速要求不高的場合，如快開閥門。 2.并勵(lì) 這類電機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩較小，但可通過改變電樞勵(lì)磁電流獲得較好的,P6 Process Control,調(diào)速特性。適用于要求速度可調(diào)的場合，如皮帶傳送系統(tǒng)。 3.復(fù)勵(lì) 這類電機(jī)試圖獲得前面兩種類型的優(yōu)點(diǎn)。正如所料，通常，復(fù)勵(lì)電機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩和速度控制能力都在兩種單純的類型之間。 交流電機(jī) 交流電機(jī)有許多種類型。同步交流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度取決于驅(qū)動它的交流電壓的頻率。由于

42、電源頻率的高穩(wěn)定性，因此它的主要應(yīng)用是快速響應(yīng)。根據(jù)圖6.25所示的簡單例子我們可以看看此類電機(jī)是如何運(yùn)行的。轉(zhuǎn)子采用的是永久磁鐵，勵(lì)磁采用電源直接給線圈供電。由于永久磁鐵的慣性作用，啟動轉(zhuǎn)矩不是很高，但一旦開始旋轉(zhuǎn)，永久磁鐵的旋轉(zhuǎn)方向?qū)⑴c磁場相反的方向，而磁場的方向由交流電源電壓決定。因此，顯然，旋轉(zhuǎn)速率取決于交流電源頻率。 感應(yīng)電機(jī)使用的是一個(gè)大型線圈而不是永久磁鐵，當(dāng)交流勵(lì)磁線圈的磁場發(fā)生改變時(shí)會在感應(yīng)電機(jī)里感應(yīng)出一個(gè)電流。如圖6.26所示。正如前面所說，一旦開始旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子將按照勵(lì)磁線圈激勵(lì)變化的感應(yīng)頻率的相位連續(xù)旋轉(zhuǎn)。這些電機(jī)的缺點(diǎn)在于它們不能自啟動，而且要讓它們旋轉(zhuǎn)必須要有專門的啟動

43、設(shè)備。很明顯，它們的啟動轉(zhuǎn)矩很低。自啟動的方法之一就是采用兩相或多相交流勵(lì)磁來驅(qū)動電機(jī)。但是，通常交流電機(jī)既不需要高啟動轉(zhuǎn)矩，也不需要傳統(tǒng)的速度控制方法。 步進(jìn)電機(jī) 近年來，由于步進(jìn)電機(jī)易于與數(shù)字回路接口，步進(jìn)電機(jī)日益重要。步進(jìn)電機(jī)是旋轉(zhuǎn)設(shè)備，它可通過一串按順序的、離散的、旋轉(zhuǎn)的步完成一個(gè)完整的旋轉(zhuǎn)。每步的位置是一個(gè)平衡位置，如果沒有下一步的激勵(lì)，轉(zhuǎn)子的位置保持在最后一步的位置。每個(gè)脈沖可使電機(jī)前進(jìn)一步，因此,給電機(jī),P6 Process Control,提供一系列的脈沖就可使步進(jìn)電機(jī)連續(xù)旋轉(zhuǎn)。這個(gè)旋轉(zhuǎn)不是真正的連續(xù)旋轉(zhuǎn)，而是離散地、步進(jìn)地旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)速度取決于每圈的步數(shù)，也可通過脈沖頻率來控制

44、。還需要驅(qū)動電路將脈沖序列轉(zhuǎn)換為電機(jī)所需的驅(qū)動信號。 通過圖6.27所示的簡化模型，我們可以理解步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行原理。該模型的每步為90。在這個(gè)電機(jī)中，轉(zhuǎn)子是PM（永久磁鐵），由專門的電磁鐵提供勵(lì)磁。在圖示的位置上，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，沒有旋轉(zhuǎn)。開關(guān)為典型的固態(tài)設(shè)備，如晶體管、SCR或TRIAC。開關(guān)順序器根據(jù)所接收的脈沖按順序位置對開關(guān)進(jìn)行直接控制。圖6.27中，下一個(gè)脈沖將是S2從C到D，使得電磁鐵的極性反向?，F(xiàn)在，由于南/北極方向不同，轉(zhuǎn)子由于排斥力和吸引力使得它旋轉(zhuǎn)到圖6.28(b)所示的新的平衡位置。當(dāng)下一個(gè)脈沖到到來，S1改變到B，同樣使得極性反向，PM旋轉(zhuǎn)至圖6.28(c) 所示的一

45、個(gè)新的位置。最后，下一個(gè)脈沖使S2再次切換到C，PM轉(zhuǎn)子再次步進(jìn)到圖6.28(d) 所示的一個(gè)新的平衡位置。下一個(gè)脈沖將使系統(tǒng)回到初始狀態(tài)，轉(zhuǎn)子回到初始位置。然后，隨著脈沖序列的到來，這個(gè)順序重復(fù)，使轉(zhuǎn)子PM步進(jìn)式連續(xù)旋轉(zhuǎn)。這個(gè)例子可以說明工作原理，但大部分步進(jìn)式電機(jī)不是采用PM，而是采用磁性材料（不是磁鐵）作為轉(zhuǎn)子，并有相當(dāng)多的齒。這個(gè)轉(zhuǎn)子由由與極數(shù)不同的按一定規(guī)律排列的線圈驅(qū)動，這樣轉(zhuǎn)子就不可能與定子完全重合。圖6.29所示的轉(zhuǎn)子有8個(gè)“齒”，而定子為12“磁極”。當(dāng)四個(gè)齒對齊時(shí)，另外四個(gè)就不可能對齊。如果下一組的磁極（B）被勵(lì)磁，同時(shí)第一組的磁極（A）將失磁，那么轉(zhuǎn)子將步進(jìn)一次與B磁極對

46、齊。改變磁級通電的順序可改變步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。,P6 Process Control,I.課文內(nèi)容簡介： 本文將用幾個(gè)控制元件的例子來說明不同的控制問題。,Lesson 6 Control Elements,P6 Process Control,II.New Words,P6 Process Control,II.New Words,P6 Process Control,P6 Process Control,III. Phrases,IV. 重點(diǎn)詞語 1 Pa，國際單位制中壓強(qiáng)的單位，簡稱帕（這是為了紀(jì)念法國科學(xué)家帕斯卡Blaise pascal而命名的），即牛頓平方米。一般以英文字母p表示

47、。標(biāo)準(zhǔn)大氣壓為1.013x105 Pa，大氣壓的數(shù)值相當(dāng)于大約76cm水銀柱所產(chǎn)生的壓強(qiáng)。 2 lb,是英美國家的重量單位磅的簡寫。英制重量單位磅，復(fù)數(shù)形式，發(fā)音pounds（磅）。一磅=4.4482牛；一千克約等于2.2046磅；一磅0.45359千克，即453.59克。 3 gallon，加侖，容積單位。美加侖(U.S. gallon, U.S. gal) 1U.S. gallon=4 U.S. quarts =3.785L（夸脫）；英加侖（U.K . gallon, U.K. gal) 1U.K. gallon=4 U.K. quarts =4.546L。 4 psi =pounds per square inch 磅/英寸2，1psi=0.068大氣壓力=0.07kg/cm2,P6 Process Control,V.參考譯文 第六課 控制元件 實(shí)際的控制元件（也是過程本身的一部分）可以是許多不同的設(shè)備。本文不一一列舉這些設(shè)備，但為了對過程控制進(jìn)行完整的講述，我們只對通用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備進(jìn)行研究。下面，我們將用幾個(gè)控制元件的例子來說明不同的控制問題。 在石油化工業(yè)中，需要控制流量。許多其他的工業(yè)中也或多或少地需要控制流量并對流體參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。這里的流量既代表氣體、液體，也可代表蒸汽。控制的許多原理可等同理解為控制事件的狀態(tài)，只做輕微的校正。