化工儀表及自動化

1、化工儀表及自動化第一章 自動控制系統(tǒng)基本概念第一節(jié)化工自動化的主要內(nèi)容包括自動檢測、自動保護、自動操縱、自動控制第二節(jié)自動控制系統(tǒng)的基本組成及表示形式干擾作用1、自動化裝置的三個部分：測量元件與變送器、自動控制器、執(zhí)行器f2、自動控制系統(tǒng)的表示形式（方框圖）e測量值定值一定值Z定值y定值被控變量定值xpq操縱變量定值控制器輸出定值偏差定值給定值定值控制器定值控制閥定值對象定值測量元件變送器定值3、自動控制系統(tǒng)是具有被控變量負反饋的閉環(huán)系統(tǒng)，這是與自動檢測、自動操縱等開環(huán)系統(tǒng)比較最本質(zhì)的區(qū)別4、儀表的圖形符號就地安裝儀表集中儀表盤面安裝儀表就地儀表盤面安裝儀表圖中的實線改為虛線就是分別的盤后安裝

2、儀表5、字母代號字母第一位字母后繼字母被測變量修飾詞功能A分析報警F流量比（分數(shù)）L物位P壓力T溫度傳送例如：PIC 是一臺具有指示功能的液位控制器；TRC 是一臺同時具有指示、記錄功能的溫度控制器 ；LICA是一臺具有指示、報警功能的液位控制器第三節(jié) 自動控制系統(tǒng)的分類定值控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)（自動跟蹤系統(tǒng)）、程序控制系統(tǒng)（順序控制系統(tǒng)）第四節(jié) 自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標一、 控制系統(tǒng)的靜態(tài)與動態(tài) 被控變量不隨時間而變化的平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的靜態(tài)，隨時間變化的不平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的動態(tài)二、 控制系統(tǒng)的過渡過程1、 穩(wěn)定過程（非周期衰減過程、衰減振蕩過程）2、 不穩(wěn)定過程（等幅振蕩過程、發(fā)

3、散振蕩過程）三、控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標.CABB/1、最大偏差為A；超調(diào)量為B 2、衰減比為B: B/ ；3、余差為C 4、過渡時間 5、振蕩周期第二章過程特性及其數(shù)學(xué)模型第一節(jié) 化工過程的特點及其描述方法1、研究對象的特性就是用數(shù)學(xué)的方法來描述出對象輸入量與輸出量之間的關(guān)系，這種數(shù)學(xué)描述稱為對象的數(shù)學(xué)建模，一般將被控變量看作對象的輸出量，而干擾作用和控制作用看作對象的輸入量2、對象的數(shù)學(xué)模型可分為靜態(tài)和動態(tài)數(shù)學(xué)模型3、數(shù)學(xué)模型的表達式：1）非參量模型即是采用曲線或者數(shù)據(jù)表格等來表示；2）參量模型即是采用數(shù)學(xué)方程式來描述第二節(jié) 對象數(shù)學(xué)模型的建立機理建模和實驗建模第三節(jié)描述對象特性的參數(shù)一、 放大

4、系數(shù)K K在數(shù)值上等于對象重新穩(wěn)定后的輸出變化量與輸入變化量之比，越大，表示對輸出量的影響越大。二、時間常數(shù)T 時間常數(shù)越大，被控變量的變化也越慢，達到新的穩(wěn)定值所需時間也越大三、滯后時間 1、傳遞滯后一般用0 表示；2、容量滯后 用h表示第三章 檢測儀表與傳感器第一節(jié)概述一、 程與測量誤差絕對誤差相對誤差三、 儀表的性能指標1、 精確度 相對百分誤差為 允許誤差為 去掉、號即是儀表的精確度 越大表示精確度越低2、 變差=3、 靈敏度與靈敏限適用于指針式儀表4、 分辨力適用于數(shù)字式儀表5、 線性度第二節(jié) 壓力檢測及儀表一、 壓力單位及測壓儀表p=F/S二、彈性式壓力記 測量范圍為幾百帕到數(shù)千兆

5、帕三、電氣式壓力計 標準信號：直流電流420mA 空氣壓力0.020.1MPa1霍爾片式壓力傳感器 從彈性元件的位移轉(zhuǎn)換成霍爾電勢2、應(yīng)變片式壓力傳感器利用電阻應(yīng)變原理3、壓阻式壓力傳感器利用單晶硅的壓阻效應(yīng)四、 壓力計的選用及安裝1、 儀表測量范圍的確定 測量穩(wěn)定壓力時最大工作壓力不應(yīng)超過測量上限值的2/3；測量動脈壓力時最大工作壓力不應(yīng)超過測量上限的1/2；測量高壓壓力時最大工作壓力不應(yīng)超過測量上限值的3/5；被測壓力的最小值不低于儀表滿量程的1/32、 儀表精度級的選取第三節(jié) 流量檢測及儀表一、 概述流量測量的分類：速度式流量計；容積式流量計；質(zhì)量流量計二、差壓式流量計 利用節(jié)流原理：恒

6、流通面積，變壓降。 節(jié)流裝置包括節(jié)流件和取壓裝置 標準節(jié)流裝置即把裝置標準化，取壓方法有角接取壓法和法蘭取壓法三、轉(zhuǎn)子流量計 恒壓降，變節(jié)流面積第四節(jié) 物位檢測及儀表一、 概述 測量液體的叫液位計，固體的叫料位計，兩種密度不同的叫界面記二、差壓式液位變送器1、工作原理3、 零點遷移問題 零點改變，量程不變?nèi)?、電容式物位傳感?、原理 電容量2、液位的檢測第五節(jié) 溫度的檢測及儀表一、 溫度檢測方法：接觸式測溫儀表；非接觸式測溫儀表二、熱電偶溫度計 1、插入第三種導(dǎo)線的問題只需保證引入線兩端的溫度相同即可，不影響原熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢數(shù)值2、冷端溫度的補償1）冷端溫度保持為0的方法2）冷端溫度修正

7、方法 E(t,0)=E(t,t1)+E(t1,0)3)校正儀表零點法4）補償電橋法 利用不平衡電橋產(chǎn)生的電勢，來補償熱電偶因冷端溫度變化而引起的熱電勢變化值5）補償熱電偶法三、熱電阻溫度計1、原理 利用金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的特性即是電阻溫度效應(yīng)來進行溫度測量的2、工業(yè)常用熱電阻：鉑，銅第六節(jié) 現(xiàn)代檢測技術(shù)與傳感器的發(fā)展采用間接測量的思路，利用易于獲取的其他測量信息，通過計算來實現(xiàn)被檢測量的估計。也稱為軟儀表技術(shù)，就是利用易測過程變量，依據(jù)這些易測過程變量與難以直接測量的待測過程變量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，通過各種數(shù)學(xué)計算和估計方法，實現(xiàn)對待測過程變量的測量第七節(jié) 顯示儀表按顯示的方式分為：

8、可模擬式、數(shù)字式、屏幕顯示三種第四章 自動控制儀表第一節(jié) 概述 控制儀表的發(fā)展過程大體經(jīng)歷了三個階段：基地式控制儀表、單元組合式儀表中的控制單元以微處理器為基元的控制裝置第二節(jié) 基本控制規(guī)律及其對系統(tǒng)過渡過程的影響控制器的控制規(guī)律指P與e 之間的函數(shù)關(guān)系P=f(e)=f(z-x)一、 雙位控制 1、制規(guī)律是控制器只有連個輸出值，相應(yīng)的控制機構(gòu)只有開和極限位置，又稱為開關(guān)控制2、 表達式為:產(chǎn)生持續(xù)的等幅振蕩過程P=Pmax,e0Pmin,e0二、比例控制（P） 1、規(guī)律是控制閥的開度與被控變量的偏差成比例。2、表達式為P=Kpe Kp越大，比例控制作用越強3、比例度=。其值越大，表示控制作用越

9、弱4、余差的產(chǎn)生（存在余差是比例控制的缺點）由于控制系統(tǒng)固有的原因，使得達到新的平衡時被控變量值會比原來平衡值小三、積分控制（I）消除余差 控制動作緩慢，會出現(xiàn)控制不及時，1、控制規(guī)律：控制作用的輸出變化量P與輸入偏差e的積分成正比2、表達式P=KIedt 當偏差e是常數(shù)A時，變成P=KIAdt= KI At3、（由于積分控制控制動作緩慢，會出現(xiàn)控制不及時）所以有：比例積分控制（PI）表達式P=Kp (e+ KIedt)。用積分時間T1 來代替KI 得P=Kp (e+ edt) .若偏差為常數(shù)A代入得P=Kp A+ edt) .缺點：對象滯后很大時，控制時間較長，最大偏差較大；負荷變化過于劇烈

10、時，控制作用不及時四、微分控制(PID) 超前控制1、控制規(guī)律：控制器的輸出信號與偏差信號的變化速度成正比2、表達式：P=3、比例積分微分控制規(guī)律為P= Kp (e+edt+)第五章 執(zhí)行器第一節(jié) 氣動執(zhí)行器1、 由執(zhí)行機構(gòu)和控制機構(gòu)兩部分組成。2、 作用：前者是執(zhí)行器的推動裝置，它按控制信號壓力的大小產(chǎn)生相應(yīng)的推力，推動控制機構(gòu)動作，即是將信號壓力的大小轉(zhuǎn)換為閥桿位移的裝置；后者是執(zhí)行器的控制部分，它直接與被控介質(zhì)接觸，控制流體的流量，即是將閥桿的位移轉(zhuǎn)換為流過閥的流量的裝置3、 氣動執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)和分類1）執(zhí)行機構(gòu)：薄膜式和活塞式2）控制機構(gòu)：直通單座控制閥、直通雙座控制閥、角形控制閥、三通

11、控制閥、隔膜控制閥、蝶閥、球閥、凸輪繞曲閥、籠式閥4、 控制閥的流量特性：指的是被控介質(zhì)流過閥門的相對流量與閥門的相對開度間的關(guān)系；控制閥的理想流量特性：直線流量特性、等百分比流量特性、拋物線流量特性、快開特性。5、 控制閥的選擇：氣開式與氣關(guān)式的選擇主要從工藝生產(chǎn)上安全要求出發(fā)。考慮原則是信號中斷時，應(yīng)保證設(shè)備和操作人員的安全。如果閥處于打開位置時危害性小，則應(yīng)選用氣關(guān)式，以使起源系統(tǒng)發(fā)生故障，起源中斷時，閥門能自動打開。反之閥處于關(guān)閉時危害性小，則應(yīng)選用氣開閥第六章 簡單控制系統(tǒng)第一節(jié) 簡單控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成干擾定值一定值偏差定值給定值定值控制器定值執(zhí)行器定值對象定值被控變量定值測量變送裝置定值簡單控制系統(tǒng)的方框圖第二節(jié)簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計1、 被控變量的選擇2、3、 操縱變量的選擇4、5、 測量元件特性的影響6、 控制器控制規(guī)律的選擇（控制器正反作用的確定）對于測量元件及變送器，其作用方向一般是正的。對于被控對象的作用方向，當操縱變量增加時，被控變量也增加的對象屬于正作用，反之為負作用。對于控制器，當給定值不變時，被控變量測量值是增加時，控制器的輸出也增加屬于正作用方向，或者當測量值不變時，給定值減少時，控制器的輸出增加的也稱為正作用方向，反之為負作用方向。對于執(zhí)行器，其作用方向取決于是氣開閥還是氣關(guān)閥第三節(jié) 控制器參數(shù)的工程整定臨界比例度法、衰減曲線法、經(jīng)驗湊試法第