自動(dòng)化儀表

自動(dòng)化儀表根據(jù)能源的種類，還可以分為電動(dòng)、氣動(dòng)等儀表。其中氣動(dòng)儀表的出現(xiàn)比電動(dòng)儀表早，而且價(jià)格便宜，結(jié)構(gòu)簡單，特別對石油化工等易燃易爆的生產(chǎn)現(xiàn)場，具有本質(zhì)性的安全防爆性能，因而在相當(dāng)長的一段時(shí)間里，一直處于優(yōu)勢地位。

目前，我國電動(dòng)儀表中并存著兩種標(biāo)準(zhǔn)信號制度，在DDZ-Ⅰ和DDZ-Ⅱ型儀表中采用0~10毫安直流電流作為標(biāo)準(zhǔn)信號，而在DDZ-Ⅲ型儀表中，采用目前國際上統(tǒng)一的4~20毫安直流電流作為標(biāo)準(zhǔn)信號。從安全防爆、減少損耗、節(jié)省能量考慮，信號電流的滿度值都希望選小一些。但太小也有困難，起點(diǎn)電流太小將會給兩線制儀表帶來困難，因?yàn)樗鼘⒁蠼档驼麄€(gè)儀表在零信號時(shí)消耗的總電流。而在目前的元器件水平下，起點(diǎn)電流比4mA再小有時(shí)將發(fā)生困難。因此，目前國際上采用4～20mA作為標(biāo)準(zhǔn)信號。有利于識別儀表斷電、斷線等故障，且為現(xiàn)場變送器實(shí)現(xiàn)兩線制提供了可能。

儀表分類、結(jié)構(gòu)、原理和常見故障、分析、判斷、處理

1、檢測與過程控制儀表（通常稱自動(dòng)化儀表）分類方法很多很多：

根據(jù)能源分：氣動(dòng)、電動(dòng)、液動(dòng)、核能等；

根據(jù)組合：基地式、單元式、綜合控制；

根據(jù)安裝：現(xiàn)場、盤裝、架裝；

根據(jù)是否可引入計(jì)算機(jī)：智能、非智能；

根據(jù)儀表信號形式：模擬儀表、數(shù)字儀表；

最通用的分類是按儀表在測量與控制系統(tǒng)中的作用進(jìn)行劃分：檢測儀表、顯示儀表、調(diào)節(jié)儀表、執(zhí)行器。

2、溫度儀表分類

溫度參數(shù)是不能直接測量的，一般只能根據(jù)物質(zhì)的某些特性值與溫度之間的函數(shù)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)間接測量，溫度測量的基本原理是與這些特性值的選擇密切相關(guān)的。

工業(yè)上測溫的基本原理有：

應(yīng)用熱膨脹原理測溫

應(yīng)用壓力隨溫度變化的原理測溫

應(yīng)用熱阻效應(yīng)測溫

應(yīng)用熱電效應(yīng)測溫

應(yīng)用熱輻射原理測溫

按工作原理分：有膨脹式、熱電阻、熱電偶以及輻射等。

按測量方式分：有接觸式和非接觸式兩類。

什么是熱電偶？

1、原理熱電偶溫度計(jì)是基于熱電效應(yīng)這一原理測量溫度的；它的測溫范圍很廣，可測量-200~160O℃范圍內(nèi)在在特殊情況下，可測至2800 ℃的高溫。

將兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體連接成如圖所示的閉合回路，如果兩個(gè)接點(diǎn)的溫度不同（T>T0),則在回路內(nèi)會產(chǎn)生熱電動(dòng)勢，這種現(xiàn)象稱為賽貝克熱電效應(yīng)。圖中閉合回路稱之為熱電偶。導(dǎo)體A和B稱之為熱電偶的熱電絲或熱偶絲。熱電偶兩個(gè)接點(diǎn)中，置于溫度為t的被測對象中的接點(diǎn)稱為測量端，又稱工作端，溫度為參考溫度t0的另一端稱之為參考端，又稱自由端或冷端。

2、特點(diǎn)：測量精度高，測量范圍廣，構(gòu)造簡單，使用方便，不受大小和形狀的限制，外有保護(hù)套管，用起來方便。

3、熱電偶的類形

8種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶：

S ：鉑銠10-鉑 –20～1300℃

B ：鉑銠90-鉑銠6 300～1600 ℃

K ：鎳鉻-鎳硅 -50～1000 ℃

J ：鐵-康銅-40～750 ℃

R ：鉑銠13-鉑 -0～1600 ℃

E ：鎳鉻-康銅  -40 ～1000 ℃

T ：銅-康銅-40 ～350 ℃

4、各種熱電偶的分度表均是在參考端即溫度t0為0 ℃的條件下得到的熱電勢與溫度之間的關(guān)系，因此，熱電偶測溫時(shí)，冷端溫度必須為0 ℃，否則將產(chǎn)生測量誤差。而在工業(yè)上使用時(shí)，要使冷端溫度保持在0 ℃是比較困難的，所以，必須根據(jù)不同的使用條件和要求的測量精度，對熱電偶冷端溫度采用一些不同的處理辦法，常用的方法有如下幾種：

補(bǔ)償導(dǎo)線延伸法

冰點(diǎn)法

計(jì)算修正法

儀表零點(diǎn)校正法

補(bǔ)償電橋法

5、補(bǔ)償導(dǎo)線延伸法

熱電偶做得很長，使冷端延長到溫度比較穩(wěn)定的地方。由于熱電偶本身不便于敷設(shè)，對于貴金屬熱電偶也很不經(jīng)濟(jì)，因此，采用一種專用導(dǎo)線將熱電偶的冷端延伸出來，而這種導(dǎo)線也是由兩種不同金屬材料制成，在一定溫度范圍內(nèi)（100℃以下）與所連接的熱電偶具有相同或十分相近的熱電特性，其材料也是廉價(jià)金屬，將這種導(dǎo)線稱為補(bǔ)償導(dǎo)線。

注意：無論是補(bǔ)償型還是延伸型，補(bǔ)償導(dǎo)線本身并不能補(bǔ)償熱電偶冷端溫度的變化，只是起到熱電偶冷端延伸作用，改變冷位置。在規(guī)定的范圍內(nèi)，由于補(bǔ)償導(dǎo)線熱電特性不可能與熱電偶完全相同，因而仍存在一定的誤差。

6、計(jì)算修正法

    當(dāng)熱電偶冷溫度不是0 ℃而是t0時(shí)，測得的熱電偶回路中的熱電勢為E(t, t0)?？刹捎谜竭M(jìn)行修正：E(t, 0)= E(t, t0)+ E(t0, 0)；只適用于實(shí)驗(yàn)室或臨時(shí)性測溫的情況，而對于現(xiàn)場的連續(xù)測量顯然是不實(shí)用的。

7、常見故障原因及處理

什么是熱電阻？

熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測器。它的主要特點(diǎn)是測量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑電阻的測量精度是zui高的，可作為基準(zhǔn)儀器。

1、測溫原理：

熱電阻溫度計(jì)是基于金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體電阻值與溫度成一定函數(shù)關(guān)系的原理實(shí)現(xiàn)溫度測量的。

2、熱電阻材料

目前，使用的金屬熱電阻材料有銅、鉑、鎳、鐵等，其中因鐵、鎳提純比較困難，其電阻與溫度的關(guān)系線性較差，純鉑絲的各種性能zui好，純銅絲在低溫下性能也好，所以實(shí)際應(yīng)用最廣的是銅、鉑兩種材料，并已列入了標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。

鉑電阻（PT100）   -200~850℃

銅電阻（Cu50、Cu100） -50~150℃

鎳電阻（Ni100）   -60~180℃

3、常見故障原因及處理

壓力測量

1、基本概念

在物理概念中，壓力是垂直作用在單位面積上的力。是工業(yè)生產(chǎn)中的重要參數(shù)之一，在壓力測量中，常有絕對壓力、表壓力、負(fù)壓力和真空度之分。所謂絕對壓力是指被測介質(zhì)作用在容器單位面積上的全部壓力，用符號Pj表示。地面上的空氣柱所產(chǎn)生的平均壓力稱為大氣壓力，用Pq來表示。絕對壓力與大氣壓力之差，稱為表壓力，有Pb來表示。即Pb=Pj-Pq。當(dāng)絕對壓力值小于大氣壓力值時(shí)，表壓力為負(fù)值（即負(fù)壓力），此負(fù)壓力值的絕對值，稱為真空度，用Pz來表示。

2、壓力測量原理

按測量原理分為兩種：根據(jù)壓力的定義直接測量單位面積上受力的大小。

例：液柱式、彈性式

應(yīng)用壓力作用于物體后所產(chǎn)生的各種物理效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)壓力。

例：電阻式：它是由金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體制成的電阻體，其阻值隨壓力的變化而變化。

壓電效應(yīng)：當(dāng)晶體受壓力作用發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，在其相對的兩個(gè)側(cè)面上產(chǎn)生異性電荷的現(xiàn)象。

3、壓力測量儀表的分類

壓力測量原理可分為液柱式、彈性式、電阻式、電容式、電感式和振頻式等。

彈性式壓力計(jì)

將被測壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件變形的位移。

類型：彈簧管壓力計(jì)、波紋管壓力計(jì)及膜式壓力計(jì)等。

特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠、讀數(shù)清晰、價(jià)格低廉，在工業(yè)上廣泛應(yīng)用。

電氣式壓力計(jì)

通過機(jī)械和電氣元件將被測壓力轉(zhuǎn)換成電量（如電壓、電流、頻率等）。

結(jié)構(gòu)分類：各種壓力傳感器和壓力變送器。

   例：電容式壓力變送器

它是由檢測和變送兩個(gè)環(huán)節(jié)組成。檢測環(huán)節(jié)感受被測壓力的變化轉(zhuǎn)換成電容量的變化。變送環(huán)節(jié)則將電容變化量轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電流信號4~20mA DC輸出。

測壓點(diǎn)的選擇：被測介質(zhì)直管段。

測量流動(dòng)介質(zhì)：取壓點(diǎn)與流動(dòng)方向垂直。

測液體壓力：取壓點(diǎn)在管道下部。

測氣體壓力：取壓點(diǎn)在管道上部。

4、常見故障原因及處理

流量儀表

1、基本概念

流量是單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)某一截面的流體數(shù)量。流量可用體積流量和質(zhì)量流量來表示。

體積流量：流體量以體積表示時(shí)稱為體積流量。 qv=uA

質(zhì)量流量：流體量以質(zhì)量表示時(shí)稱為質(zhì)量流量。 qm=ρqv=ρuA

2、分類

工業(yè)上常用的流量儀表可分為兩大類

（1）速度式流量計(jì)：以測量流體在管道中的流速作為測量依據(jù)來計(jì)算的儀表。

（2）容積式流量計(jì)：它以單位時(shí)間內(nèi)所排出的流體固定容積的數(shù)目作為測量依據(jù)。

流量測量儀表還可以有以下的分類：節(jié)流式流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、電磁流量計(jì)、容積式流量計(jì)、流體振動(dòng)式流量計(jì)、超聲波流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)。

差壓式流量計(jì)

節(jié)流裝置與差壓變送器配套測量流體的流量，是目前使用最廣的一種流量測量儀表。在管道中流動(dòng)的流體具有動(dòng)能和位能，在一定條件下這兩種能量可以相互轉(zhuǎn)換，但參加轉(zhuǎn)換的能量總和是不變的。節(jié)流元件測量流量就是利用這個(gè)原理來實(shí)現(xiàn)的。在節(jié)流裝置中，應(yīng)用最多的是孔板、噴嘴、文丘利管等。

根據(jù)能量守恒定律及流體連續(xù)原理，節(jié)流裝置的流量公式可以寫成：

Q=k√△P

轉(zhuǎn)子流量計(jì)

轉(zhuǎn)子流量計(jì)又稱面積式流量計(jì)或恒壓降式流量計(jì)，也是以液體流動(dòng)時(shí)的節(jié)流原理為基礎(chǔ)的一種流量測量儀表。其特點(diǎn)是可以測量多種介質(zhì)的流量，壓力損失小而且穩(wěn)定，反應(yīng)靈敏，量程較寬，結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜，使用維護(hù)方便。但轉(zhuǎn)子流量計(jì)的精度受測量介質(zhì)的溫度、密度和粘度的影響，而且儀表必須垂直安裝。

原理：轉(zhuǎn)子流量計(jì)是由一段向上擴(kuò)大的圓錐形管子和密度大于被測介質(zhì)密度，且能隨被測介質(zhì)流量大小上下浮動(dòng)的轉(zhuǎn)子組成的。當(dāng)液體自下而上流過時(shí)，轉(zhuǎn)子因受到液體沖擊而向上運(yùn)動(dòng)。隨著轉(zhuǎn)子的上移，轉(zhuǎn)子與錐形管之間的環(huán)形流通面積增大，液體流速減低，沖擊作用減弱，直到液體作用在轉(zhuǎn)子上向上的推力與轉(zhuǎn)子在流體中的重力相平衡。此時(shí)，轉(zhuǎn)子停留在錐管中某一高度上。如果液體流量再增大，則平衡時(shí)轉(zhuǎn)子所處的位置更高；反之則相反。因此，根據(jù)轉(zhuǎn)子懸浮的高低就可測知液體流量的大小。

3、常見故障原因及處理

物位儀表

1、概念

生產(chǎn)過程中罐、塔、槽等容器中存放的液體表面位置稱為液位。把料斗、堆場倉庫等儲存的固體塊、顆粒、粉料等的堆積高度和表面位置稱為料位；兩種互一相溶的物質(zhì)的界面位置稱為界位。液位、料位以及界位總稱為物位。用來測量物位的儀表稱為物位儀表。

2、分類

物位測量儀表的種類很多，按液位、料位和界位來可分：

（1）液位儀表：浮力式（浮筒、浮球、浮標(biāo)、沉筒）、靜壓式（壓力式、差壓式）、電容式、電感式、電阻式、超聲波式、微波式等。

（2）界位儀表：浮力式、差壓式、電極式、超聲波式等。

（3）料位儀表：重錘探測式、音叉式、超聲波式、激光式、放射性式等。

3、浮力式液位計(jì)

浮力式液位計(jì)有兩種。一種是維持浮力不變的液位計(jì)，稱為恒浮力式液位計(jì)，如浮球、浮標(biāo)式液位計(jì)等。另一種是在檢測過程中浮力是發(fā)生變化的，稱為變浮力式液位計(jì)，如沉筒式液位計(jì)等。

（1）恒浮力式液位計(jì)

恒浮力式液位計(jì)是利用浮子本身的重量和所受的浮力均為定值，并使浮子始終漂浮在液面上，并隨液面的變化而變化的原理來測量液位的。

(2）變浮力式液位計(jì)

變浮力式液位計(jì)的檢測元件是沉浸在液體事的浮筒。它隨液位變化而產(chǎn)生浮力的變化，去推動(dòng)氣動(dòng)或電動(dòng)元件，發(fā)出信號給顯示儀表，以指示被測液面的值。

圖示為位移平衡浮筒式液位變送原理圖。當(dāng)液位發(fā)生變化時(shí)，浮筒1（又稱沉筒）本身的重力與所受的浮力的不平衡力，經(jīng)杠桿2傳至扭力管3，而扭力管產(chǎn)生轉(zhuǎn)角彈性變形，由心軸4傳出，經(jīng)推板5傳到霍爾片6，轉(zhuǎn)換成霍爾電勢，經(jīng)功率放大后轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)電信號輸出，以遠(yuǎn)傳給顯示儀表指示。

（3）差壓式液位計(jì)

差壓式液位是利用容器內(nèi)的液位改變時(shí)，液柱產(chǎn)生的靜壓也相應(yīng)變化的原理而工作的。

圖為差壓式液位計(jì)測量原理圖。當(dāng)差壓計(jì)一端接液相，另一端接氣相時(shí)，根據(jù)液體靜力學(xué)原理，有：Pb=Pa+ρgH

式中  H---液位高度

ρ---被測介質(zhì)密度

g----被測當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?/span>

所以有：△P=Pb-Pa=ρgH

    在一般情況下，被測介質(zhì)的密度和重力加速度都是已知的，因此，差壓計(jì)測得的差壓與液位的高度H成正比，這樣就把測量液位高度的問題變成了測量差壓的問題。

(4)翻板液位計(jì)

翻板液位計(jì)的翻板是由導(dǎo)磁的薄鐵皮制成。垂直排列，并各自能繞框架上的小軸翻轉(zhuǎn)（如圖）。翻板一面涂紅漆，另一面涂銀灰色漆。工作時(shí)，液位計(jì)的連通管經(jīng)法蘭與容器相連通，構(gòu)成一連通器。連通器中間有浮標(biāo)，它隨液位的變化而變化。浮標(biāo)中間有一磁鋼，其位置正好與液面一致。當(dāng)液位上升時(shí)，磁鋼將吸引翻板，并將它們逐個(gè)翻轉(zhuǎn)，使紅的一面在外邊；下降時(shí)，又將它們翻過來，使銀灰的一面在外邊。即以顏色表示液位高低，十分醒目。

4、常見故障原因及處理

執(zhí)行器

1、概念：執(zhí)行器常稱為調(diào)節(jié)閥，它由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)兩部分組成。其中執(zhí)行機(jī)構(gòu)是調(diào)節(jié)閥的推動(dòng)部分，它按控制信號的大小產(chǎn)生相應(yīng)的推力，通過閥桿使調(diào)節(jié)閥閥蕊產(chǎn)生相應(yīng)的位移。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)部分，它與調(diào)節(jié)介質(zhì)直接接觸，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推動(dòng)下，改變閥蕊與閥座間的流通面積，從而達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。

2、分類

執(zhí)行器按其能源形式分氣動(dòng)、電動(dòng)、液動(dòng)三大類。

氣動(dòng)執(zhí)行器按其執(zhí)行機(jī)構(gòu)形式分薄膜式、活塞式和長行程式。

電動(dòng)和液動(dòng)執(zhí)行器按執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行方式分為直行程和角行程兩類。

目前在石化工業(yè)中普遍采用氣動(dòng)執(zhí)行器。   

3、執(zhí)行機(jī)構(gòu)

氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)是應(yīng)用最廣泛的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它接受0.02~0.1MPa氣動(dòng)信號。它正作用和反作用兩種形式，當(dāng)信號壓力增加時(shí)推桿向下移動(dòng)的叫正作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)。信號壓力增加時(shí)推桿向上移動(dòng)的叫反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

氣動(dòng)薄膜（有彈簧）的薄膜的有效面積越大，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推力和位移也越大。

氣動(dòng)活塞式（無彈簧）執(zhí)行機(jī)構(gòu)隨氣缸兩側(cè)壓差而移動(dòng)。因?yàn)闆]有反力彈簧抵消推力，所以有很大的輸出推力，適用于高靜壓、高差壓的工藝場合。

4、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

    調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)又稱閥。種類很多，根據(jù)結(jié)構(gòu)、用途來分，其基本形式是直通單座閥、直通雙座閥、蝶閥、三通閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥、套筒閥、角形閥等。

（1）直通單座閥：閥體內(nèi)只有一個(gè)閥蕊和閥座，閥桿帶動(dòng)閥蕊上下移動(dòng)來改變閥蕊與閥座之間的相對位置，從而改變流體流量。其主要優(yōu)點(diǎn)是泄漏量小。

 （2）直通雙座閥：閥體內(nèi)只有兩個(gè)閥蕊和閥座，閥桿帶動(dòng)閥蕊上下移動(dòng)來改變閥蕊與閥座之間的相對位置，從而改變流體流量。其主要優(yōu)點(diǎn)是適用壓差比同口徑單座閥大。

（3）蝶閥：又稱翻板閥，由于閥板在閥體內(nèi)旋轉(zhuǎn)的角度不同，使閥的流通面積不同，從而調(diào)節(jié)流體流量。其主要優(yōu)點(diǎn)是適用于大口徑、大流量和濃稠漿液及懸浮粒的場合。

（4）偏心旋轉(zhuǎn)閥：又稱凸輪撓曲閥，簡稱偏心閥。球面閥蕊6連在柔臂7上與輪轂8相接，輪轂與轉(zhuǎn)軸4用鍵滑配，轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)球面閥蕊旋轉(zhuǎn)改變流體流量。工作時(shí)轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動(dòng)是由氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的，推桿的運(yùn)動(dòng)通過曲柄傳給轉(zhuǎn)軸。其主要優(yōu)點(diǎn)是流路阻力小，可調(diào)比大，適用大壓差、嚴(yán)密封的場合和粘度大及有顆粒介質(zhì)的場合。很多場合可以取代直單、雙座閥。

（5）套筒閥：也叫籠式閥，它的閥體與一般直通單座閥相似，閥內(nèi)有一個(gè)圓柱形套筒，也叫籠子。閥蕊可在套筒中上下移動(dòng)，利用套筒導(dǎo)向。閥蕊在套筒中移動(dòng)，改變了套筒的節(jié)流孔面積，形成了各種特性并實(shí)現(xiàn)流量的調(diào)節(jié)。由于套筒閥采用了平衡閥蕊結(jié)構(gòu)，閥蕊上、下受壓相同，不平衡力小，并且閥蕊利用套筒側(cè)面導(dǎo)向，所以它的穩(wěn)定性好，不易振蕩，閥蕊也不易人損壞。它的優(yōu)點(diǎn)前后壓差大和液體出現(xiàn)閃蒸或空化的場合，穩(wěn)定性好，噪聲低，可取代大部分直通單、雙座閥，但它不適用于含顆粒介質(zhì)的場合。

5、調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)

氣動(dòng)執(zhí)行器的氣開式與氣關(guān)式兩種形式。

氣開式：有壓力信號時(shí)閥開、無壓力信號時(shí)閥關(guān)；氣關(guān)式反之。

氣開、氣關(guān)選擇依據(jù)：工藝生產(chǎn)安全、節(jié)約能源以及從介質(zhì)特性等。

6、閥門定位器

   閥門定位器是調(diào)節(jié)閥的主要附件，可分為氣動(dòng)閥門定位器和電-氣閥門定位器。動(dòng)閥門定位器接受氣動(dòng)信號0.02~0.1MPa，輸出0.02~0.1MPa。電-氣閥門定位器將4~20mA DC的電信號，轉(zhuǎn)換成0.02~0.1MPa的氣壓，并按氣動(dòng)閥門定位器的功能進(jìn)行工作。

閥門定位器接受調(diào)節(jié)器輸出的控制信號，去驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)閥動(dòng)作，并利用閥桿的位移進(jìn)行反饋，將位移信號直接與閥位比較，改善閥桿行程的線性度，克服閥桿的各種附加摩擦力，消除被調(diào)介質(zhì)在閥上產(chǎn)生的不平衡力的影響，從而使閥位對應(yīng)于調(diào)節(jié)器的控制信號，實(shí)現(xiàn)正確定位。

儀表控制系統(tǒng)

單回控制

1、控制系統(tǒng)中常用的名詞術(shù)語

被控對象：自動(dòng)控制系統(tǒng)中，工藝參數(shù)需要控制的生產(chǎn)過程、設(shè)備或機(jī)器等。

被控變量：被控對象內(nèi)要求保持設(shè)定數(shù)值的工藝參數(shù)。如鍋爐水位。

操縱變量：受控制器操縱的，用以克服干擾的影響， 使被控變量保持設(shè)定值的物料量或能量。如鍋爐給水。

擾動(dòng)量：除操縱變量外，作用于被控對象并引起被控變量變化的因素。

設(shè)定值：被控變量的預(yù)定值。

偏差：被控變量的設(shè)定值與實(shí)際值之差。

 2、分類

控制系統(tǒng)具有各種各樣的形式，但總的來可分為兩大類，即開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)。

開環(huán)系統(tǒng)的輸出信號不反饋到系統(tǒng)的輸入端，因而也不對控制作用產(chǎn)生影響的系統(tǒng)，稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。

閉環(huán)系統(tǒng)的輸出通過測量變送環(huán)節(jié)，又反回系統(tǒng)的輸入端，與給定信號比較，以偏差的形式進(jìn)入調(diào)節(jié)器，對系統(tǒng)起控制作用，整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)封閉的反饋回路，這種控制系統(tǒng)被稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。

3、簡單控制系統(tǒng)

簡單控制系統(tǒng)又稱單回路控制系統(tǒng)，是指由一個(gè)被控對象、一個(gè)測量變送器、一個(gè)調(diào)節(jié)器一個(gè)調(diào)節(jié)閥所組成的單回路閉合控制系統(tǒng)。

4、調(diào)節(jié)器

調(diào)節(jié)器是將變送器來的測量信號與給定值進(jìn)行比較后，對偏差信號按一定的調(diào)節(jié)規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算，并將運(yùn)算的結(jié)果以統(tǒng)一的信號輸出，去控制執(zhí)行器動(dòng)作。調(diào)節(jié)器最基本的調(diào)節(jié)規(guī)律有：

比例調(diào)節(jié)規(guī)律 、積分調(diào)節(jié)規(guī)律、微分調(diào)節(jié)規(guī)律、比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律、比例微分調(diào)節(jié)規(guī)律、比例積分微分調(diào)節(jié)規(guī)律。

（1）比例調(diào)節(jié)規(guī)律

其輸出信號p與輸入偏差信號e之間成比例關(guān)系，即p=kPe

比例度與放大倍數(shù)kP成反比, kP 越大，比例作用越強(qiáng)。

  優(yōu)點(diǎn)：控制及時(shí)。

   缺點(diǎn)：存在余差，所謂余差就是指過渡時(shí)間終了時(shí)，被控變量所達(dá)到的新的穩(wěn)態(tài)值與設(shè)定值之間的差值。余差的值隨著調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)Kp的增大而減小，但是余差不能靠放大倍數(shù)的增大而完全消除。為了消除余差，必須引進(jìn)積分作用。

（2）積分調(diào)節(jié)規(guī)律

其輸出信號p與輸入偏差信號e的積分成正比。

積分時(shí)間Ti=1/ K I 越短，積分作用越強(qiáng)，消除余差越快， Ti太小，系統(tǒng)振蕩加劇。

優(yōu)點(diǎn)：消除余差。

缺點(diǎn)：控制不及時(shí),常與比例組合起來用。

（3）微分調(diào)節(jié)規(guī)律

控制器的輸出信號與偏差信號的變化速度成正比，微分時(shí)間TD越大，微分作用越強(qiáng)。

優(yōu)點(diǎn)：超前控制。

缺點(diǎn)：其輸出不能反映偏差的大小，不能單獨(dú)用

在比例作用的基礎(chǔ)上增加微分作用就提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。加入適當(dāng)?shù)奈⒎肿饔檬怯泻锰幍?，但微分作用不能加得過分，否則反應(yīng)速度過快，反而會引起過分的振蕩，這是不利的。由于這時(shí)的Kp值較純比例作用時(shí)的Kp為大，所以余差比純比例作用時(shí)為小。這就是說，微分作用只能使余差減小，而不能消除余差。

5、調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的選擇

目前工業(yè)上用的控制器主要有三種控制規(guī)律：

比例控制控制規(guī)律（P）

比例積分控制規(guī)律（PI）

比例積分微分控制規(guī)律（PID）

選擇控制規(guī)律主要根據(jù)控制器的特性和工藝要求來決定。

6、控制器正、反作用

正作用：當(dāng)給定值不變，被控變量測量值增加時(shí)，控制器的輸出也增加；或者當(dāng)測量值不變，給定值減小時(shí)，控制器的輸出增加的稱正作用。

反作用：反之，如果測量值增加（或給定值減?。r(shí)，控制器的輸出減小。

控制器的作用方向確定：先確定閥的氣開、氣關(guān)，再用物理分析法。

7、控制器參數(shù)的工程整定

所謂控制器參數(shù)的整定，就是按照已定的控制方案，求取使控制質(zhì)量好時(shí)的控制器參數(shù)值。具體來說，就是確定最合適的控制器比例度δ、積分時(shí)間Ti和微分時(shí)間Td。

參數(shù)整定方法、臨界比例度法、衰減曲線法、經(jīng)驗(yàn)湊試法

控制器參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

8、控制系統(tǒng)的投運(yùn)

準(zhǔn)備工作、儀表檢查、檢查控制器的正、反作用及控制閥的氣開、氣關(guān)型式、控制閥的投運(yùn)、控制器的手動(dòng)和自動(dòng)的切換、控制器參數(shù)的整定。

復(fù)雜控制系統(tǒng)

1、基本概念

通常復(fù)雜控制系統(tǒng)是多變量的，具有兩個(gè)以上變送器、控制器或執(zhí)行器所組成的多個(gè)回路的控制系統(tǒng)，所以又稱為多回路控制系統(tǒng)。

2、分類

串級控制系統(tǒng)

均勻控制系統(tǒng)

比值控制系統(tǒng)：開環(huán)比值控制、單閉環(huán)比值控制、雙閉環(huán)比值控制、變比值控制。

帶邏輯提量的比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)

前饋控制系統(tǒng)

自動(dòng)選擇性調(diào)節(jié)系統(tǒng)

3、串級控制系統(tǒng)

串級控制系統(tǒng)是兩個(gè)調(diào)節(jié)器相串連，主調(diào)節(jié)器的輸出作為副調(diào)節(jié)器的設(shè)定，副調(diào)節(jié)器的輸出控制執(zhí)行器動(dòng)作，如圖所示。

串級控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：不僅能迅速克服作用于副回路的干擾,而且對作用于主對象上的干擾也能加速克服過程。副回路具有先調(diào)、粗調(diào)、快調(diào)的特點(diǎn)；主回路具的后調(diào)、細(xì)調(diào)、慢調(diào)的特點(diǎn)，并對于副回路沒有完全克服掉的干擾影響能徹底加以克服。因此，在串級控制系統(tǒng)中，由于主、副回路相互配合、相互補(bǔ)充，充分發(fā)揮了控制作用，大大提高了控制質(zhì)量。

4、串級控制系統(tǒng)中控制器正、反作用選擇

副控制器作用方向的選擇同簡單控制系統(tǒng)。

主控制器作用方向的選擇原則：當(dāng)主、副變量增加（或減?。r(shí)，如果由工藝分析得出，為使主、副變量減?。ɑ蛟黾樱?，要求控制閥的動(dòng)作方向是一致的時(shí)候，主控制器應(yīng)選“反”作用；反之，則應(yīng)選“正”作用。

5、串級控制系統(tǒng)的投用

串級控制系統(tǒng)的投用的方法是先投副回路，后投主回路。其主要步驟為：

（1）先將主、副調(diào)節(jié)器均設(shè)置為手動(dòng)，。副調(diào)節(jié)器“內(nèi)、外”給定置外給定，主調(diào)節(jié)器的“內(nèi)、外”給定置內(nèi)給定。

（2）用副調(diào)節(jié)器手動(dòng)操作，當(dāng)主參數(shù)接近給定值，副參數(shù)也較平穩(wěn)后，將副調(diào)節(jié)器由手動(dòng)切換到自動(dòng)。

（3）當(dāng)主調(diào)節(jié)器偏差為零時(shí)，主調(diào)節(jié)器由手動(dòng)切換到自動(dòng)。

6、 串級控制系統(tǒng)的參數(shù)整定

串級系統(tǒng)參數(shù)整定的方法是先副后主、先比例次積分后微分的原則。

DCS

1、概念

DCS就是集散控制系統(tǒng)，是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通訊技術(shù)和CRT技術(shù)為一體的綜合性高技術(shù)產(chǎn)品。

DCS概括起來可分為集中管理部分、分散控制監(jiān)測部分和通訊部分三大部分。

集中管理部分又可分為操作站、工程師站和上位計(jì)算機(jī)。

分散控制監(jiān)測部分可分為現(xiàn)場控制站和現(xiàn)場監(jiān)測站。

通訊部分又叫高速數(shù)據(jù)通路，是實(shí)現(xiàn)分散控制和集中管理的關(guān)鍵。其連接DCS的操作站、工程師站、上位計(jì)算機(jī)、控制站和監(jiān)測站等各個(gè)部分，完成數(shù)據(jù)、指令及其它信息的傳遞。

2、DCS操作站標(biāo)準(zhǔn)顯示功能

圖形顯示、系統(tǒng)總貌顯示、分組顯示、整定顯示、報(bào)警顯示、操作記錄和事件記錄、趨勢顯示、系統(tǒng)狀態(tài)顯示。

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