环境工程仪表与自动化复习资料整理

环境工程仪表与自动化第一章：自动化控制系统概述一、自动控制系统经历的四个阶段：（P2）①20世纪50年代是以基地式控制器等组成的控制系统（原理简单，维修方便，但调整设定不易，仍未淘汰，有所发展，但比重少）②20世纪60年代出现单元组合仪表组成的控制系统，分电动和气动两大类：1、气动仪表（ODZ系列）为20-100kPa气压信号2、电动仪表信号为0-10mA（已不使用，0mA做为故障值设定）直流电流信号（DDZ-II系列）和4-20mA（广泛使用）直流电流信号（DDZ-III系列）③20世纪70年代出现计算机控制系统，DDC（直接数字控制系统）被DCS（集散控制系统）替代④20世纪80年代后出现二级优化控制，在DCS的基础上实现先进控制和优化控制二、PID控制原理简单，易于实现对无时间延迟的单回路控制系统极为有效，直到目前为止，在工业过程控制中有80%～90%的系统还使用PID控制规律。（P1）三、闭环与开环控制系统有何不同？（P5）在反馈控制系统中，被控变量送回输入端与设定值比较后根据偏差进行控制，整个系统形成一个环，称为闭环控制。其特点在于按偏差进行控制，只要出现偏差就会起到控制作用。但其却有控制不够及时，若系统内部各环节配合不好甚至会使系统失去控制。开环控制方式不需要对被控制量进行测量，只需根据输入信号进行控制。但系统受到扰动作用后被控变量偏离设定值并无法消除，这是缺点所在。四、自动控制系统的品质指标（P12-P14，重点：衰减比n）一个控制系统在受到外作用时，要求被控变量要平稳、迅速和准确地趋近或恢复到设定值。在稳定性、快速性和准确性三个方面提出各种单项控制指标和综合性控制指标。这些控制指标仅适用于衰减振荡过程。1.衰减比n：第一个波的振幅与同方向第二个波的振幅之比。n越小，稳定度越低；n接近1，控制系统的过渡过程接近于等幅振荡过程；n越大，稳定度越高；n无穷大，过渡过程接近非振荡过程。为保持足够的稳定裕度，一般希望过渡过程有两个波左右，与次对应的衰减比在4：1到10：1的范围内。2.最大动态偏差emax3.余差e(∞)4.回复时间Ts和振荡频率wTips：1.1kgf/cm2=14.7PSIPSI即是磅/平方英寸2.国际压力表MPa3.93%的H2SO4导电率最高4.（ORP）氧化还原电位5.最好的PLC是AB的，通用电力系统是ABB的6.污水处理厂工艺过程要控制的工艺变量：污水处理流量，药剂投加量，水池中液位，污水处理装置中PH、DO、ORP值、水温T、电导率、COD、TN、TP、TSS、TU（浊度）7.风扇电动机使用的是电容电动机8.废水处理系统常用的自控系统：9．吸附再生活性污泥法（SBR）的程序自控系统，一般采用PLC来实现时间顺序的控制，也采用现场检测的条件控制曝气生物滤池（BAF）的控制：一般设定为定时进行反冲，且反冲采用气水联合反冲洗（快开阀控制，反冲：水5min、气5min、水+气5min）过滤器的反冲与正常生产切换之间的控制：其控制模式与BAF有类似之处模拟指示控制与开关控制:模拟量：Anlalogue，给出一个模拟的数值，如Q、P、PH...开关量：Digital，一般指0/1控制，它是开关量，在0时命令关，在1时命令开，如电动机启动10.水池中停留时间用流量控制（T=V/Q）11.废水PH值调节:a.将PH从11-13调至10-11；b．从10-11调至9左右；c．调为7-812.马达启动时电压是正常的7倍13.PAC最佳投加PH：6.5-814.ORP：-500-600mV15.Cr3+在PH为8-9.5中去除16.罗茨鼓风机工作压力：0.06MPa17.好氧控制溶解氧DO=2-4mg/L，厌氧018.衰减振荡：灵敏度适中，第一振幅A:第二振幅A=4：1单调衰减：灵敏度太低第二章过程特性一、废水处理厂的被控过程有哪些？水泵:离心泵、计量泵、螺杆泵、污泥泵风机：罗茨风机、离心风机二、漂水厂的流量检测：腐蚀性强，怎么解决？三、在废水处理厂，要控制好氧处理的DO，可使用的控制方法有哪些？答：改变曝气量（可变，加变频器），水量，曝气头深度（越深，DO越大），曝气气泡大小（气泡越小，DO越大），增加水湍流系数，加填料阻碍气泡到水面。四、过程特性的一般分析（描述有自衡非振荡过程的特性参数有放大系数k、时间常数T和时滞τ0）1.被控变量的变化量△C与操纵变量的变化量△q之比称为放大系数K0（过程控制通道K0，扰动通道kf(相同△f选kf小的)）。操控变量q(t)对应的放大系数Ｋｏ的数值大，说明控制作用显著。2.时间常数T（表征被控被控变量变化快慢的动态参数）：在阶跃外作用下，一个阻容环节的输出变化量保持初始变化速度，达到新的稳态值所需要的时间就是这个环节的时间常数T。可以用过程的容量系数C与阻力系数R之积来表征过程的时间常数T。时间常数对控制系统的影响：A．控制通道时间常数T对控制系统的影响在相同的控制作用下，过程的时间常数T大，则被控变量的变化比较缓和，这种过程比较稳定，容易控制，但控制过程过于缓慢；过程时间常数T小，则情况相反。过程的时间常数太大或太小，在控制上都将存在一定的困难，因此需要根据实际情况适当考虑。B．扰动通道时间常数T对控制系统的影响就扰动通道而言，时间常数T大些有一定好处，相当于将扰动信号进行滤波，这是阶跃扰动对系统的作用显得比较缓和，因此这种过程比较容易控制。3.纯滞后τ（什么是滞后现象？）不少过程在输入变化后，输出不是随之立即变化，而是需要间隔一段时间才发生变化，这种现象称为纯滞后(时滞)现象（由于传输信息需要时间引起的）。（如曝气池曝气量增大后，DO的变化；输送物料的皮带运输机等）实际工业过程中纯滞后时间往往是纯滞后与容量滞后时间之和，即τ＝τ0+τc（1）纯滞后对控制通道的影响需按其与过程的时间常数T的相对值τ/T来考虑。一般认为τ/T≤0.3的过程较易控制，而τ/T(0.5～0.6)的过程往往需用特殊控制规律。（2）纯滞后对扰动通道的影响对于扰动通道来说，如果存在纯滞后，相当于将扰动作用推延一段纯滞后时间τ0后才进入系统，而扰动在什么时间出现，本来就是不能预知的。因此并不影响控制系统的品质，即对过渡过程曲线的形状没有影响。在不同变量的过程中，液位和压力过程的τ较小，流量过程的τ和T都较小，温度过程的τc较大，成分过程的τ0和τc都较大。第三章检测变送Tips：1.水处理工艺中的常用变量：流量、pH值、DO、ORP值、浊度，COD值。2.水处理中与温度有关的工艺：絮凝、生化处理、厌氧处理(33-35,50-56℃)3．因为罗茨风机的工作压为0.06MPa，所以好氧池高度为6m。4.仪表的字母表示：P：压力表；T:温度表；F：流量表仪器的字母表示：P：泵（pump）；B：风机（blower）PI102-1(pressureindicater102-1)现场指示表PT102-1(pressuretransmitter）转送表5.一个大气压=0.1MPa=1kg水的力=10m水高6.若在电气信号（4-20mA），显示为40%，则实际I=16*40%+4=10.4mA频率f=50*0.4=20Hz对于一对极电动机来说转子转速n1=3000*0.4=1200（r/s）7.日本使用100v单相8.一台离心泵的扬程20m，应选用什么规格的压力表(压力表量程有0-1MPa，0-0.6MPa，0-0.3MPa，0-0.1MPa)？选0-0.3MPa的(相当于30kg即30m)9.水的三相点温度0℃；4℃时是密度最大。10.一般热电偶用于较高温度的测量（500℃以上）11.Cl-浓度高的不能用不锈钢，有Ti的12.T202-1：T（测温仪表）2（工段）02(第二个仪表)-1（同一段n个代表之一）13.测碱水的转子流量计应用透明的塑料做。14.弹性式压力表测压范围(0～103MPa),其测量精度最高可以达到0.1级。压力表安装要考虑到风机的振动问题，因为风机出口温度高，且风机振动会影响该表的精密度。因此要考虑减振问题。解决方法为：用软钩管引出安在墙上。15.0.1级表测量误差±0.1%，0.999-1.001，误差=量程*精度16.HRT：水力停留时间17.ESP：静电除尘器18.LT：液位变送器19.LLA：液位低报警仪20.LHA：液位高报警仪21.A/D:模拟数字转换D/A：数字模拟转换22.镀黄金对高频传输很有利：肤出效应23.能与上位计算机相连的变送器都使用数字信号一、由于检测元件的输出信号种类繁多，且信号较弱不易察觉，一般都需要将其经过变送器处理，转换成标准统一的电气信号(如4～20mA或20～100kPa（3-15PSI）气压信号)送往显示仪表，指示或记录工艺变量，或同时送往控制器对被控变量进行控制。有时将检测元件、变送器及显示装置统称为检测仪表，或者将检测元件称为一次仪表，将变送器和显示装置称为二次仪表。二、对于检测仪表来说，检测、变送与显示可以是三个独立部分，也可以只用到其中两个部分。例如热电偶测温所得毫伏信号可以不通过变送器，直接送到电子电位差计显示。三、目前中国生产的仪表精度等级有0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。仪表的精度等级是将仪表允许误差的“±”号及“%”去掉后的数值，以一定的符号形式表示在仪表标尺板上，如1.0外加一个圆圈或三角形。精度等级1.0，说明该仪表允许误差为1.0%。例：某台测温仪表的量程是600-1100℃，仪表的最大绝对误差为±4℃，试确定该仪表的精度等级。解：仪表的最大引用误差σmax=±4/（1100-600）*100%=±0.8%由于国家规定的精度等级中没有0.8级仪表，而该仪表的最大引用误差超过了0.5级仪表的允许误差，所以这台仪表的精度等级应定为1.0级。例：仪表量程是600-1100℃，工艺要求该仪表指示值的误差不得超过±4℃，应选精度等级为多少的仪表才能满足工艺要求？解：根据工艺要求，仪表的最大引用误差为σmax=±4/（1100-600）*100%=±0.8%±0.8%介于±0.5%与±1.0%之间，如果选择允许误差为1.0%，则其精度等级应为1.0级。量程是600-1100℃，精确度为1.0级的仪表，可能产生的最大绝对误差为±5℃，超过了工艺要求。所以只能选择一台允许误差为±0.5%，即精确度等级为0.5级的仪表，才能满足工艺要求。校验仪表时，确定仪表的精确度等级与根据工艺要求来选择仪表的精确度等级是不一样的例：P83第二题仪表精度与量程有关，量程是根据所要测量的工艺变量来确定的。在仪表精度等级一定的前提下适当缩小量程，可以减小测量误差，提高测量准确性。一般而言，仪表的上限应为被测工艺变量的4/3倍或3/2倍，若工艺变量波动较大，例如测量泵的出口压力，则相应取为3/2倍或2倍。通常被测工艺变量的值以不低于仪表全量程的1/3为宜。四、热电偶测温时要求参比端温度恒定。因此使用专用的导线，将热电偶的参比端延伸出来，以解决参比端温度的恒定问题。这种导线就是补偿导线。（现代的热电偶测量一般不再用参比端了）五、工业上常用的热电阻是铜电阻和铂电阻两种。PT100用得最多，范围比较适宜。热电阻的接线有二线式与三线式。问题：用二线式好，还是三线式好，为什么？（三线式好，导线随外界温度变化抵消电阻的变化。三线式断了一线后有66.6%机会能修）六、流量检测：压差流量关系（qv的平方与△p称正比），仪表的分类速度式流量计（P44-P48）：节流装置、靶式流量计、转子流量计（正常其流量比在1：10左右）、涡轮流量计（若卡死，流量是多少？（0）。安装的位置非常重要，特别是电磁干扰！马达和电动机至少4m远，适宜测量比较洁净而粘度又低的液体流体）、电磁流量计（不可测脱离子水流量，因为不导电。用来测强酸强碱）、旋涡流量计（检验时用小锤敲击可测出是否安装正确，不能将其安装在弯管地方，一般安在5-7D处）、超声波流量计。容积式流量计:椭圆汽轮流量计（石油也用此流量计）污水处理厂最常用的流量计是：巴