过程控制系统资料

过程控制系统主要任务:对生产过程中的有关参数（温度压力流量物位等）进行控制,使其保持恒定或按一定规律变化，在保证产品质量和生产安全的前提下，使连续生产过程自动进行下去//特点：1．控制对象复杂、控制要求多样2.控制方案丰富3．控制多属慢过程参数控制4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成1.温度检测常用传感器：热电偶（均质导体定律、中间导体定律、中间温度定律）、热电阻（热敏电阻）、集成温度传感器。//2.压力测量表示方法:绝对压力、压力、压差、真空度。被测压力与绝对压力零线的差值为绝对压力；被测压力与大气压的差叫压力，两未知压力之差叫压差，被测压力低于大气压差值称为真空度。检测仪表：液柱式压力计：根据流体静力学原理，将被测压力转化为液柱的高度；弹性式压力计：利用弹性元件受压产生形变；电气式压力计：通过各种敏感元件将压力转换为电量；（电容式差压变送器、应变式压力传感器、压阻式压力传感器、压电式压力传感器）活塞式压力计：被测压力与活塞上加的砝码质量进行平衡来测量的。//3.流量（单位时间内流过管道某一截面的流体数量）差压式流量计原理（基于流体流动的节流原理，利用流体流经节流装置时产生的压力差而实现流体测量）、转子流量计特点及应用场合（仪器具有较高的灵敏度，适合于小管径，小流量的测量）、靶式流量计、涡轮流量计、电磁流量计优缺点（优点：1.被测量流体的压力损失小；2.可以测量各种导电液的流量，流体可以含有固体颗粒；3.输出信号与流量之间的关系不受流体的物理性质变化和流动状态的影响；4.测量响应速度快，可以测量脉动流量。缺点：1只能测量导电液体流量，要求导电率不小于水的导电率2由于感应电势数值很小，后级采用高放大倍数放大器，很容易受外界磁场干扰。）、漩涡流量计（利用流体遇到阻碍物后产生旋涡测量流量。）、椭圆齿轮流量计特点（椭圆流量计测量精度与流体的流动状态无关，适合高粘度流体的测量，要求测量液体中不能有固体颗粒，工作温度不能超过规定范围。）//4.常用物位称谓（液位：容器中液体储存高度，料位：固体或颗粒物质的堆积高度，界位：密度不同，互不相容液体介质分界线。）静压式物位测量：利用液体或物料对某定点产生压力的原理；（零点迁移实质是改变测量仪表的零点，同时改变了测量范围的上下限）浮力式物位测量：利用浮子的高度随液位变化而改变，或浸没于液体中的浮子所受浮力随液位高度变化而变化；电气式物位测量：利用敏感元件将物位的变化转换为电量参数的变化，通过测出电量的变化而得知物位1.控制仪表（调节器）的作用：将被控变量的测量值与给定值相比较根据比较的结果（偏差）进行一定的数学运算并将运算结果以一定的信号形式送往执行器以实现对被控变量的自动控制//2.比例控制P：为实现适当控制控制器的输出应当根据偏差的大小连续变化使控制伐的开度也连续变化这样就有可能获得与对象复合相适应的操纵量从而使被控变量趋于稳定能够达到平衡状态此模式为连续控制比例控制为最基本的连续控制模式；（控制器的比例度P越小，它的放大倍数就越大，它将偏差放大的能力越强，控制力也越强，反之亦然。比例控制作用的强弱通过调整比例度P实现。比例控制的优点：是控制及时，反应灵敏，偏差越大、控制力度越大。缺点：控制结果存在余差。）//3.比例积分控制（PI）:当有偏差存在时，输出信号随着时间增大（或减小）。当偏差为零时，输出停止变化，保持在某一值上。因而积分控制器组成控制系统可以达到无余差。积分优点：可以到达无余差。积分缺点：控制作用是随着时间积累才逐渐增强的，控制动作缓慢，控制不及时。一般不单独使用。比例积分控制作用优点：控制及时，又能消除余差，可提高系统的控制精度。//4.微分控制规律，就是控制器输出信号的变化与偏差信号的变化速率成正比。微分的特点：是能起到超前控制的作用。即按照偏差变化的速度控制，能在偏差很小时，提前增大控制作用，改善控制品质。缺点：微分对静态偏差毫无控制能力。当偏差存在，但不变化时，微分输出为零，即控制作用为零。因此微分作用不能单独使用。比例微分控制（PD）：比例微分控制作用可提高系统的控制速度，对惯性大的对象用比例微分，可以改善控制质量，减小最大偏差，缩短控制时间。//5.比例积分微分控制（PID）：将比例、积分、微分三种控制规律结合在一起，既能快速调节，又能消除余差，具有较好的控制功能。DDZ-III型调节器1.执行器：其作用是根据控制器送来的控制信号改变所操作介质的大小将被控量维持在要求的数值上。由执行机构和调节机构（阀）组成。自动调节阀分为气动、电动、液动。调节阀的流量特性：直线、对数、快开；选择：一般介质选用直通单座阀或直通双座阀，气开式、气关式，对数阀。//2.电/气转换器：将电信号转换为气信号。电/气阀门定位器属于安全火花和隔爆复合型防爆结构。//3.电动调节阀：接受来自调节器的电流信号，将其转换为阀门开度。简单控制系统指由一个测量元件及变送器一个控制（调节）器一个调节阀和一个被控过程（调节对象）组成的，并只对一个被控参数进行控制的单闭环反馈控制系统。//建立被控过程数学模型的方法1）机理法根据生产过程中实际发生变化的机理写出相关的平衡方程。必须对生产过程的机理充分了解最大优点就是能在没有系统设备之前就能得到被控过程的数学模型2）实验测试法通过对被控过程输入、输出的实测数据进行数学处理后求得其数学模型。用测试法建模时可以在不十分清楚内部机理的情况下把被研究对象视为一个黑匣子完全通过外部特性来描述他的性能。//单容：只有一个储蓄容量。多容：有一个以上储蓄容量。过程控制系统方案设计要求：安全性稳定性经济性//步骤：1.熟悉和理解生产对控制系统的技术要求和性能指标；2.建立被控过程的数学模型；3.控制方案的确定；4控制设备选型；5.实验验证//常用工程整定方案及其各自特点：①稳定边界法（闭环），适用于一般的流量、压力、液位和温度控制系统，但不适合与比例度特别小的过程，当系统运行在稳定边界时，调节器的比例度较小，动作很快，被控参数的波动幅度很小。②衰减曲线法（闭环），不需要在稳定边界运行，比较安全，而且容易掌握，能适用于各类控制系统，从反应时间较长的温度控制系统，到反应时间短到几秒的流量控制系统，都可以应用衰减曲线法，但是对于过渡过程比较快的系统，衰减比和振荡周期Ts难以准确的检测。③响应曲线法（开环），只适用于允许被控参数范围较大的生产过程。反应曲线法的优点是试验方法比稳定边界法和衰减曲线法的实验容易掌握，实验所需时间比其他方法短。④经验法（闭环），不需要进行专门的实验，对生产过程影响小；缺点是没有相应的计算公式可借鉴，初始参数的选择完全依赖经验、有一定的盲目性。1.串级控制系统的特点：串级控制系统由于引入副回路，使系统控制品质相对于单回路控制系统显著提高。在系统结构上，串级控制系统有两个闭合回路：主回路和副回路，主、副调节器串联工作；主调节器输出作为副调节器的设定值，系统通过副调节器输出控制执行器动作，实现对主参数的定制控制。串级系统的主回路是定制控制系统，副回路是随动控制系统。（改善了被控过程的动态特性；抗干扰能力增强；对负荷或操作条件变化的适应能力增强。）串级控制系统主、副调节器的参数整定方法：逐步逼近法、两步整定法、一步整定法。//2.前馈控制的原理:当系统出现扰动时，立即将其测量出来，通过前馈控制器，根据扰动量的大小来改变控制量，以抵消扰动对被控参数的影响。优点：前馈控制器在扰动出现时立即进行控制，控制及时，对特定扰动引起的动、静态偏差控制比较有效。局限：1.实际工业过程中的干扰很多，不可能对每个干扰设计一个独立的监测装置和前馈控制器。2.决定前馈控制器规律的Gf(s),Go1(s)和Gv(s)的精确表达式很难得到，即使得到了，也很难在物理上计算出Gb(s)。//3.比值系统:实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统。K=Q副/Q主（开环比值控制系统、单闭环比值控制系统、双闭环比值控制系统、变比值控制系统。）//4.均值控制是连续生产过程中，各种设备前后紧密联系的情况提出来的一种特殊控制。目的和要求：均值控制通过对液体和流量两个变量同时兼顾的控制策略，是两个相互矛盾的变量相互协调，满足二者均在小范围内缓慢变化的要求。//5.分程控制系统:在工业生产过程中，需将调节器的输出信号分段，去控制两个或两个以上的调节阀，以使每个调节阀在调节器输出的某段信号范围内作全行程动作。特点：调节器输出信号分程，调节阀多。通过阀门定位器来实现。DCS系统的结构和特点：结构：由分散控制装置、集中操作与管理系统、通信系统组成；特点：（1）采用分级递阶式控制（2）采用物理上的分散结构，实现了分散控制（3）具有计算机通讯系统，可实现综合控制（4）可设置多功能CRT操作站，以实现集中监控与操作。（由分散执行控制功能的现场控制站，进行集中监视、操作的操作站和高速通信总线组成）