A石油工程自动控制技术5DDZ-III型电动控制器工作原理及应用

第四章自动控制仪表本次课程主要内容三、DDZ-III型电动控制器工作原理及应用1、概述（重点）2、输入电路分析3、比例微分电路4、比例积分电路5、输出电路6、手动操作电路7、指示电路8、实际产品介绍三、DDZ-III型电动控制器工作原理及应用1、概述①控制器（调节器）-----是控制系统的核心，它在闭环控制系统中根据设定目标和检测信息作出比较、判断和决策命令，控制执行器的动作。控制器使用是否得当，直接影响控制质量。②控制器特性——是指控制器的输出与输入之间的关系。分析控制器的特性，也就是分析控制器的输出信号u(t)随输入情号e(t)变化的规律，即控制器的控制规律。③控制器的基本控制规律有比例、积分和微分等几种。工业上所用的控制规律是这些基本规律之间的不同组合。④DDZ—Ш型电动单元调节器——是模拟式控制器个较为常见的一种，它以来自变送器或转换器的1～5V直流测量信号作为输入信号，与1～5V直流设定值早相比较得到偏差信号，然后对此信号进行PID运算后，输出l～5V或4～20mA直流控制信号，以实现对工艺变量的控制。⑤Ш型调节器的特点：●采用高增益、高阻抗线性集成电路组件，提高了仪表精度、稳定性相可靠性，降低了功耗。●采用集成电路扩展了功能，在基型调节器的基础上可增加各种功能。如非线性调节器可以解决严重非线性过程的自动控制问题，前馈调节器可以解决大扰动及大滞后过程的控制，还可以根据需要在调节器上附加一些单元，如偏差报警、输出双向限幅及其他功能的电路。●整套仪表可以构成安全火花型防爆系统．而且增加了安全单元——安全栅，实现控制室与危险场所之间的能量限制和隔离。●有软、硬两种手动操作方式，软手动与自动之间相互切换具有双向无平衡无忧动特性，提高了调节器的操作性能。无扰动切换，是指调节器在不同操作方式切换瞬间保持输出值不变，这样调节阀的开度也将保持不变，不会由于调节器不同操作方式的切换引起被控变量发生变化，即不会产生干扰。●采用国际标准信号制，现场传输信号为4～20mA直流电流，控制室联络信号为1～5V直流电压，信号电流和电压的转换电阻为250Ω。⑥Ш型调节器中的基型调节器类型：全刻度指示调节器、偏差指示调节器全刻度指示调节器的原理方框图：全刻度指示调节器的原理线路图调节器结构组成：控制单元、指示单元控制单元：输入电路(偏差差动和电平移动电路)、PID运算电路(由PD与PI运算电路串联)、输出电路(电压、电流转换电路)以及硬、软手操电路；指示单元：测量信号指示电路、设定信号指示电路、内设定电路。•调节器的信号：•输入信号、内设定信号：1～5V直流电压；•外设定信号：4～20mA直流电流，（它经过250Ω精密电阻转换成1～5V直流电压）调节器的工作状态：有“自动”、“软手动”、“硬手动”及“保持”四种。“自动”状态：测量信号与设定信号通过输入电路进行比较，由比例微分电路、比例积分电路对其偏差进行PD和PI运算后，再经过电路转换为4～20mA直流电流，作为调节器的输出信号去控制执行器。“软手动”状态：可以通过选择键位调节器处于“保持’’(即它的输出保持切换前瞬间的数值)状态，或使输出电流可按快或慢两种速度线性地增加或减小，以对工艺过程进行手动控制。“硬手动”状态：调节器的输出与手操电压成比例，即输出值与硬手动操作杆的位置一一对应。调节器的“正”、“反”作用：正偏差——调节器中将偏差e定义为测量值与设定值之差（e＝y－r），在测量值大于设定值时。负偏差——测量值小于设定值。“正”作用——调节器的输出随着正偏差的增加而增加。若是负偏差，情况相反。“反”作用——调节器的输出随着正偏差的增加而减小。若是负偏差，情况相反。2、输入电路分析作用：一是将测量信号Vi和设定信号Vs相减，得到偏差信号，再将偏差放大两倍后输出；（其输出信号将送至比例微分电路。）二是电平移动，将以零伏为基准的Vi和Vs转换成以电平VB（10V）为基准的输出信号VO1。2)()()(1sVsVsVsio传递函数：3、比例微分电路（PD）作用：接收以10V电平为基准的偏差信号VO1，进行比例微分运算，其输出电压信号VO2送给比例积分电路。比例微分电路是由无源比例微分网络和比例运算放大器两部分组成的。RC环节对输入信号进行比例微分运算，比例运算放大器起比例放大作用。比例微分电路的传递函数：4、比例积分电路（PI）作用：接收以10V为基准的PD电路的输出信号VO2，进行PI运算后，输出以10V为基准的l～5V电压VO3，送至输出电路。传递函数：整机PID电路传递函数调节器的PID电路由输入电路、PD电路和PI电路三个环节串联组成。其传递函数应是这三个环节传递函数的乘积。F：相互干扰系数，F＝1+TD/TIKp：比例增益TD：微分时间TI：积分时间KD：微分增益KI：积分增益实际整定参数与刻度值之间的关系：IIDDFTTFTTF**;;5、输出电路作用：将PID电路输出的1～5V直流电压信号转换成4～20mA直流电流输出，它实际上是一个具有电平移动的电压—电流转换器。fORVI036、手动操作电路7、指示电路8、实际产品介绍下课