过程控制仪表知识点

绪论,绪论作为后续章节的基础，讲授： 过程控制系统的组成;过程控制系统及过程控制仪表的功能;过程控制仪表的分类;过程控制仪表之间的联络信号;信号的传输方式;本质安全防爆系统的要求;安全栅的类型及工作原理,在冶金、石油、化工、电力等领域。需要对温度、压力、流量、液位、成分等过程量进行自动控制。 使被控变量达到预期的要求。需要过程控制系统对被控参量进行各种规律的控制，需要各种控制仪表与装置实现过测量过程量的检测、处理与控制。,绪论知识点,1、过程控制系统的功能 对工业生产过程中过程量（温度、压力、流量、液位（物位）、成分量）进行自动检测与控制，使工艺参数满足控制要求。,2、过程控制仪表与装置定义 应用于过程控制系统中，能对生产过程中过程量（温度、压力、流量、物位、成分量）进行自动检测与控制，使工艺参数符合预期要求的一类仪表。,气动仪表输入、输出信号,0.21.0kg/cm2 或 2 0100kPa 多用于化工领域气动执行器,电动仪表输入、输出信号,DDZ-II 010mADC 0 2VDC R=200,DDZ-III 420mADC 1 5VDC R=250 所有领域,3、过程控制仪表之间的联络信号,绪论知识点,4、电信号的传输方式,电流传输、电压传输适用场合、传输误差、要求,电流信号传输适用于仪表之间远距离传输（变送器与调节器、调节器与执行器之间）场合。串联接收。要求输出阻抗极大，输入阻抗极小。 电压信号传输适用于仪表内部信号的传递。并联接收 。要求输出阻抗极小，输入阻抗极大。 传输误差计算,绪论知识点,5、变送器信号的传输方式,ri,E,r,RB,RL,I0,变送器,电源,接收仪表,接收仪表,四线制与两线制连接传输供电方式与结构特点。,绪论知识点,6、变送器采取两线制连接的优点？,7、隔爆型d和本质安全型i仪表的特点,（1）节省材料和安装费用。 （2）利于加安全防爆栅，适于易燃易爆场合。 （3）建立活零点，便于故障检测。,隔爆型d：设计强度足够的外壳，隔离仪表内部电路和外部易燃易爆物质，即使电路短路、断路等发生火花，也不会引起外部易燃易爆物质燃烧或爆炸。 本质安全型i：采用安全设计，保证在异常状态下，电路不会产生火花。限流、限压、限能。,绪论知识点,8、构成本质安全防爆系统的充要条件 （1）危险现场使用的仪表是本质安全防爆仪表。 （2）现场仪表与非危险场所之间电路连接必须经过防爆栅。,本质安全电路,绪论知识点,9、齐纳安全栅的工作原理 利用齐纳二极管击穿电压特性进行限压，利用电阻进行限流。,齐纳安全栅的工作原理图,绪论知识点,整流滤波,解调放大器,调制器,限压 限流,整流滤波,24VDC,DC/AC,T1,T2,信号,能流,1：1电流互感器,10、变压器隔离式安全栅工作原理,绪论知识点,执行端隔离式安全栅构成框图,绪论知识点,特点：信号流和能源流，都经过直交直变换和限制器。实现信号隔离和限制。防止安全侧危险信号串入危险侧。,绪论知识点,1、由回路过程控制系统方框图，说明变送器、控制器、执行器的作用。 闭环、感官、大脑、手脚。,第一章 模拟式控制器知识点,研究调节器中各种调节规律及其特点。 对DDZ-III调节器线路进行功能分析。 积分饱和及抗积分饱和电路分析。,2、P、PI、PD、PID调节规律的特点及其表达式。,第一章 模拟式控制器知识点,快速及时，偏差调节。,消除静差，调节作用较缓慢,先比例后积分,比例P调节,控制要求不高场合,PI调节,超前调节 先微分后比例,先微分 后比例 再积分,PD调节,PID调节,第一章 模拟式控制器知识点,3、比例度、积分时间、微分时间、微分时间常数、微分增益、积分增益的确定方法。,比例度,积分时间,积分作用的输出值变化到等于比例作用的输出值所经历的时间就是积分时间。,例：420mA 比例调节器，输入从4 8mA DC变化，输出从 4 14mA DC变化， =？,例：PI调节器，比例作用输出为5mA，之后积分作用 输出为15mA时所用时间为10秒，积分时间为多少？,第一章 模拟式控制器知识点,第一章 模拟式控制器知识点,D 的确定：在阶跃信号的作用下，PD调节器输出从开始按指数规律下降到（了）微分部分输出的37%（63%）所经历的时间。,微分时间常数,微分增益KD 确定,KD在510之间取值。,积分增益KI,*各种调节规律的阶跃响应曲线,4、控制点偏差和控制精度,输出稳定时控制点偏差,控制精度（）,第一章 模拟式控制器知识点,例：控制精度为0.2的DDZ-III调节器，最大电流偏差 。,KP=4 KI=104控制器控制精度,5、控制器正作用与反作用 由实际系统判断控制器的作用方式。,第一章 模拟式控制器知识点,6、DDZ-III调节器输入电路、比例微分电路、比例积分电路、手动操作电路（软手动、硬手动）、输出电路、指示电路的分析。（包括电路的功能分析，复域输入输出关系的推导）,6、1 DDZ-III调节器输入电路为何采取差动电路和电平移动？ 差动输出。采用差动电路，消除引线电阻、压降的影响，得到偏差信号。 电平移动。即将对地的输入信号转变为对VB（10V）的输出信号。输入电压在运放共模容许输入电压范围内。,第一章 模拟式控制器知识点,6、2 比例微分电路微分通断开关由“通” “断”， “断” “通”时，为何输出信号保持不变？,等电位切换,通过传递函数或暂态响应三要素法推导。 思考响应曲线,6、3 比例积分电路,响应曲线,第一章 模拟式控制器知识点,说明快积分与慢积分的实现方法。,6、4 DDZ-III 调节器实现自动到软手动，软手动到自动，硬手动到自动无平衡无扰动切换原因？ 自动到硬手动切换是否需要预平衡？ 关键点是判断是否为等电位切换。输入电容两端电压是否有跳变。,6、5 DDZ-III 调节器软手动功能,控制器的输出电压与输入参考电压的信号成积分关系。,输出信号保持功能,第一章 模拟式控制器知识点,如何实现快积分与慢积分，如何实现输出增加与输出减小？,6、6 DDZ-III 调节器硬手动功能,控制器的输出压与手动输入电压信号成比例关系。,全量程地指示测量值、给定值或偏差值。,6、7 指示电路的功能*,第一章 模拟式控制器知识点,电平移动与V/I变换。,6、8 输出电路的功能,将以VB为基准的15VDC信号转变为420mA DC的信号输出。 可采用微变等效电路分析法分析。,7、 积分饱和 具有积分作用的调节器在单向偏差信号的长期作用下，积分电容两端电压超出正常工作电压范围的现象。,第一章 模拟式控制器知识点,8、积分饱和产生原因 PI（PID）调节器输出进行限幅，但受单向偏差作用，会使积分电路偏离正常工作状态。积分电容两端电压超过正常的范围。,9、积分饱和危害 积分饱和后，即使偏差变号，调节器也需一段时间回到正常工作范围，这段时间调节器未发挥作用，被调参数可能超出较多，出现废品，发生事故。,10、抗积分饱和对策 取消积分作用，使输入偏差 反向。,第一章 模拟式控制器知识点,11、积分反馈型积分限幅控制器电路分析,当出现输出超限时，抗积分饱和电路动作，输入偏差反向。,12、 输出限幅单元功能* 将控制器输出限制在一定范围之内，保证控制阀不处于危险开度。利用三极管限幅。,第一章 模拟式控制器知识点,第二章 变送器和转换器,在过程控制系统种变送器处于反馈环节。负责将各种过程量转换为统一的电信号。 本章对变送器的组成及参数（调零、零点迁移、量程调整）调校进行论述。对两类温度和压力变送器的结构、组成、工作原理和组成电路进行分析。在此基础上对变送器的输入输出关系进行了推导。 最后给出了变送器零点、零点迁移、量程的调校方法。 通过电气转换器将电信号转换为气动信号。对电气转换器的功能及工作原理进行论述。 要求掌握变送器参数的调整方法。变送器的工作原理。对典型电路会分析。,1、什么是变送器,将各种过程量转换为标准电信号的装置。,安装在现场，在控制系统的反馈通道。,2、变送器的输入输出的关系,测量部分 C,放大器 K,反馈部分 F,调零、零点迁移,Zi,Zf,Z0,y,x,第二章 变送器和转换器,第二章 变送器和转换器,3、由输入输出的关系说明如何调零、零点迁移、调量程,零点调整,当X min=0，调整调零机构，变调零项Z0，使y=y min 。,零点迁移（正负迁移）,当X min0，调整调零机构，变调零项Z0，使y=y min 。,量程调整,当X=X max，调整调量程机构，使输出y=y max。,第二章 变送器和转换器,4、给出一种具体变送器，能够列出其输入输出特性方程，计算参数，画出输入输出关系曲线。,DBW-III，温度测量范围01000，对应输出电流为4 20mADC。 （1）画出输出电流I0与温度t的关系曲线。 （2）写出输入与输出的关系式。 （3）温度为750 ，输出电流=？输出电流为12mADC时，测量温度=？ （4）温度测量范围为1001000时，重新画出（1）曲线，计算（3）要求数值。,5、差压式电容变送器差动电容传感器工作原理及原理式,通过敏感元件膜片将差压转换为中心膜片的位移,通过转换元件差动电容器将位移转换为电容变化,6、差动电容检测电路（解调器）功能及输入输出 表达式,第二章 变送器和转换器,功能：将差动电容的相对变化值成比例地转换为差动电流信号 (电流变化值)。,（1）振荡器：向解调器电路提供高频电源。,（2）振荡控制电路：利用放大器深度负反馈功能，保证（I1+I2）不变，保证差动电流Ii与差压成比例关系。,（3）解调器：利用二极管整流，2-11绕组差动平均电流输出,第二章 变送器和转换器,7、电容差压变送器如何实现调零和零点迁移,调整调零电位器RP2实现调零及小范围零点迁移。 接入R20大范围零点正迁移；接入R21实现大范围零点负迁移。 改变,8、电容差压变送器如何实现量程调整,调整电位器RP3，改变反馈系数，从而改变量程。,第二章 变送器和转换器,9、扩散硅压力变送器的工作原理 膜片两边存在压力差时，膜片产生变形，膜片上各点产生应力。四个电阻在应力作用下，阻值发生变化，电桥失去平衡，输出相应的电压，电压与膜片两边的压力差成正比。测得不平衡电桥的输出电压就能求得膜片所受的压力差大小。,膜片,应变片,电桥,10、热电偶温度变送器如何实现冷端温度补偿,双铜电阻电路，实现T0变化，VT不变，某一温度段冷端温度补偿。,第二章 变送器和转换器,11、热电偶温度变送器如何实现线性化的,根据不同热电偶特性曲线形状，设计反馈回路， 使反馈回路特性曲线与热电偶特性曲线一致。,要求:特性曲线拐点可调。 能够改变反馈量的大小，使曲线的斜率增大或减小。,12、热电偶温度变送器线性化电路的分析，斜率计算*,13、热电偶温度变送器冷端补偿电路的分析，计算*,第二章 变送器和转换器,14、热电偶温度变送器整机表达式推导*,15、热电偶温度变送器零点调整和量程调整*,调零： 调RP1，改变，t=t min，Et=E tmin I 0 =4mADC 正向迁移,负向迁移,第二章 变送器和转换器,调量程： 调RP2，改变，t=t max，Et=E tmax I 0 =20mADC,16、 功率放大器实现V/I变换、调制、隔离输出、解调的过程。,复合管V1、V2进行V/I变换。,功放管的供电电压、调制 Ii I1、I2,变压器实现隔离输出 I1、I2 i L 。,经过桥式整流、单电容滤波解调输出直流电流。,i L I0,第二章 变送器和转换器,17、热电阻温度变送器线性化原理,线性化电路置于输入回路，采用正反馈的方法来达到线性化的目的。,温度增加时，RT有下降趋势，t电流将增大，电流有上升趋势，从而使VT与T成线性关系，实现线性化。,