过程装备控制技术基础知识

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1、mercury 汞柱 vacuum pressure 真空度 control valve 控制阀 manometer 压力计 transmitter 变送器 过程检测仪表resistive temperature detector 热电阻第一章控制系统基本概念1、differential pressure 差压 absolute pressure 绝对压力 interlock联锁装置thermowell热电偶（阻）的保护管 electronical resistive 电阻 capillary tubing 毛细管 thermocouple 热电偶bellows pressure elemen

2、t 波纹管 gauge pressure 表压 transducer 变换器 orifice plate 孔板 bourdon tube 弹簧管 process instrumentation2、按给定值的特点划分：a.定值控制系统：定值控制系统的给定值是恒定不变的;b随动 控制系统:随动控制系统的给定值是一个不断变化的信号,而且这种变化不是预先规定好的， 也就是说给定值的变化是随机的；c.程序控制系统:给定值变化，但它是一个已知的时间函 数，即生产技术指标需按一定的时间程序变化，这类系统在间歇生产过程中应用比较普通。3、按系统克服干扰的方法划分：a.反馈控制系统（根据偏差控制）:b.前馈控制

3、系统（根据 干扰控制）；c.前馈一反馈控制系统。4、控制系统的过渡过程：系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程。（1）基本形式：发散振荡过程：等幅振荡过程：衰减振荡过程：非振荡的单调过程。（2）一个自动控制系统的过渡过程，首先是一个渐趋稳定的过程，这是满足生产要求的基本 保证:其次，在大多数场合下，应是一个衰减震荡的过程。5、控制系统的性能指标:最大偏差A：衰减比n：回复时间t 余差e：振荡周期T。s；第二章过程装备控制基础1、单容液位自衡特性：与岀水阀流量特性有关。q =H/R。v2s特点分析：在初始阶段，由于qv1突然增加而流出量qv2还没有变化，因此液位H上升速度 很快；随着液位的

4、上升，水槽出口处的静压增大，因此qv2随之增加，qv1与qv2之间的差 值就越来越小，液位H的上升速度就越来越慢，当时qv1=qv2 : H=KxA qv1液位又 重新回到平衡状态，这就是被控对象的自衡特性。即在没有人为干预的情况下，被控对象的 自身能重新恢复平衡的特性。2、被控对象特性参数：放大系数K、时间常数T、滞后时间T （传递滞后T “、容量滞后T ）3、_阶自恒对象特性参数：T 二t , T=t-t : T =21-t , T=2 （t -t ）1 2 1 1 2 2 14、单回路控制系统被控变量选择的原则：a.被控变量信号最好是能够直接测量获得， 并且测量和变送环节的滞后也要比较小

5、；b.若被控变量信号无法直接获取，可选择与之有单 值函数关系的间接参数作为被控变量；c.被控变量必须是独立变量，变量的数目一般可以用 物理化学中的相律关系来确定：d.被控变量必须考虑工艺合理性，以及目前仪表的现状能 否满足要求。5、单回路控制系统一纵变量选择的原则：a.使被控对象控制通道的放大系数较大，时 间常数较小，纯滞后时间越小越好；b.使被控对象干扰通道的放大系数尽可能小，时间常数 越大越好。6、操纵变量：在控制系统中，用来克服干扰对被控变量的影响，实现控制作用的变量就是 操纵变量。最常见的操纵变量是流量。7、调节器的基本调节规律：位式、比例、积分、微分。除开位式是断续调节外，其他三种

6、都是连续调节规律。8、调节器的调节特点：（1）比例控制器:优点：控制及时，克服偏差；缺点：有余差存在。 场合：适用于干扰少，扰动幅度小，负荷变化不大，滞后较小，控制精度要求不高场合。（2） 积分控制:优点：消除了系统的余差，降低了系统的其他品质指标。纯积分控制的缺点： 它不像比例控制那样输出 u与输入e保持同步，反应较快，而是其输出变化总要滞后于偏 差的变化。所以通常不单独使用积分控制规律，而是将它与比例控制组合成比例积分控制规 律来应用。（3）微分控制:优点：能够根据被控变量的变化趋势来采取调节措施，具有超前 作用；缺点：它的输出只与偏差的变化速度有关，与偏差的存在无关，即微分作用对恒定不

7、变的偏差是没有克服能力的，所以存在容量滞后，不能单独使用。一般与比例调节或者比例 积分调节组合使用。（4）位式调节:优点：结构简单，成本较低，使用方便，对配用的调节 阀无任何特殊要求；缺点：被控变量总在波动，控制质量不高。9、调节器参数的整定：理论计算的方法和工程整定法。工稈整定方法：经验试凑法，临界比例度法，衰减曲线法。10、比例度:调节器的输入相对变化量与相应输岀的相对变化量之比的百分数。比例度越小, 比例放大系数越大，比例控制作用越强。11、积分时间：表征出积分作用的强弱。T越小，积分速度越大，积分控制作用越强。若积 分时间无穷大，表示没有积分作用。12、微分时间：若过大，控制作用越强，

8、但不利系统稳定。13、临界比例度法：先通过试验得到临界比例度0 k和临界周期Tk，然后根据经验总结出来 的关系求出控制器各参数值。使用条件：（1）工艺允许被控变量做等幅振荡；（2）在获取等幅振荡曲线时，不能出现全开， 全关的极限状态。14、衰减曲线法：通过使系统产生衰减振荡来整定控制器的参数值。在闭环的控制系统中， 先将控制器变为纯比例作用，并将比例度预置在较大的数值上。在达到稳定后，用改变给定 值的办法加入阶跃干扰，观察被控变量记录曲线的衰减比，然后从大到小改变比例度，直至 出现4： 1衰减比为止。通过比例度0 s和衰减周期TS,得到控制器的参数整定值。使用条件：在工艺稳定条件下通过改变设定

9、值信号加入阶跃干扰，工艺上其他干扰要设法免 除。适用于干扰小的系统，设定值信号的干扰幅度不应超出工艺允许的范围。15、衰减曲线法与临界比例度的差异：临界比例度法是以在纯比例下获得4:1衰减振荡曲 线为参数整定的依据。衰减曲线法操作方法和临界比例度法相同，但只需获得获得4:1衰减 振荡曲线即可，记下此时的比例度，并在4:1曲线上求的振荡周期。16、串级控制系统的工作原理：串级控制系统由两套检测变送器，两个调节器，两个被控对 象和一个调节阀组成，其中两个调节器串联起来工作，前一个调节器的输出作为后一个调 节器的给定值，后一个调节器的输出才送往调节阀。17、串级控制系统的特点：a能迅速克服进入副回路

10、的干扰；b能改善被控对象的特性，提 咼系统克服干扰的能力；c主回路对副对象具有鲁棒性,提咼了系统的控制精度。应用场合：被控对象容量滞后大，干扰强，要求高的场合。当对象的滞后和时间常数很大， 干扰作用强而频繁，负荷变化大，简单控制系统满足不了控制质量的要求时，采用串级控制 系统是适宜的。18、在串级控制系统中，副回路相当于一个随动反馈控制系统，如果匹配得当，它的特性课 近似看作是1:1的比例环节。19、前馈控制是基于不变性原理工作的，比反馈控制及时、有效。前馈控制是根据干扰的 变化产生控制作用的。20、反馈控制与前馈控制的检测信号与控制信号有不同的特点：反馈控制的依据是被控变 量与给定值的偏差，

11、检测的信号是被控变量，控制作用发生时间是在偏差出现以后。前馈控 制的依据是干扰的变化，检测的信号是干扰量的大小，控制作用的发生时间是在干扰作用的 瞬间而不需等到偏差出现之后。21、前馈控制相较于反馈控制的特点：在反馈控制中，信号的传递形成了一个闭环系统， 而在前馈控制中则只有一个开环系统，闭环系统存在一个稳定性的问题，调节器参数的整定首先要考虑这个稳定性问题，但是，对于开环控制系统来讲，这个稳定性问题是不存在的， 补偿的设计主要是考虑如何获得最好的补偿效果。在理想情况下，可以把补偿器设计到完全 补偿的目的，即在所考虑的扰动作用下，被控变量始终保持不变，或者说兑现了“不变性” 原理。22、为什么

12、选用前反馈控制系统？前馈控制系统中，不存在被控变量的反馈，也即 对于补偿的效果没有检验的手段。因此，如果控制的结果无法消除被控变量的偏差，系统也 无法获得这一信息而作进一步的校正。为了解决这一局限性，在工程上往往将前馈与反馈结 合起来应用，构成前馈反馈系统。这样既发挥了前馈校正作用及时的优点，有保持了反馈控 制能克服多种扰动及对被控变量最终检验的长处，是一种适合化工过程控制的控制方法。23、比值控制系统的目的：为了实现几种物料符合一定的比例关系，以生产能安全正常地进 行。24、选择性控制系统：当生产操作达到安全极限时，控制系统应有一种应变能力，能采取相 应的保护措施，促使生产操作离开安全极限，

13、返回到正常情况。25、均匀控制系统：为了解决前后工序供求矛盾，达到前后兼顾协调操作，使液位和流量均 匀变化组成的系统。26、分程控制系统：使用一台控制器的输出控制两台甚至两台以上的控制阀的方式的控制系 统。第三章过控检测1、测量方法的分类：直接测量和间接测量；等精度测量和不等精度测量；接触测量和非接 触测量；静态测量和动态测量。等精度测量法：在测量过程中，使影响测量误差的各因素保持不变，对同一被测量值进行次 数相同的重复测量。2、测量环节：传感器，变送器，显示器， 的要求：准确性，稳定性，灵敏性，其他 二次仪表。根据测量误差的性质分为：系统误差，连接各环节的传输通道。对传感器（一次仪表） （经

14、济性、耐腐蚀、低能耗）；显示仪表常被称为3、4、5、随机误差，粗大误差。测量过程三要素：测量单位，测量方法，测量仪器与设备。（1）量程：测量范围上限与下限的代数差。（2）精确度（精度）：a.绝对误差；b.相对误差；c.两大影响因素：绝对误差和仪表的测量范围；止 相对百分误差5 ； e.允许误差。5 = +仪表允许的最大绝对误差值允-一测量范围上限值-测量范围下限值只 maxO =max测量范围上限值-测量范围下限值d.e.e.c.x 100%x 100 %灵敏度：指仪表或装置在到达稳态后，输入量变化引起的输出量变 在测试技术中，采用线性度这一概念来描述仪表的标定曲线与拟合6、静态性能指标：（1

15、）化的比值。（2）线性度：曲线之间的吻合程度。（3）迟滞误差：在输入量增加和减少的过程中，对于同一输入量会得 出大小不同的输出量，在全部测量范围内，这个差别的最大值与仪表的满量程之比值称为迟 滞误差。（4）漂移：指输入量不变时，经过一定时间后输出量产生的变化。（5）重复性：指 在同一工作条件下，对同一输出值按同一方向连续多次测量时，所得输出值之间的相互一致 程度称为重复性。7、常用的压力测试仪表：液柱式压力计、弹性式压力计、电测式压力计8、弹性式压力计：（1）是工业生产中应用最为广泛的一种测压仪表。（2）弹性元件：弹簧 管、膜片、膜盒、膜盒组、波纹管。（3）工作原理:在被测压力的作用下，扁圆或

16、椭圆形 截面的弹簧管有变圆的趋势，并迫使弹簧管的自由端发生相应的弹性变形，这个变形借助 于拉杆，经齿轮传动机构予以放大，最终由固定于小齿轮上的指针将被测值在刻度盘上指 示出来。9、压力计的选用：（1）主要包括仪表的类型、量程范围、精度和灵敏度。（2）压力计量程 的选择要根据被测压力的范围，再加上一定的富裕度。一般原则：对弹性式压力计，为避 免超负荷而破坏，被测压力的额定值为压力计满量程的2/3；为了满足测量精度的要求， 被测压力的最小值也不应低于满量程的1/3；如果测量脉动变化的压力，被测压力的正常 值应在压力计测量范围的1/2。（与精度结合）土偏差/量程X100%10、常见的热膨胀式温度计的

17、种类：（1）液体膨胀式温度计:最常见的是玻璃管液体温度计， 它是一种应用最早得测温仪器。（2）固体膨胀式温度计：固体膨胀式温度计中应用最多的 是双金温度计。它是由两种线膨胀系数不同的金属片叠焊在一起制成的。11、热电偶的测温原理：以热电效应为基础。12、温差电势：由同一根导体中电子从高温端到低温端迁移而引起的电势。13、 热电偶的基本定律：（1）匀质导体定律:电偶必须由两个不同质的材料组成；2同 一导体回路是否有热电势可用来判定导体是否匀质。（2）中间导体定律：由两种不同导体 构成的热电偶回路中，接入第三种导体，只要保持第三种导体两端温度相等，则对回路热 电势没有影响。（3）中间温度定律:Ea

18、b（t,tn）+EAB（tjto）=Eab（t）。（4）标准电极定则: Eac（七飞）+Ecb（七飞）=Eab（ o）14、热电偶冷端温度的影响及处理：恒温法、示值修正法、冷端温度补偿电桥法。15、热电偶的结构：普通热电偶、铠装热电偶、特殊热电偶。16、热电阻测温仪表在中低温范围内测量最佳：17、常用的热电阻主要有：铂热电阻、铜热电阻、镍热电阻。18、压差式测流量计：（1）基于节流原理来讲行流量测量的。（2）原理：当充满管道的流体 流经节流装置时，流束收缩，流速提高，静压减小，在节流装置的前后就产生了一定的压 差。（3）核心部件：节流装置，包括：节流元件、取压装置以及其前后管段。常用的节流 装

19、置有孔板、喷嘴和文都利管等。19、 流量与AP的1/2成正比（压差与流量的平方成正比）V 迟*qm 迟2pQp20、 转子式流量计可测小流量。1“第四章过控装置1、热电偶温度变送器工作原理：利用非线性的反馈回路来抵消热电偶的非线性，以得到整 个变送器的线性。2、热电偶温度变送器是由热电偶输入回路和放大回路两部分组成。为了得到线性关系，必 须使放大回路具有非线性，这一般是采用反馈线路非线性来实现的（目的:利用非线性的 反馈回路来抵消热电偶的非线性，以得到整个变送器的线性反馈回路来为了保证线性度）。3、热电偶温度变送器的关键技术：如何使放大回路的反馈电路具有热电偶的非线性特征。 关键技术的原因：由

20、于热电偶是非线性的，而温度变送器放大回路是线性的，若将热电偶的 热电势直接接到变送器的放大回路，则温度与变送器的输出电压之间的关系将是非线性的。 为了使温度变送器的输入温度与输出电压保持线性关系，热电偶温度变送器的放大回路必须 具有非线性，这一般采用反馈线路非线性来实现。也就是变送器放大回路的反馈电路输入与 输出特性要模拟成热电偶的非线性特性关系。4、调节阀的流量特性：是指被控介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度（相对位移） 间的关系。5、调节阀的理想流量特性：在不考虑控制阀前后压差变化时得到的流量特性。分为：直线、 对数、快开、抛物线四种流量特性。6、调节阀的工作流量特性：在实际生产中，控

21、制阀前后压差总是变化的的流量特性。分为： 串联管道工作流量特性；并联管道工作流量特性。（1）串联管道工作流量特性：档调节阀串联在管路中时，系统的总压差4 p等于管路系统 的压差 P与调节阀压差 pv之和，即 p=A P+A pv并联管道工作流量特性：调节阀一般都装有旁路，以便于手动操作和备用。当生产量 提高而阀选的过小时，需要打开一些旁路阀，这时管路总流量随阀开度的变化规律称为并联 管道时的工作流量特性。7、电-气转换器的作用：（1）可以把电动变送器来的电信号变为气信号，送到气动控制器或 气动显示仪表；（2）也可把电动控制器的输出信号变为气信号去驱动气动控制阀。8、电-气阀门定位器作用：（1）

22、用来改善调节阀的定位精度；（2）改善阀门的动态特性；（3） 改变阀门动作方向；（4）用于分程控制。常用电气阀门定位器，它具有电-气转换器和气动阀门定位器两种作用。9、为什么气动执行器在工业控制中应用最多？气动执行器是以压缩空气为能源的执行器，它的主要特点是：结构简单，动作可靠，性能稳 定，故障率低，价格便宜，维修方便，本质防爆，容易做成大功率等。它不仅能与气动单元 组合仪表配套使用，而且还能通过电-气转换器或电-气阀门定位器，与电动调节仪表或控制 计算机配套使用。它与电动执行器相比，性能优越的多，故广泛应用于石油，化工，冶金， 电力，纺织，造纸等过程工业部门中。第五章计算机控制系统1、集散控制

23、系统：（1）定义：是一种以微处理器为基础的，综合3C （计算机、控制、通信） 技术的、应用于过程控制工程的分布式计算机控制系统。（2）基本组成：分散过程控制级， 集中操作监控级，综合信息管理级，通信网络系统。（3）特点：独立性，协调性，系统灵活 性，实时性，可靠性。2、现场总线控制系统：（1）定义：是用于过程自动化和制造自动化等领域中最底戻的通信 网络，以实现微机化的现场测量控制仪表或设备之间的双向串行多节点数字通信。（2）基本 组成：现场通信网络，现场设备互连，互操作性，分散功能块，通信线供电，开放式互联网 络。（3）特点：增强了现场级信息集成能力；开放式、互操作性、互换性、可集成性；系统

24、可靠性高、可维护性好；降低了系统及工程成本。3、带死区的PID控制：（1）定义：在某些控制系统中，由于系统不希望过于频繁的执行控 制操作，以免引起振荡，或者造成执行机构的过快磨损，因此要求当控制偏差在某个阀值以 内时，系统不进行调节；当超过这个阀值时，系统按照PID进行调节。（2）应用场合：要求 控制作用尽可能少变动的场合。第七章先进过控简介控制系统体系结构的发展阶段：第一阶段为气动控制系统（pneumatic control system,PCS）：这个阶段主要指1950年以前，以210kPa气动信号为标准信号的控制系统。 第二阶段为电动模拟控制系统（analogy control syst

25、em,ACS）：这个阶段是指1960年以后 出现的420mA和010mA电动模拟信号的统一标准信号的控制系统。第三阶段为集中式计算 机控制系统（centralizedcontrol system,CCS）：这个阶段指1970年以后出现的计算机为 指挥中枢，具有环节集中管理的控制系统。第四阶段是分布式计算机控制系统（distributed control system,DCS）：这个阶段出现的DCS系统正是在CCS基础上发展起来的，它克服了 CCS系统的可靠性方面的缺陷，成为工业过程控制发展史上的一个里程碑。第五阶段是现场 总线控制系统（fieldbus control system,FCS）：这个阶段是在20世纪70年代中期网络技 术发展的基础上出现的，随着网络技术的发展，DCS出现了开放式系统，实现多层次计算机 网络构成的管理控制一体化。