过程控制工程-潘永湘-第3章过程控制仪表(1).ppt

过程控制仪表第三章过程控制仪表3．1过程控制仪表概述在过程控制中，常将调节器(含可编程序控制器)、电／气转换器、执行器、安全栅等称为过程控制仪表，它们是实现工业生产过程自动化的核心装置。在过程控制系统中，参数检测仪表将被控量转换成电流(电压)信号或气压信号，一方面通过显示仪表对其进行显示和记录，另一方面则将其送往调节器与给定信号进行比较产生偏差，并按照一定的调节规律产生调节作用去控制执行器，以改变控制介质的流量从而使被控量符合生产工艺要求。目前使用的调节器以电动调节器占绝大多数，而执行器则以气动为主，它们之间需要用电／气转换器进行信号转换。此外，智能式电动执行器将逐渐取代常规的气动执行器而成为执行器新的发展方向。1．调节器的功能一般调节器除了对偏差信号进行各种控制运算外，还需具备如下功能：(1)偏差显示调节器的输入电路接收测量信号和给定信号，两者相减后的偏差信号由偏差显示仪表显示其大小和正负。(4)正、反作用的选择工程上，通常将调节器的输出随反馈输入的增大而增大时，称为正作用调节器；而将调节器的输出随反馈输入的增大而减小时，称为反作用调节器。为了构成一个负反馈控制系统，必须正确地确定调节器的正、反作用，否则整个控制系统将无法正常运行。调节器的正、反作用，可通过正、反作用开关进行选择或由软件实现。3.安全栅安全栅是构成安全火花防爆系统的关键仪表，其作用：一方面：保证信号的正常传输，另一方面：控制流入危险场所的能量在爆炸性气体或爆炸性混合物的点火能量以下，以确保过程控制系统的安全火花性能。本章重点介绍DDZ-Ⅲ型模拟式调节器、执行器、电／气转换器和安全栅等控制仪表。1.比例调节当TI∞、TD=0时，积分项和微分项都不起作用，上式变为纯比例调节。纯比例调节器的单位阶跃响应特性如图3－1所示。由图3－1可见，纯比例调节器的输出与输入偏差成正比，比例增益的大小决定了比例调节作用的强弱，Kc越大，比例调节作用越强。2．比例积分调节若将比例与积分组合起来，既能控制及时，又能消除余差。比例积分调节器的输出可以看成比例和积分两项输出的合成，即在阶跃输入的瞬间有一比例输出，随后在比例输出的基础上按同一方向输出不断增大，这就是积分作用。只要输入不为零，输出的积分作用会一直随时间增长，如图中实线所示。而实际的比例积分调节器，由于放大器的开环增益为有限值，输出不可能无限增大，积分作用呈饱和特性，如图中虚线所示。在生产过程自动化的发展进程中，PID调节规律是应用时间最长、生命力最强的一种控制方式。在20世纪40年代前后，除在最简单的情况下采用开关式控制外，它是唯一被采用的控制方式。此后，随着控制理论和科学技术的发展，虽然出现了许多新的控制方式，然而截至目前为止，PID调节方式依然被广泛地采用。据有关资料统计，目前世界上90％以上的过程控制系统采用的依然是PID调节或基于PID调节的各种改进型控制方式。PID调节的主要优点体现在以下几个方面：**(2)输出显示调节器输出信号的大小由输出显示仪表显示，习惯上显示仪表也称阀位表。阀位表不仅显示调节阀的开度，而且通过它还可以观察到控制系统受干扰影响后的调节过程。(3)内、外给定的选择当调节器用于定值控制时，给定信号常由调节器内部提供，称为内给定；而在随动控制系统中，调节器的给定信号往往来自调节器的外部，则称为外给定。内、外给定信号由内、外给定开关进行选择或由软件实现。(5)手动切换操作调节器的手动操作功能是必不可少的。在控制系统投入运行时，往往先进行手动操作改变调节器的输出，待系统基本稳定后再切换到自动运行状态；当自动控制时的工况不正常或调节器失灵时，必须切换到手动状态以防止系统失控。通过调节器的手动／自动双向切换开关，可以对调节器进行手动／自动切换，而在切换过程中，又希望切换操作不会给控制系统带来扰动，即要求无扰动切换。(6)其他功能除了上述功能外，有的调节器还有一些附加功能，如抗积分饱和、输出限幅、输入越限报警、偏差报警、软手动抗漂移、停电对策等，所有这些附加功能都是为了进一步提高调节器的控制功能。2．执行器的作用执行器在过程控制中的作用：接受来自调节器的控制信号，改变其阀门开度，从而达到控制介质流量的目的。因此，