过程控制工程 第二版 教学课件 ppt 作者 东南大学 邵裕森 等编 过程控制第2章3

过程控制第二章过程建模和过程检测控制仪表第一节过程建模第二节过程变量检测及变送第三节过程控制仪表第四节其他数字式过程控制装置第三节过程控制仪表一、概述1）过程控制仪表的组成：调节器、执行器、操作器等各种新型控制仪表及装置22）过程控制仪表的分类：①按结构形式不同分为，基地式仪表、单元组合式仪表（包括气动单元组合仪表和电动单元组合仪表）、组装式仪表和集散控制装置；2气动单元组合仪表，简称QDZ仪表，由于其结构简单、工作可靠、价格便宜、性能稳定，而具体有本质安全防爆等特点，所以特别适用于石油、化工等易燃易爆等场合。电动单元组合仪表：简称DDZ仪表，其信号传输、放大、变换、处理比QDZ仪表方便，又便于运传，易于与计算机联用，所以在过程控制工程中应用很广。②按信号类型不同分为，模拟式仪表、数字式仪表2二、DDZ-Ⅲ型调节器1、DDZ-Ⅲ型调节器的工作原理DDZ-Ⅲ型调节器有两个基本品种：全刻度指示调节器和偏差指示调节器2全刻度指示调节器工作原理图22、DDZ-Ⅲ型调节器的组成：控制单元和指示单元DDZ--Ⅲ型调节器的框图21)、输入电路3、DDZ--Ⅲ型调节器各组成部分的作用原理2222)、比例微分电路223)、比例积分电路224)、DDZ-Ⅲ型调节器传递函数225)、输出电路26)、手动操作电路2227)、指示电路22三、运算器（运算单元）运算单元是构成仪表复杂过程控制系统时的不可缺少的重要单元。加减器和乘除器的工作原理21)、加减器222)、乘除器22四、可编程调节器（可编程调节器是一种新型的数字式控制仪表；其现有产品：DK系列的KMM调节器、YS-80系列的SLPC调节器、FC系列的PMK调节器和VI系列的VI87MA-E调节器。2概述 KMM可编程调节器的主要特点1)兼容性好2)运算、控制功能丰富3)安全、可靠性高4)通用性强、使用维护方便5)系统设计简单22、KMM可编程调节器的主要性能指标1、模拟量输入DC1~5V，5点2、模拟量输出DC1~5V，3点；DC4~20mA，1点3、数字量输入可编程，4个、外部联锁，1点（只有调节器有此信号OFF时为联锁）4、数字量输出可编程，3点；准备状态输出，1点5、运算周期：100~50ms26、运算式（模块）种类45种7、可编程模块30个8、自诊断功能可对ROM、RAM、扫描周期、A/D转换、D/A装话进行诊断等9、保护功能若自诊断中发生故障，可自动切换到紧急手动状态（后备手动操作器开始工作）10、电源11、环境温度、湿度0~50oC,10%~90%RH（相对湿度）+15%-10%22、KMM可编程调节器的体系结构1）、KMM可编程调节器的硬件系统KMM可编程调节器的总体结构2KMM可编程调节器的硬件组合：A）中央处理机（CPU）是KMM调节器的核心。B）系统ROM用于存放系统管理程序C）用户ROM一般均用可擦除的EPROM，用于存储用户程序D）RAM用来存放KMM调节器运行过程中可以修改的参数E）A/D、D/A转换KMM调节器配置了A/D、D/A转换F）监视定时器WDT是用来监视KMM调节器的运行状态2A）操作显示板2）、KMM调节器的人机接口装置2B）数据设定器2C）辅助开关共有六个组成，用于指示变更、数据设定、正反作用操作等D）KMM调节器的接线端子221）硬件系统：系统程序、应用程序（1）系统程序系统程序的组成A、基本程序：是反映控制类型、运算周期、通信功能、报警功能等一系列的子程序B、输入处理程序：是实现折线近似、温度和压力补偿、开方以及数字滤五种处理功能的子程序C、运算式程序：是系统程序的核心D、自诊断程序：是实现自诊断功能的子程序2（1）应用程序应用程序又称为控制数据，是指用户根据实际需要自己编制的程序，用来调用系统程序中的某些子程序，并按要求将它们连接起来，以实现调节器的运算和控制等功能。1A、基本数据F001：以指定调节器类型、运算周期、是否与上位机连接等B、输入处理数据F002：以指定输入处理的种类C、PID运算数据F003：以指定PID运算的类型，控制参数D、折线数据F004：决定折线表形式E、可变参数F005：决定运算处理中所使用的系数、常数等F、运算单元F101-F103：指定运算种类、运算单元的连接方式等G、输出处理数据F006：指定输出的信号应用程序包括七类控制数据：23、KMM可编程调节器的主要功能（1）输入处理功能2依靠45种运算式，30个运算式和118中内部信号巧妙组合连接来实现。运算式实质上是将各种控制规律和运算功能预先存储在系统ROM中的可调用的子程序。（1）运算处理功能：输入与输出的函数关系：运算单元：是系统ROM中专门用以存放运算式的存储空间内部信号：运算单元软端子之间的联系信号。2KMM调节器的两个PID运算模块：PID1和PID223）、输出处理功能输出处理功能用来完成控制信号的转换工作，即把经过运算处理的数字信号变换成连续的DC1~5V或DC4~20mA输出。4）、控制类型与无扰动切换功能（自动平衡功能）控制类型根据使用PID运算式的个数以及不同的给定方式分为四种控制类型：（1）0型控制（2）1型控制（3）2型控制（3）3型控制25）自诊断功能（1）自诊断A类：输入异常、运算溢出、运算过载（2）自诊断B类：只读存储器ROM异常、随即存储器RAM异常、采样时间故障、A/D转换异常、输出异常、CPU异常自诊断故障根据其轻重程度的分类26）通信功能（1）通信类型：0型、1型、2型（2）上位机控制：计算机方式、请求方式KMM调节器的通信功能是指调节器与上位机进行信息交换的地方24、KMM可编程调节器的软件设计系统组态图的设计和控制数据表填写的相关问题：（1）、系统组态图的设计：是指用户根据不同的生产工艺对检测与控制的要求，或更具根据过程控制系统图的功能要求，选用KMM调节器45种运算式中最多30个运算式进行组合软连接，以实现所设计的过程控制系统与逻辑安全保护等控制功能。2设计时的具体规定：A)、运算模块有四个输入端，但在选用不同的运算模式时，其输入端的个数是不同的B)、每一个运算式只有一个输出端C)、在构成各种过程控制系统时，PID1和PID2与手动操作MAN运算式是不可缺少的D)、在每一个KMM可编程调节器的系统中，最多可使用20个百分型的可变参数，5个时间型可变参数，固定参数个数不限E)、任何可变参数或固定参数不得与每个运算式的输入端H1连接F)、在一台KMM调节器的组态，使用的某些运算式在书目上有限制2（2）、编写用户程序编写程序中填写七张表格的有关项目填写的方法：A)、基本数据表看下页图22B)、输入处理数据表图22C)、输出处理数据表22五、执行器执行器由执行机构和调节机构两部分组成，在一个过程控制系统中，它接受调节器输出的控制信号、并转换成直线位移或角位移，来改变阀芯与阀座间的流通载面积以控制流入或流出被控过程的流体介质的流量，从而实现对过程参数的控制。1、概述22、电动执行机构电动执行器的特点：动作迅速、其信号便于远传、并便于与计算机配合使用，但是不适合与易燃易爆等生产场合根据使用能源的不同，执行器可分为气动执行器、电动执行器、液动执行器2电动执行器有直行程和角行程两类电动执行器的框图3、气动执行机构气动执行器的特点：结构简单、动作可靠、性能稳定、维修方便、价格便宜、适用于防火防爆场合。22气动执行机构有薄膜式和活塞式两种气动执行器4、气动调节机构（阀）调节机构直接与流体介质接触，因此其结构、材料和性能将直接影响过程控制系统的可靠性、安全性和系统的控制质量。25、气动执行器（调节阀）的使用在工程中必须要根据被控介质的特点和工艺要求等来合理使用，请注意以下几点：21）执行器的公称直径Dg和阀座直径dg2222）执行器的气开、气关型式气开式：即当气动执行器输入压力时，阀开始打开，也就是说有信号压力时阀开，反之则关。气关式：有信号压力时阀关，无信号压力时阀开23）执行器的流量特性执行器的流量特性：指被控介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度之间的关系即2流量特性有理想流量特性和工作流量特性两种(1)理想流量特性：就是阀前后压差为一定的情况下得到的流量特性，分以下四种 直线流量特性：指调节阀的相对流量与相对开度成直线关系22b)对数流量特性：指单位相对行程的变化所引起的相对流量变化与此点相对流量成正比关系c)抛物线流量特性：指单位相对行程的变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量的平方根成正比关系d)快开量特性：在小开度流量就已很大，随着行程的增大，其流量就很快达到最大2(2)工作流量特性调节阀的相对开度和相对流量的关系称为工作流量特性a)调节阀与管道设备串联时工作流量特性222b)调节阀与管道设备并联时工作流量特性222（3）、调节阀流量特性的选择调节阀流量特性有直线和对数两种a）流量特性选择的原则：当过程特性为非线性时，应选用对数流量特性调节阀，否则就使用直线特性的调节阀2）流量特性的选择方法：数学分析法、经验法24、调节阀结构型式和材料的选择选择调节阀的时候请考虑以下因素1)被控介质的工艺条件，如温度、压力、流量、成分2)被控介质的物理、化学特性、如气态、液态、腐蚀性、粘性等25、阀门定位器阀门定位器是气动执行器的主要附件，与气动执行器配套使用可组成闭环回路，利用负反馈原理来改善调节阀的定位精度和灵敏度，使调节阀能按调节器的控制信号实现准确定位。阀门定位器的功能：1)实现准确定位2)改善调节器的动态特性3)改变调节阀的流量特性4)实现分程控制