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1、真誠為您提供優(yōu)質(zhì)參考資料，若有不當(dāng)之處，請指正。 過程控制系統(tǒng)知識點總結(jié) ） 一、概論 1、過程控制概念：五大參數(shù)。 過程控制的定義：工業(yè)中的過程控制是指以溫度、壓力、流量、液位和成分等工藝參數(shù)作為被控變量的自動控制。 2、簡單控制系統(tǒng)框圖。 控制儀表的定義：接收檢測儀表的測量信號，控制生產(chǎn)過程正常進(jìn)行的儀表。主要包括：控制器、變送器、運算器、執(zhí)行器等，以及新型控制儀表及裝置。 控制儀表的作用：對檢測儀表的信號進(jìn)行運算、處理，發(fā)出控制信號，對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。 3、能將控制流程圖（工程圖、工程設(shè)計圖冊）轉(zhuǎn)化成控制系統(tǒng)框圖。 TT TC 變送器 加熱爐 溫度 控

2、制器 執(zhí)行器 原料 燃料 第一個字母：參數(shù)類型 T——溫度（Temperature） P——壓力（Pressure） L——物位（Level） F——流量（Flow） W——重量（Weight） 第二個字母：功能符號 T——變送器（transmitter） C——控制器（Controller） I——指示器（Indicator） R——記錄儀（Recorder） A——報警器（Alarm） 4、DDZ-Ⅲ型儀表的電壓信號制，電流信號制。QDZ-Ⅲ型儀表的信號制。它們之間聯(lián)用要采用電氣轉(zhuǎn)換器。 5、電信號的傳輸方式，各自特點。 電壓傳輸特點：

3、1). 某臺儀表故障時基本不影響其它儀表； 2). 有公共接地點； 3). 傳輸過程有電壓損耗，故電壓信號不適宜遠(yuǎn)傳。 電流信號的特點： 1).某臺儀表出故障時，影響其他儀表； 2).無公共地點。若要實現(xiàn)儀表各自的接地點,則應(yīng)在儀表輸入、輸出端采取直流隔離措施。 6、變送器有四線制和二線制之分。區(qū)別。 1、四線制：電源與信號分別傳送，對電流信號的零點及元件的功耗無嚴(yán)格要求。2、兩線制：節(jié)省電纜及安裝費用，有利于防爆。活零點，兩條線既是信號線又是電源線。 7、本安防爆系統(tǒng)的2個條件。 1、在危險場所使用本質(zhì)安全型防爆儀表。2、在控制室儀表與危險場所儀表之間設(shè)置安全柵，以限制流入

4、危險場所的能量。 8、安全柵的作用、種類。 安全柵的作用： 1、安全柵作為本安儀表的關(guān)聯(lián)設(shè)備，可用于傳輸信號。 2、控制流入危險場所的能量在爆炸性氣體或混合物的點火能量以下， 以確保系統(tǒng)的本安防爆性能。 安全柵的種類：齊納式安全柵、隔離式安全柵 二、基型調(diào)節(jié)器 1、基型調(diào)節(jié)器組成：控制單元和指示單元?；驼{(diào)節(jié)器控制單元構(gòu)成。 基型控制器又稱基型調(diào)節(jié)器，對來自變送器的1-5V直流電壓信號與給定值相比較所產(chǎn)生的偏差進(jìn)行PID運算，輸出4-20mA（DC）直流控制信號。 控制單元：輸入電路(偏差差動和電平移動電路)、PID運算電路(由PD與PI運算電路串聯(lián))、輸出電路(電壓、電流

5、轉(zhuǎn)換電路)以及硬、軟手操電路； 指示單元：測量信號指示電路、設(shè)定信號指示電路。 2、測量信號、內(nèi)給定信號范圍；外給定信號范圍。 測量和內(nèi)給定信號：1~5V(DC)； 外給定信號：4～20mA直流電流。（它經(jīng)過250Ω精密電阻轉(zhuǎn)換成1～5V直流電壓） 3、輸入電路、輸出電路的作用。 輸入電路作用： 1). 信號綜合。將（Ui-Us）后放大兩倍反相以Uo1輸出，即 Uo1= -2(Ui-Us)。 2). 電平轉(zhuǎn)換。將以0V為基準(zhǔn)的輸入信號轉(zhuǎn)換為以UB（10V）為基準(zhǔn)的輸出信號Uo1。 電平轉(zhuǎn)換的目的：使運算放大器工作在允許的共模輸入電壓范圍內(nèi)。 輸出電路作用：把PID輸出ΔUo

6、3 （以UB為基準(zhǔn)）轉(zhuǎn)換成4-20mA.DC輸出。實現(xiàn)電壓—電流轉(zhuǎn)換。 4、放大系數(shù)和比例度。 5、基型調(diào)節(jié)器PD電路的階躍響應(yīng)曲線形狀；比例分量；t=TD/KD時的微分分量；微分時間。 作用：對DUo1進(jìn)行PD運算，可設(shè)置T D 、 KP （或比例度）。T D為微分時間；KP為比例系數(shù)。 比例系數(shù)： 微分時間：TD=nRDCD 調(diào)整Rp（a）和RD 可改變比例度和微分時間。 微分作用：快速的調(diào)節(jié)作用，超前作用。 6、基型調(diào)節(jié)器PI電路的階躍響應(yīng)曲線形狀；比例分量： Kc=CI/CM；t=TI時的積分分量；積分時間。 7、積分飽和。 解決積分飽和辦法：1)對控

7、制器的輸出加以限幅，使其不超過額定的最大值或最小值；2)限制積分電容兩端的充電電壓；3)切除積分作用。 8、微分時間對微分作用的影響，積分時間對積分作用的影響。 微分時間越小，微分作用越強(qiáng)；積分時間越大，積分作用越強(qiáng)。 9、軟手操電路和硬手操電路。 軟手動操作電路是積分電路。硬手動操作電路是比例電路。 作業(yè) 2-4 某P控制器的輸入信號是4mA~20mA，輸出信號為1V~5V，當(dāng)比例度δ=60%時，輸入變化0.6mA所引起的輸出變化是多少？ 解：根據(jù)比例度的公式： 得 2-7 某PID控制器（正作用）輸入、輸出信號均為4mA~20mA，控制器的初始值Ii=Io=4mA

8、，δ=200%，TI=TD=2min，KD=10。在t=0時輸入⊿Ii=2mA的階躍信號，分別求取t=12s時：①PI工況下的輸出值；②PD工況下的輸出值。 解：①PI工況下 P分量= Ti時：P分量=I分量；則Ti時，PI分量=2mA Ti=260=120s PI直線過（0，1）和（120，2）兩點 則t=12s時的輸出變化量為： t=12s時的輸出為Io=初值+=4+1.1=5.1mA ①PD工況下 P分量= P分量= 解得 則t=12s時的輸出變化量為： t=12s時的輸出為：Io=初值+= 三、變送器 1、變送器的結(jié)構(gòu)。變送器的作用。

9、 構(gòu)成原理：變送器是基于負(fù)反饋原理工作的，其構(gòu)成原理如圖所示，它包括測量部分（既輸入轉(zhuǎn)換部分）、放大器和反饋部分。 x 測量部分C zi 放大器K y 反饋部分F zf + － 零點調(diào)整 零點遷移 + z0 - 變送器和轉(zhuǎn)換器的作用是分別將各種工藝變量(如溫度、壓力、流量、液位)和電信號（如電壓、電流、頻率、氣壓信號等）轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號，以供顯示、記錄和控制之用。 2、變送器的輸入輸出關(guān)系。 3、量程調(diào)整的目的；零點調(diào)整/遷移。 使變送器的輸出信號下限值ymin與測量范圍的下限值xmin相對應(yīng)，在xmin=0時，稱為零點調(diào)整，在xmin≠

10、0時，稱為零點遷移。零點調(diào)整使變送器的測量起始點為零。零點遷移是把測量的起始點由零遷移到某一數(shù)值。 4、差壓變送器的作用；差動變壓器的作用。 差壓變送器是將液體、氣體或蒸汽的壓力、流量、液位等工藝變量轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號，作為指示記錄儀、調(diào)節(jié)器或計算機(jī)裝置的輸入信號，以實現(xiàn)對上述變量的顯示、記錄或自動控制。 差動變壓器是由檢測片（銜鐵）、上、下罐形磁芯和四組線圈構(gòu)成。其作用是將檢測片的位移s轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號uCD。 5、溫度變送器的品種、結(jié)構(gòu)（量程單元和放大單元）；四線制溫度變送器的特點。 各類變送器分為三個品種：直流毫伏變送器、熱電偶溫度變送器和熱電阻溫度變送器。 四線制

11、溫度變送器有如下特點： （1）主放大器為低漂移、高增益的運算放大器，使儀表具有良好的可靠性和穩(wěn)定性。 （2）在熱電偶和熱電阻溫度變送器中采用了線性化電路，從而使變送器的輸出信號和被測溫度呈線性關(guān)系，便于指示和記錄。 （3）變送器的輸入、輸出之間具有隔離變壓器，采用了安全隔離變壓器，并采用了安全火花防爆措施，故具有良好的抗干擾性能，且能測量來自危險場所的直流毫伏或溫度信號。 6、熱電偶溫度變送器以及熱電阻溫度變送器的量程單元。 7、氣動儀表的基本元件。 由氣阻、氣容、彈性元件、噴嘴-擋板機(jī)構(gòu)和功率放大器等基本元件組成。 8、彈性元件、噴嘴擋板機(jī)構(gòu)、電氣轉(zhuǎn)換器。 彈性元件作用：將壓

12、差轉(zhuǎn)換成位移，在儀器的連接處產(chǎn)生一定的操作力。 噴嘴擋板機(jī)構(gòu)作用：將微小的位移轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的壓力信號。 電/氣轉(zhuǎn)換器工作原理是基于力矩平衡原理工作的。 四、運算器和執(zhí)行器 1、開方器應(yīng)用場合、作用。 開方器主要應(yīng)用在流量測量與控制系統(tǒng)中，開方器對差壓變送器的輸出信號進(jìn)行開方運算，從而得到與被測流量成比例關(guān)系的電壓或電流信號。 2、執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)、分類。 執(zhí)行器分為兩部分：執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。 氣動執(zhí)行器 Pλ→L→Q 按能源分： 電動執(zhí)行器 Ii→L→Q 直行程（直線位移） 角行程（角位移） （兩者減速器不同） 液

13、動執(zhí)行器 3、角行程電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。 ~220V 伺 服 放 大 器 操 作 器 減 速 器 伺 服 電 機(jī) 位 置 發(fā) 送 器 位 置 反 饋 放 大 器 閥 位 指 示 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 4 ~ 20 mA I i I f q 0~90 角行程電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)方框圖 4、標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號范圍(20kPa-100kPa)，氣源信號(140kPa)。 5、氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的種類。 氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)有薄膜式和活塞式兩種，常見的氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)均屬薄膜式。薄膜式特點為：結(jié)構(gòu)簡單、動作可靠、維修方便、價格低，

14、但輸出行程較小，只能直接帶動閥桿。 6、調(diào)節(jié)閥的正反作用、正裝閥/反裝閥、氣開/氣關(guān)。 7、氣開閥/氣關(guān)閥的選擇原則。 調(diào)節(jié)閥氣開、氣關(guān)閥選擇，主要根據(jù)工藝生產(chǎn)的需要和安全要求來決定的；原則是當(dāng)信號壓力中斷時，應(yīng)能確保工藝設(shè)備和生產(chǎn)的安全。如果閥門處于全開位置安全性高，則應(yīng)選用氣關(guān)閥，反之，則應(yīng)選用氣開閥。 8、閥門定位器的作用。 閥門定位器可以增加執(zhí)行器的輸出功率，減小信號傳遞滯后，加快閥桿的位移速度，提高線性度，克服摩擦力影響，保證閥位正確到位。 9、控制閥的工作原理；流量特性；理想流量特性、工作流量特性。 控制閥體就是依據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出的推桿位移量來改變閥門的開啟程度，從

15、而改變流通阻力以達(dá)到控制流體介質(zhì)流量的目的?？刂崎y的流量特性，是指控制介質(zhì)流過閥門的相對流量與閥門相對開度（即推桿的相對位移）之間的函數(shù)關(guān)系。理想流量特性：閥前后差壓不變時的流量特性（固有流量特性）。工作流量特性：閥裝在管道中，前后差壓變時的流量特性，也叫實際流量特性。 10、控制閥的流量特性類型、各自特點。 理想流量特性，通常有四種典型形式： （1）直線特性-流量與閥芯位移成直線關(guān)系； （2）對數(shù)特性-流量與閥芯位移成對數(shù)關(guān)系，引起的流量變化的百分比相等； （3）快開特性-開度較小時流量變化較大，隨開度增大很快達(dá)到最大值。 （4）拋物線特性-介于直線流量特性與對數(shù)流量特性之間，從

16、而彌補(bǔ)了直線流量特性小開度時控制性能差的特點。 11、控制閥的可調(diào)比（可控比）。 R=，可調(diào)比（可控比），即閥所能控制的流量上限與流量下限之比。Qmin為流量下限，不是泄漏。 12、控制閥串聯(lián)管道工作流量特性的特點。 S=1，理想流量特性。 閥前后壓差始終不變。 直線變?yōu)榭扉_； 對數(shù)變?yōu)橹本€； S,，特性曲線下移，流量特性畸變。 S太小，流量變化范圍減小，對控制不利。 S一般不小于0.3。 13、控制閥出廠時標(biāo)注的為理想流量特性。 五、過程控制系統(tǒng)緒論 1、控制通道、干擾通道。 控制通道：被控量與輸入控制作用之間的聯(lián)系被稱為“控制通道”。干擾通道：被控量與擾動之間

17、的聯(lián)系被稱為“干擾通道”。 2、過程控制系統(tǒng)的組成。 3、控制器正反作用的確定依據(jù)：（控制器）（對象）=（—）。 4、過程控制系統(tǒng)按設(shè)定值的形式分類。 定值控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng) 5、過程控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)。 遞減比n（衰減比）、動態(tài)偏差B1 （最大偏差、最大過調(diào)量、超調(diào)量）、調(diào)整時間 Tc (控制時間、過渡過程時間、恢復(fù)時間）、靜態(tài)偏差C（余差、殘余偏差）。 六、過程建模 1、自平衡能力。 自平衡能力：凡受到干擾后，不依靠外加控制作用就能重新達(dá)到平衡狀態(tài)的對象，是具有自平衡能力的對象。否則，是無自平衡能力的對象。 2、過程控制系統(tǒng)被控對象特性三個參數(shù)：放

18、大系數(shù)、時間常數(shù)、滯后時間的求取。 3、阻力和容量的影響。 容量只影響反應(yīng)速度，不影響放大系數(shù)，屬于動態(tài)參數(shù)。T=RC容量增大，響應(yīng)過程相對增長。見圖2-8。C↑→T↑。 4、多容過程等效為單容過程。 拉氏變換得： 5、時域法過程建模，單容水箱以及雙容水箱的過程傳遞函數(shù)。 作業(yè) 1、如圖所示單容水箱，負(fù)載閥的流阻為R2?，F(xiàn)以Q1為輸入，Q2為輸出，求Q2(s)/Q1(s)。 2、如圖所示，已知一單容水箱其底面積為C，輸

19、入為Qi，輸出為h。Qo1和Qo2對應(yīng)的流阻分別為R1和R2，求H(s)/Qi(s)。 七、單回路控制系統(tǒng) 1、放大系數(shù)（干擾通道/控制通道）、干擾通道時間常數(shù)、純滯后時間、控制通道時間常數(shù)、純滯后時間對控制質(zhì)量的影響。 極點的影響： 1）Td增大，過程變慢，過渡過程時間加長。 2）使過渡過程動態(tài)分量減小了Td倍，即超調(diào)量減小，控制質(zhì)量提高?！? 結(jié)論： 干擾通道的時間常數(shù)大，或者慣性環(huán)節(jié)數(shù)增加時，控制質(zhì)量將提高。（對干擾起濾波作用。） 2、選擇操縱量的一般原則。 直接參數(shù)：能表征產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量

20、、安全性能等方面的參數(shù)。間接參數(shù)：與直接參數(shù)具有單值關(guān)系（P、T等），并有足夠靈敏度。 3、控制閥的流量特性的選擇。 確定工作流量特性的原則：使廣義對象具有線性特性。即：K=KvKo=常數(shù)。 4、控制閥的口徑計算步驟。 1、根據(jù)現(xiàn)有的生產(chǎn)能力、設(shè)備負(fù)荷及介質(zhì)的狀況，決定計算的最大工作流量Qmax和最小工作流量Qmin。 2、根據(jù)系統(tǒng)特點選擇S值，然后計算控制閥全開時的壓差。 3、根據(jù)控制介質(zhì)類型和工況，選用合適的C值計算公式，求取最大最小流量時的流通能力Cmax、Cmin。 4、根據(jù)Cmax值，在所選用的產(chǎn)品形式的標(biāo)準(zhǔn)系列中，選取大于Cmax并接近的一檔C值，獲得口徑值。見表3-

21、6。 5、開度驗算。 6、實際可控比驗算。 7、上述各項合格，則所選控制閥口徑合格，否則，需重定C值和口徑，再驗算至合格。 5、控制器的選型。PID的作用。 P控制器的選型： 特點：快，輸出與偏差成比例，閥門開度與偏差有對應(yīng)關(guān)系，有余差?？关?fù)荷干擾能力強(qiáng)，調(diào)節(jié)時間短。 適用場合：適用于控制通道滯后小，負(fù)荷變化不大，允許被控量在一定范圍內(nèi)變化的系統(tǒng)。如：壓縮機(jī)儲壓罐的壓力控制系統(tǒng)；儲液槽的液位控制系統(tǒng)：串級控制系統(tǒng)的副回路。 PI控制器的選型： 特點：I可消除余差，但穩(wěn)定性低。引入I后，Kc↓（d↑），可保持原穩(wěn)定性，但過渡過程變長。 適用場合：適用于控制通道滯后小，負(fù)荷變化

22、不大，被控量不允許有余差的場合。如：流量、壓力系統(tǒng)。 PID控制器的選型： 特點：D對克服容量滯后有明顯的效果，D使穩(wěn)定性提高，最大偏差減??；I消除余差；P作用快速有效。 適用場合：適用于容量滯后較大，負(fù)荷變化較大，被控量不允許有余差的場合。如：溫度、ph值系統(tǒng)等。 對于負(fù)荷變化很大，純滯后又較大的系統(tǒng)，應(yīng)采用復(fù)雜的控制方案。 6、控制器參數(shù)整定方法。 經(jīng)驗湊試法、臨界比例度法、衰減曲線法（4：1或10：1）、響應(yīng)曲線法。 7、遞減率和遞減指數(shù)。P177 8、根平面中質(zhì)量合格區(qū)域。 9、經(jīng)驗湊試法、臨界比例度法、衰減曲線法（4：1或10：1）、響應(yīng)曲線法。 經(jīng)驗湊試法：

23、簡單可靠，適用于各種系統(tǒng)。但反復(fù)湊試，花時間多。是“看曲線、調(diào)參數(shù)”的方法，整定質(zhì)量因人而異。經(jīng)驗豐富的人用次法更合適。 臨界比例度法：簡單易掌握，整定質(zhì)量較好。對臨界比例度很小或過渡過程不允許出現(xiàn)等幅振蕩的系統(tǒng)不適用。 衰減曲線法：安全、準(zhǔn)確、可靠，整定質(zhì)量較高。對于干擾頻繁或由各種原因難于從曲線上判別遞減比和衰減周期的系統(tǒng)不適用。 響應(yīng)曲線法：整定質(zhì)量高，但要求測響應(yīng)曲線。 八、串級控制系統(tǒng) 1、術(shù)語：主/副變量、主/副控制器、主/副對象、主/副回路、主/副變送器。P189 2、主對象以及副對象的輸入和輸出信號。 3、一次干擾和二次干擾。 4、串級控制系統(tǒng)的特點。

24、 5、串級控制系統(tǒng)中副變量的選擇原則。 6、串級控制系統(tǒng)中主/副控制器正反作用的判斷。 7、串級控制系統(tǒng)參數(shù)整定方法。 九、其它控制系統(tǒng) 1、比值控制系統(tǒng)的類型。 2、比值控制系統(tǒng)比值系數(shù)折算的目的。比值系數(shù)的折算。 3、前饋控制系統(tǒng)。前饋控制與反饋控制的區(qū)別。 4、前饋控制器的設(shè)計，實現(xiàn)完全補(bǔ)償。 5、分程控制的概念，與非分程控制的區(qū)別。 6、分程控制的應(yīng)用場合。 7、選擇性控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟。 8、選擇性控制系統(tǒng)中產(chǎn)生積分飽和的條件，及防止積分飽和的辦法。 9、大滯后控制系統(tǒng)。Smith預(yù)估補(bǔ)償器的結(jié)構(gòu)、特點。 10、多變量解耦控制。求相對增益矩陣，選擇合適的變量配對。 11、解耦補(bǔ)償器的設(shè)計：串聯(lián)補(bǔ)償解耦設(shè)計和前饋補(bǔ)償解耦設(shè)計。 16 / 16