自动化仪表及过程控制 第四章 过程控制仪表 - 图文

第四章 过程控制仪表

? 本章提要

1. 2. 3. 4.

过程控制仪表概述 DDZ-Ⅲ型调节器 执行器

可编程控制器

? 授课内容 第一节 概述

? 过程控制仪表---是实现工业生产过程自动化的重要工具，它被广泛地应

用于石油、化工等各工业部门。在自动控制系统中，过程检测仪表将被控变量转换成电信号或气压信号后，除了送至显示仪表进行指示和记录外，还需送到控制仪表进行自动控制，从而实现生产过程的自动化，使被控变量达到预期的要求。

? 过程控制仪表包括调节器（也叫控制器）、执行器、操作器，以及可编程调节器

等各种新型控制仪表及装置。 ? 过程控制仪表的分类：

? 按能源形式分类：液动控制仪表、气动控制仪表和电动控制仪表。

? 按结构形式分类：基地式控制仪表、单元组合式控制仪表、组件组装式控

制仪表、集散控制装置等。

[基地式控制仪表]以指示、记录仪表为主体，附加某些控制机构而组成。基地式控制仪表特点：—般结构比较简单、价格便宜．它不仅能对某些工艺变量进行指示或记录，而已还具有控制功能，因此它比较适用于单变量的就地控制系统。

目前常使用的XCT系列动圈式控制仪表和TA系列简易式调节器即属此类仪表。

[单元组合式控制仪表] 将整套仪表划分成能独立实现一定功能的若干单元，各单元之间采用统一信号进行联系。使用时可根据控制系统的需要，对各单元进行选择和组合，从而构成多种多样的、复杂程度各异的自动检测和控制系统。特点：使用灵活，通用性强，同时，使用、维护更作也很方便。它适用于各种企业的自动控制。

广泛使用的单元组合式控制仪表有电动单元组合仪表(DDZ型)和气动单元组合仪表(QD2型)。

[组件组装式控制仪表]是一种功能分离、结构组件化的成套仪表(或装置)。它以模拟器件为主，兼用模拟技术和数字技术。整套仪表(或装置)在结构上由控制柜和操作台组成，控制柜内安装的是具有各种功能的组件板，采用高密度安装，结构紧凑。这种控制仪表(或装置)特别适用于要求组成各种复杂控制和集中显示操作的大、中型企业的自动控制系统。

其中国产的TF型、MZ—Ⅲ型以及SPEC200等组装仪表即属此类控制仪表。 ? 按信号形式分类：模拟控制仪表和数字控制仪表两大类。其中DDZ型仪表

和QDZ型仪表都属于模拟控制仪表；SLPC可编程调节器、KMM可编程调节

4－１

器、PMK可编程调节器等都属于数字控制仪表。

? 过程控制仪表的发展：

过程控制仪表的主体是气动控制仪表和电动控制仪表，它们的发生和发展分别经历了基地式、单元组合式(Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型)、组装式及数字智能式等几个阶段。 ? 过程控制仪表的信号制与传输方式：

为方便有效地把自动化系统中各类现场仪表与控制室内的仪表和装置连接起来，构成各种各样的控制系统，仪表之间应有统—的标准信号进行联络和合适的传输。

? 调节器（控制器）分类：

? 按能源形式可分电动、气动等

? 按信号类型可以分为模拟式和数字式两大类

? 按结构形式可分为基地式、单元组合式、组装式以及集散控制系统。

第二节 DDZ-Ⅲ型调节器（模拟式控制器）

1. 有关DZZ-Ш型电动单元调节器的概述

? 控制器（调节器）-----是控制系统的核心，它在闭环控制系统中根据设定目标

和检测信息作出比较、判断和决策命令，控制执行器的动作。控制器使用是否得当，直接影响控制质量。

? 控制器特性-----是指控制器的输出与输入之间的关系。分析控制器的特性，也

就是分析控制器的输出信号u(t)随输入情号e(t)变化的规律，即控制器的控制规律。

? 控制器的基本控制规律有比例、积分和微分等几种。工业上所用的控制规律是

这些基本规律之间的不同组合。 ? DDZ—Ш型电动单元调节器-----是模拟式控制器个较为常见的一种，它以来自

变送器或转换器的1～5V直流测量信号作为输入信号，与1～5V直流设定值早相比较得到偏差信号，然后对此信号进行PID运算后，输出l～5V或4～20mA直流控制信号，以实现对工艺变量的控制。 ? Ш型调节器的特点：

? 采用高增益、高阻抗线性集成电路组件，提高了仪表精度、稳定性相可靠

性，降低了功耗。

? 采用集成电路扩展了功能，在基型调节器的基础上可增加各种功能。如非

线性调节器可以解决严重非线性过程的自动控制问题，前馈调节器可以解决大扰动及大滞后过程的控制，还可以根据需要在调节器上附加一些单元，如偏差报警、输出双向限幅及其他功能的电路。 ? 整套仪表可以构成安全火花型防爆系统．而且增加了安全单元——安全栅，

实现控制室与危险场所之间的能量限制和隔离。

? 有软、硬两种手动操作方式，软手动与自动之间相互切换具有双向无平衡

无忧动特性，提高了调节器的操作性能。这是因为在自动与软手动之间有保持状态，此时调节器输出可长期保持不变，所以即使有偏差存在，也能实现无扰动切换。所谓无扰动切换，是指调节器在不同操作方式切换瞬间保持输出值不变，这样调节阀的开度也将保持不变，不会内于调节器不同操作方式的切换引起被控变量发生变化，即不会产生干扰。 ? 采用国际标准信号制，现场传输信号为4～20mA直流电流，控制室联络信

4－２

号为1～5V直流电压，信号电流和电压的转换电阻为250Ω。

? Ш型调节器中的基型调节器类型：全刻度指示调节器、偏差指示调节器

基型全刻度指示调节器的原理方框图：

基型全刻度指示调节器的原理线路图：

? 调节器结构组成：控制单元、指示单元

? 控制单元：输入电路(偏差差动和电平移动电路)、PID运算电路(由PD与

PI运算电路串联)、输出电路(电压、电流转换电路)以及硬、软手操电路； ? 指示单元：测量信号指示电路、设定信号指示电路、内设定电路。 ? 调节器的信号：

? 输入信号、内设定信号：1～5V直流电压； ? 外设定信号：4～20mA直流电流，（它经过250Ω精密电阻转换成1～5V

直流电压）

? 调节器的工作状态：有“自动”、“软手动”、“硬手动”及“保持”四种。

4－３

? “自动”状态：测量信号与设定信号通过输入电路进行比较，由比例微分

电路、比例积分电路对其偏差进行PD和PI运算后，再经过电路转换为4～20mA直流电流，作为调节器的输出信号去控制执行器。 ? “软手动”状态：可以通过选择键位调节器处于“保持’’(即它的输出保

持切换前瞬间的数值)状态，或使输出电流可按快或慢两种速度线性地增加或减小，以对工艺过程进行手动控制。

? “硬手动”状态：调节器的输出与手操电压成比例，即输出值与硬手动操

作杆的位置一一对应。

? 调节器的“正”、“反”作用：

? 正偏差-----调节器中将偏差e定义为测量值与设定值之差（e＝y－r），在测

量值大于设定值时。

? 负偏差-----测量值小于设定值。

? “正”作用-----调节器的输出随着正偏差的增加而增加。若是负偏差，情

况相反。

? “反”作用-----调节器的输出随着正偏差的增加而减小。若是负偏差，情

况相反。 2. 输入电路 ? 作用：

? 一是将测量信号Vi和设定信号Vs相减，得到偏差信号，再将偏差放大两

倍后输出；（其输出信号将送至比例微分电路。）

? 二是电平移动，将以零伏为基准的Vi和Vs转换成以电平VB（10V）为基

准的输出信号VO1。

? 电路图：

? 电路分析：

输入电路的传递函数：

Vo1(s)??2

Vi(s)?Vs(s)

3. 比例微分电路（PD）

? 作用：

4－４

? 接收以10V电平为基准的偏差信号VO1，进行比例微分运算，其输出电压

信号VO2送给比例积分电路。

? 电路图：

? 电路分析：

比例微分电路是由无源比例微分网络和比例运算放大器两部分组成的。RC环节对输入信号进行比例微分运算，比例运算放大器起比例放大作用。

比例微分电路的传递函数：

4. 比例积分电路（PI）

? 作用：

? 接收以10V为基准的PD电路的输出信号VO2，进行PI运算后，输出以10V

为基准的l～5V电压VO3，送至输出电路。

? 电路图：

4－５

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/pm2v.html