过程控制与自动化仪表第7章 复杂过程控制系统
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《自动化仪表及过程控制》课程教学大纲英文名称:Automatic Instruments and Process Control 课程编号:适用专业:自动化学时: 54 学分: 3课程类别:专业方向课课程性质:限选课一、课程的性质和目的《自动化仪表及过程控制》是自动化专业的重要专业课。
本课程在系统简明地阐述常用过程量测控仪表和计算机控制系统基本原理和基本知识的基础上,同时介绍自动调节系统设计和整定的基础知识,通过本课程的学习,使学生掌握生产过程控制的基础知识和基本应用技术。
二、课程教学内容概述主要内容:1、自动化仪表的概念及其发展;2、DDZ仪表及其控制系统;3、自动化仪表的基本性能指标。
第一章检测仪表基本内容和要求:1、了解温度测量的概念和工业上常用的测量方法;2、掌握热电偶的测温原理及其应用;3、掌握热电阻的测温原理及其应用;4、理解温度变送器的基本结构;5、了解工业生产中压力参数的概念和常用压力测量原理;6、理解压力式、力平衡式、位移式和固态测压元件及其变送器的工作原理;7、理解节流式、容积式流量测量的基本原理及其应用。
8、理解涡轮、电磁、漩涡等流量测量方法的应用;9、理解浮力式、静压式、电容式、超声式等常用液位测量原理;10、了解成分分析仪表的基本概念。
教学重点:1、常用温度仪表、压力仪表、液位仪表、流量仪表和成分仪表的工作原理及其应用。
2、分度表,分度号,热电偶的冷端延伸和冷端补偿,热电阻的三线制;3、差动电容压力变送器工作原理;4、差压流量计的流量公式;5、差压变送器的零点迁移原理。
第二章调节器基本内容和要求:1、重点掌握PID调节规律的原理及其应用;2、理解PID模拟电路的结构原理;了解二位式和连续调节仪表应用的基础知识;3、理解数字PID算法基本表达式及其原理;4、简单了解工业现场常用模拟和数字调节器的基本结构及其应用。
PID调节规律的原理及其应用;第三章集散控制系统和现场总线控制系统基本内容和要求:1、了解单回路可编程调节器的概念2、了解DCS系统的基本概念;3、理解DCS系统的结构特点及其组成;4、理解DCS控制站和操作站的功能;5、了解FCS系统的基本概念;第四章执行器和防爆栅基本要求1、熟炼掌握气动调节阀的基本结构、原理及其应用等基本概念;2、熟悉调节器流量特性的定义及其应用;3、理解和掌握气动执行器气开/气关的形式及其选择原则;4、了解电动执行器及电气转换器的基本原理;5、简单了解工业控制系统防爆的基本概念。
大学教案(首页)院(系):电子工程教研室(系):自动化大学教案学时:2学时:4学时:4大学教案学时:2本章思考题和习题习题:1-5思考题:哪一种形式的仪表是根据压电效应实现压力测量的思考题:电容式差压变送器测量部分如图所示,问其中哪部分是作为测量膜片的电容动极片?主要参考资料范玉久.《化工测量及仪表》.化学工业出版社吴九辅.《现代工程检测及仪表》.石油工业出版社侯志林.《过程控制及自动化仪表》.机械工业出版社天津大学化工学院主编.《注册化工工程师执业资格考试基础考试(下)复习教程与模拟试题》. 天津大学出版社.备注大学教案学时:2大学教案学时:2大学教案学时:2大学教案学时:2本章思考题和习题某流量自动控制系统,用纯比例控制器进行控制。
图示为采用不同比例度时系统的过渡过程(其中曲线b、c为比较满意的控制结果)。
试判断四条过渡过程曲线中哪一条对应的比例度最大?A 曲线aB 曲线bC 曲线cD 曲线d主要参考资料历玉鸣,《化工仪表及自动化》,化学工业出版社赵玉珠,《测量仪表与自动化》,石油大学出版社张宝芬,《自动检测技术及仪表控制系统》,化学工业出版社周泽魁,《控制仪表与计算机控制装置》,化学工业出版社康光华,《电子技术基础》,高等教育出版社备注大学教案学时:2大学教案学时:2大学教案学时:2大学教案学时:2大学教案学时:2大学教案学时:2大学教案学时:2本章思考题和习题习题:4-3,4-5思考题:图为贮罐液位控制系统,为安全起见,贮罐内液体严禁溢出。
当选择流出量Q 为操纵变量时,其控制阀和控制器分别应如何选择作用方向?(A)气关式、正作用(B)气开式、正作用(C)气关式、反作用(D)气开式、反作用主要参考资料历玉鸣.《化工仪表自动化》.第三版. 化学工业出版社吴九辅.《仪表控制系统》.石油工业出版社刘巨良.《过程控制仪表》.化学工业出版社侯志林.《过程控制及自动化仪表》.机械工业出版社天津大学化工学院主编《.注册化工工程师执业资格考试基础考试(下)复习教程与模拟试题》. 天津大学出版社.备注大学教案学时:2大学教案学时:2大学教案学时:2大学教案学时:2大学教案学时:2大学教案学时:2大学教案学时:241。
第一章绪论2.(1)解:图为液位控制系统,由储水箱(被控过程)、液位检测器(测量变送器)、液位控制器、调节阀组成的反馈控制系统,为了达到对水箱液位进行控制的目的,对液位进行检测,经过液位控制器来控制调节阀,从而调节系统框图如下:q1(流量)来实现液位控制的作用。
控制器输入输出分别为:设定值与反馈值之差e t、控制量u t;执行器输入输出分别为:控制量u t、操作变量q1 t;被控对象的输入输出为:操作变量q1 t、扰动量q2 t,被控量 h;所用仪表为:控制器(例如 PID 控制器)、调节阀、液位测量变送器。
2.(4)解:控制系统框图:蒸汽流量变化被控参数:汽包水位控制参数:上水流量干扰参数:蒸汽流量变化第二章过程参数的检测与变送1.(1)答:在过程控制中,过程控制仪表:调节器、电/气转换器、执行器、安全栅等。
调节器选电动的因为电源的问题容易解决,作用距离长,一般情况下不受限制;调节精度高,还可以实现微机化。
执行器多数是气动的,因为执行器直接与控制介质接触,常常在高温、高压、深冷、高粘度、易结晶、闪蒸、汽蚀、易爆等恶劣条件下工作,选气动的执行器就没有电压电流信号,不会产生火花,这样可以保证安全生产和避免严重事故的发生。
气动仪表的输入输出模拟信号统一使用 0.02~0.1MPa 的模拟气压信号。
电动仪表的输入输出模拟信号有直流电流、直流电压、交流电流和交流电压四种。
各国都以直流电流和直流电压作为统一标准信号。
过程控制系统的模拟直流电流信号为 4~20mA DC,负载250 ;模拟直流电压信号为 1~5V DC。
1.(2)解:由式 1KC100%可得: K C 1 1 4 dt 3mA 20 比例积分作用下 u可由下式计算得出: u Kc e t T I u u u(0) 3mA 6mA 9mA 经过 4min 后调节器的输出 9mA.2.(5)解:调节器选气开型。
当出现故障导致控制信号中断时,执行器处于关闭状态,停止加热,使设备不致因温度过高而发生事故或危险。
《过程控制》教学大纲一、内容简介本教学大纲参照了相关专业的特点,结合自动化专业关于《过程控制与自动化仪表》课程的要求,按照国家教委颁布的〈自动控制课程教学基本要求〉制定的。
本课程的内容有:过程控制概述和自动化仪表概述、过程参数的检测与变送、过程控制仪表、被控过程的数学模型、简单控制系统的设计、常用高性能过程控制系统、实现特殊工艺要求的过程控制系统、典型生产过程控制与工程设计等。
二、本课程的目的和任务《过程控制》是自动化专业的重要专业课。
本课程在系统简明地阐述常用过程量测控仪表和计算机控制系统基本原理和基本知识的基础上,同时介绍自动调节系统设计和整定的基础知识。
通过本课程的学习可以使学生了解和掌握典型的过程检测和控制仪表的工作原理和工作性能,并能根据生产过程的特点和控制要求,选用适当的自动化仪表或计算机,组成实用型过程控制系统。
使学生初步掌握系统工程设计的思想和方法三、本课程与其它课程的关系。
学生在学习本课程之前,应学过以下课程:·高等数学·自动控制理论本课程与高等数学的关系本课程要用到的数学工具(微分、积分、微分方程求解、傅立叶级数等),应在高等数学课程中解决。
本课程与自动控制理论的关系通过反馈控制系统、前馈控制系统等控制方案的学习,应使学生了解自动控制系统方框图的原理,并能进行初步设计。
本课程在此基础上教学,像前馈控制系统方框图、反馈控制系统方框图等内容应在自动控制理论系统中解决。
四、本课程的基本要求1、掌握过程控制系统的组成、特点及设计步骤,并掌握自动化仪表的信号制以及防爆系统的构成。
2、熟悉变送器的构成原理和它的信号传输方式,熟悉二线制接线方式所必须满足的条件。
3、掌握压力、流量、物位等检测仪表的工作原理与使用方法;熟悉压力变送器和成分检测仪表的工作原理及使用特点、适用范围;熟悉智能式变送器的特点及硬件构成。
4、掌握SLPC可编程控制器的硬件构成及工作原理。
5、熟悉DDZ-Ⅲ型调节器的基本构成、电路原理及其应用特点;熟悉SLPC可编程控制器的模块指令及工作原理;熟悉智能式电动执行器的功能特点和安全栅的基本类型及构成原理。
自动化仪表及过程控制(9) Automation Instrumentations andProcess Control第7章复杂调节系统生产过程的大型化和复杂化,操作条件要求更加严格,各变量之间的关系更加复杂,对生产、质量、安全、环保的更高要求。
出现了许多简单调节系统不能胜任控制任务。
复杂调节系统是以简单系统为基础的结构或算法上更为先进的控制方法。
管式加热炉温度系统•简单调节方案Ⅰ:直接指标控制•被调参数:θ1出口温度•调节量:Q 1燃油流量•缺点:被控对象滞后大管式加热炉温度系统•简单调节方案Ⅱ:间接指标控制•被调参数:θ2炉膛温度•调节量:Q 1•缺点:闭环不包括被加热流体方面的干扰管式加热炉温度系统•管式加热炉温度系统:•串级调节方案--Ⅰ+Ⅱ•主参数:θ1出口温度•副参数:θ2炉膛温度•调节量:Q 1•以θ1调节为主回路•θ2调节为副回路串级调节系统结构内外环结构的双闭环系统主环输出:主参数(系统最终控制参数)副环输出:副参数(为了提高主参数调节性能而引入的一个中间参数)G c1(s):主调节器(s):副调节器Gc2串级调节系统特点•副回路中的干扰,主要在副回路中克服。
•减少了副对象的T,提高了副环的调节品质。
•提高了系统的频率响应,加快了抗干扰过程的速度。
•提供了灵活的控制方式串级调节系统的选型由于串级调节系统的目的一般都是为了保证主参数的控制品质,而对辅助的副参数的控制精度要求并不高。
所以•主调节器宜用P 和PI 调节规律。
•副调节器一般用P 调节规律y1y2x1x2Gc1Gc2Go1Go2+-+-串级调节系统的整定工程中常用的整定方法:•两步法:先副后主•一步法:定副调主y1y2x1x2Gc1Gc2Go1Go2+-+-串级调节系统例:夹套式反应釜温度控制比值调节系统保证两种(或两种以上)物料流量保持一定比例的调节系统。
FC :比值调节器,比值=KQ B =KQ A 开环比值系统比值调节系统单闭环比值调节系统调节参数整定时需注意差压检测中的非线性问题。