化工仪表及自动化 第五章 自动控制仪表.ppt

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1、第五章自动控制仪表第一节概述第二节控制器的基本控制规律第三节模拟式控制器第四节数字式控制器第一节概述在自动化系统中，检测仪表将被控变量转换成测量信号后，一方面送显示仪表进行显示记录。另一方面还送到控制仪表，调节被控变量到预定的数值上。此处的控制仪表包括调节器、变送器、运算器、执行器等，它的发展经历了基地式控制仪表、单元组合式控制仪表、组装式综合控制装置、计算机控制系统等阶段。基地式控制仪表是以指示、记录仪表为主体，附加控制机构所组成的装置。它的仪表结构比较简单，常用于单机自动化系统。单元组合式控制仪表是将整套仪

2、表按照功能划分成若干独立的单元，各单元之间用统一的标准信号连接。单元组合式控制仪表按照连接信号的不同可分为气动单元组合式(QDZ)控制仪表和电动单元组合式(DDZ)控制仪表两类。气动单元组合式控制仪表结构简单、价格便宜、性能稳定，且在本质上是安全防爆的，特别适用于易燃易爆的危险场所。但是，气动单元组合式控制仪表不便于信号的远传和与计算机的联用，已经逐步被电动单元组合式控制仪表所取代。电动单元组合式控制仪表除了可以组合构成各种复杂的检测和控制系统外，还具有便于信号远传以及和气动单元组合仪表、工业控制计算机联用的优

3、点，目前被广泛应用在石油、化工、轻工等工业部门。电动单元组合仪表的发展，经历了DDZ-Ⅰ型、DDZ－Ⅱ型、DDZ-Ⅲ型和DDZ-Ⅳ型四个发展阶段。本章我们将重点介绍DDZ-Ⅱ型和DDZ-Ⅲ型调节器。组装式综合控制装置是在单元组合控制仪表的基础上发展起来的，它最大的特点是控制和显示操作功能分离，结构上分为控制机柜和显示操作盘两大部分，可以实现对生产的集中显示和操作，大大提高了人机联系。计算机控制系统是以微型计算机为核心的一种新型控制系统，广义地讲，集散控制系统、可编程序控制器、现场总线控制系统都是计算机控制系统的

4、一种。第二节、控制器的基本控制规律所谓控制器的控制规律是指控制器输出信号p与输入信号e=z-x之间的函数关系，在研究控制器的控制规律时，经常是假定控制器的输入信号e是一个阶跃信号，然后来研究控制器的输出信号p随时间的变化规律。控制器的基本控制规律有位式控制（其中以双位控制比较常用）、比例控制（P）、积分控制（I）和微分控制（D）。实际应用中常用的是比例控制（P）及它们的组合形式：比例积分控制（PI）、比例微分控制（PD）和比例积分微分控制（PID）。选用适当的控制规律控制规律如果选用不当，不但不能起到好的作用，

5、反而会使控制过程恶化，甚至造成事故。要选用合适的控制器，首先必须了解常用的几种控制规律的特点与适用条件，然后，根据过渡过程的品质指标要求，结合具体对象特性，才能作出正确的选择。一、双位控制双位控制的动作规律是当测量值大于给定值时，控制器的输出为最大（或最小），而当测量值小于给定值时，则输出为最小（或最大），即控制器只有两个输出值，相应的控制机构只有开和关两个极限位置，因此又称开关控制。理想的双位控制器其输出p与输入偏差e之间的关系为：理想的双位控制特性如图5－1所示。图5－2是一个采用双位控制的液位控制系统，它

6、利用电极式液位计来控制贮糟的液位，槽内装有一根电极作为测量液位的装置，电极的一端与继电器J的线圈相接，另一端调整在液位给定值的位置，导电的流体由装有电磁阀V的管线进入贮槽，经下部出料管流出。贮槽外壳接地，当液位低于给定值H。时，流体未接触电极，继电器断路，此时电磁阀V全开，流体流入贮槽使液位上升，当液位上升至稍大于给定值时，流体与电极接触，于是继电器接通，从而使电磁阀全关，流体不再进入贮槽。但槽内流体仍在继续往外排出，故液位将要下降。当液位下降至稍小于给定值时，流体与电极脱离，于是电磁阀V又开启，如此反复循环，

7、而液位被维持在给定值上下很小一个范围内波动。可见控制机构的动作非常频繁，这样会使系统中的运动部件（例如继电器、电磁阀等）因动作频繁而损坏，因此实际应用的双位控制器具有一个中间区。偏差在中间区内时，控制机构不动作。当被控变量的测量值上升到高于给定值某一数值（即偏差大于某一数值）后，控制器的输出变为最大pmax，控制机构处于开（或关）的位置；当被控变量的测量值下降到低于给定值某一数值（即偏差小于某一数值）后，控制器的输出变为最小pmin，控制机构才处于关（或开）的位置。所以实际的双位控制器的控制规律如图5-3所示。

8、将上例中的测量装置及继电器线路稍加改变，便可成为一个具有中间区的双位控制器。由于设置了中间区，当偏差在中间区内变化时，控制机构不会动作，因此可以使控制机构开关的频繁程度大为降低，延长了控制器中运动部件的使用寿命。具有中间区的双位控制过程如图5－4所示。当液位y低于下限值yL时，电磁阀是开的，流体流入贮槽，由于流入量大于流出量，故液位上升。当升至上限值yH时，阀关闭，流体停止流入，由于此