可以进行各种数字运算和逻辑判断，其功能完善， 性能优越，能解决模拟式仪表难以解决的问题
过程控制 3、按结构形式分类
单元组合式仪表 基地式仪表 集散型计算机控制系统
现场总线控制系统
过程控制
单元组合式仪表： 根据控制系统各组成环节的不同功能和使用要求，将仪表做 成能实现一定功能的独立仪表（称为单元），各个仪表之间 用统一的标准信号进行联系。 将各种单元进行不同组合，可以构成多种多样、适用于各种不 同场合需要的自动检测或控制系统。 有电动单元组合仪表（DDZ）和气动单元组合仪表（QDZ）两 大类。都经历了I型、II型(010mA) 、III型(420mA, 15v)的 三个发展阶段。
最简单的电动执行器称为电磁阀
其它连续动作的电动执行器都使用电动机作动力元件，将
调节阀的信号转变为阀的开度 + 伺服电动机 伺服放大器 －
减速器
位置发生器
电动执行机构的构成框图
三、调节阀的气开和气关
1、执行机构与调节机构的组合
过程控制
气开阀：在有信号压力输入时阀打开、无信号压力时阀全关 气关阀：在有信号压力时阀关闭，无信号压力时阀全开 从控制系统角度出发，气开阀为正作用，气关阀为反作用
4、数学运算
过程控制
当检测信号与被控变量之间有一定的函数关系时，需要进行数 学运算获得实际的被控变量数值。
5、信号报警
如果检测变送信号超出工艺过程的运行范围，就要进行信号 报警和连锁处理。
6、数字变换
例如快速傅里叶变换、小波变换； 在计算机控制系统中，模数转换和数模转换时经常使用的。
3.3 执行器
过程控制
温度变送器 压力变送器 将各种被测参数变换成相 应的标准统一信号传送到 接收仪表或装置，以供显 示、记录或控制
变送单元
单 元 组 合 仪 表 转换单元
差压变送器 流量变送器 液位变送器 直流毫伏转换器 频率转换器 电－气转换器 气－电转换器
将电压、频率等电信 号转换成标准统一信 号，或者进行标准统 一信号之间的转换， 以使不同信号在同一 控制系统中使用
四、调节阀的流量特性
1、理想流量特性
过程控制
调节阀的流量特性是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：
q q max
l f( ) q max L
：相对流量，即调节阀某一开度时流量与全开流量之比
q
l ：相对开度，即调节阀某一开度行程与全开行程之比。 L
理想流量特性：在阀前后压差为一定的情况下（p=常数）得 到的流量特性。
• 减小传输距离l；
• 选用增压泵、抽气泵等装置，提高传输速度v；
二、对检测变送信号的处理
1、信号补偿
过程控制
热电偶检测温度时，由于产生的热电偶不仅与热端温度有 关，也与冷端温度有关，因此需要进行冷端温度补偿； 热电阻到检测变送仪表之间的距离不同，连接导线的类型和规 格不同，导致线路电阻不同，因此需要进行线路电阻补偿； 气体流量检测时，由于检测点温度、压力与设计值不一致， 因此需要进行温度和压力的补偿； 精馏塔内介质成分与温度、塔压有关，正常操作时，塔压 保持恒定，可直接用温度进行控制；当塔压变化时，需要用塔 压对温度进行补偿。
气动仪表 气源（140kPa） 气压信号 气动元件 导管、管路板
2、按信号类型分类
由模拟元件构成 模拟式
过程控制
传输信号通常为连续变化的模拟量，如电流信 号，电压信号，气压信号等
线路较简单，操作方便，使用灵活，价格较低
以微处理器、单片机等大规模集成电路芯片为核心
数字式
传输信号通常为断续变化的数字量，如脉冲信号
取决于阀芯的形状。不同的阀芯曲面得到不同的理想流量特性。
100
过程控制
80
1
2
60
3
40
20
4
0 10 20 30 40 50
0
理想流量特性曲线
1、快开 2、直线 3、抛物线 4、对数
直线流量特性曲线：
过程控制
正作用执行机构：当输入气压信号增大时，阀杆向下移动 反作用执行机构：当输入气压信号增大时，阀杆向上移动
正作用执行机构
反作用执行机构
过程控制
正体阀：阀杆下移时流量减小
反体阀：阀杆下移时流量增大
正体阀
反体阀
过程控制
气关型
气开型
气开型
气关型
过程控制
2、选择原则
基本原则：根据安全生产的要求选择调节阀的气开和气关 考虑事故状态时人身、工艺设备的安全。 当过程控制系统发生故障（如气源中断，控制器损坏或调节阀坏 了）时，调节阀所处的状态不致影响人身和工艺设备的安全。 考虑事故状态下减少经济损失，保证产品质量。 考虑介质的性质。 对装有易结晶、易凝固物料的装置，蒸汽流量调节阀需选用 气关式，一旦事故发生，使其处于全开状态，以防止物料结 晶、凝固和堵塞给重新开工带来麻烦，甚至损坏设备。
一、概述 形象地称执行器为实现生产过程自动化的“手脚”
过程控制
作用：控制流入或流出被控过程的物料或能量，从而实现对过 程参数的自动控制。
执行器安装在生产现场，直接与介质接触，常常在高压、高温 等恶劣的状况下工作，因此，它是控制系统的薄弱环节 直接影响过程控制系统的质量。
过程控制
控制器输出 p0,I0
过程控制
比例积分微分控制器 控制单元 单 元 组 合 仪 表 比例积分控制器 比例微分控制器 具有特种功能的控制器 加减器 运算单元 乘除器 开方器 指示仪 显示单元 指示记录仪 将变送单元的测 量信号与给定信 号比较，按偏差 给出控制信号， 去控制执行器
报警器
过程控制
输出统一标准信号，作为被控变量的给定值 给定单元 送到控制单元，实现定值控制。 给定单元的输出也可以供给其他仪表作为参 考基准值。 按控制器输出的 角行程电动执行器 控制信号和手动 执行单元 直线行程电动执行器 操作信号，改变 控制变量 气动薄膜调节阀 操作器：手动操作及手动/自动的切换作用 辅助单元 阻尼器：压力或流量等信号的平滑、阻尼 限幅器：限制信号的上、下限值 安全栅：将危险场所与非危险场所隔开，起 安全防爆作用
过程控制
第 三 章
过 程 控 制 仪 表
3.1 总体概述
一、过程控制仪表的分类及特点
1、按能源形式分类
过程控制
可分为电动、气动、液动和机械式等几种。工业上普遍使用 电动控制仪表和气动控制仪表。
电动仪表 能源 传输信号 构成 接线 电源(220VAC，24VDC) 电信号(电流、电压或数字) 电子元器件 导线、印刷电路板
执行机构
推力、位移
调节机构
操纵变量 流量
接受调节器输出的控制信号，转换成直线位移或角位移，来改 变调节阀的流通截面积。
过程控制
根据执行机构使用的能源种类，执行器可分为气动、电动、液 动三种。 气动执行器： 结构简单、工作可靠、价格便宜、维护方便、 防火防爆等优点 能源取用方便，信号传输速度快和传输距离 电动执行器： 远，动作较快； 缺点是结构复杂、推力小、价格贵，适用于 防爆要求不高及缺乏气源的场所 液动执行器： 推力最大，但目前使用不多Fra bibliotek2、线性化
过程控制
硬件组成非线性环节进行线性化处理，例如采用开方器对 差压进行开方运算； 也可用软件实现线性化处理。
3、信号滤波
目的： 由于存在随机噪声，引起检测信号波动； 计算机控制时，由于信号是采样输入，因此，引入噪声
方法： 硬件滤波：RC电路、气阻气容等组成滤波线路 数字滤波：数字低通、高通、带通等滤波程序。算法有： 一阶低通滤波、一阶高通滤波、递推平均滤波、程序判别滤波
考虑仪表和变送器的线性特性
4、动态特性
过程控制
Km Gm ( s ) e m s Tm s 1
对Km的考虑：
Km小，增大控制器的增益，有利于克服扰动对影响；
Km的线性度与整个闭环控制系统输入输出的线性度有关； 选择合适的测量范围可改变检测变送环节Km
对Tm的考虑： 作为广义对象的组成，应考虑与Tp和Tv的匹配，及增大最 大时间常数与次大时间常数之间的比值；
减小Tm的措施：
检测点位置的合理选择； 选用小惯性检测元件； 缩短气动管线长度，减小管径； 正确使用微分单元； 选用继动器或放大器等。
过程控制
对m的考虑 ( m = l / v ) ：
与Tm一起考虑，应使m / Tm小 通常在温度、过程成分的检测变送中要考虑 减小m的途径：
• 选择合适的检测点位置；
Q A

2
2
Q
A
2


(P 1P 2)
调节原理 当口径A和差压(P1-P2)一定时，流量Q仅随阻尼的变化而变 化。 改变阀门的开启程度，可改变流通阻力而控制介质流量。
2、电动执行器
电动执行器也由执行机构和调节机构两部分组成。
过程控制
其中调节机构和气动执行器是通用的，不同的只是电动执行器 使用电动执行机构，即使用电动机等电的动力启闭调节阀。
DDZII型电动仪表的信号标准 ： 010maADC
3.2 检测变送环节
一、检测变送环节的性能
过程控制
1、检测元件和变送器的作用
将工业生产过程的参数(流量、压力、温度、物位、成分等)经检 测、变送单元转换为标准的电或气信号。 变送器输出的是被控变量的测量值，它被送到显示和控制装置， 用于显示和控制。 标准信号 过程变量 位移、压力 检测元件 变送器 差压、电量等 检测变送环节工作原理 模拟仪表：标准信号通常采用420mA、010mA、15v电流或 电压信号，20100kPa 气压信号； 现场总线仪表：标准信号是数字信号
过程控制
集散控制系统（DCS系统）：分散控制、集中管理