1、過程控制Email:1教學安排學時：60首選教材：自動儀表與過程控制 （第三版）電子工業大學出版社 2003 二選教材：過程控制系統及設計 相關理論和基礎知識：電子技術基礎、微機原理、自動控制理論 2課程教學目的了解過程控制儀表的原理以及發展方向了解過程控制系統設計整定方法。最終掌握根據生產工藝要求選擇儀表組成自動控制系統的方法。 3 第一章 緒論 （3學時） 11 基本慨念和性能指標12 計量與標準化技術13 系統結構與信號體制14 安全性與可靠性15 自動儀表與裝置的發展4第一節基本慨念和性能指標 過程：即完成物理或化學變換或一系列這種變換的一組操作。 任何生產過程都有：物質流程信息流程5

2、典型的工業生產過程連續生產過程：固體和纖維狀產品的生產。如紡織、造紙、煉油軋鋼等非連續生產過程：生產過程是循環運貨或流水作業。如機械、電子、儀表、輕工等。粉料物質的加工生產過程：機水泥、制藥、飲料等的生產過程。物料輸送和調度管理生產過程：油田開采、天然氣的長管輸送、城市下水道的集中管理等。6自動化儀表裝置實現測量和控制的技術工具自動化系統具有信息的獲取、轉換、顯示、處理、傳送、執行等功能的自動化儀表及裝置的組合體。7系統元件定義：工業過程檢測控制儀表及裝置。分類：信息獲取類（檢測類）信息轉換類（轉換類）信息顯示類（顯示類）信息處理類（計算類）信息傳送類（傳送類）信息執行類（執行器類）連鎖保護類

3、其他類8自動化儀表及裝置的性能指標性能指標過程控制系統的性能指標9自動化儀表及裝置的性能指標儀表的性能指標：使用方面：操作維修性、安全可行性、防護能力、重量和體積等。經濟方面：功耗、價格、使用壽命等技術方面：基本誤差、精度等級、變差、靈敏度、量程、響應時間、漂移等。10(1)基本誤差絕對誤差：是指儀表的指示值與被測量的真值之間的差相對誤差：是指儀表指示值的絕對誤差與被測量真值的比值。引用誤差：是指儀表指示值的絕對誤差與儀表量程之比。最大引用誤差：是指示值的絕對誤差的最大者與量程的比值的百分數。也稱為儀表的基本誤差。它反映了儀表的主要質量指示的儀表的測量精確程度。11(2)測量范圍與量程測量范圍

4、：是指儀表可以進行測量的被測變量的范圍范圍下限：測量范圍的最低值范圍上限：測量范圍的最高值量程：測量范圍的上限與測量范圍的下限的代數差。12(3)標尺特性曲線線性標尺：標尺特性曲線為直線。非線性標尺：標尺特性曲線為曲線。零點遷移：改變測量范圍后，特性曲線有平移而斜率不變。量程遷移：改變測量范圍后，特性曲線的斜率發生變化，起點不變。儀表的輸入輸出關系曲線13零點遷移和量程遷移示意圖14(4)精度等級定義：基本誤差作為 判斷等級的尺度。結論：精度等級的數字越大，儀表的精度越低。例： 基本誤差0.5% 精度為0.5級15(5)靈敏度與分辨率靈敏度定義：儀表單位輸入量的變化與其所引起的輸出量的變化之比

5、值叫做儀表的靈敏度。分辨率定義：是指儀表的指示值可以響應與分辨的最小輸入量的變化。16(6)滯環、死區和變差變差：兩線間的最大差值靈敏限：是輸入值要大于某一限度才會引起輸出的變化。這種限度叫靈敏限。17(7)重復性和再現性重復性: 是指在同一工作條件下，按同一方向上升或下降連續多次測量同一輸入值時，其輸出值的一致性程度。再現性: 在上升和下降曲線之間，選擇其離散程度最大的點，叫再現性。再現性包括了滯環和死區，也包括重復性。18重復性和再現性19(8)可靠性儀表的可靠性用有效度表示有效度平均無故障工作時間平均修復時間平均無故障工作時間20(9)響應時間當儀表在輸入階躍變化時，儀表的輸出從一處穩態

6、到另一個穩態值（常取其90%）所需的時間。21(10)時間常數和時滯時間常數：指當由階躍輸入引起一階線性系統的飛升輸出時，完成總飛升或下降的63.2%所需的時間。時滯：指從輸入量產生變化的瞬間開始到它所引起的輸出量開始變化的瞬時為止的時間間隔。22過程控制系統的性能指標指生產過程對控制的要求：穩定性準確性快速性通常在閉環控制系統的階路響應曲線上，用一系列指標來表征這些要求。23(1)衰減比和衰減率衰減比：是表示振蕩過程衰減程度的指標。等于相鄰的同相波峰值的比。24閉環控制系統的階躍響應25(1)衰減比和衰減率衰減比：是表示振蕩過程衰減程度的指標。等于相鄰的同相波峰值的比。衰減率：每經過一個周期

7、之后，波動幅度衰減的百分數。衰減比與衰減率二者有對應關系： 如 n=4:1 則=75%26(2)最大偏差（動態偏差）被控參數偏離穩定值的最大偏差值。27閉環控制系統的階躍響應28(2)最大偏差（動態偏差）過度過程結束后，被調量的穩態值y()與設定值r之間的差值被控參數偏離穩定值的最大偏差值。(3)殘余偏差（靜態偏差）29閉環控制系統的階躍響應30(4)調節時間（過渡時間）調節時間：指從過渡過程開始到結束所需的時間。實際中，一般指當被調量進入其穩態值的5%范圍內，就認為是過度過程結束。反映了控制系統的快速性。31閉環控制系統的階躍響應32(4)調節時間（過渡時間）調節時間：指從過渡過程開始到結束

8、所需的時間。實際中，一般指當被調量進入其穩態值的5%范圍內，就認為是過度過程結束。反映了控制系統的快速性。誤差積分：指過渡過程中被調量偏離其穩態值的誤差沿時間軸的積分。33誤差積分 (其中 )誤差積分（IE）：絕對誤差積分（IAE）：平方誤差積分（ISE）：時間與絕對誤差乘積積分(ITAE)：34第二節計量與標準化技術 計量：包括確定統一的計量單位制，研究計量基準器，制定計量法令，檢定規程，計量器具管理，計量學理論，測量方法，進行測試等工作。 標準化技術： 國際標準化機構IEC/TC65和ISO/TC30 我國標準化技術采用國際標準與國際慣例接軌35第三節系統結構與信號體制過程計算機控制系統典

9、型結構：36過程計算機控制系統分類監督計算機控制系統分散控制系統操作指導控制系統直接數字控制系統37信號體制與傳輸方式信號體制（信號標準）： 是指在成套儀表系列中，儀表之間采用什么樣的統一信號來進行聯絡和傳輸。優點：可以使同一系列的各類儀表組成系統可以通過轉換器，將不同系列的儀表連接起來由于各種參數被轉換為統一信號，各類儀表同其他控制系統的先進技術工具可以配合使用。38聯絡信號氣動控制儀表電動控制儀表過程控制系統用模擬氣動信號3940聯絡信號氣動控制儀表電動控制儀表電模擬信號體制數字信號頻率信號過程控制系統用模擬氣動信號4142聯絡信號氣動控制儀表電動控制儀表電模擬信號體制數字信號頻率信號過程

10、控制系統用模擬氣動信號五單位碼ASCII碼GB2312信息交換漢字碼編字符集434445聯絡信號氣動控制儀表電動控制儀表電模擬信號體制數字信號頻率信號過程控制系統用模擬氣動信號五單位碼ASCII碼GB2312信息交換漢字碼編字符集46信號傳輸方式電流信號傳輸47電流信號傳輸由得傳輸誤差48信號傳輸方式電流信號傳輸電壓信號傳輸49電壓信號傳輸由得傳輸誤差50信號傳輸方式電流信號傳輸變送器與控制室儀表之間的信號傳輸四線制傳輸二線制傳輸電壓信號傳輸51變送器與控制室儀表之間的信號傳輸52第四節安全性與可靠性儀表防爆途徑:結構防爆（隔離防爆）采用嚴密的外殼向外殼里輸送潔凈的壓縮空氣在外殼里充油在電路和

11、外殼間的空隙里充填石英砂本安防爆安全栓53儀表防爆等級安全火花型（H）、隔爆型（B）、安全型（A）HeB3dAB3d54可靠性可靠性：是指儀表在規定的條件下無故障地完成其規定功能的能力。衡量儀表裝置可靠性的指標：可靠度不可靠度失效密度失效率平均壽命55(1)可靠度可靠度函數：P表示概率 56(2)不可靠度不可靠度函數：P表示概率可靠度與不可靠度的關系57(3)失效密度物理意義：在單位時間內，于時刻t失效的概率成批儀表，表示壽命有tt+t之間的臺數占總臺數的百分比單臺，表示單位時間內，在tt+t之間發生故障的次數占試驗總次數的百分比58(4)失效率 正常工作到t時刻的儀表，在t時刻后的單位時間內

12、發生失效的概率。59(5)平均壽命MTTF：對不可修復產品，指產品從開始工作到發生失效前的平均工作時間。MTBF：對可修復產品，指產品相鄰故障之間的平均工作時間。60平均壽命：壽命T的數學期望E（T）設壽命T的概率分布平均壽命用可靠度R（t）計算61系統可靠性系統：由若干組件按一定結構組合而成，并能完成某種功能的總體。系統與單元之間的關系：串聯系統并聯系統混聯系統冗余系統子系統： 系統的組件、部件稱作“單元”或“子系統”。62(1)串聯系統串聯系統S由n個單元元件串聯組成，只要其中任意一個失效，則整個系統失效。63事件Ai表示各單元器件正常。事件AS表示系統正常正常事件的概率，即是可靠度函數當系統和單元服從負指數分布時，系統的平均壽命為64(2)并聯系統并聯系統S由n個單元元件并聯組成，只要其中任意一個元件正常工作，則整個系統正常工作。只有當所有單元失效時系統才失效。65事件Ai表示各單元器件失效。事件AS表示系統失效不可靠度函數當系統和單元服從負指數分布時，系統的平均壽命為可靠度函數并聯系統66(3)混聯系統應用串聯或并聯系統的可靠度公式可算出混聯系