第一章 主动化操控体系概述 3 主动操控体系组成 ? 手动操控与主动操控比照 蒸汽 液位计 汽包 蒸汽 液位 液位 传感器 操控器 汽包 LT LT 省煤器 软水 给水阀门 省煤器 软水 给水阀门 主动操控进程：丈量→比较→履行 ? 主动操控体系组成 手动操控进程：调查→比较→操作 设定值 r(t) 操控器 比较 + 差错 e(t) 操控设备 操控 u(t) - = r(t)- y(t) y(t)- r(t) 丈量值 y(t) 扰动 f(t) 广义目标 履行器 操作变量 q(t) 进程 被控变量 c(t) 检测原件、变送器 输入变量：体系设定值。 输出变量：被操控变量。 操控变量：操作变量。由操控器改动的量或状况。 反 馈：输出变量经过检测外表送回输入端，与输入变量进行比较。 扰 动：对体系的输出量发生晦气影响的要素或信号。 4 主动操控体系分类 按体系结构特色分类 按设定值特色分类 ① 闭环操控体系(有反应) ② 开环操控体系(无反应) ③ 定值操控体系 ④ 随动操控体系 ⑤ 程序操控体系 5 主动操控体系的过渡进程 静态：体系输入(设定值和扰动)稳定不变时若整个体系树立了平衡，体系各 环节暂不动作，它们的输出处于相对中止状况，称为静态或定态。 动态：输入改动后，体系从初始的平衡状况，经过操控到树立新的平衡，系 统各环节将处于改动进程之中，这种状况称为动态。 过渡进程：输入改动后，被操控量随时刻改动的进程。 6 主动操控体系的质量目标 余差 e(∞)： 过渡进程终了时设定值与被控量稳态值之差。 第二章 进程特性 1 进程特性类型 进程特性：被控进程的输入变量(操作变量或扰动变量)发生改动时，输出变量随 时刻的改动规则。 输入变量作阶跃改动时被控变量的时刻特性用图形表明为呼应曲线(操控通 道呼应曲线、扰动通道呼应曲线)。 进程特性类型： 1 自衡的非震动进程，2 无自衡的非震动进程，3 自衡的震动进程，4 具有反向特 性的进程 第三章 检测变送 1 概述 P22 ? 检测元件：灵敏元件、传感器。将工艺变量转化成以之对应的输出信号 （一次外表）。 二次外表：将变送器和显示设备称为二次外表 ? 丈量差错：被测值与实在值之间的不同 ①绝对差错：外表指示值与被测的真值之差 ? ? x ? x0 ②相对差错：引证差错。绝对差错与量程之比 ? ? ?(X ? X0) 标尺上限- 标尺下限 ?100% ③答应差错：外表最大引证差错。 ? 外表性能目标： ?max ? ?（X ? X ） 0 max 标尺上限- 标尺下限 ?100% ①精确度：外表精度 精度等级(±%) 0.005 0.002 0.05 0.1 0.2 0.4 0.5 1.0 1.5 2.5 4.0 选型：上限值=被测值×4/3~3/2，动摇时×3/2~2 ? 外表精度核算：P23 例题 ①依据外表差错断定外表精度 ②依据工艺要求挑选外表精度 2 温度检测 ? 热电偶 ①测温原理：P26 ③热电偶补偿导线 用价格便宜、热电性质与热电偶相同的导线将冷端延伸到恒温、低温的当地 ④热电偶参比端补偿（冷端补偿）：将冷端电势补偿到 0℃时的电势 ? 热电阻 测温原理：导体的电阻跟着温度的改动而改动 电磁流量计：依据电磁感应规则。流体在磁场中做笔直方向活动切开磁力线时， 会发生感应电动势 ，电动势巨细与流体流速成正比。 6 pH/ORP 检测 P53 结构原理 K C l溶液 玻璃电极 内参比电极 参比电极 K C l溶液 多孔陶瓷 P t电极 内参比电极 参比电极 多孔陶瓷 pH 测定用复合电极 ORP 测定用复合电极 2.303RT E ? Es ? F k( pHs ? pH ) 7 DO 检测 P54 ? 结构原理 阳极 Ag+Cl-→AgCl+2e阴极 O2+2H2O+4e→4OH- i ? KnFA pm L co 0.6V + 输出 - A g阳极 K C l溶液 8 TOC 检测 A u阴极 聚四氟乙烯膜 紫外/过硫酸盐氧化法测定 TOC 原理 ①样品首要被酸化，水中的总无机碳变成二氧化碳，再用载气将二氧化碳吹 出； ②在水样中参加过硫酸盐，用紫外光进行氧化，此刻水中 TOC 被彻底氧化成 二氧化碳； ③再用载气将二氧化碳带入红外检测器检测二氧化碳浓度，换算出 TOC 浓度 9 COD 检测 重铬酸钾氧化法测定 COD 原理。 1.水样参加硫酸汞(屏蔽 Cl-搅扰)、硫酸-硫酸银(酸催化剂)、重铬酸钾，加热至 175℃消解 20min，重铬酸钾氧化有机物变成三价铬； 2. 经过测定剩下六价铬(420nm)或生成的三价铬(610nm) 的吸光度值与水样 COD 值树立的联系，来测定水样 COD 值。 10 变送器 P62 量程搬迁： 使变送器输出信号上限 ymax 与丈量规划上限 xmax 相对应 实质：改动 x-y 特性曲线的斜率 办法：调整反应系数 F 或转化系数 C 零点搬迁 使变送器输出信号下限 ymin 与丈量规划下限 xmin 相对应 实质：左右平移 x-y 特性曲线 办法：输入信号中叠加一个偏移量 热电阻三线 r +- + Rt -r r -+ Vz + + -R1 + R2 + V t R3 - R4 - Vf + + Vt IC 1 - R5 三线制效果：抵消热电阻的衔接导线电阻引起的差错 第五章 履行器 1 履行器组成及分类 履行器的效果： 接纳操控器输出的操控信号，改动操作变量，使生产进程按预 定要求正常进行 履行器的组成： 履行组织--将操控器输出的操控信号转化成推力或位移 调理组织--依据履行组织的输出信号去改动能量或物料运送量 履行器的分类： ①电动履行器：以电力为驱动动力。防爆差，分立结构， 履行组织分角行程和直行程，沟通电机驱动+方位伺服。 ②气动履行器：以紧缩气体为驱动动力。防爆好，全体结构，履行组织分薄膜式 和活塞式，气压驱动。 ③液动履行器：以压力液体为驱动动力。粗笨，少用 4 气动薄膜操控阀的流量特性 P90 流量特性：调理介质的相对流量与相对开度之间的数学联系即 Q = f (L) 抱负流量特性：操控阀的前后压差坚持不变时的流量特性 ①线性流量特性 相对流量与相对开度成直线联系 ②对数流量特性 行程等差改动，相对流量等比改动 ③快开流量特性 开端快然后慢 第六章 操控器 操控器的操控规则： 操控器的输出信号 u(t)随输入信号 e(t)的改动规则。 操控规则品种：①双位操控 ②份额操控 P ③积分操控 I ④微分操控 D ②份额操控：操控器的输出与差错成正比 份额操控增益： Kc ? ?u(t) / e(t) 比 例 度：? ? e / ?u Zmax ? Zmin umax ? umin ?u(t) ? Kce(t) 输入量程 输出量程 单元组合外表中，输入和输出都是统一标准信号： δ =1 / Kc ×100% 例 1：某份额调理器输入和输出信号均为 4~20mA。当输入信号从 10mA 变为 11mA 时，输出信号从 8mA 变为 12mA，求份额增益 Kc 和份额度δ 。 解： Kc ? ?u(t) / e(t) ? (12 ? 8) /(11 ?10) ? 4 ? ? 1/ Kc ?100 % ? 1/ 4?100 % ? 25% 例 2：某份额调理器输入信号为 1~5V，输出信号为 4~20mA 。当输入信号从 2V 变为 2.5V 时，输出信号从 8mA 变为 12mA，求份额度δ 解： ?? e / ?u ?100 % Zmax ? Zmin umax ? umin ? ? 2.5 ? 2 / 12 ? 8 ?100% ? 0.5 / 4 ?100% ? 50% 5 ?1 20 ? 4 4 16 习题：某份额调理器输入信号 4~20mA，输出信号 1~5V。当份额度δ = 50% 时， 输入信号改动 6mA 所引起的输出信号改动量是多少？ 份额操控 P 份额度δ =1 / Kc ×100%（单元组合外表） δ 越大，过渡曲线越平稳，平衡时刻越长，余差越大 δ 越小，振动程度越强，平衡时刻越短，余差越小 δ 过小，体系继续振动 份额积分操控 PI TI 越大，特性曲线越平整，积分效果越弱，余差消除慢 TI 越小，特性曲线越峻峭，积分效果越强，余差消除快，振动加重 例题：某份额积分操控器份额增益 Kc=2，积分时刻 TI=20s，操控器输出为 4mA。 现忽然施加 1mA 的阶跃信号，求经过 40s 时该操控器的输出信号值 。 解： ? ?u(t ) ? K c ? ?e(t ? ) ? 1 TI t ? 0 e(t )dt ? ? ? ?u(t ) ? 2 ? ???1 ? 1 20 40 1? 0 dt??? ? 2 ? ???1 ? 1 20 (40 ? 0)??? ? 6mA u ? u0 ? ?u ? 4 ? 6 ? 10mA 份额微分操控 PD 抱负特性： ?u(t) ? Kc ???e(t) ? TD de(t) ? dt ?? TD 过小，微分效果过小，对体系操控目标影甚微； TD 适宜，微分效果恰当，对体系操控目标有很大改进； TD 过大，微分效果过强，导致体系剧烈振动； 实践特性： ?u(t) ? Kc ? ?? A ? A( K D ?1) exp( ? t T )??? KD—微分增益，T = TD / KD 份额微分操控 PID 抱负特性： ? ?u (t ) ? Kc ? ?e(t ? ) ? 1 TI t 0 e(t)dt ? TD de(t ) ? dt ? ? 实践特性： ?u(t) ? KC ? ? ? A ? 1 TI A ? t ? A( K D ?1) exp(? KDt TD ? )? ? 习题：某份额积分操控器份额度δ =50%，积分时刻 12s，微分时刻 120s，微分 增益=10。操控器输出为 4mA。现忽然施加 0.5mA 的阶跃信号，求经过 12s 时该 操控器的输出信号值 。 各进程常用的操控规则： 液位：要求不高，用 P 或 PI 流量：时刻常数小，丈量信号有噪声，用 PI 或加反微分 压力：时刻常数中小，用 P 或 PI 温度：容量滞后大，用 PID 5 集散操控体系 集散操控体系(Distributed Control System, DCS)：使用微处理机或微型核算机技 术对生产进程进行会集办理和涣散操控。 DCS 组态：①硬件组态：依据体系的规划和要求挑选硬件 ②软件组态：将体系供给的功用模块“衔接”起来到达进程操控的要求 长动操控 ：按下发动按钮时电动机滚动，直到按下中止按钮时电机停转。 发动 L1 L2 L3 1QF 1KM L1 中止 1FU 2SB 1SB 操控电路 1KM 1FR N 1KM 1FR PE M 3~ 主电路 ? 主动液位操控 ：液位高时主动发动，低时主动中止。 L1 L2 L3 1QF 1KM 1FR L1 1 1FU 1SA 7 3 1FR 1KM 2SB N 3 5 1SB 9 11 1KM 1HY 毛病报警 1HG 运转指示 1KM 13 1FR N 手动操控 PE 1LS 15 M 3~ 1SA: 手动-主动切换 1LS: 浮球液位开关 液位操控 2 PLC 的组成 中央处理单元 （CPU）：CPU 为整个 PLC 的中心，一般由操控器、运算器和 寄存器组成。CPU 经过地址总线、数据总线、操控总线与存储单元、输入输出 接口电路衔接。CPU 的功用：从存储器中读取指令，履行指令，取下一条指令， 处理中止。 存储器 （RAM、ROM） ：存储器首要用于寄存体系程序、用户程序及作业 数据。寄存体系软件的存储器称为体系程序存储器;寄存应用软件的存储器称为 用户程序存储器；寄存作业数据的存储器称为数据存储器。常用的存储器有 RAM、EPROM 和 EEPROM。 输入输出单元（I/O 单元）：I/O 接口是 PLC 与输入/输出设备衔接的部件。输入 接口承受输入设备（按钮、传感器、触点、行程开关等）的操控信号。输出接口 是将主机经处理后的成果经过功放电路去驱动输出设备（如触摸器、电磁阀、指 示灯等）。I/O 接口一般选用光电耦合电路，以削减电磁搅扰，然后提高了可靠性。 I/O 点数是 PLC 的一项首要技术目标，一般小型机有几十个点，中型机有几百个 点，大型机将超越千点。 电 源 ：电源是指为 CPU、存储器、I/O 接口等内部电子电路作业所装备 的直流开关稳压电源，一般也为输入设备供给直流电源。 编 程 器 ：编程器是 PLC 的最重要外围设备。使用编程器将用户程序送入 PLC 的存储器，还可以用编程器查看、修正程序，监督 PLC 的作业状况。在个人计 算机上增加恰当的硬件接口和软件包，即可用个人核算机对 PLC 编程。 3 PLC 的作业原理 ? PLC 是选用“次序扫描，不断循环”的方法进行作业的。即在 PLC 运转时， CPU 依据用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循 环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开端逐条履行，直至程序完毕。 然后从头回来第一条开端下一轮扫描。 ? PLC 的一个扫描周期必经输入采样、程序履行和输出改写三个阶段，小型 PLC 的扫描周期为十几至几十毫秒 。 中止状况 内部 处理 与编程器、计 算机等通讯 输入 扫描 履行用 户程序 输出 改写 运转状况 7 PLC 的编程言语 梯形图：是一种从继电触摸操控电路图演化而来的图形言语。它是凭借类似于继 电器的动合、动断触点、线圈以及串、并联等术语和符号，依据操控要求联接而 成的表明 PLC 输入和输出之间逻辑联系的图形，直观易懂。梯形图中常用 或 图形符号别离表明 PLC 编程元件的动合和动断触点；用 -( )- 表明它们的线圈。 梯形图中编程元件的品种用图形符号及标示的字母或数加以差异。触点和线圈等 组成的独立电路称为网络。 1SB 2SB I0.0 I0.1 1M PLC 1KM Q0.0 1L L1 N 操控接线KM 继电器操控接线.0 PLC操控接线图 梯形图

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