第二章术语和指标.pptx

第一节名词术语第一节名词术语一、调节与控制一、调节与控制 有有三三种种理理解解，本本书书以以第第一一种种理理解解为为准准，即即控控制制包包含含了了调调节节，凡凡是是用用到到“调调节节”的的字字眼一律改为控制。眼一律改为控制。二、变送器二、变送器变送器指通过检测元件变送器指通过检测元件(传感器传感器)接受被测变接受被测变量量(参数参数)信号并将它转换成通用的标准输出信号并将它转换成通用的标准输出信号的仪表。信号的仪表。变送器与传感器的主要区别是变送器输出变送器与传感器的主要区别是变送器输出的是标准信号，而传感器输出的信号则不的是标准信号，而传感器输出的信号则不一定是标准的。一定是标准的。三、被调对象和被调参数三、被调对象和被调参数工业生产用到的各种设备，多半有物质或能量工业生产用到的各种设备，多半有物质或能量进出。例如，水箱就是有物质进出的设备，电进出。例如，水箱就是有物质进出的设备，电动机就是有能量进出的设备，热交换器就是既动机就是有能量进出的设备，热交换器就是既有物质又有能量进出的设备。有物质又有能量进出的设备。为了保证这些设备工作在安全经济状态，必须为了保证这些设备工作在安全经济状态，必须对其中的某个参数进行调节，如水箱里的液位、对其中的某个参数进行调节，如水箱里的液位、电动机的转速、热交换器的出口温度等。电动机的转速、热交换器的出口温度等。这些参数就是这些参数就是“被调参数被调参数”，或称为，或称为“被调变被调变量量”、“被控变量被控变量”，有关的设备就是，有关的设备就是“被调被调对象对象”或或“被控对象被控对象”。四、设定值四、设定值设定值也叫给定值，是为了达到安全高效生设定值也叫给定值，是为了达到安全高效生产的目标，希望被调参数保持的数值。产的目标，希望被调参数保持的数值。如果实际被调参数偏离了这个值就需要进行如果实际被调参数偏离了这个值就需要进行调节，而调节的最终结果应该将它调回到这调节，而调节的最终结果应该将它调回到这个目标值上来。个目标值上来。如果设定值是恒定不变的，希望自动调节系如果设定值是恒定不变的，希望自动调节系统把被调参数维持在恒定的数值上，这样的统把被调参数维持在恒定的数值上，这样的自动调节称为自动调节称为“定值调节定值调节”。如果设定值随时间连续变化，希望被调参数如果设定值随时间连续变化，希望被调参数靠自动调节系统跟着设定值一起改变，这样靠自动调节系统跟着设定值一起改变，这样的自动调节就称为的自动调节就称为“随动调节随动调节”。五、扰动五、扰动 如果被调对象和外界没有物质或能量的进出，如果被调对象和外界没有物质或能量的进出，或者虽有进出却处于稳定的平衡状态，就没必或者虽有进出却处于稳定的平衡状态，就没必要进行调节。要进行调节。例如：例如：当水箱没有液体进出时，其液位永远不会改变。当水箱没有液体进出时，其液位永远不会改变。即使有进有出，但是进出平衡时，液位也不会即使有进有出，但是进出平衡时，液位也不会改变。改变。电动机的电源和负载都稳定时，其转速不会改电动机的电源和负载都稳定时，其转速不会改变。变。热交换器的进口流量、温度、出口流量都不变热交换器的进口流量、温度、出口流量都不变时，出口温度也不会变化。时，出口温度也不会变化。但实际运行中的生产设备总免不了受到各种各但实际运行中的生产设备总免不了受到各种各样的干扰。样的干扰。例如：负载的变化、电源电压的波动、原料质例如：负载的变化、电源电压的波动、原料质量或数量的变化，甚至环境条件的改变等，归量或数量的变化，甚至环境条件的改变等，归根到底是物质流或能量流的波动，这些都会破根到底是物质流或能量流的波动，这些都会破坏被调参数的稳定。所有这一切对稳定不利的坏被调参数的稳定。所有这一切对稳定不利的消极因素统称为消极因素统称为“扰动扰动”。如果扰动产生在系统的内部，称为内部扰动；如果扰动产生在系统的内部，称为内部扰动；反之，当扰动产生在系统的外部时，则称为外反之，当扰动产生在系统的外部时，则称为外部扰动。外部扰动是系统的输入量。部扰动。外部扰动是系统的输入量。六、偏差六、偏差出现扰动的结果是使被调参数偏离设定值。出现扰动的结果是使被调参数偏离设定值。偏离的程度用偏离的程度用“偏差偏差”的大小来衡量，偏差的大小来衡量，偏差的方向用偏差的符号来表示。例如，被调对的方向用偏差的符号来表示。例如，被调对象是过热器，被调参数是温度，设定值是象是过热器，被调参数是温度，设定值是540，实际温度是，实际温度是535，偏差就是，偏差就是5。反之为反之为+5。由此可见，偏差的定义是：。由此可见，偏差的定义是：偏差偏差=实际被调参数设定值实际被调参数设定值 (2-1)或或 偏差偏差=设定值实际被调参数设定值实际被调参数 (2-2)如如果果是是人人工工调调节节，首首先先应应该该判判断断被被调调参参数数是是否否合合适适，才才能能决决定定要要不不要要加加以以调调节节，往往哪哪个个方方向向调调节节，调调节节多多少少。实实际际上上就就是是根根据据偏偏差差指指导导人人的的调调节节行行为为，从从而及时有效地抑制扰动，使被调参数恢复正常。而及时有效地抑制扰动，使被调参数恢复正常。自自动动调调节节也也是是如如此此，只只不不过过是是用用检检测测仪仪表表代代替替人人的的观观察察，用用自自动动调调节节器器里里的的运运算算代代替替人人的的判判断断和和决决策策，用用执执行行器器代代替替人人手手操操作作。总总之之，偏偏差差是是调调节节动动作作的的依依据据。偏偏差差的的有有无无决决定定要要不不要要调调节节，偏偏差差的的正正负负决决定往哪个方向调节，偏差的大小决定调节多少。定往哪个方向调节，偏差的大小决定调节多少。绝绝大大多多数数自自动动调调节节任任务务实实质质上上就就是是要要使使偏偏差差自自动动减减少少甚甚至至消消除除。经经过过自自动动调调节节，如如果果仍仍没没有有把把偏偏差差完完全全消消除除，则则其其剩剩余余部部分分叫叫做做“残残余余偏偏差差”，也也叫叫“余差余差”或或“静差静差”。七、七、PID控制控制PID控制表示比例控制表示比例(P)-积分积分(I)-微分微分(D)控制，控制，理想理想PID控制的数学表示式为：控制的数学表示式为：(2-3)式中：为控制器输出；为控制器输入式中：为控制器输出；为控制器输入(测量测量值与设定值的差值，即偏差值与设定值的差值，即偏差)；为控制器比；为控制器比例增益；例增益；TI为积分时间；为积分时间；TD为微分时间。为微分时间。所谓增益，是指调节器的输出相对变化量所谓增益，是指调节器的输出相对变化量与相应输入的相对变化量之比。与相应输入的相对变化量之比。有时也用比例度或比例带或表示比例作用有时也用比例度或比例带或表示比例作用的强弱，比例带等于增益的倒数乘以的强弱，比例带等于增益的倒数乘以100 积分时间的定义：积分时间的定义：当当PI调节器的输入变量为阶跃变化时，自阶调节器的输入变量为阶跃变化时，自阶跃起始到输出变量达到施加阶跃时刻输出跃起始到输出变量达到施加阶跃时刻输出值的两倍时为止的时间。值的两倍时为止的时间。也可以理解为：在偏差阶跃输入作用下，也可以理解为：在偏差阶跃输入作用下，调节器的输出达到比例输出两倍时所经历调节器的输出达到比例输出两倍时所经历的时间，即为积分时间。的时间，即为积分时间。微分控制依据偏差变化速度来动作，它的微分控制依据偏差变化速度来动作，它的输出与输入偏差变化的速度成比例，其作输出与输入偏差变化的速度成比例，其作用是阻止被控变量的一切变化，有超前调用是阻止被控变量的一切变化，有超前调节的作用，对滞后大的对象有很好的效果。节的作用，对滞后大的对象有很好的效果。八、操纵变量八、操纵变量操纵变量也称调节变量或操作量、控制变操纵变量也称调节变量或操作量、控制变量、控制量。决定被控变量的物理量称为量、控制量。决定被控变量的物理量称为操纵变量，或由控制操纵变量，或由控制(调节调节)作用改变去控制作用改变去控制被控变量的物理量称为操纵变量。操纵变被控变量的物理量称为操纵变量。操纵变量是调节器对生产设备施加影响以抑制扰量是调节器对生产设备施加影响以抑制扰动的操纵信号。有相当多的调节器用于调动的操纵信号。有相当多的调节器用于调节管路里的流体，其操纵变量决定阀门的节管路里的流体，其操纵变量决定阀门的开度，这时的操纵变量也叫开度，这时的操纵变量也叫“阀位指令阀位指令”。九、前馈调节与反馈调节九、前馈调节与反馈调节反馈调节是根据被控变量的偏差进行调节的。反馈调节是根据被控变量的偏差进行调节的。当系统受到扰动后，只有等到被控变量变化当系统受到扰动后，只有等到被控变量变化并出现偏差时调节器才起作用，而被调对象并出现偏差时调节器才起作用，而被调对象总是存在惯性和迟延的，所以从扰动出现到总是存在惯性和迟延的，所以从扰动出现到被控变量出现偏差要有一定的时间，故调节被控变量出现偏差要有一定的时间，故调节作用落后于扰动，调节过程中必然会产生动作用落后于扰动，调节过程中必然会产生动态偏差。态偏差。前馈调节不是根据偏差而是根据扰动进行调前馈调节不是根据偏差而是根据扰动进行调节的，因此，前馈调节就有可能及时地消除节的，因此，前馈调节就有可能及时地消除扰动的影响而使被控变量基本保持不变。直扰动的影响而使被控变量基本保持不变。直接根据造成被控变量偏差的原因进行的调节接根据造成被控变量偏差的原因进行的调节称为前馈调节。称为前馈调节。十、正作用和反作用十、正作用和反作用如果调节器的输出变量随被控变量的增大如果调节器的输出变量随被控变量的增大而增大，就叫做正作用。反之，若调节器而增大，就叫做正作用。反之，若调节器的输出变量随被控变量的增大而减小，就的输出变量随被控变量的增大而减小，就叫做反作用。叫做反作用。设置调节器正反作用的目的是保证控制系设置调节器正反作用的目的是保证控制系统成为负反馈。负反馈准则要求控制系统统成为负反馈。负反馈准则要求控制系统开环总增益为正，因为系统已设计为负反开环总增益为正，因为系统已设计为负反馈，所以系统各环节放大倍数乘积（即开馈，所以系统各环节放大倍数乘积（即开环系统放大倍数环系统放大倍数K）为正才能保证负反馈。）为正才能保证负反馈。十一、检定与校准十一、检定与校准运行中的测量仪表由于多种原因，可能会运行中的测量仪表由于多种原因，可能会导致测量性能的改变，因而有必要对其进导致测量性能的改变，因而有必要对其进行定期检定和校准。行定期检定和校准。检定是为评定测量仪表的测量性能检定是为评定测量仪表的测量性能(准确度、准确度、稳定度、灵敏度等稳定度、灵敏度等)，并确定其是否合格所，并确定其是否合格所进行的全部工作。进行的全部工作。校准也称校验，是确定测量仪表示值误差校准也称校验，是确定测量仪表示值误差(必要时也包括确定其他测量性能必要时也包括确定其他测量性能)的全部工的全部工作。作。十二、手持终端十二、手持终端 手持终端也称（远程）通信器、手操器、手持终端也称（远程）通信器、手操器、编程器或组态器，是一个由干电池供电可编程器或组态器，是一个由干电池供电可以随身携带的专用计算机，它的功能极强，以随身携带的专用计算机，它的功能极强，可以远距离对单回路调节器、智能变送器、可以远距离对单回路调节器、智能变送器、智能执行器进行组态、校验、运行监视、智能执行器进行组态、校验、运行监视、事故诊断和修改操作。它的外形如同放大事故诊断和修改操作。它的外形如同放大了的计算器或手机，通信距离一般可远达了的计算器或手机，通信距离一般可远达1.6km。十三、现场总线十三、现场总线 现场总线是安装在生产现场的仪表和控现场总线是安装在生产现场的仪表和控制室内的仪表或装置之间的数字式串行通制室内的仪表或装置之间的数字式串行通信链路。信链路。安装在生产现场的仪表和控制室内（上位安装在生产现场的仪表和控制室内（上位机）之间的电缆（双绞线、同轴电缆、光机）之间的电缆（双绞线、同轴电缆、光缆），也称串行通信链路。缆），也称串行通信链路。十四、组态十四、组态对于数字控制仪表，组态可以分为两个主对于数字控制仪表，组态可以分为两个主要方面：硬件组态要方面：硬件组态(又叫配置又叫配置)和软件组态。和软件组态。硬件的配置对不同的系统差别甚大，而且硬件的配置对不同的系统差别甚大，而且一般是根据现场的具体要求而定。例如，一般是根据现场的具体要求而定。例如，智能变送器的智能变送器的LCD液晶显示器或本机调整液晶显示器或本机调整装置，就是可选择使用的硬件配置，即根装置，就是可选择使用的硬件配置，即根据实际工作情况进行取舍。据实际工作情况进行取舍。软件组态的内容比硬件配置丰富得多，它有软件组态的内容比硬件配置丰富得多，它有DCS的组态、变送器的组态和执行器的组态的组态、变送器的组态和执行器的组态DCS的组态包括：的组态包括：数据库的生成数据库的生成历史库的生成历史库的生成图形生成图形生成控制组态生成控制组态生成DCS的组态（或控制器的组态）就是向用户的组态（或控制器的组态）就是向用户存储器中增加、修改和删除功能块的操作。存储器中增加、修改和删除功能块的操作。变送器的组态包括：变送器的组态包括：变送器的标签号变送器的标签号输出形式输出形式阻尼时间常数阻尼时间常数工程单位工程单位上限值上限值下限值下限值把这些数据参量写到变送器的存储器之中称把这些数据参量写到变送器的存储器之中称为变送器的组态为变送器的组态执行器的组态包括：执行器的组态包括：阀位校验阀位校验阀位限值阀位限值力矩限值力矩限值由此看来，所谓软件组态就是对存储器的由此看来，所谓软件组态就是对存储器的写入操作。写入操作。硬件组态硬件组态 硬件的选择与配置硬件的选择与配置软件组态软件组态 是对存储器的写入操作。是对存储器的写入操作。第第二节性能指标二节性能指标一、准确性（精确度）一、准确性（精确度）仪仪表表的的准准确确性性用用准准确确度度表表示示，准准确确度度是是变变送送器器最最主主要要的的技技术术指指标标，它它是是指指仪仪表表在在规规定定的的参比工作条件下的最大基本误差。参比工作条件下的最大基本误差。变送器的基本误差是以引用误差的最大值来变送器的基本误差是以引用误差的最大值来表示的，引用误差表示的，引用误差的计算公式为的计算公式为绝对误差绝对误差某采购员分别在三家商店购买某采购员分别在三家商店购买100kg大米、大米、10kg苹果、苹果、1kg巧克力，发现均少约巧克力，发现均少约0.5kg，问：该采，问：该采购员对哪个商店意见最大？是何原因？购员对哪个商店意见最大？是何原因？例如某温度计的刻度由例如某温度计的刻度由-50200，即其，即其测量范围为测量范围为250，若在这个测量范围内，最，若在这个测量范围内，最大测量误差不超过大测量误差不超过2.5？其相对百分误差？其相对百分误差为多少？为多少？用用精精确确度度表表示示，即即“相相当当于于被被测测变变量量真真实实值的正确量度值的正确量度”。如如果果量量程程为为100，精精确确度度为为0.5，求求绝绝对误差。对误差。绝对误差即测量值与真实值的误差绝对误差即测量值与真实值的误差 绝对误差绝对误差=0.5 1000.5二、线性误差、变差和重复性二、线性误差、变差和重复性线性误差有时也叫非线性误差，它是指校线性误差有时也叫非线性误差，它是指校验曲线和相应直线（线性曲线）之间的最验曲线和相应直线（线性曲线）之间的最大偏差大偏差;线性曲线线性曲线校验曲线校验曲线变差也叫回差，它是指输入上升和下降时，变差也叫回差，它是指输入上升和下降时，同一输入值两个相应输出值之间的最大偏同一输入值两个相应输出值之间的最大偏差。这里要注意的是，输入上升一定要从差。这里要注意的是，输入上升一定要从0开始上升，同样输入下降一定要从开始上升，同样输入下降一定要从100开始下降。如果输入只在被校点上下稍稍开始下降。如果输入只在被校点上下稍稍改变一下，则所得的变差是不正确的，不改变一下，则所得的变差是不正确的，不是仪表的最大变差是仪表的最大变差;重复性误差又称复现性误差，它是指在同重复性误差又称复现性误差，它是指在同一工作条件下，对同一输入值按同一方向一工作条件下，对同一输入值按同一方向连续多次测量的差值。连续多次测量的差值。灵敏度三、三、MTBF平均无故障工作时间（平均无故障工作时间（MTBF）是仪表两次故障）是仪表两次故障间隔内有效工作时的平均值。设有间隔内有效工作时的平均值。设有N个控制仪表个控制仪表经受试验，在时间经受试验，在时间T内仪表故障总次数（失效总次内仪表故障总次数（失效总次数）为数）为NF ，则观测到的，则观测到的MTBF为为 （2-6）【例例2-1】某电厂仪表班负责维修某电厂仪表班负责维修80台变送台变送器，它的平均无故障时间器，它的平均无故障时间MTBF为为5000h,试试估算一年内维修变送器的工作任务。估算一年内维修变送器的工作任务。解解 根据式（根据式（2-6）可求出一年内维修变送器）可求出一年内维修变送器的工作任务，设一年工作时间的工作任务，设一年工作时间T=24365=8760h,则则四、电磁兼容性四、电磁兼容性 按照国际上的一般说法，电磁兼容性的按照国际上的一般说法，电磁兼容性的定义是：定义是：“电子系统在规定的电磁环境中电子系统在规定的电磁环境中按照设计要求而工作的能力按照设计要求而工作的能力”。仪表里的电子线路就是上述电子系统，它仪表里的电子线路就是上述电子系统，它必须和附近的其他电子设备共处，彼此不必须和附近的其他电子设备共处，彼此不产生有害影响，而自然界的雷电和地磁等产生有害影响，而自然界的雷电和地磁等环境对仪表电路也不应该有妨碍，这就是环境对仪表电路也不应该有妨碍，这就是在电磁环境中互相兼顾、互相容忍的意思。在电磁环境中互相兼顾、互相容忍的意思。仪表是测量和处理微小信号的，附近强电仪表是测量和处理微小信号的，附近强电设备产生的电磁波和自然界的雷电都有很设备产生的电磁波和自然界的雷电都有很大的干扰能量，必须使仪表具备足够的抗大的干扰能量，必须使仪表具备足够的抗干扰能力，才能抑制外界干扰，保证正常干扰能力，才能抑制外界干扰，保证正常发挥其自身的功能，所以仪表的电磁兼容发挥其自身的功能，所以仪表的电磁兼容性实质上就是抗干扰问题。性实质上就是抗干扰问题。五、耐环境影响性五、耐环境影响性 热工控制仪表并不都是安装在单元控制室里的。热工控制仪表并不都是安装在单元控制室里的。从今后发展来看，绝大部分的仪表都要安装在现场。从今后发展来看，绝大部分的仪表都要安装在现场。现场安装的仪表及处于运输、保存中的仪表，可能现场安装的仪表及处于运输、保存中的仪表，可能受到高温、严寒、高湿、强腐蚀、剧烈振动等危害。受到高温、严寒、高湿、强腐蚀、剧烈振动等危害。仪表是精密设备，对环境因素十分敏感。仪表是为仪表是精密设备，对环境因素十分敏感。仪表是为获得信息而工作的，在不良环境下，尽管未对仪表获得信息而工作的，在不良环境下，尽管未对仪表造成损坏，但其输出信号丧失了精确性，也失去了造成损坏，但其输出信号丧失了精确性，也失去了意义，尤其是直接参与生产过程的自动化仪表，如意义，尤其是直接参与生产过程的自动化仪表，如因不耐环境而提供了虚假信号，后果将是很严重的。因不耐环境而提供了虚假信号，后果将是很严重的。仪表制造厂在产品说明中给出的性能指标，很多都仪表制造厂在产品说明中给出的性能指标，很多都是属于耐环境设计方面的，如环境温度、环境湿度、是属于耐环境设计方面的，如环境温度、环境湿度、工作压力工作压力(大气压力下的大气压力下的)、电源电压变动影响和电磁、电源电压变动影响和电磁辐射干扰等。辐射干扰等。在恶劣环境下使用的热工控制仪表，其外在恶劣环境下使用的热工控制仪表，其外壳必须有足够的防护能力，主要针对防固壳必须有足够的防护能力，主要针对防固体异物、防水、防尘的能力。应规定科学体异物、防水、防尘的能力。应规定科学的试验方法，给出相应的防护等级。我国的试验方法，给出相应的防护等级。我国参照参照IEC529国际标准，颁布了国家标准国际标准，颁布了国家标准GB4208外壳防护等级的分类外壳防护等级的分类，规定仪，规定仪表防护等级代号由特征字母表防护等级代号由特征字母IP及其后的两个及其后的两个特征数字组成。特征数字组成。防护能力。防护能力。防护等级防护等级 IP54，IP：防护等级的特征字母：防护等级的特征字母5表示具有防尘能力。表示具有防尘能力。4表示具有防溅能力。表示具有防溅能力。IP54该该仪仪表表的的外外壳壳，但但并并不不是是绝绝对对无无尘尘埃埃进进入入，而而是是进进入入量量不不妨妨碍碍工工作作；还还表表示示其其外外壳壳具具有有防防溅溅能能力力，任任何何方方向溅水对工作无害。向溅水对工作无害。