儀表基礎(chǔ)知識(韓)

1、巴陵石化職工培訓(xùn)學(xué)校巴陵石化職工培訓(xùn)學(xué)校( (黨校黨校) ) PID參數(shù)整定主講：韓輝主講：韓輝儀表基礎(chǔ)知識培訓(xùn)課程儀表基礎(chǔ)知識培訓(xùn)課程儀表基礎(chǔ)知識儀表基礎(chǔ)知識 化工儀表及自動化化工儀表及自動化巴陵石化職工培訓(xùn)學(xué)校巴陵石化職工培訓(xùn)學(xué)校( (黨校黨校) ) 1、測量誤差概念、測量誤差概念誤差的分類誤差的分類: 按誤差數(shù)值表示的方法分為：絕對按誤差數(shù)值表示的方法分為：絕對誤差、相對誤差、引用誤差誤差、相對誤差、引用誤差. 按誤差出現(xiàn)的規(guī)律分為：系統(tǒng)誤差按誤差出現(xiàn)的規(guī)律分為：系統(tǒng)誤差（規(guī)律誤差）、隨機誤差（偶然誤差）、（規(guī)律誤差）、隨機誤差（偶然誤差）、疏忽誤差（粗大誤差）疏忽誤差（粗大誤差）.儀表

2、基礎(chǔ)知識儀表基礎(chǔ)知識 化工儀表及自動化化工儀表及自動化巴陵石化職工培訓(xùn)學(xué)校巴陵石化職工培訓(xùn)學(xué)校( (黨校黨校) ) 真值與約定真值（近似真值）、相對真值真值與約定真值（近似真值）、相對真值（標準表示值）（標準表示值）. 儀表的精度等級是指基本誤差（儀表在規(guī)儀表的精度等級是指基本誤差（儀表在規(guī)定參比工作條件下，即標準工作條件下的定參比工作條件下，即標準工作條件下的最大誤差）的最大允許值最大誤差）的最大允許值. 精度精度=（最大誤差（最大誤差/測量范圍）測量范圍）*100%儀表基礎(chǔ)知識儀表基礎(chǔ)知識 化工儀表及自動化化工儀表及自動化巴陵石化職工培訓(xùn)學(xué)校巴陵石化職工培訓(xùn)學(xué)校( (黨校黨校) ) 2 化

3、工過程儀表的分類化工過程儀表的分類 按讀取測量值的位置可分為：按讀取測量值的位置可分為：就地測量儀表就地測量儀表:就地壓力表、溫度計、液位計、流量計等）就地壓力表、溫度計、液位計、流量計等）遠傳信號測量儀表遠傳信號測量儀表:各類變送器、位置開關(guān)等各類變送器、位置開關(guān)等. 按測量參數(shù)性質(zhì)可分為：分析、流量、物位（液位）、壓按測量參數(shù)性質(zhì)可分為：分析、流量、物位（液位）、壓力、溫度等力、溫度等.儀表基礎(chǔ)知識儀表基礎(chǔ)知識 化工儀表及自動化化工儀表及自動化巴陵石化職工培訓(xùn)學(xué)校巴陵石化職工培訓(xùn)學(xué)校( (黨校黨校) ) 按分析目的分為：安全檢測報警分析儀（可燃、按分析目的分為：安全檢測報警分析儀（可燃、有

4、毒氣體檢測）、成分分析儀表有毒氣體檢測）、成分分析儀表.成分分析儀的分類：離線分析儀（分析室儀器）、成分分析儀的分類：離線分析儀（分析室儀器）、在線分析儀（在線分析儀（COD分析儀、分析儀、PH計、計、F離子分析儀離子分析儀等）等）.3 分析儀表分析儀表儀表基礎(chǔ)知識儀表基礎(chǔ)知識 化工儀表及自動化化工儀表及自動化巴陵石化職工培訓(xùn)學(xué)校巴陵石化職工培訓(xùn)學(xué)校( (黨校黨校) ) 流量的概念：是指單位時間內(nèi)流過管道某一截面的流量的概念：是指單位時間內(nèi)流過管道某一截面的流體數(shù)量。流體數(shù)量。4、流量測量、流量測量質(zhì)量流量的常用單位有：質(zhì)量流量的常用單位有：kg/h、t/h等等體積流量的常用單位有：體積流量的

5、常用單位有：l/h、m3/h等等質(zhì)量流量質(zhì)量流量M=體積流量體積流量Q *流體密度流體密度儀表基礎(chǔ)知識儀表基礎(chǔ)知識 化工儀表及自動化化工儀表及自動化巴陵石化職工培訓(xùn)學(xué)校巴陵石化職工培訓(xùn)學(xué)校( (黨校黨校) ) 流體流動狀態(tài)的分類：流體流動狀態(tài)的分類：A、層流（雷諾數(shù)、層流（雷諾數(shù)Re2300） B、過渡流（、過渡流（2300Re4000） C、紊（湍）流（雷諾數(shù)、紊（湍）流（雷諾數(shù)Re4000）雷諾數(shù)是指流體慣性力與粘性力的比值。雷諾數(shù)是指流體慣性力與粘性力的比值。與流體有關(guān)的物理參數(shù)：與流體有關(guān)的物理參數(shù)： 溫度、壓力、密度、粘度、速度、流量等。溫度、壓力、密度、粘度、速度、流量等。 流體的

6、密度與溫度、壓力的關(guān)系：流體的密度與溫度、壓力的關(guān)系： 氣體的密度隨溫度的升高而減小、隨壓力的增大氣體的密度隨溫度的升高而減小、隨壓力的增大而增大，液體的密度主要隨溫度升高而減小、而與而增大，液體的密度主要隨溫度升高而減小、而與壓力關(guān)系不大。壓力關(guān)系不大。 儀表基礎(chǔ)知識儀表基礎(chǔ)知識 化工儀表及自動化化工儀表及自動化巴陵石化職工培訓(xùn)學(xué)校巴陵石化職工培訓(xùn)學(xué)校( (黨校黨校) ) 常用的流量測量儀表種類有：常用的流量測量儀表種類有：渦街流量計渦街流量計金屬管轉(zhuǎn)子流量計金屬管轉(zhuǎn)子流量計孔板節(jié)流裝置流量計孔板節(jié)流裝置流量計錐形管流量計錐形管流量計威力巴流量計威力巴流量計楔式流量計楔式流量計質(zhì)量流量計質(zhì)量

7、流量計電磁流量計電磁流量計儀表基礎(chǔ)知識儀表基礎(chǔ)知識 化工儀表及自動化化工儀表及自動化巴陵石化職工培訓(xùn)學(xué)校巴陵石化職工培訓(xùn)學(xué)校( (黨校黨校) ) 壓力單位：壓力單位：Pa 、 MPa、KPa.壓力表的分類：普通壓力表、真空壓力表、隔膜壓力表、膜壓力表的分類：普通壓力表、真空壓力表、隔膜壓力表、膜盒壓力表、膜片壓力表、特種壓力表（氧氣壓力表、氨壓力盒壓力表、膜片壓力表、特種壓力表（氧氣壓力表、氨壓力表等）、電接點壓力表、電阻遠傳壓力表、差壓表等表等）、電接點壓力表、電阻遠傳壓力表、差壓表等.壓力變送器的種類：表壓變送器、絕壓變送器、差壓變送器、壓力變送器的種類：表壓變送器、絕壓變送器、差壓變送器

8、、液位壓力變送器、流量差壓變送器等，根據(jù)傳感器原理可分液位壓力變送器、流量差壓變送器等，根據(jù)傳感器原理可分為：電容式變送器、單晶硅諧振式變送器、半導(dǎo)體電阻式變?yōu)椋弘娙菔阶兯推?、單晶硅諧振式變送器、半導(dǎo)體電阻式變送器等送器等.5 壓力測量壓力測量儀表基礎(chǔ)知識儀表基礎(chǔ)知識 化工儀表及自動化化工儀表及自動化巴陵石化職工培訓(xùn)學(xué)校巴陵石化職工培訓(xùn)學(xué)校( (黨校黨校) ) 根據(jù)測量原理不同可分為：壓力測量式、浮力測量式、雷根據(jù)測量原理不同可分為：壓力測量式、浮力測量式、雷達波反射式、超聲波反射式、核子輻射式、電容式等達波反射式、超聲波反射式、核子輻射式、電容式等.差壓液位差壓液位/界面變送器測量的公式：界

9、面變送器測量的公式：P=g h ，P=(1-2)gh ,差壓變送器的遷移量為：差壓變送器的遷移量為：P=P+ - P- ，儀表的調(diào)校范，儀表的調(diào)校范圍與其安裝高度無關(guān)。圍與其安裝高度無關(guān)。磁翻柱液位計、磁致伸縮液位計、浮標液位計都是根據(jù)恒磁翻柱液位計、磁致伸縮液位計、浮標液位計都是根據(jù)恒浮力原理進行測量的，有頂裝和側(cè)裝兩種形式，頂裝磁致浮力原理進行測量的，有頂裝和側(cè)裝兩種形式，頂裝磁致伸縮液位計由探測桿和抱探測桿上下浮動的浮子組成。伸縮液位計由探測桿和抱探測桿上下浮動的浮子組成。6 液位測量液位測量儀表基礎(chǔ)知識儀表基礎(chǔ)知識 化工儀表及自動化化工儀表及自動化巴陵石化職工培訓(xùn)學(xué)校巴陵石化職工培訓(xùn)學(xué)

10、校( (黨校黨校) ) 溫度測量的分類：熱電偶（溫度測量的分類：熱電偶（B、S、K、E、T等分度號）、等分度號）、熱電阻、雙金屬熱膨脹式溫度計等接觸式儀表，紅外線、熱電阻、雙金屬熱膨脹式溫度計等接觸式儀表，紅外線、熱輻射等非接觸式儀表熱輻射等非接觸式儀表.接觸式測溫儀表比較簡單、可靠，測量精度較高；但因接觸式測溫儀表比較簡單、可靠，測量精度較高；但因測溫元件與被測介質(zhì)需要進行充分的熱交金剛，幫需要測溫元件與被測介質(zhì)需要進行充分的熱交金剛，幫需要一定的時間才能達到熱平衡，所以存在測溫的延遲現(xiàn)象，一定的時間才能達到熱平衡，所以存在測溫的延遲現(xiàn)象，同時受耐高溫材料的限制，不能應(yīng)用于很高的溫度測量。同

11、時受耐高溫材料的限制，不能應(yīng)用于很高的溫度測量。7 溫度測量溫度測量PID參數(shù)整定參數(shù)整定化工儀表及自動化化工儀表及自動化巴陵石化職工培訓(xùn)學(xué)校巴陵石化職工培訓(xùn)學(xué)校( (黨校黨校) ) PID參數(shù)整定參數(shù)整定PID參數(shù)整定參數(shù)整定化工儀表及自動化化工儀表及自動化巴陵石化職工培訓(xùn)學(xué)校巴陵石化職工培訓(xùn)學(xué)校( (黨校黨校) ) PID控制的數(shù)學(xué)模型：控制的數(shù)學(xué)模型：G（S）=KP（1+1/TiS+TDS） P：比例度，：比例度，P=1/ KP，KP為系統(tǒng)增益或放大倍數(shù)，為系統(tǒng)增益或放大倍數(shù)，KP越越大則系統(tǒng)響應(yīng)速度越快，但會導(dǎo)致系統(tǒng)容易出現(xiàn)超調(diào)而發(fā)生大則系統(tǒng)響應(yīng)速度越快，但會導(dǎo)致系統(tǒng)容易出現(xiàn)超調(diào)而發(fā)生

12、振蕩，甚至發(fā)散；振蕩，甚至發(fā)散； I：積分時間，或者說復(fù)位時間，：積分時間，或者說復(fù)位時間，Ti越大，則系統(tǒng)調(diào)整時越大，則系統(tǒng)調(diào)整時間越長，達到穩(wěn)態(tài)的時間越長，系統(tǒng)表現(xiàn)的越穩(wěn)定；間越長，達到穩(wěn)態(tài)的時間越長，系統(tǒng)表現(xiàn)的越穩(wěn)定； D：微分時間，或置位時間，一般在大滯后系統(tǒng)中引入，：微分時間，或置位時間，一般在大滯后系統(tǒng)中引入，起超前作用以消除系統(tǒng)滯后影響，防止因反應(yīng)滯后帶來的更起超前作用以消除系統(tǒng)滯后影響，防止因反應(yīng)滯后帶來的更大的超調(diào)大的超調(diào).1 PID參數(shù)的含義參數(shù)的含義PID參數(shù)整定參數(shù)整定化工儀表及自動化化工儀表及自動化巴陵石化職工培訓(xùn)學(xué)校巴陵石化職工培訓(xùn)學(xué)校( (黨校黨校) ) 在實時控

13、制中，一般要求被控過程是穩(wěn)定的，對給在實時控制中，一般要求被控過程是穩(wěn)定的，對給定量的變化能夠迅速跟蹤，超調(diào)量要小且有一定的抗定量的變化能夠迅速跟蹤，超調(diào)量要小且有一定的抗干擾能力。一般要同時滿足上述要求是很困難的，但干擾能力。一般要同時滿足上述要求是很困難的，但必須滿足主要指標，兼顧其它方面。參數(shù)的選擇可以必須滿足主要指標，兼顧其它方面。參數(shù)的選擇可以通過實驗確定，也可以通過試湊法或者經(jīng)驗數(shù)據(jù)法得通過實驗確定，也可以通過試湊法或者經(jīng)驗數(shù)據(jù)法得到。下面對以上方法進行詳細地論述。到。下面對以上方法進行詳細地論述。2 調(diào)節(jié)器參數(shù)整定調(diào)節(jié)器參數(shù)整定PID參數(shù)整定參數(shù)整定化工儀表及自動化化工儀表及自動

14、化巴陵石化職工培訓(xùn)學(xué)校巴陵石化職工培訓(xùn)學(xué)校( (黨校黨校) ) PID控制器的參數(shù)整定不是唯一的，事實上比例、控制器的參數(shù)整定不是唯一的，事實上比例、積分和微分三部分作用相互影響。從應(yīng)用的角度看，積分和微分三部分作用相互影響。從應(yīng)用的角度看，只要被控對象主要指標達到設(shè)計要求即可。為此人們只要被控對象主要指標達到設(shè)計要求即可。為此人們根據(jù)長期的實踐經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，各種不同被控對象的根據(jù)長期的實踐經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，各種不同被控對象的PID的的參數(shù)都是有一定的范圍。這就給現(xiàn)場調(diào)試提供了一個參數(shù)都是有一定的范圍。這就給現(xiàn)場調(diào)試提供了一個基準?；鶞?。用經(jīng)驗數(shù)據(jù)法確定用經(jīng)驗數(shù)據(jù)法確定PID控制器參數(shù)控制器參數(shù):PID參

15、數(shù)整定參數(shù)整定化工儀表及自動化化工儀表及自動化巴陵石化職工培訓(xùn)學(xué)校巴陵石化職工培訓(xùn)學(xué)校( (黨校黨校) ) 試湊法就是根據(jù)控制器各參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響程度，邊試湊法就是根據(jù)控制器各參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響程度，邊觀察系統(tǒng)的運行，邊修改參數(shù)，直到滿意為止。觀察系統(tǒng)的運行，邊修改參數(shù)，直到滿意為止。 一般情況下，增大比例系數(shù)一般情況下，增大比例系數(shù)Kp會加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，會加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，有利于減少靜差。但過大的比例系數(shù)會使系統(tǒng)有較大的超有利于減少靜差。但過大的比例系數(shù)會使系統(tǒng)有較大的超調(diào)，并產(chǎn)生振蕩使穩(wěn)定性變差。調(diào)，并產(chǎn)生振蕩使穩(wěn)定性變差。 減小積分系數(shù)減小積分系數(shù)KI將減少積分作用，有利于減

16、少超調(diào)使系將減少積分作用，有利于減少超調(diào)使系統(tǒng)穩(wěn)定，但系統(tǒng)消除靜差的速度慢。統(tǒng)穩(wěn)定，但系統(tǒng)消除靜差的速度慢。 增加微分系數(shù)增加微分系數(shù)KD有利于加快系統(tǒng)的響應(yīng)，是超調(diào)減少，有利于加快系統(tǒng)的響應(yīng)，是超調(diào)減少，穩(wěn)定性增加，但對干擾的抑制能力會減弱。穩(wěn)定性增加，但對干擾的抑制能力會減弱。用試湊法確定用試湊法確定PID控制器參數(shù)控制器參數(shù)PID參數(shù)整定參數(shù)整定化工儀表及自動化化工儀表及自動化巴陵石化職工培訓(xùn)學(xué)校巴陵石化職工培訓(xùn)學(xué)校( (黨校黨校) ) （1） 比例部分整定。首先將積分系數(shù)比例部分整定。首先將積分系數(shù)KI和微分系數(shù)和微分系數(shù)KD取零，即取消微分和積分作用，采用純比例控制。取零，即取消微分

17、和積分作用，采用純比例控制。將比例系數(shù)將比例系數(shù)Kp由小到大變化，觀察系統(tǒng)的響應(yīng)，直至由小到大變化，觀察系統(tǒng)的響應(yīng)，直至速度快，且有一定范圍的超調(diào)為止。如果系統(tǒng)靜差在速度快，且有一定范圍的超調(diào)為止。如果系統(tǒng)靜差在規(guī)定范圍之內(nèi)，且響應(yīng)曲線已滿足設(shè)計要求，那么只規(guī)定范圍之內(nèi)，且響應(yīng)曲線已滿足設(shè)計要求，那么只需用純比例調(diào)節(jié)器即可。需用純比例調(diào)節(jié)器即可。 在試湊時，一般可根據(jù)以上參數(shù)對控制過程的影響趨勢，在試湊時，一般可根據(jù)以上參數(shù)對控制過程的影響趨勢，對參數(shù)實行先比例、后積分、再微分的步驟進行整定。對參數(shù)實行先比例、后積分、再微分的步驟進行整定。PID參數(shù)整定參數(shù)整定化工儀表及自動化化工儀表及自動化

18、巴陵石化職工培訓(xùn)學(xué)校巴陵石化職工培訓(xùn)學(xué)校( (黨校黨校) ) （2） 積分部分整定。如果比例控制系統(tǒng)的靜差達不到積分部分整定。如果比例控制系統(tǒng)的靜差達不到設(shè)計要求，這時可以加入積分作用。在整定時將積分系設(shè)計要求，這時可以加入積分作用。在整定時將積分系數(shù)數(shù)KI由小逐漸增加，積分作用就逐漸增強，觀察輸出會由小逐漸增加，積分作用就逐漸增強，觀察輸出會發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)的靜差會逐漸減少直至消除。反復(fù)試驗幾次，發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)的靜差會逐漸減少直至消除。反復(fù)試驗幾次，直到消除靜差的速度滿意為止。注意這時的超調(diào)量會比直到消除靜差的速度滿意為止。注意這時的超調(diào)量會比原來加大，應(yīng)適當?shù)慕档鸵稽c比例系數(shù)原來加大，應(yīng)適當?shù)慕档鸵?/p>

19、點比例系數(shù)KP。 （3） 微分部分整定。若使用比例積分（微分部分整定。若使用比例積分（PI）控制器經(jīng)）控制器經(jīng)反復(fù)調(diào)整仍達不到設(shè)計要求，或不穩(wěn)定，這時應(yīng)加入微反復(fù)調(diào)整仍達不到設(shè)計要求，或不穩(wěn)定，這時應(yīng)加入微分作用，整定時先將微分系數(shù)分作用，整定時先將微分系數(shù)KD從零逐漸增加，觀察從零逐漸增加，觀察超調(diào)量和穩(wěn)定性，同時相應(yīng)地微調(diào)比例系數(shù)超調(diào)量和穩(wěn)定性，同時相應(yīng)地微調(diào)比例系數(shù)KP、積分、積分系數(shù)系數(shù)KI，逐步使湊，直到滿意為止。，逐步使湊，直到滿意為止。PID參數(shù)整定參數(shù)整定化工儀表及自動化化工儀表及自動化巴陵石化職工培訓(xùn)學(xué)校巴陵石化職工培訓(xùn)學(xué)校( (黨校黨校) ) 這種方法適用于有自平衡的被控對

20、象，是模擬系這種方法適用于有自平衡的被控對象，是模擬系統(tǒng)中臨界比例度法的擴充。統(tǒng)中臨界比例度法的擴充。其整定步驟如下：其整定步驟如下： （1） 選擇一個足夠短的采樣周期選擇一個足夠短的采樣周期T。所謂足夠段，。所謂足夠段，就是采樣周期小于對象的純之后時間的就是采樣周期小于對象的純之后時間的1/10。 （2） 讓系統(tǒng)作純比例控制，并逐漸縮小比例度讓系統(tǒng)作純比例控制，并逐漸縮小比例度e（e=1/KP）是系統(tǒng)產(chǎn)生臨界振蕩。此時的比例度和）是系統(tǒng)產(chǎn)生臨界振蕩。此時的比例度和振蕩周期就是臨界比例度振蕩周期就是臨界比例度eK和臨界振蕩周期和臨界振蕩周期TK。 （3） 選定控制度。所謂控制，就是以模擬調(diào)節(jié)器

21、選定控制度。所謂控制，就是以模擬調(diào)節(jié)器為基準，將系統(tǒng)的控制效果與模擬調(diào)節(jié)器的控制效為基準，將系統(tǒng)的控制效果與模擬調(diào)節(jié)器的控制效果相比較，其比值即控制度。果相比較，其比值即控制度。3 擴充臨界比例度法擴充臨界比例度法PID參數(shù)整定參數(shù)整定化工儀表及自動化化工儀表及自動化巴陵石化職工培訓(xùn)學(xué)校巴陵石化職工培訓(xùn)學(xué)校( (黨校黨校) ) 在參數(shù)整定中，經(jīng)驗法是簡單調(diào)節(jié)系統(tǒng)中應(yīng)用最廣在參數(shù)整定中，經(jīng)驗法是簡單調(diào)節(jié)系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的工程整定方法之一，它是一種湊試法，參數(shù)預(yù)泛的工程整定方法之一，它是一種湊試法，參數(shù)預(yù)先設(shè)置的數(shù)置范圍和反復(fù)湊試的程序是本方法的核先設(shè)置的數(shù)置范圍和反復(fù)湊試的程序是本方法的核心，一直試到衰減速比趨于心，一直試到衰減速比趨于4：1過渡過程曲線為止，過渡過程曲線為止，而適應(yīng)這種而適應(yīng)這種4：1振蕩過程的參數(shù)有多種，其中振蕩過程的參數(shù)有多種，其中PI乘乘積最小的一種為最佳參數(shù)選擇。在最佳參數(shù)選擇的積最小的一種為最佳參數(shù)選擇。在最佳參數(shù)選擇的基礎(chǔ)上，如再加上微分調(diào)節(jié)，則應(yīng)再把基礎(chǔ)上，如再加上微分調(diào)節(jié)，則應(yīng)再把PI參數(shù)適當減參數(shù)適當減小一些。因為微分調(diào)