过程控制仪表概述 

在过程控制中，常将调节器（含可编程序控制器）、电/气转换器、执行器、安全栅等 称为过程控制仪表，它们是实现工业生产过程自动化的核心装置。在过程控制系统中，参数检测仪表将被控量转换成电流（电压）信号或气压信号，一方面通过显示仪表对其进行显示和记录，另一方面则将其送往调节器与给定信号进行比较产生偏差，并按照一定的调节规律产生调节作用去控制执行器，以改变控制介质的流量从而使被控量符合生产工艺要求。 

目前使用的调节器以电动调节器占绝大多数，而执行器则以气动为主，它们之间需要用电/气转换器进行信号转换。此外，智能式电动执行器将逐渐取代常规的气动执行器而成为 执行器新的发展方向。 

1.调节器的功能 

一般调节器除了对偏差信号进行各种控制运算外，还需具备如下功能： 

(1) 偏差显示调节器的输人电路接收测量信号和给定信号，两者相减后的偏差信号 

由偏差显示仪表显示其大小和正负。 

(2) 输出显示调节器输出信号的大小由输出显示仪表显示，习惯上显示仪表也称阀 位表。阀位表不仅显示调节阀的开度，而且通过它还可以观察到控制系统受干扰影响后的调 节过程。 

(3) 内、外给定的选择当调节器用于定值控制时，给定信号常由调节器内部提供， 称为内给定；而在随动控制系统中，调节器的给定信号往往来自调节器的外部，则称为外给 定。内、外给定信号由内、外给定开关进行选择或由软件实现。 

(4) 正、反作用的选择工程上，通常将调节器的输出随反馈输入的增大而增大时， 称为正作用调节器；而将调节器的输出随反馈输入的增大而减小时，称为反作用调节器。为了构成一个负反馈控制系统，必须正确地确定调节器的正、反作用，否则整个控制系统将无法正常运行。调节器的正、反作用，可通过正、反作用开关进行选择或由软件实现。 

(5) 手动切换操作调节器的手动操作功能是必不可少的。在控制系统投人运行时， 往往先进行手动操作改变调节器的输出，待系统基本稳定后再切换到自动运行状态；当自动 控制时的工况不正常或调节器失灵时，必须切换到手动状态以防止系统失控。通过调节器的 手动/自动双向切换开关，可以对调节器进行手动/自动切换，而在切换过程中，又希望切换 操作不会给控制系统带来扰动，即要求无扰动切换。 

(6) 其他功能除了上述功能外，有的调节器还有一些附加功能，如抗积分饱和、输出限幅、输入越限报警、偏差报警、软手动抗漂移、停电对策等，所有这些附加功能都是为了进一步提高调节器的控制功能。 

2. 执行器的作用 

执行器在过程控制中的作用是接受来自调节器的控制信号，改变其阀门开度，从而达到控制介质流量的目的。因此，执行器也是过程控制系统中一个重要的、必不可少的组成部分。 

执行器直接与控制介质接触，常常在高温、高压、深冷、高粘度、易结晶、闪蒸、汽蚀 等恶劣条件下工作，因而是过程控制系统的最薄弱环节。如果执行器的选择或使用不当，往 往会给生产过程自动化带来困难，甚至会导致严重的生产事故。为此，对于执行器的正确选 用以及安装、维修等各个环节，必须给以足够的重视。 

若执行器是采用电动式的，则无需电/气转换器；若执行器是采用气动式的，则电/气转 换器是必不可少的。 

3. 安全栅 

安全栅是构成安全火花防爆系统的关键仪表，其作用一方面保证信号的正常传输，另一 方面则控制流人危险场所的能量在爆炸性气体或爆炸性混合物的点火能量以下，以确保过程 控制系统的安全火花性能。 

本章重点介绍DDZ-m型模拟式调节器、数字式控制器、执行器、电/气转换器和安全栅 等控制仪表。 

DDZ-Ⅲ型模拟式调节器 

DDZ是电动单元组合仪表汉语拼音的缩写，它经历了以电子管、晶体管和线性集成电路为基本放大元件的I型、II型和Ⅲ型系列产品阶段。其中DDZ-I、II型已经停产，这里主要介绍DDZ-Ⅲ型模拟式调节器。在此之前先对调节规律的数学描述及其特性进行一些简单的介绍。有关调节规律对系统调节质量的影响、调节规律的选择和调节器的参数整定将在第5章中进行详细的讨论。 

 PID调节 

同时具有比例、积分、微分作用的调节器称为PID调节器’理想PID调节规律的传递函 数如式（3-3)所示，而实际PID调节器的积分和微分作用都具有饱和特性，其传递函数为 

理想PID调节器的阶跃响应特性如图3-5中实线所示；而实际PID调节器的阶跃响应特 性如图3-5中虚线所示。 

在生产过程自动化的发展进程中，PID调节 规律是应用时间最长、生命力最强的一种控制方式。在20世纪40年代前后，除在最简单的情况下采用开关式控制外，它是唯一被采用的控制方式。此后，随着控制理论和科学技术的发展，虽然出现了许多新的控制方式，然而截至目前为止，PID调节方式依然被广泛地采用。据有关资料统计，目前世界上90%以上的过程控制系统采用的依然是PID调节或基于PID调节的各种改进型控制方式。 

PID调节的主要优点体现在以下几个方面： 

1) PID调节模拟了人脑的部分思维，原理简单、容易理解与实现，使用方便。 

2) 应用范围广。它能广泛应用于化工、热工、冶金、炼油以及造纸、建材等各种控制 过程。按照PID控制方式工作的自动调节器产品早已标准化和系列化，即使在过程计算机控 制中，其基本的控制方式也依然采用的是PID调节或新型PID调节。 

3) 鲁棒性强。由PID调节规律构成的控制系统当被控过程的特性发生改变时，只要重 新整定调节器的有关参数，即可使系统的控制性能不会产生明显的变化。 

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