探析自动化控制仪表与过程控制

探析自动化控制仪表与过程控制

郭坤

郭坤

胜利油田油气集输总厂

摘要：自动控制是指为了提高产量质量、降低成本和劳动强度，或保障生产安全等，采取自动调节、检测、按规定的程序自动化作业的技术。本文列举和分析了几种常用检测仪表的原理和应用。

关键词：过程检测、过程控制、压变、执行器

目前自动控制系统利用反馈原理的对动态系统的自动影响，以使得输出值接近我们想要的值。从方法的角度看，它以数学的系统理论为基础。我们今天称作自动控制，它是二十世纪中叶产生的控制论的一个分支，基础的结论是由诺伯特·维纳，鲁道夫·卡尔曼提出的。现在它已广泛运用在各种制造行业。

过程检测

温度测量

目前我国常用温度测量方式：

接触：

①膨胀式：玻璃管温度计它的优点是膨胀系数大，测量灵敏度高价格便宜但其测量范围窄。而双金属温度计，它随温度变化而形变产生角位移，来达到测量目的。用式子表示:△V/△T=ml/℃

②热电偶：用两种不同成份的导体(称为热电偶丝材或热电极)两端接合成回路，当接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，而这种电动势称为热电势。常用热电偶分度号有S、B、K、E、T、J等，这些都是标准化热电偶。

③热电阻：热电阻适用于中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的，即电阻体的阻值随温度的变化而变热电阻测温。

目前主要有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示，即Rt=Rt0[1+α（t-t0）]式中，Rt为温度t时的阻值；Rt0为温度t0（通常t0=0℃）时对应电阻值；α为温度系数。半导体热敏电阻的阻值和温度关系为Rt=AeB/t式中Rt为温度为t时的阻值；A、B取决于半导体材料的结构的常数。相比较而言，热敏电阻的温度系数更大，常温下的电阻值更高（通常在数千欧以上），但互换性较差，非线性严重，测温范围只有-50～300℃左右，大量用于家电和汽车用温度检测和控制。金属热电阻一般适用于-200～500℃范围内的温度测量，其特点是测量准确、稳定性好、性能可靠，在控制中的应用极其广泛。

b.非接触

一般多用红外线、雷达等方式测量。多用作高温测量但其对环境和干扰磁场有要求。

压力测量

压力测量有三种形式：表压、负压（真空度）、绝对压力。

工业上常用压力测量方式有：

①力平衡式压力（差压）变送器，它工作原理：压力→弹性形变→位移→检测。这种测量方式具有闭环结构特点，弹性测量原件的弹性模数随温度变化不会影响仪表测量精度。

②位移式压力（差压）变送器，它工作原理：压力→弹性形变→电容变化→检测。和力平衡式所不同的是它是开环控制结构，具有结构简单、运行可靠、维护方便、精度更高。

③固态测压仪表，利用元件所固有物理特性：压电效应、压磁效应、压阻效应等。如：工业现在常用扩散硅式压力（差压）变送器，它由PDS智能压力（差压）变送器采用先进的复合微硅固态传感器，采用模块化设计。由传感器产生信号经放大处理由A∕D转换器转换成数字信号，在微处理器中进行线性和温度补偿。

流量测量

比较常用的有差压、电磁流量计，其结构简单，制造方便，目前使用最普遍。

电磁流量计以电磁感应产生的感应电动势测知被测物的流量和流速。。

过程控制

控制系统主要分为开环控制和闭环控制，其标志区别在于是否将被调参数反馈至调节器进行处理。

开环控制

a.在制盐行业的加碘系统中比较常用，例如：加碘量设定30mg∕kg,则Iq碘∕Q碘=K=30mg(I)∕kg盐=30%

b.远方阀位操作调速系统

它把测量值和给定值进行比较，依据偏差值按一定的调节规律产生输出信号，以控制执行器进行自动调节。常用有比列调节、积分调节、微分调节。

a.比例调节，依据拉布拉斯变换传递函数G(S)=Y(S)∕X(S)=Kc

其调节规律输入和输出成比例变化，对干扰有抑制作用，缺点是系统存在静态误差。

积分调节，其传递函数：G(S)=Y(S)∕X(S)=1∕TiS

特点是输出随时间不断加强，从而消除系统静态误差，但却使过渡时间延长，可造成系统的不稳定，一般不单独使用。

微分调节，G(S)=Y(S)∕X(S)=TｄS

它与比列调节是互补作用，实际生产中往往同时使用比例+积分调节（PI）、比例+积分+微分调节（PID），使其作用强度适当配合，即可获得快速敏捷、平稳准确的满意效果。

执行器

它依据调节器的命令，直接控制能量物料等被调介质的输送量，以达到调节工艺参数的目的。

执行器一般由执行机构和调节机构组成。分为：电动执行器、气动执行器。

电动执行器，是一种结构简单的执行机构。一般采用随动系统方案：

输入信号→⊕→伺服放大器→电动机→减速机→调节阀

↑--------位置发送器---------↓

气动执行器，

我主要说明：

a.双作用气动执行器工作原理：

当气源压力从气口(2)进入气缸两活塞之间中腔时，使两活塞分离向气缸两端方向移动，迫使两端的弹簧压缩，两端气腔的空气通过气口(4)排出，同时使两活塞齿条同步带动输出轴(齿轮)逆时针方向旋转。在气源压力经过电磁阀换向后，气缸的两活塞在弹簧的弹力下向中间方向移动，中间气腔的空气从气口(2)排出，同时使两活塞齿条同步带动输出轴(齿轮)顺时针方向旋转。

结论：

自动化控制和应用是一个专业性强、涉及的技术领域广的系统工作，要做好这个工作，不仅要在理论上充分了解它的各种特性，而且要结合实际使用经验来综合分析判断，做到理论和实践科学地结合起来。

参考文献

【1】、明赐东主编《调节阀应用》成都：四川科学技术出版社，1989.110~119

【2】明赐东、左国庆主编《自动化仪表故障处理实例》北京：化学工业出版社，2002.212~224