给排水工程仪表与控制.ppt

给排水工程仪表与控制1.水处理工艺特点：水质水量、药剂投量、水处理工艺特点：水质水量、药剂投量、电力设备运行、电气设备等变化电力设备运行、电气设备等变化2.水处理工艺参数的监测和控制水处理工艺参数的监测和控制3.采用的仪表和设备采用的仪表和设备4.仪表选择：原理、种类、型号、使用范围仪表选择：原理、种类、型号、使用范围5.仪表和设备控制仪表和设备控制6.信号传输、网络构成、终端信号传输、网络构成、终端1 微电子、仪器仪表、电气设备、自动微电子、仪器仪表、电气设备、自动化技术的进步；化技术的进步；2 给水排水工程由土木工程型向设备型给水排水工程由土木工程型向设备型转化，给水排水工程的仪表化、设备转化，给水排水工程的仪表化、设备化、自动化迅速发展；化、自动化迅速发展；3 各种先进的自动监测、自动控制技术、各种先进的自动监测、自动控制技术、设备、仪表已在给水排水工程的各个设备、仪表已在给水排水工程的各个工艺环节以至全系统上应用。工艺环节以至全系统上应用。1 多学科知识：给排水工程、化学、仪多学科知识：给排水工程、化学、仪器仪表、自动化控制、电气设备、机器仪表、自动化控制、电气设备、机械设备等；械设备等；2 交叉学科：根据实际情况，了解或掌交叉学科：根据实际情况，了解或掌握一门或多门相关学科知识；握一门或多门相关学科知识；3 学习本课程之前，要求学生具备物理学习本课程之前，要求学生具备物理学、电工学、电子学、流体力学，水学、电工学、电子学、流体力学，水泵与水泵站、水质工程学、建筑给水泵与水泵站、水质工程学、建筑给水排水工程等技术基础课与专业课的知排水工程等技术基础课与专业课的知识。识。基本内容（高校专业指导委员会）1、自动控制基础知识自动控制基础知识重点重点:了解自动控制系统的作用与构成，了解自动控制系统的作用与构成，自动控制系统的调节规律，计算机控制自动控制系统的调节规律，计算机控制系统概述。系统概述。难点难点:建立自动控制的基本概念。建立自动控制的基本概念。2、城市水工程自动化常用仪表与设备城市水工程自动化常用仪表与设备 重点重点:了解常用过程参数检测仪表、常用过了解常用过程参数检测仪表、常用过程控制仪表、常用执行设备的基本原理与程控制仪表、常用执行设备的基本原理与应用；应用；难点难点:仪表种类多，工作原理各不相同，涉仪表种类多，工作原理各不相同，涉及的基础知识广泛，应注重理解各种仪器及的基础知识广泛，应注重理解各种仪器仪表的工作特点与适用范围。仪表的工作特点与适用范围。3、泵及管道系统控制调节泵及管道系统控制调节 重点重点:调节的内容与意义，水泵的调速控制，调节的内容与意义，水泵的调速控制，恒压给水系统控制技术；恒压给水系统控制技术；难点难点:理解自动控制在水泵及管道系统中应理解自动控制在水泵及管道系统中应用的基本方式与常用技术。用的基本方式与常用技术。4、给水处理系统控制技术给水处理系统控制技术 重点重点:混凝投药工艺的控制技术，滤池的控混凝投药工艺的控制技术，滤池的控制技术，水厂自动监控系统；制技术，水厂自动监控系统；难点难点:水处理工程中对控制技术的要求、所水处理工程中对控制技术的要求、所应用的各种控制系统的工程特点与适用性。应用的各种控制系统的工程特点与适用性。计算机在城市供水系统自动监控与调度中计算机在城市供水系统自动监控与调度中的应用。的应用。5、污水处理厂的检测污水处理厂的检测 重点重点:污水处理厂的检测项目与取样，污水污水处理厂的检测项目与取样，污水处理厂常用的检测方法与仪表设备，监视控处理厂常用的检测方法与仪表设备，监视控制方式与项目的选择；制方式与项目的选择；难点难点:污水处理系统中水质对控制技术与仪污水处理系统中水质对控制技术与仪表选择的特殊要求，以及对控制系统组成的表选择的特殊要求，以及对控制系统组成的相应影响。相应影响。课程相关介绍 课程目的：了解基本知识、掌握应用课程目的：了解基本知识、掌握应用条件、熟悉关键仪表特性；条件、熟悉关键仪表特性；课程内容介绍：课程内容介绍：1-6章；章；重点讲解内容：每章的侧重点；重点讲解内容：每章的侧重点；自学及了解内容：由于课程学时原因自学及了解内容：由于课程学时原因不介绍或简单介绍的部分；不介绍或简单介绍的部分；第一章 自动控制基础知识 1.1 1.1 自动控制系统概念与构成自动控制系统概念与构成 1.1.1 自动控制系统概念自动控制系统概念 自动控制系统的自动控制系统的基本目的基本目的：解放劳动力提高效率：解放劳动力提高效率：应用自动控制技术应用自动控制技术可以解脱繁重的、单调的、低效的人类劳可以解脱繁重的、单调的、低效的人类劳动，以提高生产效率和提高生活水平；动，以提高生产效率和提高生活水平；提高精度和质量：提高精度和质量：对现代生产中很复杂的对现代生产中很复杂的或极精密的工作，用人力不能胜任时，应或极精密的工作，用人力不能胜任时，应用自动控制技术就可以保证高质量地完成用自动控制技术就可以保证高质量地完成任务。任务。人工控制：人工控制：自动控制：自动控制：机械机械电器电器电子电子电气电气工艺工艺 自动控制自动控制：在人不直接参与情况下，用外加设备或装：在人不直接参与情况下，用外加设备或装置置(称自动控制装置称自动控制装置)使整个生产过程或工作机械使整个生产过程或工作机械(称称被控对象被控对象)自动按预定规律运行，或使其某个参数自动按预定规律运行，或使其某个参数(称称被控量被控量)按预定要求变化。按预定要求变化。自动控制系统包括：自动控制系统包括：(1)测量元件测量元件：测量：测量被控量被控量（如水位、流量、浊度）（如水位、流量、浊度）的实际值、或对被控量进行物理量的变换；如传感器，的实际值、或对被控量进行物理量的变换；如传感器，检测器，水质仪表；检测器，水质仪表；(2)比较元件比较元件：将测量结果和要求值（标准值：将测量结果和要求值（标准值或水质指标）比较，得到偏差；或水质指标）比较，得到偏差；(3)调节元件调节元件：根据偏差大小产生控制信号。：根据偏差大小产生控制信号。调节元件包括调节元件包括放大器放大器和和较正装置较正装置，它能放大，它能放大偏差信号，并使控制信号和偏差具有一定关偏差信号，并使控制信号和偏差具有一定关系；系；(4)执行元件执行元件：由控制信号产生控制作用，从：由控制信号产生控制作用，从而使被控量达到要求值，而使被控量达到要求值，如阀门、水泵等；如阀门、水泵等；上述部分归纳和组合为下图：系统输出量：系统输出量：控制系统的被控量。控制系统的被控量。系统输入量：系统输入量：影响系统输出的外界输入。影响系统输出的外界输入。自动控制系统工作原理自动控制系统工作原理：通过测量和比较得到偏差，：通过测量和比较得到偏差，由偏差产生控制作用，由控制作用使偏差消除或减由偏差产生控制作用，由控制作用使偏差消除或减少的原理。少的原理。主要特点：主要特点：(1)信号传送：输出量经测量后回送到输入端。回送信号传送：输出量经测量后回送到输入端。回送的信号使回路闭合，构成闭环，此过程称为的信号使回路闭合，构成闭环，此过程称为反馈反馈。(2)控制作用：由偏差引起。偏差产生的控制作用使控制作用：由偏差引起。偏差产生的控制作用使系统沿减少或消除偏差的方向运动。由偏差产生控系统沿减少或消除偏差的方向运动。由偏差产生控制作用叫做制作用叫做偏差控制偏差控制。具有上述两个特点的自控系统叫做具有上述两个特点的自控系统叫做反馈控制系统、反馈控制系统、闭环控制系统、偏差控制系统闭环控制系统、偏差控制系统。系统的工作原理叫做系统的工作原理叫做反馈控制原理反馈控制原理。1.1.2 自动控制系统的构成 自动控制目的自动控制目的：在人不直接参加的情况下实现同样：在人不直接参加的情况下实现同样的控制目的。的控制目的。自动控制系统基本构成：自动控制系统基本构成：整定文件整定文件：或给定文件，给出被控量应取的值。：或给定文件，给出被控量应取的值。测量元件测量元件：检测被控量的大小，如流量计等。：检测被控量的大小，如流量计等。比较元件比较元件：用来得到给定值与被控量之间的误差。：用来得到给定值与被控量之间的误差。放大元件放大元件：用来放大误差信号，驱动执行机构。：用来放大误差信号，驱动执行机构。执行元件执行元件：用来执行控制命令，推动被控对象。电：用来执行控制命令，推动被控对象。电机是典型的执行元件。机是典型的执行元件。校正元件校正元件：用来改善系统的动、静态性能，它可以用：用来改善系统的动、静态性能，它可以用模拟模拟/数字电路来实现，也可以用计算机程序来实现。数字电路来实现，也可以用计算机程序来实现。能源元件能源元件：用来提供控制系统所需的能量。：用来提供控制系统所需的能量。控制理论和控制工程常用术语：被控量被控量：指被测量和被控制的量或状态，如上述系：指被测量和被控制的量或状态，如上述系统中的炉温。统中的炉温。控制量控制量：一种由控制器改变的量或状态，它将影响：一种由控制器改变的量或状态，它将影响被控量的值，如上述系统中加热电阻丝两端的电压。被控量的值，如上述系统中加热电阻丝两端的电压。对象对象：它一般是一个设备，通常由一些机器零件有：它一般是一个设备，通常由一些机器零件有机的组合在一起，我们通常将被控物体称为对象，机的组合在一起，我们通常将被控物体称为对象，如电加热炉。如电加热炉。系统系统：系统是一些部件的组合，这些部件组合在一：系统是一些部件的组合，这些部件组合在一起，完成一定的任务。系统并不限于物理系统，系起，完成一定的任务。系统并不限于物理系统，系统的概念有时是很抽象的，它可以指一个特定的动统的概念有时是很抽象的，它可以指一个特定的动态现象。态现象。扰动扰动：扰动是一种对系统的输出量产生不利影响的：扰动是一种对系统的输出量产生不利影响的因素或信号，如果扰动来自于系统内部，称为内部因素或信号，如果扰动来自于系统内部，称为内部扰动；如果扰动来自于系统外部，则称之为外部扰扰动；如果扰动来自于系统外部，则称之为外部扰动。动。1.1.3 自动控制系统的分类 控制系统：控制系统：开环控制系统开环控制系统、闭环控制系统闭环控制系统、复合控制复合控制系统系统（同时具有开环和闭环结构）。（同时具有开环和闭环结构）。1.1.3.1闭环控制闭环控制 闭环控制原理闭环控制原理：需要控制的是受控对象（如水处理工：需要控制的是受控对象（如水处理工艺）的被控量（如流量），而测量的则是被控量和给艺）的被控量（如流量），而测量的则是被控量和给定值，并计算两者的偏差，该偏差信号经放大后送到定值，并计算两者的偏差，该偏差信号经放大后送到执行元件，去操纵受控对象，使被控量按预定的规律执行元件，去操纵受控对象，使被控量按预定的规律变化，以消除偏差。只要被控量偏离了给定值，系统变化，以消除偏差。只要被控量偏离了给定值，系统均能自动纠正。这种控制方式也称为均能自动纠正。这种控制方式也称为按偏差调节按偏差调节。反馈：反馈：把输出量回送到输入端，并与指令信号比较产生把输出量回送到输入端，并与指令信号比较产生偏差的过程。偏差的过程。指令信号与被控量相减为指令信号与被控量相减为负反馈负反馈，相加则为，相加则为正反馈正反馈。不不做特别说明，一般指负反馈做特别说明，一般指负反馈。反馈控制反馈控制：采用负反馈并利用偏差进行控制的过程。：采用负反馈并利用偏差进行控制的过程。这是自控系统中最基本控制方式，在工程中广泛应用。这是自控系统中最基本控制方式，在工程中广泛应用。输出量输出量 闭环控制特点闭环控制特点：信号按箭头方向传递是：信号按箭头方向传递是封闭封闭的的(闭环闭环)、负反馈负反馈和和按偏差按偏差控制。控制。闭环控制也称为闭环控制也称为反馈控制或按偏差控制反馈控制或按偏差控制。闭环控制优点闭环控制优点：控制精度高，抗干扰能力强。：控制精度高，抗干扰能力强。闭环控制缺点闭环控制缺点：元件多，线路复杂，分析和设计麻烦。：元件多，线路复杂，分析和设计麻烦。1.1.3.2 开环控制开环控制（1）按给定值控制）按给定值控制 开环控制原理开环控制原