過程控製係（xì）統的性能指標和自動化儀（yí）表的分類與發展（zhǎn）

過程（chéng）控製係統的性能指（zhǐ）標
        對於（yú）每一個（gè）定值控製係統（tǒng）而言，當設定值發生變化或受（shòu）到外界幹擾時，要求被控量能平穩、迅速和準確地趨近或回複（fù）到設定值（zhí）。因此，通常（cháng）在穩定性（xìng）、快速性和準確性（xìng）三個方（fāng）麵提 出各種單項性能指標和（hé）綜合性能指標。
1.單項性能指標
        過（guò）程控製係統的單項性能指標（biāo）又有時域和頻域之分。現以時域為例（lì）說明其確定方法。
係統的單項時域性能指標通常根據設定值作階（jiē）躍變化時的過渡過程特性確定。其單項時域指標包括衰減比（或衰減率）、超調量、最大動態偏差、殘餘偏差（亦稱穩態 誤差或靜差）、調節時間和振蕩頻率等，
(1)衰減比衰減比（bǐ）n是衡量係統 振蕩過程衰減程度的指標（biāo），它定義為兩個相鄰的（de）同向波峰值之比，衡量（liàng）衰（shuāi）減程度的另一指標是哀減率，它定義為一個（gè）周期後波動幅度衰減的程度，理論計（jì）算表明，衰減比與衰減率有單（dān）值對（duì）應（yīng）關係，如衰減比為4:1時（shí），則衰減率為 0.75。 為了保證過程控製係統（tǒng）有一定的穩定裕度，一般要求衰（shuāi）減比（bǐ）為（wéi）4：1~ 10:1，則對應的哀減率為（wéi） 0.75~0.9。具有這（zhè）種衰減過程的係統（tǒng）’其過度過程大約經過兩個周（zhōu）期以後即接近穩態值。
(2)最大動態偏差和（hé）超調（diào）量最大動（dòng）態偏差是指在（zài）設（shè）定值階躍（yuè）響應中’係統過（guò）渡過（guò）程 的第一個（gè）峰值超出穩態值的幅度，如圖1-7中的B1。最大動態偏差（chà）占被（bèi）控量穩態值的百分比稱為超調量，對（duì）於二階振蕩係統，控製理論已經證明，超調量σ與（yǔ）衰減比n有單值對應關係，(3) 殘餘偏差（chà）殘餘偏差是（shì）指過渡過程結束後，被（bèi）控量新的穩態值y(∞)與設定值；r之間的差值，它是（shì）控製係（xì）統的穩態指標（biāo），在（zài）定值控製係統中，(4)調節時（shí）間、峰值時間和振蕩頻率調節時間是指係統從幹擾開始到被控量進入新 穩態值的±5% (或±2%)範（fàn）圍內所需時間，通常以表示。峰值時間是指係統從幹擾開 始到被控量達到最大值時所需時間，通常用表示。調節時間與峰值時間（jiān）均是（shì）衡量控製係統快速性的重要指標，通常要（yào）求它（tā）們愈短愈好（hǎo）。在（zài）相同衰（shuāi）減比下，振蕩頻率越高，調節時間與峰值（zhí）時間越短。因此，振蕩頻率在（zài）一定程 度上（shàng）也可以作為衡量控製（zhì）係統（tǒng）快速性的（de）指標之一。
2.綜合性能指標
        係統（tǒng）的綜合性能指標是在基於偏差積分最小的原則（zé）下製定、用以衡量控（kòng）製係統性能 “優良度”的一些指這些指標隻適（shì）用於衰減、無靜差係統，常（cháng）用的有以下幾種：
(1) 偏差絕對值積IAE:IAE可表示為（wéi）該性能指標使（shǐ）用（yòng）廣泛，但用計算機實現時不太簡便。
(2)偏差平方積ISE:ISE可表示為該性能指標著重抑製過（guò）渡過程中大的偏差（chà）。
(3) 偏（piān）差絕對值與時（shí）間乘積積ITAE:ITAE可表示為該性能指標既（jì）能降（jiàng）低誤差對性能指標的影響，又能抑製過渡過程時間（jiān）過長。
(4)時間（jiān）乘偏差（chà）平方積ITSE:ITSE可表示為該性能指標著重抑製過渡過程中大的（de）偏差和過渡過程（chéng）時間過長（zhǎng）。
以上各式中不同的積分公（gōng）式意味著評價過（guò）渡過（guò）程優良程（chéng）度（dù）的側重（chóng）點不（bú）同。誤差積分指標存（cún）在的缺點（diǎn）是不（bú）能保證控製係統具有合適的衰減率（lǜ）。因此（cǐ），通常先確定（dìng）衰減率，然後再考慮使某種誤（wù）差積分為最小。
自（zì）動化儀表概述
        如俞（yú）所述，自動化儀表是（shì）構成程控製（zhì）係統的重要組（zǔ）成部分。如果沒有自（zì）動化儀表（biǎo），就不可能實現真正的過程控（kòng）製。
自動化儀表的分類與發（fā）展（zhǎn）
        自動化儀表的種類繁（fán）多，有常規儀（yí）表和基於微型（xíng）計算機技術的各種智能式儀表。工程上通常按照（zhào）安裝場地、能（néng）源形式、信號類型和結構形式進行分類。
1. 按照安裝場地分
按照安裝場地不同，可分為現場類儀表（亦稱一次儀表）與控製室類儀表（亦稱二（èr）次（cì）儀（yí）表）。現場類儀表通常在抗（kàng）幹擾、防腐蝕、抗震動（dòng）、防爆等方麵具（jù）有特殊要求。
2. 按照能源形式分
自動化儀表按照能源形式的不同可分為液動、氣動和（hé）電動等。而（ér）在過程控製中，一般都采用電（diàn）動和氣動儀表（biǎo）。
氣動儀表發展（zhǎn）較早，其特點是結構簡單、性能穩（wěn）定、可靠性高、價格便宜，且在本質上安全（quán）防爆，因而廣泛（fàn）應用於石油、化工等有爆炸危險（xiǎn）的場所。
電動（dòng）儀表相對氣動儀表出現較晚，但由於電動儀表在信號傳輸、放大、變換處理以及實現遠距離監視、操作等方麵比氣動儀表優越，特別容易與（yǔ）計算機等現（xiàn）代化信息技術工具聯用，因而電動儀表的發展極為迅速，應用也極為廣泛。
近年來，由於電動儀表（biǎo）普遍采取了安全火花防（fáng）爆措施，解決了安全防爆問題，因而在易燃（rán）易爆的危險場所也能使（shǐ）用。
3. 按照信號類型分
自動化儀表按（àn）照信號類型可分（fèn）為模擬式和數字式兩大類。
模擬式（shì）儀表的傳輸信號通常是連（lián）續（xù）變化的模擬（nǐ）量，其（qí）線路較為簡單，操作方便，在過程控製中（zhōng）已經（jīng）被廣泛應用。
數字式儀表的傳輸信（xìn）號通常是斷（duàn）續變化的數字量，以（yǐ）微型計算機為核心，其功能完善、性能優越，能（néng）夠解決模擬式儀表難以解決（jué）的問題。
4. 按照結構形式分
自動化儀表按（àn）照結構形式的不同可分為基地（dì）式、單（dān）元組合式、組裝式以（yǐ）及集中/分散（sàn）式等。
(1) 基地式儀表基地式儀表最初出現在過程控製的早期，它是安裝在現場，桌檢測、 指示與控製於一身的自動化儀表。早期的基地式儀表結構簡單，價格低廉，但由於功能有限、通用性（xìng）差，所以很快被單元組合式儀表所替代（dài）。
近年來，隨著計算機網絡與通信技術的迅速（sù）發展和（hé）廣泛應用，基地式儀表又獲得了新生，正在（zài）朝（cháo）著多功能、智能化方向（xiàng）發展。如帶有控製功能的智能變送器（qì）、智能執行器或智能 式閥門定位器等現代基（jī）地式儀表已成為現場（chǎng）總線（xiàn）控製係統的重要組成部分。
(2) 單元組合式儀表單元組合式儀表是根據控製係統各組成環節的不同功能和使（shǐ）用要 求製成的模塊化（huà）儀表（稱為單元）的總（zǒng）稱。各個單元模塊之間用統一的標準信號進行聯絡。這類儀表有電動單元組合（DDZ)儀（yí）表和（hé）氣動單元組合（QDZ)儀表兩大類。它們都經曆了I型、n型和n型等發展階段，經過不斷改進，其性（xìng）能已日趨完（wán）善。
單元組合式儀表可分為變送單元、給定單元、控製單元、執行單元、轉換單元、運算單元、顯示單元和輔助單元等，各單元的功能（néng）簡述如下：
        1) 變送單元是將各種被測參數，如溫度、壓力、流量、液位（wèi）、成分等物理量的大小變 換成統一的標準測量信（xìn）號傳送給指（zhǐ）示、記錄（lù）和（hé）控製裝置等。
        2) 給定單元是輸出統（tǒng）一（yī）標準信號（hào）作為被控變量的設定值賦給控製單元，以實現定值控製。
        3) 控製單元是將測量信號與設（shè）定信號之差按某種規律（lǜ）運算後輸出控製信號，去（qù）控製執行器的動作。
        4) 執行單元（yuán）的作（zuò）用（yòng）是按照控製信（xìn）號或手動操作信號去（qù）改變控（kòng）製量的大小。
        5) 轉換單元的（de）作用是既可將不同的物理信（xìn）號轉換為統一標準信號，也（yě）可（kě）實（shí）現不同標（biāo）準信號之間的相互轉換，如氣一電轉換或電（diàn）一氣轉換等，以使不（bú）同信號可以在同一控製係統中使用。
        6) 運（yùn）算單元可將多個統一標準（zhǔn）信號進行加、減、乘、除、開方、平方等運算，以用於 多種參數的補償計算（suàn）和綜合控製等。
        7) 顯示單元可對各種被（bèi）測參數進行指示（shì）、記錄、報警和積算，為操作人員監視控製係 統和生產過（guò）程（chéng）運行狀況提供依據。
        8) 輔助單元（yuán）是為了滿足過程控製係統（tǒng）的某些（xiē）特殊需要而增設的儀表，如操作器（qì）、限幅 器、安全防爆柵等。
用電動單元組合儀表構成的控製係統。
(3) 組裝（zhuāng）式儀表（biǎo）組裝式（shì）儀表（biǎo）是一種（zhǒng）功能（néng）分離、結構組件化的成（chéng）套儀表（biǎo）（或裝置）。它 以（yǐ）模擬器件為主，兼（jiān）用模擬技術和數字技術（shù）。整套儀（yí）表（biǎo）（或裝置）在結構上（shàng）由（yóu）控製櫃（guì）和操作台組成，控製櫃內安裝的是具有各種功能的組件板，采（cǎi）用高密（mì）度安裝，結構緊湊。這種儀 表（或裝置）特別適用於要求組成各種複雜控製和集中顯（xiǎn）示操作的（de）大、中型企業的過程（chéng）控製。
(4) 集中/分散式儀表集中/分散式儀表以計算機或微處理器為（wéi）其核心部件，經曆了集中型計算機（jī）控（kòng）製、集散型計算機控製和基於現場總線的分布式計算機控製等三（sān）個發展階 段。在（zài）前兩者中，測量（liàng）變送與執行單元仍采用模（mó）擬式儀表（biǎo），隻（zhī）是調節單元采用數字式儀表，即數字調節器（qì）、可編程序控製器或工業控製機，因而屬於模擬/數字混合式儀表。而在基於 現場（chǎng）總線的（de）分布式計算（suàn）機過程控製中（zhōng），由於采用了全數字式、雙（shuāng）向傳輸、多分支結構的通信網絡，數字通信一直延伸到現場，其通信協（xié）議按規範化、標（biāo）準化和公開化進（jìn）行設計，使各種 控製係統通過現場（chǎng）總線不但實現了（le）互連、互換、互操作等，而且能方便（biàn）地實現集中管理（lǐ）和信息集成，從而滿足（zú）了生產過（guò）程自動化（huà）的各種功能需求。

MYG-69B 過程測量儀表技能（néng）實（shí）訓裝置