化工儀表及自動(dòng)化(簡(jiǎn)單控制系統(tǒng))

1、化工儀表及自動(dòng)化化工儀表及自動(dòng)化第六章第六章 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng) 內(nèi)容提要內(nèi)容提要n 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)與組成簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)與組成n 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)n被控變量的選擇被控變量的選擇n操縱變量的選擇操縱變量的選擇n測(cè)量元件特性的影響測(cè)量元件特性的影響n控制器控制規(guī)律的選擇控制器控制規(guī)律的選擇n簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例n 控制器參數(shù)的工程整定控制器參數(shù)的工程整定n臨界比例度法臨界比例度法n衰減曲線法衰減曲線法n經(jīng)驗(yàn)湊試法經(jīng)驗(yàn)湊試法1第一節(jié)第一節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)與組成簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)與組成2 通常是指由一個(gè)測(cè)量元件、變送器、一個(gè)通常是指由一個(gè)測(cè)量元

2、件、變送器、一個(gè)控制器、一個(gè)控制閥和一個(gè)對(duì)象所構(gòu)成的單閉環(huán)控制系統(tǒng)。控制器、一個(gè)控制閥和一個(gè)對(duì)象所構(gòu)成的單閉環(huán)控制系統(tǒng)。圖6-1 液位控制系統(tǒng)圖6-2 溫度控制系統(tǒng) 在本課件以后的控制系統(tǒng)圖中，也將不再畫出測(cè)量、在本課件以后的控制系統(tǒng)圖中，也將不再畫出測(cè)量、變送環(huán)節(jié)，但要注意在實(shí)際的系統(tǒng)中總是存在這一環(huán)節(jié)，變送環(huán)節(jié)，但要注意在實(shí)際的系統(tǒng)中總是存在這一環(huán)節(jié)，只是在畫圖時(shí)被省略罷了。只是在畫圖時(shí)被省略罷了。 第一節(jié)第一節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)與組成簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)與組成3圖6-3簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的方塊圖 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)由四個(gè)基本環(huán)節(jié)組成，即被控對(duì)象、測(cè)量變送裝置、控制器和執(zhí)行器。 在該系統(tǒng)中有著一條從系

3、統(tǒng)的輸出端引向輸入端的反饋路線，也就是說該系統(tǒng)中的控制器是根據(jù)被控變量的測(cè)量值與給定值的偏差來進(jìn)行控制的。 第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)n 一、被控變量的選擇一、被控變量的選擇4 生產(chǎn)過程中希望借助自動(dòng)控制保持恒定值（或按一定規(guī)律變化）的變量稱為被控變量。 它們對(duì)產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量以及安全具有決定性的作用，而人工操作又難以滿足要求的； 人工操作雖然可以滿足要求，但是，這種操作是既緊張而又頻繁的。第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)直接指標(biāo)控制；直接指標(biāo)控制；間接指標(biāo)控制。間接指標(biāo)控制。5第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)6圖6-4精餾過程示意圖

4、1精餾塔；2蒸汽加熱器圖6-5苯-甲苯溶液的T-x圖圖6-6 苯-甲苯溶液的p-x圖舉例舉例第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 在精餾塔操作中，壓力往往需要固定。只有將塔操作在規(guī)定的壓力下，才易于保證塔的分離純度，保證塔的效率和經(jīng)濟(jì)性。 在塔壓固定的情況下，精餾塔各層塔板上的壓力基本上是不變的，這樣各層塔板上的溫度與組分之間就有一定的單值對(duì)應(yīng)關(guān)系。 所選變量有足夠的靈敏度。7第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)8（1）被控變量應(yīng)能代表一定的工藝操作指標(biāo)或能反映工藝操作狀態(tài)，一般是工藝過程中較重要的變量。 （2）被控變量在工藝操作過程中經(jīng)常要受到一些干擾影響而變化。

5、為維持其恒定，需要較頻繁的調(diào)節(jié)。 （3）盡量采用直接指標(biāo)作為被控變量。當(dāng)無法獲得直接指標(biāo)信號(hào)，或其測(cè)量和變送信號(hào)滯后很大時(shí)，可選擇與直接指標(biāo)有單值對(duì)應(yīng)關(guān)系的間接指標(biāo)作為被控變量。 第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（4）被控變量應(yīng)能被測(cè)量出來，并具有足夠大的靈敏度。 （5）選擇被控變量時(shí)，必須考慮工藝合理性和國內(nèi)儀表產(chǎn)品現(xiàn)狀。（6）被控變量應(yīng)是獨(dú)立可控的。 9第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)n 二、操縱變量的選擇二、操縱變量的選擇10 在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，把用來克服干擾對(duì)被控變量的影響，實(shí)現(xiàn)控制作用的變量稱為操縱變量。 最常見的操縱變量是介質(zhì)的流量。操作變量操作

6、變量系統(tǒng)的干擾系統(tǒng)的干擾通過工藝分析通過工藝分析確定確定第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)11圖6-7精餾塔流程圖如果根據(jù)工藝要求，選擇提餾段某塊塔板（一般為靈敏板）的溫度作為被控變量。 第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)圖6-8影響提餾段溫度的各種因素示意圖進(jìn)料的流量（Q入）、成分（x入）、溫度（T入）、回流的流量（Q回）、回流液溫度（T回）、加熱蒸汽流量（Q蒸）、冷凝器冷卻溫度及塔壓等等。 12第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)13圖6-9干擾通道與控制通道的關(guān)系由干擾通道施加在對(duì)象上，起著破壞作用，使被控變量偏離給定值；由控制通道施加到對(duì)象

7、上，使被控變量回復(fù)到給定值，起著校正作用。 第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 一般希望控制通道的放大系數(shù)KO要大些，對(duì)象干擾通道的放大系數(shù)Kf小些。 控制通道的時(shí)間常數(shù)不能過大，否則會(huì)使操縱變量的校正作用遲緩、超調(diào)量大、過渡時(shí)間長(zhǎng)。要求對(duì)象控制通道的時(shí)間常數(shù)T小一些，從而獲得良好的控制質(zhì)量。 14第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)15 控制通道的物料輸送或能量傳遞都需要一定的時(shí)間。這樣造成的純滯后O對(duì)控制質(zhì)量是有影響的。圖6-10所示為純滯后對(duì)控制質(zhì)量影響的示意圖。 圖6-10 純滯后0對(duì)控制質(zhì)量的影響在選擇操縱變量構(gòu)成控制系在選擇操縱變量構(gòu)成控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)使

8、對(duì)象控制通道的純統(tǒng)時(shí)，應(yīng)使對(duì)象控制通道的純滯后時(shí)間滯后時(shí)間0 0盡量小。盡量小。 第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)16 干擾通道的時(shí)間常數(shù)Tf越大，表示干擾對(duì)被控變量的影響越緩慢，越有利于控制。 如果干擾通道存在純滯后f，控制作用也推遲了時(shí)間f，使整個(gè)過渡過程曲線推遲了時(shí)間f，要控制通道不存在純滯后，通常是不會(huì)影響控制質(zhì)量的，如圖6-11所示。 圖6-11干擾通道純滯后f的影響第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)17 操縱變量應(yīng)是可控的，即工藝上允許調(diào)節(jié)的變量。 操縱變量一般應(yīng)比其他干擾對(duì)被控變量的影響更加靈敏。 在選擇操縱變量時(shí)，除了從自動(dòng)化角度考慮外，還要考

9、慮工藝的合理性與生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性。 第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)n 三、測(cè)量元件特性的影響三、測(cè)量元件特性的影響18圖6-12測(cè)量元件時(shí)間常數(shù)的影響 測(cè)量元件，特別是測(cè)溫元件，由于存在熱阻和熱容，它本身具有一定的時(shí)間常數(shù)，易造成測(cè)量滯后。第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)19 測(cè)量元件的時(shí)間常數(shù)越大，測(cè)量滯后現(xiàn)象愈測(cè)量元件的時(shí)間常數(shù)越大，測(cè)量滯后現(xiàn)象愈加顯著。控制系統(tǒng)中的測(cè)量元件時(shí)間常數(shù)不能太加顯著?？刂葡到y(tǒng)中的測(cè)量元件時(shí)間常數(shù)不能太大，最好選用惰性小的快速測(cè)量元件。大，最好選用惰性小的快速測(cè)量元件。 當(dāng)測(cè)量元件的時(shí)間常數(shù)當(dāng)測(cè)量元件的時(shí)間常數(shù)Tm小于對(duì)象時(shí)間常

10、數(shù)小于對(duì)象時(shí)間常數(shù)的的110時(shí)，對(duì)系統(tǒng)的控制質(zhì)量影響不大。時(shí)，對(duì)系統(tǒng)的控制質(zhì)量影響不大。 測(cè)量元件安裝是否正確，維護(hù)是否得當(dāng)，也測(cè)量元件安裝是否正確，維護(hù)是否得當(dāng)，也會(huì)影響測(cè)量與控制。會(huì)影響測(cè)量與控制。 第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)20當(dāng)測(cè)量存在純滯后時(shí)，會(huì)嚴(yán)重地影響控制質(zhì)量。圖6-13pH值控制系統(tǒng)示意圖延遲時(shí)間延遲時(shí)間0 022110vlvl 這一純滯后使測(cè)量信號(hào)不能及時(shí)反映中和槽內(nèi)溶液pH值的變化，因而降低了控制質(zhì)量。 第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)21 由現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量變送裝置的信號(hào)傳送到控制室的控制器所引起的滯后。 由控制室內(nèi)控制器的輸出控制信號(hào)傳

11、送到現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行器所引起的滯后。 第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)n 四、控制器控制規(guī)律的選擇四、控制器控制規(guī)律的選擇22圖6-14簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)簡(jiǎn)化方塊圖 比例控制器是具有比例控制規(guī)律的控制器。eKpP%1001PK對(duì)于單元組合儀表 控制通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、工藝上沒有提出無差要求的系統(tǒng)。 第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 控制器的輸出與偏差成比例。 當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，比例控制器克服干擾能力強(qiáng)、控制及時(shí)、過渡時(shí)間短。 在常用控制規(guī)律中，比例作用是最基本的控制規(guī)律，不加比例作用的控制規(guī)律是很少采用的。 純比例控制系統(tǒng)在過渡過程終了時(shí)存在余差。負(fù)荷變化越大，余差就

12、越大。 23第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)24比例積分控制器是具有比例積分控制規(guī)律的控制器。edtTeKpIP1比例放大系數(shù)KP（或比例度）和積分時(shí)間TI。控制通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、工藝參數(shù)不允許有余差的系統(tǒng)。 第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 由于在比例作用的基礎(chǔ)上加上積分作用，而積分作用的輸出是與偏差的積分成比例，只要偏差存在，控制器的輸出就會(huì)不斷變化，直至消除偏差為止。 積分作用會(huì)使穩(wěn)定性降低，雖然在加積分作用的同時(shí)，可以通過加大比例度，使穩(wěn)定性基本保持不變，但超調(diào)量和振蕩周期都相應(yīng)增大，過渡過程的時(shí)間也加長(zhǎng)。 25第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的

13、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)26 比例積分微分控制器是具有比例積分微分控制規(guī)律的控制器，常稱為三作用（PID）控制器。 dtdeTedtTeKpDIP1理想的三作用控制器， 存在比例放大系數(shù)KP（或比例度）、積分時(shí)間TI和微分時(shí)間TD。第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 微分作用使控制器的輸出與輸入偏差的變化速度成比例，它對(duì)克服對(duì)象的滯后有顯著的效果。在比例的基礎(chǔ)上加上微分作用能提高穩(wěn)定性，再加上積分作用可以消除余差。所以，適當(dāng)調(diào)整、TI、TD參數(shù)，可以使控制系統(tǒng)獲得較高的控制質(zhì)量。 容量滯后較大、負(fù)荷變化大、控制質(zhì)量要求較高的系統(tǒng)，應(yīng)用最普遍的是溫度、成分控制系統(tǒng)。 27第二節(jié)第二

14、節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)28 目前生產(chǎn)的模擬式控制器一般都同時(shí)具有目前生產(chǎn)的模擬式控制器一般都同時(shí)具有比例、積分、微分三種作用。只要將其中的微比例、積分、微分三種作用。只要將其中的微分時(shí)間分時(shí)間TD置于，就成了比例積分控制器，如置于，就成了比例積分控制器，如果同時(shí)將積分時(shí)間果同時(shí)將積分時(shí)間TI置于無窮大，便成了比例置于無窮大，便成了比例控制器?？刂破?。第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)29 控制器的正反作用是關(guān)系到控制系統(tǒng)能否正常運(yùn)行與安全操作的重要問題。要通過改變控制器的正、反作用，以保證整個(gè)控制系統(tǒng)是一個(gè)具有負(fù)反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。 輸入變化后，輸出的變化方向。

15、當(dāng)某個(gè)環(huán)節(jié)的輸入增加時(shí)，其輸出也增加，則稱該環(huán)節(jié)為“正作用”方向。 當(dāng)環(huán)節(jié)的輸入增加時(shí)，輸出減少的稱“反作用”方向。 第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)作用方向一般是“正”的。作用方向取決于是氣開閥還是氣關(guān)閥。作用方向隨具體對(duì)象的不同而各不相同。 當(dāng)給定值不變，被控變量測(cè)量值增加時(shí)，控制器的輸出也增加，稱為“正作用”方向，或者當(dāng)測(cè)量值不變，給定值減小時(shí)，控制器的輸出增加的稱為“正作用”方向。反之，如果測(cè)量值增加時(shí)，控制器的輸出減小的稱為“反作用”方向。30第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)31 第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)32一個(gè)簡(jiǎn)單的加熱

16、爐出口溫度控制系統(tǒng)。加熱爐燃料氣流量圖6-15加熱爐出口溫度控制第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 當(dāng)操縱變量燃料氣流量增加時(shí)，被控變量是增加當(dāng)操縱變量燃料氣流量增加時(shí)，被控變量是增加的，故對(duì)象是的，故對(duì)象是“正正”作用方向。如果從工藝安全條件作用方向。如果從工藝安全條件出發(fā)選定執(zhí)行器是氣開閥（停氣時(shí)關(guān)閉），以免當(dāng)氣出發(fā)選定執(zhí)行器是氣開閥（停氣時(shí)關(guān)閉），以免當(dāng)氣源突然斷氣時(shí)，控制閥大開而燒壞爐子。那么這時(shí)執(zhí)源突然斷氣時(shí)，控制閥大開而燒壞爐子。那么這時(shí)執(zhí)行器便是行器便是“正正”作用方向。為了保證由對(duì)象、執(zhí)行器作用方向。為了保證由對(duì)象、執(zhí)行器與控制器所組成的系統(tǒng)是負(fù)反饋的，控制器就

17、應(yīng)該選與控制器所組成的系統(tǒng)是負(fù)反饋的，控制器就應(yīng)該選為為“反反”作用。作用。 33第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)34圖6-16液位控制一個(gè)簡(jiǎn)單的液位控制系統(tǒng)一個(gè)簡(jiǎn)單的液位控制系統(tǒng) 執(zhí)行器是執(zhí)行器是“正正”方向。方向。 對(duì)象是對(duì)象是“反反”方向。方向。 控制器為控制器為“正正”方向。方向。 圖6-17控制器正、反作用開關(guān)示意圖 控制器的正、反作用可以通過控制器的正、反作用可以通過改變控制器上的正、反作用開關(guān)改變控制器上的正、反作用開關(guān)自行選擇。自行選擇。 一臺(tái)正作用的控制器，只要將一臺(tái)正作用的控制器，只要將其測(cè)量值與給定值的輸入線互換其測(cè)量值與給定值的輸入線互換一下，就成了反

18、作用的控制器。一下，就成了反作用的控制器。 第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)n 五、簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例五、簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括被控變量的選擇、操縱變簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括被控變量的選擇、操縱變量的選擇、執(zhí)行器的選擇、控制器控制規(guī)律及作用方式的量的選擇、執(zhí)行器的選擇、控制器控制規(guī)律及作用方式的選擇等。選擇等。 下面以噴霧式干燥設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，介紹簡(jiǎn)單下面以噴霧式干燥設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，介紹簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)。35第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)干燥塔干燥塔圖6-18 乳化物干燥過程工藝流程示意圖36第二節(jié)第二節(jié)

19、 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1 1被控變量與控制變量選擇被控變量與控制變量選擇 (1)(1)被控變量選擇被控變量選擇 產(chǎn)品水分含量精確測(cè)量困難產(chǎn)品水分含量精確測(cè)量困難( (精度不高精度不高) )，由生產(chǎn)工藝可知，產(chǎn)品質(zhì)量由生產(chǎn)工藝可知，產(chǎn)品質(zhì)量( (水分含量水分含量) )與干燥溫度密切相關(guān)，與干燥溫度密切相關(guān)，因而選干燥塔的溫度為被控變量因而選干燥塔的溫度為被控變量( (間接參數(shù)間接參數(shù)) )。 (2)(2)控制變量選擇控制變量選擇 經(jīng)分析影響干燥塔溫度的主要因素有乳液經(jīng)分析影響干燥塔溫度的主要因素有乳液流量流量f f1 1( (t t) )、旁路空氣流量、旁路空氣流量f f2 2(

20、 (t t) )、加熱蒸汽流量、加熱蒸汽流量f f3 3( (t t) )，所以有三個(gè)，所以有三個(gè)變量可作為控制變量。圖變量可作為控制變量。圖6-236-23中，分別以三個(gè)變量作為控制變中，分別以三個(gè)變量作為控制變量構(gòu)成三種不同的控制方案。量構(gòu)成三種不同的控制方案。37第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)換熱換熱器器混合過混合過程程風(fēng)風(fēng) 管管干燥干燥塔塔控制控制器器控制閥控制閥 f f1 1( (t t) )f f3 3( (t t) )f f2 2( (t t) )x x( (t t) ) + +- -y(t)y(t)(a) (a) 乳化物流量作為控制變量的控制系統(tǒng)方框圖乳化物

21、流量作為控制變量的控制系統(tǒng)方框圖換熱器換熱器風(fēng)管風(fēng)管干燥塔干燥塔控制器控制器混合過程混合過程f f1 1( (t t) )f f3 3( (t t) )f f2 2( (t t) )x x( (t t) )+ +- -y(t)y(t)控制閥控制閥(b) (b) 風(fēng)量作為控制變量的控制系統(tǒng)方框圖風(fēng)量作為控制變量的控制系統(tǒng)方框圖換熱器風(fēng)管干燥塔控制器混合過程f1(t)f3(t)f2(t)x(t)+-y(t)控制閥 (c) (c) 蒸汽量作為控制變量的控制系統(tǒng)方框圖蒸汽量作為控制變量的控制系統(tǒng)方框圖圖圖 6-23 6-23 干燥塔溫度控制方案比較示意圖干燥塔溫度控制方案比較示意圖38第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)

22、單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 比較三種控制方案，圖比較三種控制方案，圖6-23 (a)6-23 (a)采用乳液流量作控制變量，采用乳液流量作控制變量，乳液直接進(jìn)入干燥塔，控制通道滯后最小，對(duì)干燥溫度的校正乳液直接進(jìn)入干燥塔，控制通道滯后最小，對(duì)干燥溫度的校正作用最迅速，而且擾動(dòng)通道延時(shí)較大，從控制品質(zhì)方面考慮，作用最迅速，而且擾動(dòng)通道延時(shí)較大，從控制品質(zhì)方面考慮，應(yīng)當(dāng)選此方案。但乳液流量是生產(chǎn)負(fù)荷應(yīng)當(dāng)選此方案。但乳液流量是生產(chǎn)負(fù)荷( (亦是產(chǎn)量亦是產(chǎn)量) )，若作為控制，若作為控制變量，則它不可能始終在最大的變量，則它不可能始終在最大的( (而且是穩(wěn)定的而且是穩(wěn)定的) )負(fù)荷點(diǎn)工作，從負(fù)

23、荷點(diǎn)工作，從而限制了裝置的生產(chǎn)能力。此外如果在乳液管線上安裝了控制而限制了裝置的生產(chǎn)能力。此外如果在乳液管線上安裝了控制閥，容易使?jié)饪s乳液結(jié)塊，降低產(chǎn)品質(zhì)量。因而選乳液流量為閥，容易使?jié)饪s乳液結(jié)塊，降低產(chǎn)品質(zhì)量。因而選乳液流量為控制變量工藝上不合理。綜合考慮，一般不采用此控制方案。控制變量工藝上不合理。綜合考慮，一般不采用此控制方案。39第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 比較分析圖比較分析圖6-23 (b)6-23 (b)與與(c)(c)，在這兩種控制方案中，乳液，在這兩種控制方案中，乳液流量流量f f1 1( (t t) )作為擾動(dòng)量，其對(duì)控制系統(tǒng)的影響作為擾動(dòng)量，其對(duì)控制

24、系統(tǒng)的影響( (擾動(dòng)通道擾動(dòng)通道) )是相是相同的，差別在于控制通道與另一擾動(dòng)通道不同。由于換熱同的，差別在于控制通道與另一擾動(dòng)通道不同。由于換熱器時(shí)間常數(shù)較大，因而采用風(fēng)量為控制變量時(shí)，圖器時(shí)間常數(shù)較大，因而采用風(fēng)量為控制變量時(shí)，圖6-23 (b)6-23 (b)控制系統(tǒng)的控制通道時(shí)間常數(shù)較小，擾動(dòng)通道時(shí)間常數(shù)較控制系統(tǒng)的控制通道時(shí)間常數(shù)較小，擾動(dòng)通道時(shí)間常數(shù)較大；圖大；圖6-23 (c)6-23 (c)采用蒸汽量為控制變量，控制通道時(shí)間常數(shù)采用蒸汽量為控制變量，控制通道時(shí)間常數(shù)較大，擾動(dòng)通道時(shí)間常數(shù)反而較小。因此選擇旁路空氣量較大，擾動(dòng)通道時(shí)間常數(shù)反而較小。因此選擇旁路空氣量為控制變量的方

25、案為最佳。為控制變量的方案為最佳。40第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 2 2過程檢測(cè)、控制設(shè)備的選用過程檢測(cè)、控制設(shè)備的選用 根據(jù)生產(chǎn)工藝和用戶要求，選用電動(dòng)單元組合儀表根據(jù)生產(chǎn)工藝和用戶要求，選用電動(dòng)單元組合儀表(DDZ)(DDZ)。 (1) (1)測(cè)溫元件及變送器測(cè)溫元件及變送器 被控溫度在被控溫度在500500以下，選用熱電以下，選用熱電阻溫度計(jì)。為提高檢測(cè)精度，應(yīng)用三線制接法，并配用溫度阻溫度計(jì)。為提高檢測(cè)精度，應(yīng)用三線制接法，并配用溫度變送器。變送器。 (2)(2)控制閥控制閥 根據(jù)生產(chǎn)工藝安全原則及被控介質(zhì)特點(diǎn)，控根據(jù)生產(chǎn)工藝安全原則及被控介質(zhì)特點(diǎn)，控制閥選氣閉

26、形式。根據(jù)過程特性與控制要求選用對(duì)數(shù)流量特制閥選氣閉形式。根據(jù)過程特性與控制要求選用對(duì)數(shù)流量特性的控制閥。性的控制閥。 (3) (3)控制器控制器 根據(jù)過程特性與工藝要求，可選用根據(jù)過程特性與工藝要求，可選用PIPI或或PIDPID控控制規(guī)律。根據(jù)構(gòu)成負(fù)反饋系統(tǒng)原則，確定控制器為反作用形制規(guī)律。根據(jù)構(gòu)成負(fù)反饋系統(tǒng)原則，確定控制器為反作用形式。式。 41第三節(jié)第三節(jié) 控制器參數(shù)的工程整定控制器參數(shù)的工程整定n 一、臨界比例度法一、臨界比例度法42 按照已定的控制方案，求取使控制質(zhì)量最好的控制器參數(shù)值。即確定最合適的控制器比例度、積分時(shí)間TI和微分時(shí)間TD。 理論計(jì)算的方法和工程整定法。 先通過試

27、驗(yàn)得到臨界比例度k和臨界周期Tk，然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來的關(guān)系求出控制器各參數(shù)值。 第三節(jié)第三節(jié) 控制器參數(shù)的工程整定控制器參數(shù)的工程整定43圖6-20 臨界振蕩過程控制作用控制作用比例度比例度/%積分時(shí)間積分時(shí)間TI/min微分時(shí)間微分時(shí)間TD/min比例比例比例比例+積分積分比例比例+微分微分比例比例+積分積分+微分微分2 k2.2k1.8k1.7k0.85 Tk0.5 Tk0.1 Tk0.125 Tk表 6-1臨界比例度法參數(shù)計(jì)算公式表 比較簡(jiǎn)單方便，容易掌握和判斷，適用于一般的控制系統(tǒng)。第三節(jié)第三節(jié) 控制器參數(shù)的工程整定控制器參數(shù)的工程整定n 二、衰減曲線法二、衰減曲線法44通過使系統(tǒng)產(chǎn)

28、生衰減振蕩來整定控制器的參數(shù)值。圖6-2141和101衰減振蕩過程控制作用控制作用/%/%TI/minTD/min比例比例s s比例比例+ +積分積分1.21.2s s 0.5 0.5 TS比例比例+ +積分積分+ +微分微分0.80.8s s 0.3 0.3 TS0.1 0.1 TS控制作用控制作用/%/%TI/minTD/min比例比例s s 比例比例+ +積分積分1.2s s 2T升升比例比例+ +積分積分+ +微分微分0.8 s s 1.2 T升升0.4T升升表6-241衰減曲線法控制器參數(shù)計(jì)算表表6-3101衰減曲線法控制器參數(shù)計(jì)算表第三節(jié)第三節(jié) 控制器參數(shù)的工程整定控制器參數(shù)的工程

29、整定s45第三節(jié)第三節(jié) 控制器參數(shù)的工程整定控制器參數(shù)的工程整定46（1 1）加的干擾幅值不能太大，要根據(jù)生產(chǎn)操作要求）加的干擾幅值不能太大，要根據(jù)生產(chǎn)操作要求來定，一般為額定值的來定，一般為額定值的5 5左右，也有例外的情況。左右，也有例外的情況。（2 2）必須在工藝參數(shù)穩(wěn)定情況下才能施加干擾，否）必須在工藝參數(shù)穩(wěn)定情況下才能施加干擾，否則得不到正確的則得不到正確的S、TS或或S和和T升升值。值。（3 3）對(duì)于反應(yīng)快的系統(tǒng)，如流量、管道壓力和小容）對(duì)于反應(yīng)快的系統(tǒng)，如流量、管道壓力和小容量的液位控制等，要在記錄曲線上嚴(yán)格得到量的液位控制等，要在記錄曲線上嚴(yán)格得到4141衰減衰減曲線比較困難。一般以被控變量來回波動(dòng)兩次達(dá)到穩(wěn)曲線比較困難。一般以被控變量來回波動(dòng)兩次達(dá)到穩(wěn)定，就可以近似地認(rèn)為達(dá)到定，就可以近似地認(rèn)為達(dá)到4141衰減過程了。衰減過程了。 第三節(jié)第三節(jié) 控制器參數(shù)的工程整定控制器參數(shù)的工程整定n 三、經(jīng)驗(yàn)湊試法三、經(jīng)驗(yàn)湊試法根據(jù)經(jīng)驗(yàn)先將控制器參數(shù)放在一個(gè)數(shù)值上，直接在閉環(huán)的控制系統(tǒng)中，通過改變給定值施加干擾，在記錄儀上觀察過渡過程曲線，運(yùn)用、TI、TD對(duì)過渡過程的影響為指導(dǎo)，按照規(guī)定順序，對(duì)比例度、積分時(shí)間TI和微分時(shí)間TD逐個(gè)整定，直到獲得滿意的過渡過程為止。