第七章簡單控制系統(tǒng)

1、第七章 簡單控制系統(tǒng) 主要內(nèi)容 簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 簡單控制系統(tǒng)的投運(yùn)與參數(shù)整定簡單控制系統(tǒng)的投運(yùn)與參數(shù)整定 簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)7.1 控制系統(tǒng)的組成控制系統(tǒng)的組成7.2 簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 7.2.1控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述 基本內(nèi)容 確定控制方案 儀表及裝置的選型 相關(guān)工程內(nèi)容的設(shè)計(jì) 基本步驟 初步設(shè)計(jì) 施工圖設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)文件和責(zé)任簽字 參與施工和試車 設(shè)計(jì)回訪7.2.2 被控變量的選擇 在多個(gè)變量中選擇被控變量應(yīng)遵循下列原則： 盡量選擇能直接反映產(chǎn)品質(zhì)量的變量作為被控變量； 所選被控變量能滿足生產(chǎn)工藝穩(wěn)定安全高效的要求 必須考慮自動(dòng)化儀表及裝置

2、的現(xiàn)狀。7.2.3 操縱變量的選擇 操縱變量的選取應(yīng)遵循下列原則： 操縱變量必須是工藝上允許調(diào)節(jié)的變量； 操縱變量是應(yīng)該是系統(tǒng)中所有被控變量的輸入變量中的對被控變量影響最大的一個(gè)?？刂仆ǖ赖姆糯笙禂?shù)要盡量大一些，時(shí)間常數(shù)適當(dāng)小些，滯后時(shí)間盡量小。 不宜選擇代表生產(chǎn)負(fù)荷的變量作為操縱變量，以免產(chǎn)量受到波動(dòng)。7.2.4 控制規(guī)律及控制作用的選擇 在控制系統(tǒng)中，儀表選型確定以后，對象的在控制系統(tǒng)中，儀表選型確定以后，對象的特性是固定的，不好改變的；測量元件及變送器特性是固定的，不好改變的；測量元件及變送器的特性比較簡單，一般也是不可以改變的；執(zhí)行的特性比較簡單，一般也是不可以改變的；執(zhí)行器加上閥門定

3、位器可有一定程度的調(diào)整，但靈活器加上閥門定位器可有一定程度的調(diào)整，但靈活性不大；主要可以改變參數(shù)的就是控制器。性不大；主要可以改變參數(shù)的就是控制器。 系統(tǒng)設(shè)置控制器的目的，也是通過它改變整系統(tǒng)設(shè)置控制器的目的，也是通過它改變整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，以達(dá)到控制的目的。個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，以達(dá)到控制的目的。（1）控制規(guī)律的選擇 位式控制 常見的位式控制有雙位和三位兩種。 一般適用于滯后較小，負(fù)荷變化不大也不劇烈，控制質(zhì)量要求不高，允許被控變量在一定范圍內(nèi)波動(dòng)的場合，如恒溫箱、電阻爐等的溫度控制。 比例控制 當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，克服擾動(dòng)能力強(qiáng)，控制作用及時(shí)，過渡過程時(shí)間短，但過程終了時(shí)存在余差，且負(fù)荷變化越大余

4、差也越大。 比例控制適用于控制通道滯后較小、時(shí)間常數(shù)不太大、擾動(dòng)幅度較小，負(fù)荷變化不大、控制質(zhì)量要求不高，允許有余差的場合。如貯罐液位、塔釜液位的控制和不太重要的蒸汽壓力的控制等。 比例積分控制 引入積分作用能消除余差，故比例積分控制是使用最多、應(yīng)用最廣的控制規(guī)律。 加入積分作用后要保持系統(tǒng)原有的穩(wěn)定性，必須加大比例度（削弱比例作用）。 對于控制通道滯后小，負(fù)荷變化不太大，工藝上不允許有余差的場合，如流量或壓力的控制，采用比例積分控制規(guī)律可獲得較好的控制質(zhì)量。 比例微分控制 引入了微分，會(huì)有超前控制作用，能使系統(tǒng)的穩(wěn)定性增加，最大偏差和余差減小，加快了控制過程，改善了控制質(zhì)量，故比例微分控制適

5、用于過程容量滯后較大的場合。 對于滯后很小和擾動(dòng)作用頻繁的系統(tǒng)，應(yīng)盡可能避免使用微分作用。 比例積分微分控制 微分作用對于克服容量滯后有顯著效果，對克服純滯后是無能為力的。 在比例作用的基礎(chǔ)上加上微分作用能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，加上積分作用能消除余差，又有、TI 、TD三個(gè)可以調(diào)整的參數(shù)，因而可以使系統(tǒng)獲得較高的控制質(zhì)量。 它適用于容量滯后大、負(fù)荷變化大、控制質(zhì)量要求較高的場合，如反應(yīng)器、聚合釜的溫度控制。（2）控制作用的選擇 控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)增益的有正、負(fù)之別。 各環(huán)節(jié)增益的正或負(fù)可根據(jù)在穩(wěn)態(tài)條件下該環(huán)節(jié)輸出增量與輸入增量之比確定。 當(dāng)該環(huán)節(jié)的輸入增加時(shí)，其輸出增加，則該環(huán)節(jié)的增益為正，反之，如果

6、輸出減小則增益為負(fù)。 對象的增益可以是正，亦可以是負(fù) 氣開控制閥的增益是正的；氣關(guān)控制閥的增益是負(fù)的。 檢測元件和變送器的增益一般是正。 控制器有正、反作用之分，正作用控制器的增益Kc是負(fù)負(fù)的；反作用控制器的增益Kc是正正的。注意區(qū)分增益正注意區(qū)分增益正負(fù)和正反作用負(fù)和正反作用 整個(gè)控制系統(tǒng)必須是一個(gè)負(fù)反饋系統(tǒng)負(fù)反饋系統(tǒng)，所以回路中各環(huán)節(jié)回路中各環(huán)節(jié)增益增益的乘積必須為正值的乘積必須為正值(或或各環(huán)節(jié)作用的綜合必須為反作用各環(huán)節(jié)作用的綜合必須為反作用)。 一個(gè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)好后，對象、控制閥、檢測元件和變送器的增益亦確定了，通過選擇控制器作用方向來保證控制系統(tǒng)是一個(gè)負(fù)反饋系統(tǒng)。 圖示液位控制系統(tǒng)

7、中，如操縱變量是進(jìn)料量并選擇氣開閥。 進(jìn)料閥開度增加，液位升高，因此對象增益Kp為正； 液位升高，檢測變送環(huán)節(jié)的輸出增加，檢測變送環(huán)節(jié)Km為正； 氣開閥Kv為正； 為保證負(fù)反饋，K開=KcKvKpKm0，因此應(yīng)選擇控制器增益Kc為正，即為反作用控制器。 如操縱變量是出料量同樣選擇氣開閥 出料閥開度增加，液位降低，因此對象增益Kp為負(fù)； 應(yīng)選擇控制器增益Kc為負(fù)，即為正作用控制器。7.2.5執(zhí)行器(氣動(dòng)薄膜控制閥)的選擇 (1) 控制閥結(jié)構(gòu)類型及材質(zhì)的選擇 (2) 控制閥氣開、氣關(guān)形式的選擇 首先要從生產(chǎn)安全出發(fā) 從保證產(chǎn)品質(zhì)量出發(fā) 從降低原料、成品、動(dòng)力損耗來考慮 從介質(zhì)的特點(diǎn)考慮 (3)控制

8、閥流量特性的選擇 (4)控制閥口徑大小的選擇7.3 簡單控制系統(tǒng)的參數(shù)整定簡單控制系統(tǒng)的參數(shù)整定 所謂參數(shù)整定，就是對于一個(gè)已經(jīng)設(shè)計(jì)并安裝就緒的控制系統(tǒng)，選擇合適的控制器參數(shù)來改善系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性，使系統(tǒng)的過渡過程達(dá)到最為滿意的質(zhì)量指標(biāo)要求。 工程整定法 經(jīng)驗(yàn)整定法 臨界比例度法 衰減曲線法7.4 控制系統(tǒng)的投運(yùn)控制系統(tǒng)的投運(yùn) 投運(yùn)前的準(zhǔn)備工作 投運(yùn)過程 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或估算設(shè)置PID參數(shù) 確認(rèn)控制閥的氣開、氣關(guān)作用后確認(rèn)控制器的正、反作用 現(xiàn)場的人工操作 手動(dòng)遙控 投入自動(dòng) 進(jìn)一步調(diào)整PID參數(shù)7.5簡單控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例簡單控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例貯槽液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)貯槽液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 被控變量 :

9、貯槽液位 操縱變量 :流入量 （流出量通常與生產(chǎn)負(fù)荷緊密相關(guān)，因此不適合作為操縱變量） 選用儀表 DDZ-型差壓變送器測量貯槽液位并輸出測量信號(hào) 氣動(dòng)薄膜控制閥, 選對數(shù)流量特性。選氣開閥。 控制器控制規(guī)律和正、反作用方式： 如果貯槽在生產(chǎn)過程中是起緩沖作用，其液位控制要求不高，則控制器選比例控制，且比例度可以選得稍大一些。 如果貯槽在生產(chǎn)過程中作為計(jì)量槽使用時(shí)，則需要精確控制液位?？刂破骺梢圆捎肞I控制規(guī)律，以消除余差。 結(jié)合控制閥的氣開、氣關(guān)特性，控制器選反作用方式。噴霧式干燥設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)噴霧式干燥設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 被控變量 : 干燥溫度 操縱變量 : 方案一：乳液流量 方案二：蒸汽流量 方案三：選擇旁路空氣流量 綜合比較之后，確定將旁路空氣流量作為操縱變量較為理想。 過程檢測控制儀表的選用 根據(jù)生產(chǎn)工藝和用戶要求，選用電動(dòng)單元組合儀表。 由于被控溫度在600以下，選用熱電阻熱電阻作為測溫元件