化工自動化及儀表：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7.1 控制系統(tǒng)的組成7.2 簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計7.2.1控制系統(tǒng)設(shè)計概述基本內(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)計基本步驟初步設(shè)計施工圖設(shè)計設(shè)計文件和責(zé)任簽字參與施工和試車設(shè)計回訪722被控變量的選擇在多個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化儀表及裝置的現(xiàn)狀。723 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

2、量中的對被控變量影響最大的一個?？刂仆ǖ赖姆糯笙禂?shù)要盡量大一些，時間常數(shù)適當(dāng)小些，滯后時間盡量小。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。7.2.4 控制規(guī)律及控制器作用方向的選擇 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。 系統(tǒng)設(shè)置控制器的目的，也是通過它改變整個控制系統(tǒng)的動態(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

3、，允許被控變量在一定范圍內(nèi)波動的場合，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，克服擾動能力強(qiáng)，控制作用及時，過渡過程時間短，但過程終了時存在余差，且負(fù)荷變化越大余差也越大。比例控制適用于控制通道滯后較小、時間常數(shù)不太大、擾動幅度較小，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

4、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，故比例微分控制適用于過程容量滯后較大的場合。對于滯后很小和擾動作用頻繁的系統(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）控制器作用方向的選擇控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)增益

5、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，其輸出增加，則該環(huán)節(jié)的增益為正，反之，如果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?？刂破饔姓⒎醋饔弥郑饔每刂破鞯脑鲆媸秦?fù)的；反作用控制器的增益是正的。整個控制系統(tǒng)必須是一個負(fù)反饋系統(tǒng)，所以回路中各環(huán)節(jié)增益的乘積必須為正值。一個控制系統(tǒng)設(shè)計好后，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)是一個負(fù)反饋系統(tǒng)。圖示液位控制系統(tǒng)中，如操縱變量是進(jìn)料量并選擇氣開閥

6、。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、動力損耗來考慮從介質(zhì)的特點(diǎn)考慮(3)控制閥流量特性的選擇(4)控制閥口徑大小的選擇7.3 簡單控制系統(tǒng)

7、的參數(shù)整定所謂參數(shù)整定，就是對于一個已經(jīng)設(shè)計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)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)場的人工操作手動遙控投入自動進(jìn)一步調(diào)整PID參數(shù)7.5簡單控制系統(tǒng)設(shè)計案例貯槽液位控制系統(tǒng)設(shè)計被控變量 :貯槽液位 操縱變量 :流入量選用儀表DDZ-型差壓變送器測量貯槽液位并輸出測量信號。氣動薄膜控制閥, 選對數(shù)流量特性。氣開閥?？刂破骺刂埔?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)過程中作為計量槽使用時，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，確定將旁路控制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，選用電動單元組合儀表。由于被控溫度在600以下，選用熱電阻作為測溫元件，配用溫度變送器。選用對數(shù)流量特性的控