單回路控制系統(tǒng)原理

單回路掌握系統(tǒng)原理單回路掌握系統(tǒng)原理一、 過(guò)程掌握的特點(diǎn)與其它自動(dòng)掌握系統(tǒng)相比，過(guò)程掌握的主要特點(diǎn)是：1、系統(tǒng)由工業(yè)上系列生產(chǎn)的過(guò)程檢測(cè)掌握儀表組成。一個(gè)簡(jiǎn)潔的過(guò)程掌握系統(tǒng)是由掌握對(duì)象和過(guò)程檢測(cè)掌握儀表〔包括測(cè)量元件，變送器、調(diào)整器和調(diào)整閥〕兩部分組成。如圖1：液位掌握系統(tǒng)HQ1HQ1f〔t〕xf〔t〕x〔t〕e〔t〕調(diào)z〔t〕p〔t〕調(diào)q〔t〕被KC：調(diào)整器的靜態(tài)放大系數(shù)KV：調(diào)整閥的靜態(tài)放大系數(shù)Km：變送器的靜態(tài)放大系數(shù)2、被控對(duì)象的設(shè)備是的，對(duì)象的型式很多，它們的動(dòng)態(tài)特性是未知的或者是不格外清楚的，但一般具有慣性大，滯后大，而且多數(shù)具有非線性特性。3、掌握方案的多樣性。有單變量掌握系統(tǒng)、多變量掌握系統(tǒng)；有線性系統(tǒng)、有非統(tǒng)所不能比較的。4、掌握過(guò)程屬慢過(guò)程，多半屬參量掌握。即需對(duì)表征生產(chǎn)過(guò)程的溫度、流量、壓力、液位、成分、PH等進(jìn)展掌握。5、在過(guò)程掌握系統(tǒng)中，其給定值是恒定的〔定值掌握，或是時(shí)間的函數(shù)〔序掌握。掌握的主要目的是在于如何削減或消退外界擾動(dòng)對(duì)被控量的影響。工業(yè)生產(chǎn)要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化，首先必需生疏生產(chǎn)過(guò)程，把握對(duì)象特點(diǎn)；同時(shí)要生疏過(guò)程參數(shù)的主要測(cè)量方法，了解儀表性能、特點(diǎn)，依據(jù)生產(chǎn)工藝要求和反饋掌握理論的分析方法，合理正確地構(gòu)建過(guò)程掌握系統(tǒng)；并且通過(guò)轉(zhuǎn)變調(diào)整儀表的23測(cè)量滯后是測(cè)量元件本身的特性所引起的動(dòng)態(tài)誤差。例如用熱電偶或熱電阻測(cè)量溫度時(shí)，由于其保護(hù)套管存在著熱阻和熱容，因而具有肯定的時(shí)間常數(shù)，測(cè)溫元件的輸出信號(hào)總是滯后于被控參數(shù)的變化，引起被控參數(shù)的測(cè)量值與真實(shí)值之間產(chǎn)生動(dòng)態(tài)誤差，從而造成掌握質(zhì)量下降。為了抑制測(cè)量滯后的不良影響，在系統(tǒng)可以承受以下措施：[1]、合理選擇快速測(cè)量元件。[2]、正確使用微分環(huán)節(jié)。B、純滯后純滯后往往是由測(cè)量元件的安裝位置不當(dāng)而引入的。在生產(chǎn)過(guò)程中，溫度測(cè)量和成分分析最簡(jiǎn)潔引入純滯后。微分作用對(duì)于純滯后是無(wú)能為力的。為了抑制純滯后的影響，只有合理選擇測(cè)量元件的安裝位置，盡量減小純滯后。當(dāng)過(guò)程參數(shù)測(cè)量引起的純滯后較大時(shí)，單回路掌握系統(tǒng)很難滿足生產(chǎn)工藝要求，應(yīng)考慮其它掌握方案。C、信息傳送滯后測(cè)量信息傳送滯后，主要是指氣動(dòng)單元組合儀表的輸出信號(hào)在管路中傳送所造成的滯后。為了抑制信號(hào)傳送滯后，可承受以下措施：、用氣—電和電—?dú)廪D(zhuǎn)換器，將氣壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)再傳送。、在氣壓信號(hào)管路上設(shè)置氣動(dòng)繼動(dòng)器或氣動(dòng)閥門定位器，以增大輸出功率，削減傳送滯后。1調(diào)整器的掌握規(guī)律有比例〔、積分〔I、微分〔〕種組合。比例調(diào)整例調(diào)整準(zhǔn)時(shí)、有力、但有余差。積分調(diào)整〔T：依據(jù)偏差是否存在來(lái)動(dòng)作，它的輸出與偏差對(duì)時(shí)間的積分成比例，只有當(dāng)余差消逝時(shí)，積分作用才會(huì)停頓。積分的作用是消退余差，但積分作用使最大動(dòng)偏差增大，延長(zhǎng)了調(diào)整時(shí)間。積分時(shí)間越小說(shuō)明積分作用越強(qiáng)，積分作用太強(qiáng)時(shí)會(huì)引起震蕩。積分掌握通常與比例掌握或微分掌握聯(lián)合作用，構(gòu)成PI或PID掌握。積分掌握能消退系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，提高掌握系統(tǒng)的掌握精度。但積分掌握通常使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。Ti太小系統(tǒng)將不穩(wěn)定；Ti偏小，震蕩次數(shù)較多；Ti太大對(duì)系統(tǒng)性能的影響削減。微分調(diào)整〔T：依據(jù)偏差變化速度來(lái)動(dòng)作，它的輸出與輸入偏差變化的速度成比例，其作用是阻擋被調(diào)參數(shù)的一切變化，有超前調(diào)整的作用，對(duì)滯后大的對(duì)象有很好的效果。它可以抑制調(diào)整對(duì)象的慣性滯后、容量滯后，但不能抑制調(diào)整對(duì)象的純滯后。常用掌握系統(tǒng)溫度掌握系統(tǒng)：時(shí)間常數(shù)一般較大，為幾分鐘到幾格外鐘。溫度掌握系統(tǒng)的純滯后一般也較大。為了改善溫度掌握系統(tǒng)的品質(zhì)，測(cè)量元件應(yīng)選用時(shí)間常數(shù)小的元件，并盡可能的安裝在測(cè)量純滯后小的地方，調(diào)整器一般選用PID調(diào)整器，適當(dāng)引入壓力掌握系統(tǒng)：氣體壓力對(duì)象根本上是單容的，時(shí)間常數(shù)與系統(tǒng)容積成正比，PI調(diào)整器，積分時(shí)間一般為幾十秒到幾分鐘；液體壓力對(duì)象具有不行壓縮性，時(shí)間常數(shù)很小，通常為幾秒鐘，同時(shí)對(duì)象的純4滯后時(shí)間很小，調(diào)整過(guò)程中被控變量的振蕩周期很短。調(diào)整器常選用PI調(diào)整器。流量掌握系統(tǒng)：流量對(duì)象時(shí)間常數(shù)很小，一般為幾秒，對(duì)象的純滯后時(shí)間也很小，調(diào)整過(guò)程中被控變量的振蕩周期也很短。調(diào)整器常選用PI調(diào)整器。液位掌握系統(tǒng)：一個(gè)設(shè)備或儲(chǔ)罐的液位，代表了其流入量和流出量差的累積。PPI調(diào)整器。調(diào)整器的參數(shù)整定調(diào)整器參數(shù)的工程整定方法有響應(yīng)曲線法、臨界比例度法、衰減曲線法和現(xiàn)場(chǎng)閱歷法。在現(xiàn)場(chǎng)我們使用的是現(xiàn)場(chǎng)閱歷法來(lái)進(jìn)展調(diào)整器的參數(shù)整定。對(duì)于由比例調(diào)整器構(gòu)成的過(guò)程掌握系統(tǒng)，其整定參數(shù)只有一個(gè)比例度δ，此時(shí)只需將比例度δ由大漸漸調(diào)小，觀看系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程曲線，直到認(rèn)為其曲線到達(dá)最正確為止。對(duì)于由比例積分調(diào)整器構(gòu)成的過(guò)程掌握系統(tǒng)，其整定參數(shù)有比例度δ和積分時(shí)間Ti。此時(shí)，首先將Ti→∞，按純比例作用整定調(diào)整器的比例度，使其得到較好的過(guò)渡過(guò)程曲線。然后，把比例度放大約1.2倍，再引入積分作用并將積分時(shí)間從大到小進(jìn)展調(diào)整，使其得到較好的過(guò)渡過(guò)程曲線。最終，在這個(gè)積分時(shí)間下，再轉(zhuǎn)變比例度，觀看其曲線變化狀況，如曲線變化，就按此方向再整定比例度；如曲線無(wú)變直到認(rèn)為其曲線到達(dá)最正確為止。對(duì)于由比例積分微分調(diào)整器構(gòu)成的過(guò)程掌握系統(tǒng)，先使微分時(shí)間Td=0，再按上述比例積分調(diào)整器的整定方法，得到較滿足的過(guò)渡過(guò)程曲線，然后引入微分作用，使微分時(shí)間由小到大進(jìn)展調(diào)整，逐步湊試，直到得到最正確整定參數(shù)值2調(diào)整閥是過(guò)程掌握系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成環(huán)節(jié)。調(diào)整閥的選擇主要是流量特性的選擇、流通力量的選擇、構(gòu)造形式的選擇和開關(guān)形式的選擇。應(yīng)依據(jù)對(duì)象特性、負(fù)荷變化狀況和生產(chǎn)工藝的要求動(dòng)身，來(lái)確定所需要的調(diào)整閥。〔流量、介質(zhì)特性等〕和過(guò)程掌握系統(tǒng)的質(zhì)量要求。調(diào)整閥對(duì)通過(guò)的流體流量的掌握是基于轉(zhuǎn)變閥芯與閥座之間的流通截面大小，即轉(zhuǎn)變其阻力大小來(lái)到達(dá)的。所以，從流體力學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，調(diào)整閥是一個(gè)局部阻力可以變化的節(jié)流元件。A、調(diào)整閥的尺寸選擇調(diào)整閥的尺寸通常用公稱直徑DdDd是依據(jù)計(jì)算出來(lái)C來(lái)選擇。C表示調(diào)整閥的容量，其定義為：調(diào)整閥全開，閥前、閥后壓差為MPa1g/cm3m3數(shù)。CC=Q r/〔p1-p2〕式中：r —流體重度；Q—流體的體積流量p1-p2 調(diào)整閥前后壓差——依據(jù)調(diào)整所需的物料量Qmax、Qmin，流體重度r及調(diào)整閥上的壓降p1-p2可以求得最大流量、最小流量時(shí)的Cmax和Cmin值。依據(jù)Cmax，在所選用產(chǎn)品型式的CmaxC值。5B、氣開、氣關(guān)的選擇氣動(dòng)調(diào)整閥分氣開、氣關(guān)兩種。有掌握氣壓信號(hào)〔即有輸出信號(hào)〕時(shí)閥開、無(wú)掌握氣壓信號(hào)時(shí)閥關(guān)叫氣開式；有掌握氣壓信號(hào)〔即有輸出信號(hào)〕時(shí)閥關(guān)、無(wú)掌握氣壓信號(hào)時(shí)閥開叫氣關(guān)式。在具體選用調(diào)整閥氣開、氣關(guān)形式時(shí)，應(yīng)考慮以下狀況、考慮事故狀態(tài)時(shí)人身和工藝設(shè)備的安全、在事故狀態(tài)下削減生產(chǎn)原料或動(dòng)力的消耗鋪張，以及保證產(chǎn)品質(zhì)量。[3]、考慮介質(zhì)的性質(zhì)〔防止物料結(jié)晶、凝固和堵塞〕C、調(diào)整閥流量特性的選擇調(diào)整閥的流量特性是指介質(zhì)流過(guò)閥門的相對(duì)流量與閥門相對(duì)開度之間的關(guān)系。從過(guò)程掌握的角度來(lái)看，調(diào)整閥最重要的特性是它的流量特性。由于調(diào)整閥的特性對(duì)整個(gè)過(guò)程掌握系統(tǒng)的品質(zhì)有很大的影響。不少掌握系統(tǒng)工作不正常，往往是由于調(diào)整閥的特性選擇不適宜，或者是閥芯在使用中受腐蝕、磨損使特性變壞引起的。它取決于閥芯的外形，閥芯的外形有快開、直線、拋物線和等百分比四種。而在生產(chǎn)過(guò)程中，常常用的有直線、等百分比和快開三種。拋物線流量特性一般可用等百分比特性來(lái)代替，快開特性常用于程序掌握及二位式掌握中。因此調(diào)整閥流量特性的選擇實(shí)際是直線與等百分比流量特性的選擇。調(diào)整閥流量特性的選擇的原則：、當(dāng)對(duì)象的放大系數(shù)為線性時(shí)，應(yīng)選擇直線流量特性調(diào)整閥，否則就選擇等百分比流量特性調(diào)整閥、在負(fù)荷變化較大的場(chǎng)合，選擇等百分比流量特性調(diào)整閥為宜。這是由于等百分比流量特性調(diào)整閥的放大系數(shù)是隨閥芯位移的變化而變化的，其流量變化率恒定，所以，能適應(yīng)負(fù)荷的變化狀況。、當(dāng)調(diào)整閥常常工作在小開度時(shí)，宜選擇等百分比流量特性調(diào)整閥。這是因?yàn)橹本€流量特性調(diào)整閥在小開度狀況下，流量變化率很大，不宜進(jìn)展微調(diào)。D、調(diào)整閥的構(gòu)造形式和材料的選擇調(diào)整閥的構(gòu)造形式和材料可依據(jù)不同的工藝操作條件和使用要求〔如溫度、壓力、介質(zhì)的物理、化學(xué)特性〕來(lái)選用。常見幾種調(diào)整閥的構(gòu)造形式和特點(diǎn)：、直通單座調(diào)整閥：閥體內(nèi)只有一個(gè)閥芯和一個(gè)閥座。特點(diǎn)是泄露量小，不平衡力大。適用于對(duì)泄露量嚴(yán)格要求、壓差較小的場(chǎng)合。、直通雙座調(diào)整閥：閥體有二個(gè)閥芯和閥座。它與同口徑的單座調(diào)整閥相比，流通力量約大20~25%。其優(yōu)點(diǎn)是允許壓差大，缺點(diǎn)是泄露量大。適用于閥兩端壓差較大，泄露量要求不高的場(chǎng)合。不適用于高粘度和含纖維的場(chǎng)合。、套桶型調(diào)整閥〔又叫籠式閥由于這種移動(dòng)轉(zhuǎn)變了節(jié)流孔的面積，從而實(shí)現(xiàn)流量調(diào)整。優(yōu)點(diǎn)是具有不平衡力小，缺點(diǎn)是不適用于高溫、高粘度、含顆粒和結(jié)晶的介質(zhì)掌握。使閥芯向前下方進(jìn)入閥座。其優(yōu)點(diǎn)是具有體積小，重量輕、使用牢靠、修理便利、通用性強(qiáng)，流體阻力小等優(yōu)點(diǎn)，適用于粘度較大的場(chǎng)合，具有較好的使用性能。[5]、角形閥：閥體為直角形，其流路簡(jiǎn)潔，阻力小，適用于高壓差、高粘度、含懸6浮物和顆粒狀物料流量的掌握。一般使用于底進(jìn)側(cè)出，此時(shí)調(diào)整閥穩(wěn)定性好。但在高壓場(chǎng)合下，為了延長(zhǎng)閥芯使用壽命，可承受側(cè)進(jìn)底出，但這時(shí)使用在小開度時(shí)容易發(fā)生震蕩。6、調(diào)整器正、反作用方式的選擇調(diào)整器正、反作用方式的選擇同被控對(duì)象的特性以及調(diào)整閥的氣開、氣關(guān)形式〔或削減〕時(shí)，被控參數(shù)亦增加〔或削減反作用。調(diào)整閥按其作用方向也有氣開、氣關(guān)兩種類型。一個(gè)過(guò)程掌握系統(tǒng)要能正常工作，則組成該系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)的極性〔用靜態(tài)放大系數(shù)表示Km通常為正極性，故只需將調(diào)整器KC、調(diào)整閥KV和調(diào)整對(duì)象K0的靜態(tài)放大系數(shù)相乘為正號(hào)即可。各環(huán)節(jié)極性的規(guī)定：正作用調(diào)整器，其靜態(tài)放大系數(shù)KC取負(fù)，反作用調(diào)整器，其靜態(tài)放大系數(shù)KC取正。氣開式調(diào)整閥，其靜態(tài)放大系數(shù)KV取正，氣關(guān)式調(diào)整閥，其靜態(tài)放大系數(shù)KV取負(fù)。K0取正，反作用被控對(duì)象，其靜態(tài)放大系K0取負(fù)。選擇調(diào)整器正、反作用的次序?yàn)椋合纫罁?jù)生產(chǎn)工藝安全原則確定調(diào)整閥的開、關(guān)形式；然后依據(jù)被控對(duì)象的特性，打算其正、反作用；最終按組成該系統(tǒng)的三個(gè)環(huán)節(jié)的靜態(tài)放大系數(shù)相乘必需為一個(gè)正號(hào)的原則，打算調(diào)整器正、反作用。例：有一個(gè)水箱，其流入量為Q1，流出量為Q2，在生產(chǎn)過(guò)程中，工藝要求其液位穩(wěn)