自動化技術(shù)在油脂企業(yè)中的應用

1、 配料自動化系統(tǒng)德國自動化設(shè)備錄象1、控制對象3個水箱4個電磁閥成品箱稱重傳感器原料箱伊利自動包裝生產(chǎn)線視頻喜珠牌食用油自動貼標及包裝生產(chǎn)線視頻1.2.3.n .控制器控制器被控對象被控對象輸入輸出開環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)半閉環(huán)控制系統(tǒng)可以歸結(jié)為：可以歸結(jié)為：穩(wěn)穩(wěn)定性（長期穩(wěn)定性）定性（長期穩(wěn)定性）準準確性（精度）確性（精度）快快速性（相對穩(wěn)定性）速性（相對穩(wěn)定性） 穩(wěn) 準 快穩(wěn)定性穩(wěn)定性：系統(tǒng)重新恢復平衡狀態(tài)的能力。：系統(tǒng)重新恢復平衡狀態(tài)的能力。 1 1 對恒值系統(tǒng)，要求當系統(tǒng)受到擾動后，經(jīng)過一定對恒值系統(tǒng)，要求當系統(tǒng)受到擾動后，經(jīng)過一定時間的調(diào)整能夠回到原來的期望值。時間的調(diào)整能夠回到原來的期望值

2、。 2 2 對隨動系統(tǒng)，被控制量始終跟蹤參據(jù)量的變化。對隨動系統(tǒng)，被控制量始終跟蹤參據(jù)量的變化。 穩(wěn)定性是對系統(tǒng)的基本要求，不穩(wěn)定的系統(tǒng)不能實穩(wěn)定性是對系統(tǒng)的基本要求，不穩(wěn)定的系統(tǒng)不能實現(xiàn)預定任務。穩(wěn)定性，通常由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)決定與外現(xiàn)預定任務。穩(wěn)定性，通常由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)決定與外界因素無關(guān)。界因素無關(guān)。 穩(wěn) 準 快準確性準確性：用穩(wěn)態(tài)誤差來表示。：用穩(wěn)態(tài)誤差來表示。 在參考輸入信號作用下，當系統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài)后，在參考輸入信號作用下，當系統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài)后，其穩(wěn)態(tài)輸出與參考輸入所要求的期望輸出之差叫做其穩(wěn)態(tài)輸出與參考輸入所要求的期望輸出之差叫做給定穩(wěn)態(tài)誤差。顯然，這種誤差越小，表示系統(tǒng)的給定穩(wěn)態(tài)誤差。顯然，這種

3、誤差越小，表示系統(tǒng)的輸出跟隨參考輸入的精度越高。輸出跟隨參考輸入的精度越高。 快速性：快速性：從一個穩(wěn)定狀態(tài)進入另一個穩(wěn)定狀態(tài)的從一個穩(wěn)定狀態(tài)進入另一個穩(wěn)定狀態(tài)的時間。對過渡過程的形式和快慢提出要求，一般稱為時間。對過渡過程的形式和快慢提出要求，一般稱為動態(tài)性能。動態(tài)性能。 穩(wěn)定高射炮射角隨動系統(tǒng)，雖然炮身最終能跟蹤目穩(wěn)定高射炮射角隨動系統(tǒng)，雖然炮身最終能跟蹤目標，但如果目標速度變動快迅速，而炮身行動遲緩，標，但如果目標速度變動快迅速，而炮身行動遲緩，仍然抓不住目標。仍然抓不住目標。 自動控制系統(tǒng)性能的基本要求是穩(wěn)、準、快，其中自動控制系統(tǒng)性能的基本要求是穩(wěn)、準、快，其中穩(wěn)定性是最基本的，也是

4、前提條件。穩(wěn)定性是最基本的，也是前提條件。 但對一個系統(tǒng)來說，穩(wěn)、準、快往往又是相互制約但對一個系統(tǒng)來說，穩(wěn)、準、快往往又是相互制約的，提高系統(tǒng)的快速性，可能會引起系統(tǒng)強烈的振動，的，提高系統(tǒng)的快速性，可能會引起系統(tǒng)強烈的振動，改善了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，控制過程又可能變得遲緩，甚改善了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，控制過程又可能變得遲緩，甚至使精度變差，因此對不同的系統(tǒng)，應根據(jù)使用目的至使精度變差，因此對不同的系統(tǒng)，應根據(jù)使用目的的不同，對穩(wěn)、準、快的要求有不同的側(cè)重，以滿足的不同，對穩(wěn)、準、快的要求有不同的側(cè)重，以滿足控制系統(tǒng)的要求?？刂葡到y(tǒng)的要求。自動調(diào)節(jié)閥控制器進水出水水位傳感器放大器希望水位自動調(diào)節(jié)閥水箱實

5、際水位進水控制器控制系統(tǒng)方塊圖自動調(diào)節(jié)閥控制器進水出水控制系統(tǒng)原理圖浮子（水位傳感器）放大器希望水位自動調(diào)節(jié)閥水箱實際水位進水控制器控制系統(tǒng)方塊圖簡單控制系統(tǒng)（單回路控制系統(tǒng)）是指由一個被控對象、一個測量變送器、一個調(diào)節(jié)器和一個執(zhí)行器（控制閥）所組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。液位控制系統(tǒng)壓力控制系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng) 共同特點，它們都包含有一個被控對象（由工業(yè)設(shè)備及相關(guān)的管道組成）、一個測量變送器、一個執(zhí)行裝置、一個調(diào)節(jié)器，采用負反饋控制原理，克服擾動因素對被控變量的影響，實現(xiàn)被控變量的定值或隨動跟蹤控制。由于其結(jié)構(gòu)簡單、目標單一被稱為簡單控制系統(tǒng)。液位控制系統(tǒng)壓力控制系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)液位控制系統(tǒng) 設(shè)置液位控

6、制系統(tǒng)的目的是使水箱液位保持在生產(chǎn)所希望設(shè)定值上。當由于某些擾動引起液位偏離給定值時，調(diào)節(jié)器將根據(jù)偏差，輸出適當?shù)目刂菩盘柛淖冋{(diào)節(jié)閥的開度，調(diào)整出水量，使液位回復到給定值。 液位傳感器（測量變送器）控制器執(zhí)行裝置液位控制系統(tǒng)壓力控制系統(tǒng)壓力傳感器（測量變送器）控制器執(zhí)行裝置設(shè)置壓力控制系統(tǒng)的目的是設(shè)置壓力控制系統(tǒng)的目的是使水泵出口壓力保持在給定值上。使水泵出口壓力保持在給定值上。當由于某些因素引起壓力偏離給定當由于某些因素引起壓力偏離給定值時，控制器將根據(jù)偏差情況適當值時，控制器將根據(jù)偏差情況適當改變調(diào)節(jié)閥開度，調(diào)整旁路流量，改變調(diào)節(jié)閥開度，調(diào)整旁路流量，使壓力回復到給定值。使壓力回復到給定值

7、。溫度控制系統(tǒng) 設(shè)置溫度控制系統(tǒng)的目的是使加熱器出口溫度保持在給定值上。當由于某些因素引起溫度偏離給定值時，控制器將根據(jù)偏差情況適當改變調(diào)節(jié)閥開度，調(diào)整蒸汽流量，使溫度回復到給定值。溫度傳感器（測量變送器）控制器執(zhí)行裝置溫度控制系統(tǒng)管道儀表流程圖以標準的圖形符號及文字代號簡要地管道儀表流程圖以標準的圖形符號及文字代號簡要地表示了主要工藝設(shè)備之間的關(guān)系、工藝物料的流向，也規(guī)定表示了主要工藝設(shè)備之間的關(guān)系、工藝物料的流向，也規(guī)定了控制系統(tǒng)所要完成的具體任務、應具備的功能。了控制系統(tǒng)所要完成的具體任務、應具備的功能。 溫度控制系統(tǒng)壓力控制系統(tǒng)液位控制系統(tǒng)方框圖只是表示各個變量之間的信號聯(lián)系，各個方框

8、的輸出是對其輸入變量變化的響應，并非表示物料的流動方向。 5.3 控制系統(tǒng)方案設(shè)計的基本要求控制系統(tǒng)方案設(shè)計的基本要求安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟 5.4 控制系統(tǒng)方案設(shè)計的主要內(nèi)容控制系統(tǒng)方案設(shè)計的主要內(nèi)容監(jiān)控方案設(shè)計、工程設(shè)計、工程安裝和儀表調(diào)校、調(diào)節(jié)器參數(shù)整定等5.5 過程控制系統(tǒng)方案設(shè)計的關(guān)鍵步驟過程控制系統(tǒng)方案設(shè)計的關(guān)鍵步驟1、熟悉和理解生產(chǎn)對控制系統(tǒng)的技術(shù)要求。有條件時建立被控過程的數(shù)學模型2、控制方案的確定3、控制設(shè)備選型5.6 簡單簡單控制系統(tǒng)設(shè)計控制系統(tǒng)設(shè)計1.目的保證控制系統(tǒng)能發(fā)揮應有的價值2.內(nèi)容確定被控變量的數(shù)量及具體參數(shù)3.原則盡量采用直接變量采用間接變量時的注意問題：單值性、線

9、性性、靈敏度、經(jīng)濟性5.6.1 控制系統(tǒng)被控變量的選擇CBDA控制指標受控變量5.6 簡單簡單控制系統(tǒng)設(shè)計控制系統(tǒng)設(shè)計1.目的保證控制系統(tǒng)能獲得較好的控制質(zhì)量2.內(nèi)容根據(jù)工藝操作要求、過程特性確定操作變量3.原則5.6.2 控制變量的選擇（1）控制變量應是可控的，即工藝上允許調(diào)節(jié)的變量（避免以表征主要生產(chǎn)負荷的物料作為操縱變量）（2）控制通道有一定的快速性（時間常數(shù)較短）和靈敏性（合適的靜態(tài)放大倍數(shù)）（3）盡量減少控制通道的純滯后時間5.6 簡單簡單控制系統(tǒng)設(shè)計控制系統(tǒng)設(shè)計1儀表性能的考慮： 準確性：根據(jù)操作要求確定合適的量程（Km），根據(jù)指示誤差要求確定合適的精度等級。按儀表要求確定安裝方式

10、。5.6.3系統(tǒng)設(shè)計中的測量變送問題 快速性：根據(jù)對象特性確定合適的時間常數(shù)（Tm），小于對象時間常數(shù)的1/5即可。根據(jù)檢測儀表要求確定合適的位置（m）。基本要求準確、快速通常按一階慣性環(huán)節(jié)考慮5.6 簡單簡單控制系統(tǒng)設(shè)計控制系統(tǒng)設(shè)計2. 測量信號的處理 測量信號的線性化處理 （選擇相應的線性化方法）節(jié)流裝置、熱電阻、熱電偶 測量信號的濾波處理（根據(jù)噪聲特性選擇濾波方式）有脈動或高頻躁聲的信號（模擬RC電路或數(shù)字濾波）對于尖峰型干擾可以采用程序判別濾波的方法經(jīng)過濾波后的輸出值濾波前的實際采樣值預估輸出值增量 規(guī)定的閾值5.6.3系統(tǒng)設(shè)計中的測量變送問題5.6 簡單簡單控制系統(tǒng)設(shè)計控制系統(tǒng)設(shè)計3

11、安裝與使用條件 安裝條件必須符合相應檢測儀表的具體要求。例如：流量測量儀表通常對前后管道的直管段的要求、節(jié)流裝置流向的要求、測溫元件在被測介質(zhì)中插入深度的要求、差壓變送器導壓管內(nèi)液體高度應該相等的要求等等。 實際使用儀表的工作參數(shù)應該符合儀表的設(shè)計參數(shù)。例如：氣體流量測量時的設(shè)計溫度和設(shè)計壓力。如果實際工作溫度和壓力與設(shè)計值偏離較大，將產(chǎn)生較大的附加誤差。必要時需要進行校正。5.6.3系統(tǒng)設(shè)計中的測量變送問題5.6 簡單簡單控制系統(tǒng)設(shè)計控制系統(tǒng)設(shè)計 作用：根據(jù)控制器的輸出信號，改變工業(yè)過程的輸入變量（流體流量的大小、電功率的大小、轉(zhuǎn)速的快慢），直接影響工業(yè)過程。過程控制系統(tǒng)中常用（氣動）調(diào)節(jié)閥

12、。使用環(huán)境比較惡劣。選用調(diào)節(jié)閥時一般應考慮以下幾個方面：1. 調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)型式的選擇根據(jù)工藝條件，如使用溫度、壓力及介質(zhì)的物理、化學特性(如腐蝕性，粘度等)來選擇5.6.4 執(zhí)行裝置在控制系統(tǒng)設(shè)計中的考慮5.6 簡單簡單控制系統(tǒng)設(shè)計控制系統(tǒng)設(shè)計1 常用結(jié)構(gòu)型式直通單座直通雙座 套筒角型5.6.4 執(zhí)行裝置在控制系統(tǒng)設(shè)計中的考慮5.6 簡單簡單控制系統(tǒng)設(shè)計控制系統(tǒng)設(shè)計2.氣開式與氣關(guān)式的選擇5.6.4 執(zhí)行裝置在控制系統(tǒng)設(shè)計中的考慮執(zhí)行機構(gòu)的正反作用5.6 簡單簡單控制系統(tǒng)設(shè)計控制系統(tǒng)設(shè)計2.氣開式與氣關(guān)式的選擇5.6.4 執(zhí)行裝置在控制系統(tǒng)設(shè)計中的考慮氣壓（控制）信號增加，閥門開度增加為氣開；反

13、之，為氣關(guān)。 氣關(guān) 氣開 氣開 氣關(guān)5.6 簡單簡單控制系統(tǒng)設(shè)計控制系統(tǒng)設(shè)計4. 閥門定位器的應用使用場合：5.6.4 執(zhí)行裝置在控制系統(tǒng)設(shè)計中的考慮閥桿磨察力大、閥芯的不平衡力改變調(diào)節(jié)閥的行程范圍（用于分程控制）結(jié)構(gòu)及工作原理：u改變控制器輸出與閥桿位移之間的關(guān)系uCABl減少氣動信號傳輸?shù)膭討B(tài)滯后5.6 簡單簡單控制系統(tǒng)設(shè)計控制系統(tǒng)設(shè)計 對于一個已經(jīng)設(shè)計完成的控制系統(tǒng)，要獲得最好的控制質(zhì)量，控制規(guī)律的選擇起著重要的作用。 目前工業(yè)上常用的常規(guī)控制規(guī)律有：P、PI、PID5.6.5 調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇 1.比例（P）：是最簡單的調(diào)節(jié)規(guī)律，它對偏差的響應迅速。只需要整定一個參數(shù)，簡便。但，系

14、統(tǒng)存在靜差。 2.比例積分（PI）：能消除靜差。但，動態(tài)響應較緩慢。對高頻噪聲有一定的抑制作用。超調(diào)增加。 3.微分（D）：能加快調(diào)節(jié)過程，減小超調(diào)。但，會放大噪聲作用。常規(guī)控制規(guī)律的特點1 調(diào)節(jié)器正/反作用設(shè)定控制系統(tǒng)設(shè)計、安裝完成后，通過合理的操作才能使控制系統(tǒng)正常工作。 確定正反作用形式的目的：保證控制系統(tǒng)的負反饋。 調(diào)節(jié)器正/反作用形式是根據(jù)調(diào)節(jié)器輸出與測量值之間的變化關(guān)系而定的。調(diào)節(jié)器輸出隨測量值增加而增加的，稱為正作用形式。反之，稱為反作用形式。 系統(tǒng)負反饋的條件：構(gòu)成控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)（包括比較環(huán)節(jié)）增益乘積為“正” 。 控制器增益與正反作用的關(guān)系：正作用控制器的增益為“負”。 其它

15、環(huán)節(jié)輸出隨輸入增加而增加的增益為“正”。確定調(diào)節(jié)器正/反作用形式舉例。設(shè)控制閥均為氣開閥，Kv為正。左圖應采用反作用控制器 右圖應采用正作用控制器 Wm(s)r +euy- zqWO(s)Wv(s)Wc(s)2 調(diào)節(jié)器工作狀態(tài)設(shè)定 控制器上電前總是設(shè)置在手動狀態(tài)。通過手動操作使生產(chǎn)過程達到或接近設(shè)計狀態(tài)，再將調(diào)節(jié)器切換到自動或串級狀態(tài)，實現(xiàn)自動控制。 常規(guī)調(diào)節(jié)器的工作狀態(tài)有手動、自動、串級。根據(jù)操作要求設(shè)定。 手動狀態(tài)時，調(diào)節(jié)器輸出由操作員直接改變調(diào)節(jié)器輸出。自動或串級狀態(tài)時，調(diào)節(jié)器根據(jù)給定的控制規(guī)律對偏差運算產(chǎn)生控制輸出。 自動狀態(tài)時的偏差是內(nèi)給定與測量值的偏差。串級狀態(tài)時的偏差是外給定與測

16、量值的偏差。切換狀態(tài)時，需要保證調(diào)節(jié)器輸出不產(chǎn)生階躍跳變，稱為無擾動切換。3 調(diào)節(jié)器參數(shù)整定 理論整定：已獲得控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的數(shù)學模型時，根據(jù)控制要求確定系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)或過渡過程指標，計算調(diào)節(jié)器的相應參數(shù)。 常用方法：頻率特性法和根軌跡法。 另外，也可以通過仿真整定。整定的目的： 根據(jù)給定的控制規(guī)律，尋找一組合適的參數(shù)，盡可能使控制系統(tǒng)的性能指標滿足工藝生產(chǎn)的要求。 參數(shù)整定的方法：理論整定和工程整定。 工程整定：通過實驗或利用經(jīng)驗確定控制器參數(shù)。常用的工程整定方法有響應曲線法、臨界比例度法、衰減曲線法、經(jīng)驗法等。3 調(diào)節(jié)器參數(shù)整定計算對象特性參數(shù)： 響應曲線法 整定過程：獲取廣義對象階躍響應曲線、計算對象特性參數(shù)、計算控制器參數(shù)、根據(jù)調(diào)節(jié)效果調(diào)整參數(shù)。 獲取階躍響應曲線：在工況較穩(wěn)定時，使調(diào)節(jié)器輸出階躍變化510，記錄測量值變化曲線。608010012014016015202530354045tt0t1t2z0z1u0u13 調(diào)節(jié)器參數(shù)整定計算特征參數(shù)：振蕩周期Ps 臨界比例度法 整定過程：獲取臨界振蕩曲線、計算特征參數(shù)、計算控制器參數(shù)、根據(jù)調(diào)節(jié)效果調(diào)整參數(shù)。 獲取臨界振蕩曲線：控制器設(shè)定為純比例。在工況較穩(wěn)定時，控制器切換到自動狀態(tài)。使調(diào)節(jié)器給定階躍變化510，記錄過渡過程曲線。根據(jù)過渡