化工儀表自動(dòng)化 第6章_簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)

1、1書名:過程控制系統(tǒng)及儀表(第3版)出版社: 大連理工大學(xué)出版社; 第3版 (2010年7月1日) 編著者：李亞芬；主審：邵誠(chéng), 叢書名: 高等學(xué)校理工科化學(xué)工類規(guī)劃教材 平裝: 259頁; 語種: 簡(jiǎn)體中文 開本: 16 ISBN: 9787561115015, ISBN：7-5611-1501-6 條形碼: 9787561115015 尺寸: 25.6 x 18.2 x 1.2 cm 重量: 522 g 原價(jià):25.00元2第第3篇篇 過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)o 第第6章章 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)o 第第7章章 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)o 第第8章章 先進(jìn)控制系統(tǒng)先進(jìn)控制系統(tǒng)自動(dòng)化自動(dòng)化

2、儀表儀表“化工儀表自動(dòng)化化工儀表自動(dòng)化”3PID如如何選擇？何選擇？氣開、氣氣開、氣關(guān)如何選關(guān)如何選擇？擇？ 第第6章章 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)須解決的幾個(gè)問題：須解決的幾個(gè)問題：操縱操縱變量變量如何選如何選擇？擇？如何選如何選擇？擇？如何構(gòu)如何構(gòu)成負(fù)反成負(fù)反饋？饋？測(cè)量?jī)x測(cè)量?jī)x表如何表如何選擇？選擇？4 第第6 6章章 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)p什么是簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)？什么是簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)？ 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)，又稱為單回路反饋控制系統(tǒng)，是，又稱為單回路反饋控制系統(tǒng)，是指由指由一個(gè)測(cè)量變送器一個(gè)測(cè)量變送器、一個(gè)控制器一個(gè)控制器、一個(gè)執(zhí)行器一個(gè)執(zhí)行器和和一個(gè)被控對(duì)象一個(gè)被控對(duì)象組成的組成的單

3、回路閉環(huán)負(fù)反饋控制系統(tǒng)單回路閉環(huán)負(fù)反饋控制系統(tǒng)。 5例：例：6例：例：7p從上述例子可以看出：從上述例子可以看出：p簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)是按負(fù)反饋的原理，根據(jù)偏差進(jìn)行工簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)是按負(fù)反饋的原理，根據(jù)偏差進(jìn)行工作的，組成自動(dòng)化裝置各環(huán)節(jié)的設(shè)備數(shù)量均為一個(gè)，作的，組成自動(dòng)化裝置各環(huán)節(jié)的設(shè)備數(shù)量均為一個(gè)，它們與被控對(duì)象有機(jī)地構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。它們與被控對(duì)象有機(jī)地構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。 p簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)特點(diǎn)：簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)特點(diǎn)：具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、所具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、所需自動(dòng)化工具少、投資成本低、便于操作和維護(hù)等優(yōu)需自動(dòng)化工具少、投資成本低、便于操作和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用最多也是最為成熟的過程控制系統(tǒng)

4、。點(diǎn)，是目前應(yīng)用最多也是最為成熟的過程控制系統(tǒng)。8PID如如何選擇？何選擇？氣開、氣氣開、氣關(guān)如何選關(guān)如何選擇？擇？操縱操縱變量變量如何選如何選擇？擇？如何選如何選擇？擇？如何構(gòu)如何構(gòu)成負(fù)反成負(fù)反饋？饋？問題一：?jiǎn)栴}一： 被控變量的選擇問題被控變量的選擇問題測(cè)量?jī)x測(cè)量?jī)x表如何表如何選擇？選擇？9p被控變量的選擇可以遵循下面幾個(gè)原則：被控變量的選擇可以遵循下面幾個(gè)原則：1 1、能直接反映生產(chǎn)能直接反映生產(chǎn)過程過程產(chǎn)量和質(zhì)量的工藝參數(shù)作為被產(chǎn)量和質(zhì)量的工藝參數(shù)作為被 控變量控變量。 10p被控變量的選擇可以遵循下面幾個(gè)原則：被控變量的選擇可以遵循下面幾個(gè)原則：2、當(dāng)不能用直接參數(shù)作為被控變量時(shí)，選

5、擇與直接參數(shù)有、當(dāng)不能用直接參數(shù)作為被控變量時(shí)，選擇與直接參數(shù)有單值對(duì)應(yīng)關(guān)系的間接參數(shù)作為被控變量。單值對(duì)應(yīng)關(guān)系的間接參數(shù)作為被控變量。 例：苯、甲苯二元精餾控制系統(tǒng)例：苯、甲苯二元精餾控制系統(tǒng)11例：例：苯、甲苯二元精餾系統(tǒng)示意圖苯、甲苯二元精餾系統(tǒng)示意圖無濃度無濃度傳感器傳感器苯苯甲苯甲苯12在二元精餾系統(tǒng)中，塔頂易揮發(fā)物組分的濃度在二元精餾系統(tǒng)中，塔頂易揮發(fā)物組分的濃度X XD D，塔頂溫度塔頂溫度T TD D和壓力和壓力P P三者之間有一定關(guān)系三者之間有一定關(guān)系。當(dāng)壓力恒。當(dāng)壓力恒定時(shí)，組分定時(shí)，組分 X XD D和溫度和溫度T TD D之間存在單值對(duì)應(yīng)關(guān)系。之間存在單值對(duì)應(yīng)關(guān)系。當(dāng)當(dāng)

6、溫度溫度TD 恒定時(shí)，組分恒定時(shí)，組分XD和壓力和壓力P之間也存在單值對(duì)之間也存在單值對(duì)應(yīng)關(guān)系。應(yīng)關(guān)系。塔壓固定有利于生產(chǎn)，所以：選擇塔板溫度作為間塔壓固定有利于生產(chǎn)，所以：選擇塔板溫度作為間接被控變量。接被控變量。13p被控變量的選擇可以遵循下面幾個(gè)原則：被控變量的選擇可以遵循下面幾個(gè)原則： 3、選擇間接參數(shù)作為被控變量時(shí)，應(yīng)該具有足夠大靈、選擇間接參數(shù)作為被控變量時(shí)，應(yīng)該具有足夠大靈 敏度，以便能反映直接指標(biāo)參數(shù)的變化。敏度，以便能反映直接指標(biāo)參數(shù)的變化。、注意控制系統(tǒng)間的關(guān)聯(lián)問題，選擇的被控變量應(yīng)該是獨(dú)、注意控制系統(tǒng)間的關(guān)聯(lián)問題，選擇的被控變量應(yīng)該是獨(dú)立可調(diào)的。立可調(diào)的。解決辦法：解決辦

7、法：解耦控制系統(tǒng)解耦控制系統(tǒng)14PID參參數(shù)如何數(shù)如何選擇？選擇？氣開、氣氣開、氣關(guān)如何選關(guān)如何選擇？擇？操縱操縱變量變量如何選如何選擇？擇？如何選如何選擇？擇？如何構(gòu)如何構(gòu)成負(fù)反成負(fù)反饋？饋？問題二：操縱變量的選擇問題問題二：操縱變量的選擇問題測(cè)量?jī)x測(cè)量?jī)x表如何表如何選擇？選擇？15p選擇操縱變量的原則：選擇操縱變量的原則： 1 1操縱變量必須是可控的。操縱變量必須是可控的。16p選擇操縱變量的原則：選擇操縱變量的原則： 2 2操縱變量的選擇應(yīng)充分考慮工藝的合理性和生操縱變量的選擇應(yīng)充分考慮工藝的合理性和生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性。產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性。3 3操縱變量一般應(yīng)比其他干擾對(duì)被控變量的影響操縱變量一般應(yīng)比

8、其他干擾對(duì)被控變量的影響更加靈敏。（要求調(diào)節(jié)通道：放大系數(shù)更加靈敏。（要求調(diào)節(jié)通道：放大系數(shù)K K較大，時(shí)較大，時(shí)間常數(shù)間常數(shù)T T較小，純滯后時(shí)間較小，純滯后時(shí)間越小越好越小越好）操縱變量操縱變量干擾變量干擾變量17PID如如何選擇？何選擇？氣開、氣氣開、氣關(guān)如何選關(guān)如何選擇？擇？操縱操縱變量變量如何選如何選擇？擇？如何選如何選擇？擇？如何構(gòu)如何構(gòu)成負(fù)反成負(fù)反饋？饋？問題三：測(cè)量?jī)x表如何選擇？問題三：測(cè)量?jī)x表如何選擇？測(cè)量?jī)x測(cè)量?jī)x表如何表如何選擇？選擇？18一、測(cè)量變送問題對(duì)控制質(zhì)量的影響一、測(cè)量變送問題對(duì)控制質(zhì)量的影響 p關(guān)鍵問題：關(guān)鍵問題：測(cè)量變送中的純滯后問題測(cè)量變送中的純滯后問題測(cè)量

9、純滯后是指：被控變量受干擾后，測(cè)量環(huán)節(jié)不能立測(cè)量純滯后是指：被控變量受干擾后，測(cè)量環(huán)節(jié)不能立即檢測(cè)，而是隔一段時(shí)間后才反映出被控變量的變化。即檢測(cè)，而是隔一段時(shí)間后才反映出被控變量的變化。p造成測(cè)量純滯后的原因有：造成測(cè)量純滯后的原因有： （1）測(cè)量元件安裝位置不當(dāng)，遠(yuǎn)離被控變量的靈測(cè)量元件安裝位置不當(dāng)，遠(yuǎn)離被控變量的靈敏敏 變化區(qū)；變化區(qū)； （2）受到工藝條件的限制，無法將測(cè)量元件安裝）受到工藝條件的限制，無法將測(cè)量元件安裝在在 理想的測(cè)量點(diǎn)；理想的測(cè)量點(diǎn)； （3）成分和物性測(cè)量?jī)x表本身存在嚴(yán)重的純滯后；）成分和物性測(cè)量?jī)x表本身存在嚴(yán)重的純滯后； （4）測(cè)量信號(hào)的傳輸線路長(zhǎng)造成的傳遞純滯后；

10、）測(cè)量信號(hào)的傳輸線路長(zhǎng)造成的傳遞純滯后； （5）測(cè)量?jī)x表的不靈敏也可能引起純滯后問題。）測(cè)量?jī)x表的不靈敏也可能引起純滯后問題。 19二、克服測(cè)量變送問題的措施二、克服測(cè)量變送問題的措施1選擇快速測(cè)量元件選擇快速測(cè)量元件p某化工廠有一反應(yīng)器，如某化工廠有一反應(yīng)器，如圖圖 6-8 所示。所示。工藝要求反工藝要求反應(yīng)溫度在給定值的應(yīng)溫度在給定值的3以以內(nèi)，產(chǎn)品質(zhì)量符合要求。內(nèi)，產(chǎn)品質(zhì)量符合要求。用時(shí)間常數(shù)用時(shí)間常數(shù) 100 秒傳感秒傳感器測(cè)溫，反應(yīng)溫度在器測(cè)溫，反應(yīng)溫度在2之內(nèi)，產(chǎn)品總不合格，說明之內(nèi)，產(chǎn)品總不合格，說明實(shí)際溫度波動(dòng)已超出工藝范實(shí)際溫度波動(dòng)已超出工藝范圍。圍。改用時(shí)間常數(shù)為改用時(shí)間常

11、數(shù)為 5 秒熱電偶測(cè)溫，反應(yīng)溫度波動(dòng)仍秒熱電偶測(cè)溫，反應(yīng)溫度波動(dòng)仍在在2之內(nèi)，但產(chǎn)品質(zhì)量符合要求。之內(nèi)，但產(chǎn)品質(zhì)量符合要求。202 選好檢測(cè)點(diǎn)位置選好檢測(cè)點(diǎn)位置 檢測(cè)點(diǎn)應(yīng)選對(duì)被控變量變化感受最為靈敏且最有檢測(cè)點(diǎn)應(yīng)選對(duì)被控變量變化感受最為靈敏且最有代表性的位置。代表性的位置。3 正確使用微分單元正確使用微分單元 若測(cè)量滯后大，可串接微分單元。若測(cè)量滯后大，可串接微分單元。4 正確選擇、安裝和使用測(cè)量裝置正確選擇、安裝和使用測(cè)量裝置正確選擇、安裝和使用可將測(cè)量環(huán)節(jié)的誤差減小正確選擇、安裝和使用可將測(cè)量環(huán)節(jié)的誤差減小到最低限度，有利于提高控制精度和質(zhì)量。到最低限度，有利于提高控制精度和質(zhì)量。21PI

12、D如如何選擇？何選擇？氣開、氣氣開、氣關(guān)如何選關(guān)如何選擇？擇？操縱操縱變量變量如何選如何選擇？擇？如何選如何選擇？擇？如何構(gòu)如何構(gòu)成負(fù)反成負(fù)反饋？饋？問題四：執(zhí)行器如何選擇？問題四：執(zhí)行器如何選擇？測(cè)量?jī)x測(cè)量?jī)x表如何表如何選擇？選擇？22一、一、 閥流量特性的選擇閥流量特性的選擇23執(zhí)行器：為保證加熱爐的安全，防止加熱爐加熱管燒執(zhí)行器：為保證加熱爐的安全，防止加熱爐加熱管燒壞，選用壞，選用氣開式氣開式。二、執(zhí)行器開、閉形式的選擇二、執(zhí)行器開、閉形式的選擇p氣動(dòng)執(zhí)行器有氣開和氣關(guān)兩種工作方式。在控制系統(tǒng)氣動(dòng)執(zhí)行器有氣開和氣關(guān)兩種工作方式。在控制系統(tǒng)中，選用氣開式還是氣關(guān)式，主要由具體的生產(chǎn)工藝來

13、中，選用氣開式還是氣關(guān)式，主要由具體的生產(chǎn)工藝來決定。決定。例：如圖所例：如圖所示加熱爐，示加熱爐，為保證加熱為保證加熱爐的安全，爐的安全，防止加熱爐防止加熱爐加熱管燒壞加熱管燒壞24從鍋爐安全考慮，防止因斷水導(dǎo)致鍋爐燒爆，應(yīng)從鍋爐安全考慮，防止因斷水導(dǎo)致鍋爐燒爆，應(yīng)選擇選擇氣關(guān)式氣關(guān)式。若考慮鍋爐后續(xù)透平設(shè)備的安全，防止蒸汽帶液，若考慮鍋爐后續(xù)透平設(shè)備的安全，防止蒸汽帶液，應(yīng)選應(yīng)選氣開式氣開式。 例：例：透平透平設(shè)備設(shè)備25 執(zhí)行器：當(dāng)在氣動(dòng)閥供氣中斷時(shí)，防止儲(chǔ)罐物料全部執(zhí)行器：當(dāng)在氣動(dòng)閥供氣中斷時(shí)，防止儲(chǔ)罐物料全部流走，采用流走，采用: :練習(xí)題：練習(xí)題：氣開式氣開式26執(zhí)行器選擇幾條原則

14、執(zhí)行器選擇幾條原則:1、首先要考慮生產(chǎn)的安全。、首先要考慮生產(chǎn)的安全。2、有利于保證產(chǎn)品的質(zhì)量。、有利于保證產(chǎn)品的質(zhì)量。3、有利于降低原料成本和節(jié)能。、有利于降低原料成本和節(jié)能。選擇時(shí)還需注意兩點(diǎn)：選擇時(shí)還需注意兩點(diǎn)：1.按照上述原則選擇開閉形式可能會(huì)得出相互矛盾按照上述原則選擇開閉形式可能會(huì)得出相互矛盾的結(jié)果。在這種情況下，首先考慮生產(chǎn)的安全性。的結(jié)果。在這種情況下，首先考慮生產(chǎn)的安全性。2.由于工藝要求不同，同一個(gè)執(zhí)行器可以有兩種不由于工藝要求不同，同一個(gè)執(zhí)行器可以有兩種不同的選擇結(jié)果。同的選擇結(jié)果。27PID如如何選擇？何選擇？氣開、氣氣開、氣關(guān)如何選關(guān)如何選擇？擇？操縱操縱變量變量如何

15、選如何選擇？擇？如何選如何選擇？擇？如何構(gòu)如何構(gòu)成負(fù)反成負(fù)反饋？饋？問題五：控制器問題五：控制器PID如何選擇？如何選擇？測(cè)量?jī)x測(cè)量?jī)x表如何表如何選擇？選擇？28一、控制規(guī)律的選擇一、控制規(guī)律的選擇 1 1 比例控制規(guī)律比例控制規(guī)律( (P) P) 具有比例控制規(guī)律的控制器稱為比例控制器。具有比例控制規(guī)律的控制器稱為比例控制器。u u是輸出變化量，是輸出變化量，e是輸入變化量是輸入變化量, Kc為比例放大為比例放大系數(shù)。系數(shù)。p比例控制器適用于調(diào)節(jié)通道滯后較小、負(fù)荷變化不大，比例控制器適用于調(diào)節(jié)通道滯后較小、負(fù)荷變化不大，控制要求不高，被控變量允許在一定范圍內(nèi)有余差的控制要求不高，被控變量允許

16、在一定范圍內(nèi)有余差的場(chǎng)合。場(chǎng)合。 CueK29 2 比例積分控制規(guī)律比例積分控制規(guī)律(PI)具有比例積分控制規(guī)律的控制器稱為比例積分控制具有比例積分控制規(guī)律的控制器稱為比例積分控制器。器。 1()CiueedtKT式中式中Ti為積分時(shí)間。為積分時(shí)間。 p比例積分控制規(guī)律是一種應(yīng)用最為廣泛的控制規(guī)律。比例積分控制規(guī)律是一種應(yīng)用最為廣泛的控制規(guī)律。適用于調(diào)節(jié)通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、被控變量又適用于調(diào)節(jié)通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、被控變量又不允許有余差的場(chǎng)合。不允許有余差的場(chǎng)合。303 3 比例積分微分控制規(guī)律（比例積分微分控制規(guī)律（PIDPID）具有比例、積分、微分控制規(guī)律的控制器稱為具有比例

17、、積分、微分控制規(guī)律的控制器稱為 PID PID 控制器，又稱三作用控制器。控制器，又稱三作用控制器。 式中式中Td 為微分時(shí)間。為微分時(shí)間。 p適合于調(diào)節(jié)通道時(shí)間或容量滯后較大、負(fù)荷變化大、適合于調(diào)節(jié)通道時(shí)間或容量滯后較大、負(fù)荷變化大、對(duì)控制質(zhì)量要求較高的場(chǎng)合。對(duì)控制質(zhì)量要求較高的場(chǎng)合。1()dCideueedtTdtKT31PID如如何選擇？何選擇？氣開、氣氣開、氣關(guān)如何選關(guān)如何選擇？擇？操縱操縱變量變量如何選如何選擇？擇？如何選如何選擇？擇？如何構(gòu)如何構(gòu)成負(fù)反成負(fù)反饋？饋？問題六：如何構(gòu)成負(fù)反饋控制系統(tǒng)？問題六：如何構(gòu)成負(fù)反饋控制系統(tǒng)？測(cè)量?jī)x測(cè)量?jī)x表如何表如何選擇？選擇？32控制器正反作

18、用的選擇控制器正反作用的選擇o 判別準(zhǔn)則：系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)規(guī)定符號(hào)的乘積為判別準(zhǔn)則：系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)規(guī)定符號(hào)的乘積為負(fù)，則該系統(tǒng)為負(fù)反饋系統(tǒng)。負(fù)，則該系統(tǒng)為負(fù)反饋系統(tǒng)。o 滿足判別式：滿足判別式：（控制器）（執(zhí)行器）（被控對(duì)象）（控制器）（執(zhí)行器）（被控對(duì)象）（變送器）（變送器）=（）（） 33一、各環(huán)節(jié)正負(fù)的定義：一、各環(huán)節(jié)正負(fù)的定義：執(zhí)行器：執(zhí)行器：閥門開度隨控制器輸出信號(hào)的增加而增大閥門開度隨控制器輸出信號(hào)的增加而增大（氣開式）為（氣開式）為“+”，開度隨控制器輸出信號(hào)的增加，開度隨控制器輸出信號(hào)的增加而減小（氣關(guān)式）為而減?。怅P(guān)式）為“”；對(duì)象：對(duì)象：被控變量隨操縱變量的增加而增加為被控變量

19、隨操縱變量的增加而增加為“+”，隨操縱變量的增加而減小為隨操縱變量的增加而減小為“”； 變送器變送器：變送器輸出隨被控變量的增加而增加為：變送器輸出隨被控變量的增加而增加為“+” ，隨被控變量的增加而減小為，隨被控變量的增加而減小為“”。通常情。通常情況下變送器環(huán)節(jié)取況下變送器環(huán)節(jié)取“+”；34 二、控制器正、反作用的確定二、控制器正、反作用的確定 p工業(yè)控制器一般都具有正作用和反作用兩種工工業(yè)控制器一般都具有正作用和反作用兩種工作方式。作方式。p控制器設(shè)置正、反作用的目的是為了適應(yīng)對(duì)不控制器設(shè)置正、反作用的目的是為了適應(yīng)對(duì)不同被控對(duì)象實(shí)現(xiàn)閉環(huán)負(fù)反饋控制的需要。同被控對(duì)象實(shí)現(xiàn)閉環(huán)負(fù)反饋控制的需

20、要?？刂破鳎嚎刂破鳎嚎刂破鞯妮敵鲂盘?hào)隨著被控變量的增大控制器的輸出信號(hào)隨著被控變量的增大而增加時(shí)，控制器工作于正作用方式為而增加時(shí)，控制器工作于正作用方式為“+”；控制器輸出信號(hào)隨著被控變量的增大而減小時(shí)，控制器輸出信號(hào)隨著被控變量的增大而減小時(shí)，控制器工作于反作用方式為控制器工作于反作用方式為“” 。35執(zhí)行器執(zhí)行器為保證加熱爐的安全，選用氣開式，其符號(hào)為保證加熱爐的安全，選用氣開式，其符號(hào)為為“+”。對(duì)象對(duì)象出口溫度隨燃料的增加而升高，符號(hào)為出口溫度隨燃料的增加而升高，符號(hào)為 “ +”。變送器變送器輸出信號(hào)隨溫度的升高增加，符號(hào)為輸出信號(hào)隨溫度的升高增加，符號(hào)為“+”。p為了使各環(huán)節(jié)的總乘

21、積為負(fù)，控制器的符號(hào)必須為為了使各環(huán)節(jié)的總乘積為負(fù)，控制器的符號(hào)必須為“”，所以應(yīng)該選擇反作用控制器。，所以應(yīng)該選擇反作用控制器。舉例：舉例：1，從加熱爐安，從加熱爐安全考慮，防止?fàn)t全考慮，防止?fàn)t內(nèi)管線燒裂，選內(nèi)管線燒裂，選擇氣開，氣關(guān)閥？擇氣開，氣關(guān)閥？2，選擇控制器，選擇控制器+-，構(gòu)成負(fù)反饋。，構(gòu)成負(fù)反饋。36 執(zhí)行器執(zhí)行器為了防止在供氣中斷時(shí)物料全部流走，采用了為了防止在供氣中斷時(shí)物料全部流走，采用了 氣開式，故符號(hào)為氣開式，故符號(hào)為“+”。對(duì)象對(duì)象當(dāng)流出量增加，液位是下降的，符號(hào)取為當(dāng)流出量增加，液位是下降的，符號(hào)取為“”。 變送器變送器輸出信號(hào)隨液位的升高增加，輸出信號(hào)隨液位的升高

22、增加，符號(hào)為符號(hào)為“+”。p控制器必須選擇正作用控制器必須選擇正作用“+ +”，才能構(gòu)成負(fù)反饋控制系，才能構(gòu)成負(fù)反饋控制系統(tǒng)。統(tǒng)。 舉例：舉例：1，從儲(chǔ)罐安全考慮，從儲(chǔ)罐安全考慮，為了防止在供氣中斷為了防止在供氣中斷時(shí)物料全部流走，選時(shí)物料全部流走，選擇氣開，氣關(guān)閥？擇氣開，氣關(guān)閥？2，選擇控制器，選擇控制器+-，構(gòu)成負(fù)反饋。構(gòu)成負(fù)反饋。37執(zhí)行器執(zhí)行器從鍋爐安全考慮，防止因斷水導(dǎo)致鍋爐燒爆，應(yīng)選擇從鍋爐安全考慮，防止因斷水導(dǎo)致鍋爐燒爆，應(yīng)選擇氣關(guān)式，氣關(guān)式，“- -”。對(duì)象對(duì)象當(dāng)流入量增加，液位是增加的，符號(hào)取為當(dāng)流入量增加，液位是增加的，符號(hào)取為“+”。 變送器變送器輸出信號(hào)隨液位的升高增

23、加，符號(hào)為輸出信號(hào)隨液位的升高增加，符號(hào)為“+”。控制器控制器必須選擇正作用必須選擇正作用“+”，才能構(gòu)成負(fù)反饋控制系統(tǒng)。，才能構(gòu)成負(fù)反饋控制系統(tǒng)。 練習(xí)題：練習(xí)題：1，從鍋爐安，從鍋爐安全考慮，防止全考慮，防止因斷水導(dǎo)致鍋因斷水導(dǎo)致鍋爐燒爆，選擇爐燒爆，選擇氣開，氣關(guān)閥？氣開，氣關(guān)閥？2，選擇控制，選擇控制器器+-，構(gòu)成負(fù)，構(gòu)成負(fù)反饋。反饋。38練習(xí)題：練習(xí)題：1畫如圖控制系畫如圖控制系統(tǒng)的方塊圖？統(tǒng)的方塊圖？2分析：當(dāng)被加分析：當(dāng)被加熱的物料量突然熱的物料量突然增加，控制系統(tǒng)增加，控制系統(tǒng)如何克服擾動(dòng)。如何克服擾動(dòng)。39執(zhí)行器執(zhí)行器為保證加熱爐的安全，選用氣開式，其符號(hào)為保證加熱爐的安全，

24、選用氣開式，其符號(hào)為為“+”。對(duì)象對(duì)象出口溫度隨燃料的增加而升高，符號(hào)為出口溫度隨燃料的增加而升高，符號(hào)為 “ +”。變送器變送器輸出信號(hào)隨溫度的升高增加，符號(hào)為輸出信號(hào)隨溫度的升高增加，符號(hào)為“+”。p為了使各環(huán)節(jié)的總乘積為負(fù)，控制器的符號(hào)必須為為了使各環(huán)節(jié)的總乘積為負(fù)，控制器的符號(hào)必須為“”，所以應(yīng)該選擇反作用控制器。，所以應(yīng)該選擇反作用控制器。練習(xí)題：練習(xí)題：1畫如圖控制系畫如圖控制系統(tǒng)的方塊圖？統(tǒng)的方塊圖？2分析：當(dāng)被加分析：當(dāng)被加熱的物料量突然熱的物料量突然增加，控制系統(tǒng)增加，控制系統(tǒng)如何克服擾動(dòng)。如何克服擾動(dòng)。40練習(xí)題：練習(xí)題：分析：當(dāng)被加熱分析：當(dāng)被加熱的物料量突然增的物料量突

25、然增加，控制系統(tǒng)如加，控制系統(tǒng)如何克服擾動(dòng)。何克服擾動(dòng)。分析：分析：物料量突然物料量突然物料溫度物料溫度溫度變送器輸出信號(hào)溫度變送器輸出信號(hào) 偏差信號(hào)偏差信號(hào)控制器輸出信號(hào)控制器輸出信號(hào)氣開閥開度氣開閥開度燃料氣燃料氣對(duì)象：物料溫度對(duì)象：物料溫度41p在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝或檢修之后，下步工作是在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝或檢修之后，下步工作是如何將控制系統(tǒng)投運(yùn)。為了保證控制系統(tǒng)能順利地一如何將控制系統(tǒng)投運(yùn)。為了保證控制系統(tǒng)能順利地一次投運(yùn)成功，通常涉及到以下幾個(gè)步驟：次投運(yùn)成功，通常涉及到以下幾個(gè)步驟： 1 作好準(zhǔn)備工作；作好準(zhǔn)備工作； 2 線路和管路的核查；線路和管路的核查； 3 各種自動(dòng)化儀表

26、的檢查；各種自動(dòng)化儀表的檢查； 4 測(cè)量?jī)x表和執(zhí)行器的投運(yùn)；測(cè)量?jī)x表和執(zhí)行器的投運(yùn)； 5 手動(dòng)控制與自動(dòng)控制的切換。手動(dòng)控制與自動(dòng)控制的切換。p控制器由手動(dòng)切換到自動(dòng)后，控制系統(tǒng)便進(jìn)入自動(dòng)控制器由手動(dòng)切換到自動(dòng)后，控制系統(tǒng)便進(jìn)入自動(dòng)控制狀態(tài)。為使控制系統(tǒng)獲得最佳效果，需對(duì)控制狀態(tài)。為使控制系統(tǒng)獲得最佳效果，需對(duì)PIDPID控控制器參數(shù)進(jìn)行整定。制器參數(shù)進(jìn)行整定。過程控制系統(tǒng)的投運(yùn)過程控制系統(tǒng)的投運(yùn)42PID控制器參數(shù)整定控制器參數(shù)整定可分為兩大類：可分為兩大類：1.1. 理論計(jì)算整定法理論計(jì)算整定法 基于被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型計(jì)算控制器參數(shù)，理論基于被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型計(jì)算控制器參數(shù)，理論 復(fù)雜，計(jì)

27、算繁冗，所得結(jié)果的可靠性依賴于模型復(fù)雜，計(jì)算繁冗，所得結(jié)果的可靠性依賴于模型 精度。精度。2. 2. 工程整定法工程整定法 直接在控制回路的實(shí)際運(yùn)行中對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行直接在控制回路的實(shí)際運(yùn)行中對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行 整定，具有簡(jiǎn)捷、實(shí)用和易于掌握的特點(diǎn)。工程整定，具有簡(jiǎn)捷、實(shí)用和易于掌握的特點(diǎn)。工程整定方法在實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用。整定方法在實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用。43工程整定法工程整定法1 1：臨界比例度法臨界比例度法 （l l）將積分時(shí)間將積分時(shí)間T Ti i置到最大值（置到最大值（T Ti i），微分時(shí)間微分時(shí)間T TD D置為零（置為零（T TD D= =0 0 ），），比例度比例度置于適當(dāng)

28、大的值，使系統(tǒng)置于適當(dāng)大的值，使系統(tǒng)在純比例作用下投入運(yùn)行。在純比例作用下投入運(yùn)行。(2)(2)系統(tǒng)穩(wěn)定后，將比例系統(tǒng)穩(wěn)定后，將比例度度逐漸減小，直到出現(xiàn)逐漸減小，直到出現(xiàn)圖圖6-146-14所示的等幅振蕩，所示的等幅振蕩，即臨界振蕩過程。即臨界振蕩過程。記錄此記錄此時(shí)的臨界比例度時(shí)的臨界比例度kk和臨和臨界振蕩周期界振蕩周期T TK K（即兩個(gè)波即兩個(gè)波峰間的時(shí)間間隔）。峰間的時(shí)間間隔）。44( 3)根據(jù)得到的根據(jù)得到的kk和和T TK K值，采用表值，采用表6-2 中給出的經(jīng)驗(yàn)公中給出的經(jīng)驗(yàn)公 式計(jì)算出控制器的整定參數(shù)式計(jì)算出控制器的整定參數(shù)、T Ti i和和T TD D。( 4)按照先比

29、例（按照先比例（P）、）、后積分（后積分（I）、）、再微分（再微分（D）的的 操作順序?qū)⒖刂破鞯膮?shù)逐一調(diào)整到整定值上。然操作順序?qū)⒖刂破鞯膮?shù)逐一調(diào)整到整定值上。然 后觀察其運(yùn)行曲線，若還不夠滿意，可再作進(jìn)一步后觀察其運(yùn)行曲線，若還不夠滿意，可再作進(jìn)一步 微調(diào)。微調(diào)。 45工程整定法工程整定法2：衰減曲線法衰減曲線法 （1 1）置積分時(shí)間）置積分時(shí)間Ti = ，微分時(shí)間微分時(shí)間Td= =0 ，比例度比例度取一較大值，并將系統(tǒng)取一較大值，并將系統(tǒng)投入運(yùn)行投入運(yùn)行。（2）待系統(tǒng)穩(wěn)定后，給定）待系統(tǒng)穩(wěn)定后，給定值作階躍變化，并觀察系值作階躍變化，并觀察系統(tǒng)的響應(yīng)。若系統(tǒng)響應(yīng)衰統(tǒng)的響應(yīng)。若系統(tǒng)響應(yīng)衰

30、減太快，則減小比例度；減太快，則減小比例度；反之，則加大比例度。如反之，則加大比例度。如此反復(fù)，直到出現(xiàn)如圖所此反復(fù)，直到出現(xiàn)如圖所示的示的4 衰減振蕩過程。衰減振蕩過程。記錄此時(shí)比例度記錄此時(shí)比例度s和振蕩和振蕩周期周期s。46（3）利用）利用s和和s值，按表值，按表6-3給給 出的經(jīng)驗(yàn)公出的經(jīng)驗(yàn)公式，求出控制器的整定參數(shù)式，求出控制器的整定參數(shù)，Ti 和和Td 。47工程整定法工程整定法3：經(jīng)驗(yàn)湊試法經(jīng)驗(yàn)湊試法經(jīng)驗(yàn)湊試法是先將控制器的參數(shù)設(shè)置在某一經(jīng)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)湊試法是先將控制器的參數(shù)設(shè)置在某一經(jīng)驗(yàn)值上（可參考表值上（可參考表6-46-4），然后觀察系統(tǒng)在擾動(dòng)作用下，然后觀察系統(tǒng)在擾動(dòng)作用下的閉

31、環(huán)響應(yīng)曲線。若曲線不夠理想，則以控制器參數(shù)的閉環(huán)響應(yīng)曲線。若曲線不夠理想，則以控制器參數(shù)對(duì)過渡過程的影響為理論依據(jù)，對(duì)各參數(shù)逐一進(jìn)行調(diào)對(duì)過渡過程的影響為理論依據(jù)，對(duì)各參數(shù)逐一進(jìn)行調(diào)整，直到獲得滿意的控制質(zhì)量為止。整，直到獲得滿意的控制質(zhì)量為止。48課程小結(jié)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)：簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)：o 理解簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的組成；理解簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的組成；o 掌握被控變量、操縱變量的選擇原則；掌握被控變量、操縱變量的選擇原則；o 能依據(jù)過程安全原則，確定執(zhí)行器的氣開、氣能依據(jù)過程安全原則，確定執(zhí)行器的氣開、氣關(guān)形式；關(guān)形式；o 能依據(jù)過程負(fù)反饋要求，確定控制器的正、反能依據(jù)過程負(fù)反饋要求，確定控制器的正、反作用；作

32、用；o 了解控制系統(tǒng)的投運(yùn)和控制器的參數(shù)整定。了解控制系統(tǒng)的投運(yùn)和控制器的參數(shù)整定。49內(nèi)容簡(jiǎn)介過程控制系統(tǒng)及儀表(第3版)內(nèi)容簡(jiǎn)介：過程控制系統(tǒng)的理論分析和設(shè)計(jì)需要較多的數(shù)學(xué)知識(shí)，自動(dòng)化儀表在設(shè)計(jì)制造方面也有許多技術(shù)問題值得探討。但是，對(duì)于工藝技術(shù)人員來說，主要關(guān)心的問題是控制系統(tǒng)和儀表的基本原理及其應(yīng)用特性。因此，過程控制系統(tǒng)及儀表(第3版)盡量避免繁雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，力求用簡(jiǎn)明扼要的文字和插圖使讀者對(duì)所學(xué)知識(shí)有更多的定性了解，通俗易懂，這是過程控制系統(tǒng)及儀表(第3版)的另一個(gè)特色。過程控制系統(tǒng)和儀表涉及的領(lǐng)域十分廣闊，研究?jī)?nèi)容也極其豐富。本著理論聯(lián)系實(shí)際、學(xué)以致用的原則，過程控制系統(tǒng)及儀表(

33、第3版)在取材方面，不追求包羅萬象、面面俱到，而是力爭(zhēng)把最基本、最常用的內(nèi)容都包含進(jìn)來。突出重點(diǎn)，注重實(shí)用是過程控制系統(tǒng)及儀表(第3版)的第三個(gè)特色。 第第3版版2010-07第第2版版出版日期：出版日期：2006-08-01 50目錄 第1篇 過程控制基礎(chǔ)知識(shí)第1章 緒論1.1 生產(chǎn)過程自動(dòng)化概述1.1.1 生產(chǎn)過程及其特點(diǎn)1.1.2 生產(chǎn)過程對(duì)控制的要求1.1.3 生產(chǎn)過程自動(dòng)化的發(fā)展歷程1.2 過程控制系統(tǒng)的組成及分類1.2.1 過程控制系統(tǒng)的組成1.2.2 過程控制系統(tǒng)的分類1.3 過程控制系統(tǒng)的方塊圖與工藝控制流程圖1.3.1 過程控制系統(tǒng)的方塊圖1.3.2 過程控制系統(tǒng)的工藝控制流

34、程圖1.4 過程控制系統(tǒng)的過渡過程和性能指標(biāo)1.4.1 過程控制系統(tǒng)的過渡過程1.4.2 過程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)習(xí)題第2章 被控對(duì)象的特性2.1 概述2.1.1 基本概念2.1.2 被控對(duì)象的階躍響應(yīng)特性2.2 被控對(duì)象特性的數(shù)學(xué)描述2.2.1 一階對(duì)象的機(jī)理建模及特性分析2.2.2 二階對(duì)象的機(jī)理建模及特性分析2.2.3 純滯后對(duì)象的機(jī)理建模及特性分析2.3 被控對(duì)象的實(shí)驗(yàn)測(cè)試建模2.3.1 階躍響應(yīng)曲線的獲取2.3.2 一階純滯后對(duì)象特性參數(shù)的確定2.3.3 二階對(duì)象特性參數(shù)的確定習(xí)題 第2篇 過程自動(dòng)化裝置第3章 過程測(cè)量?jī)x表 3.1 測(cè)量?jī)x表中的基本概念3.1.1 測(cè)量過程及測(cè)量?jī)x表3

35、.1.2 檢測(cè)系統(tǒng)的基本特性及性能指標(biāo) 3.2 溫度測(cè)量3.2.1 概述3.2.2 熱電偶溫度計(jì)3.2.3 熱電阻溫度計(jì)3.2.4 溫度測(cè)量?jī)x表的選用3.2.5 溫度交迭器3.2.6 一體化溫度變送器3.2.7 智能溫度變送器 3.3 壓力測(cè)量3.3.1 概述3.3.2 彈性式壓力表3.3.3 電容武壓力變送器3.3.4 擴(kuò)散硅壓力變送器3.3.5 智能差壓變送器3.3.6 壓力表的選擇和使用 3.4 流量測(cè)量3.4.1 概述3.4.2 差壓式流量計(jì)3.4.3 容積式流量計(jì)3.4.4 浮子式流量計(jì)3.4.5 電磁流量計(jì)3.4.6 渦街流量計(jì)51 3.5 物位測(cè)量3.5.1 概述3.5.2 靜壓

36、式液位計(jì)3.5.3 磁浮子式液位計(jì)3.5.4 電容武物位計(jì)3.5.5 其他物位測(cè)量?jī)x表 3.6 顯示儀表3.6.1 概述3.6.2 模擬式顯示儀表3.6.3 數(shù)字式顯示儀表3.6.4 智能化、數(shù)字化記錄儀習(xí)題 第4章 過程控制儀表4.1 基本控制規(guī)律4.1.1 位式控制4.1.2 比例控制4.1.3 比例積分控制4.1.4 比例微分控制4.1.5 比例積分微分控制4.2 DDZ一型調(diào)節(jié)器4.2.1 主要功能4.2.2 構(gòu)成原理4.3 可編程調(diào)節(jié)器4.3.1 KMM可編程調(diào)節(jié)器的構(gòu)成4.3.2 KMM可編程調(diào)節(jié)器的主要功能4.3.3 正面板和側(cè)面板 4.4 可編程控制器4.4.1 可編程控制器的

37、產(chǎn)生與發(fā)展4.4.2 可編程控制器的應(yīng)用場(chǎng)合4.4.3 可編程控制器的構(gòu)成、分類及工作過程4.4.4 可編程控制器的編程語言4.4.5 可編程控制器選型基本原則4.4.6 松下FPI可編程控制器習(xí)題第5章 過程執(zhí)行儀表5.1 概述5.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)5.2.1 氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)5.2.2 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)5.3 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5.3.1 常用調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)及特點(diǎn)5.3.2 流量系數(shù)與可調(diào)比5.3.3 流量特性5.4 電一氣轉(zhuǎn)換器和閥門定位器5.4.1 電一氣轉(zhuǎn)換器5.4.2 閥門定位器的主要用途5.4.3 電一氣閥門定位器習(xí)題52 第3篇 垃程控制系統(tǒng) 第6章 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)6.1 概述6.2 被控變量的選擇6.3 操縱變量的選擇6.3.1 對(duì)象靜態(tài)特性對(duì)控制質(zhì)量的影響6.3.2 對(duì)象動(dòng)態(tài)特性對(duì)控制質(zhì)量的影響6.3.3 選擇操縱變量的原則6.4 控制系統(tǒng)中盼測(cè)量變送問題6.4.1 測(cè)量變送問題對(duì)控制質(zhì)量的影響6.4.2 克服測(cè)量變送問題的措施6.5 執(zhí)行器的選擇6.5.1 閥流量特性的選擇6.5.2 執(zhí)行器開閉形式的選擇6.6 控制器的選擇6.6.1 控制規(guī)律的選擇6.6.2 控制器正反作用的確定6.7 控制系統(tǒng)的投運(yùn)及控制器參數(shù)的整