單回路控制系統(tǒng)

1、單回路控制系統(tǒng)第1頁，共17頁，2022年，5月20日，2點17分，星期二第一節(jié) 概述一、單回路控制系統(tǒng)組成與工作原理 由一個測量變送器、一個調(diào)節(jié)器、一個執(zhí)行器和對象組成，僅有一個閉合回路的系統(tǒng)叫單回路控制系統(tǒng)。 在選擇控制方案時，只有在簡單控制系統(tǒng)不能滿足生產(chǎn)過程控制的要求時，才考慮采用兩個回路以上組成的復(fù)雜控制系統(tǒng)。 檢測/變送控制器執(zhí)行器對象實際值期望值SP方框圖第2頁，共17頁，2022年，5月20日，2點17分，星期二二、如何確定控制方案 控制系統(tǒng)的設(shè)計就是在了解工藝要求基礎(chǔ)上，選擇合適的控制方案、確定相應(yīng)的控制裝置，以使被控量按預(yù)期自動運行。設(shè)計時主要考慮以下幾個環(huán)節(jié)： (1) 被

2、控量(輸出)和操縱量(輸入)的確定； (2) 檢測變送環(huán)節(jié)的考慮(信息的獲取與變送)； (3) 控制作用和控制閥的選擇； (4) 控制系統(tǒng)的工程整定和投運。第3頁，共17頁，2022年，5月20日，2點17分，星期二第二節(jié) 被控量和操縱量的選擇一、 被控量的選擇原則 作為被控量，必須能夠獲得檢測信號并有足夠大的靈敏度，滯后要小。 必須考慮工藝生產(chǎn)的合理性和儀表的現(xiàn)狀，檢測點的選取必須合適。被控量的選擇方法 (1) 選直接參數(shù)。即能直接反映生產(chǎn)過程產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量，以及安全運行的參數(shù)(如鍋爐水位控制) 。 (2) 選間接參數(shù)。當(dāng)選直接參數(shù)有困難時采用，間接指標(biāo)與直接指標(biāo)之間必須是一一對應(yīng)的函數(shù)關(guān)系

3、 (如鋅精礦沸騰爐的爐溫控制，爐溫是反映焙砂質(zhì)量的一個間接指標(biāo))。第4頁，共17頁，2022年，5月20日，2點17分，星期二二、操縱量的選擇 操縱量是克服擾動影響、使系統(tǒng)重新恢復(fù)平穩(wěn)運行的積極因素。應(yīng)該遵循快速、有效地克服干擾的原則去選擇操縱量。操縱量的選擇原則(1) 控制通道對象放大系數(shù)適當(dāng)?shù)卮笮?，時間常數(shù)適中，純滯后越小越好；(2) 擾動通道對象的放大系數(shù)應(yīng)盡可能小，時間常數(shù)應(yīng)盡可能大；(3) 擾動作用點應(yīng)盡量靠近控制閥或遠(yuǎn)離檢測元件，增大擾動通道的容量滯后，可減少對被控量的影響；(4) 操縱量的選擇不能單純從自動控制的角度出發(fā)，還必需考慮生產(chǎn)工藝的合理性、經(jīng)濟性。第5頁，共17頁，20

4、22年，5月20日，2點17分，星期二第三節(jié) 檢測及變送環(huán)節(jié)的考慮 一、檢測及變送環(huán)節(jié)任務(wù)、作用及要求任務(wù)：對被控量進(jìn)行正確測量，并將其轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn) 信號。要求：能正確、及時地反映被控量的狀況，提供操 作人員判斷生產(chǎn)工況和系統(tǒng)進(jìn)行控制作用的 依據(jù)。二、檢測變送環(huán)節(jié)特性 通常等效為帶滯后的一階慣性特性 【理想特性為比例環(huán)節(jié)】。三、選型注意事項 應(yīng)盡量減少其時間常數(shù)與滯后時間。第6頁，共17頁，2022年，5月20日，2點17分，星期二 (1)流量特性(實際上就是選線性還是對數(shù)特性，因為拋物線特性閥通常用的很少，而蝶閥當(dāng)導(dǎo)通角為0-70o時近似為對數(shù)特性) ；(2)結(jié)構(gòu)形式；(3)開閉形式； (4)

5、口徑計算。ZXP(ZJHP)型新系列氣動薄膜直通單座閥 ZAZN型電動雙座閥 第四節(jié) 控制閥的選擇第7頁，共17頁，2022年，5月20日，2點17分，星期二一、控制閥的流量特性選擇第8頁，共17頁，2022年，5月20日，2點17分，星期二二、控制閥結(jié)構(gòu)形式的選擇控制閥選用時需注意兩點： (1) 被控介質(zhì)的工藝條件，如溫度、壓力、流量； (2) 被控介質(zhì)的流量特性，如黏度、腐蝕性、毒性、是否含懸浮顆粒、液態(tài)還是氣態(tài)等。(a)單座控制閥 (b)雙座控制閥 (c)角形控制閥 (d)套筒控制閥1-閥桿；2-上閥蓋；3-填料；4-閥芯；5-閥座；6-閥體部分控制閥結(jié)構(gòu)第9頁，共17頁，2022年，5

6、月20日，2點17分，星期二控制閥結(jié)構(gòu)形式特點及適用場所直通單座閥結(jié)構(gòu)簡單，裝配方便，泄漏小，但受流體沖擊不平衡力大。適用于小口徑Dg25mm 的場合。 直通雙座閥 受流體沖擊不平衡力影響小，但關(guān)不嚴(yán)滲漏較大，適用于大口徑管道的場合。 角形閥 閥體受流體的沖擊小，體內(nèi)不易結(jié)污，對粘度高、有懸浮物和顆粒物的流體尤為適用，并且調(diào)節(jié)穩(wěn)定性較好。 蝶閥 流阻小，適用于低差壓大流量的氣體及含有固體懸浮物的介質(zhì)，通常流量特性與等百分比相似。 隔膜閥 用于強腐蝕性粘度高帶懸浮物或帶纖維的介質(zhì)，但不耐高溫和高壓。三通閥 分三通合流閥和三通分流閥，適用于介質(zhì)三個方向的流通。對于三個系統(tǒng)的分合流控制非常有效。第1

7、0頁，共17頁，2022年，5月20日，2點17分，星期二三、控制閥開閉(作用)形式的選擇 控制閥的開(信號增大時閥開大)閉(信號壓力增大閥關(guān)小)形式選擇主要基于以下幾點考慮： 安全角度：出現(xiàn)意外，保證人員、設(shè)備安全； 質(zhì)量角度：出現(xiàn)意外事故，考慮產(chǎn)品質(zhì)量； 消耗角度：考慮原料、成品及動力等的因素； 介質(zhì)特點：特殊介質(zhì)，考慮結(jié)晶、蒸發(fā)等因素； 控制閥作用方式的選擇要和控制器作用方式的選擇匹配以滿足控制通道作用方向的要求。正正反反p0p0正反反正p0p0氣關(guān)閥 氣開閥第11頁，共17頁，2022年，5月20日，2點17分，星期二控制閥開閉選擇之安全原則： 控制閥開閉形式的選擇主要從生產(chǎn)安全角度考

8、慮，一般在控制閥氣/電源中斷時，應(yīng)切斷進(jìn)入被控設(shè)備的原料或熱源，停止向設(shè)備外輸出產(chǎn)品。第12頁，共17頁，2022年，5月20日，2點17分，星期二四、控制閥口徑計算 調(diào)節(jié)閥的口徑選擇是由調(diào)節(jié)閥流通能力C(或稱流量系數(shù))決定的。調(diào)節(jié)閥口徑的選擇實質(zhì)上就是根據(jù)特定的工藝條件(即給定的介質(zhì)流量與物性參數(shù)及閥前后的壓差等)進(jìn)行Cmax值的計算，然后按調(diào)節(jié)閥生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品目錄，選出相應(yīng)的調(diào)節(jié)閥口徑，使得通過調(diào)節(jié)閥的流量滿足工藝要求的最大流量且留有一定的裕度，但裕度不宜過大。第13頁，共17頁，2022年，5月20日，2點17分，星期二第五節(jié) 控制器控制規(guī)律及作用方向的選擇一、控制器控制規(guī)律的選擇 控制

9、系統(tǒng)品質(zhì)主要取決于控制器控制作用的選擇。選擇控制規(guī)律時，需根據(jù)對象特點以及控制要求來進(jìn)行。 基本的控制作用主要有位式、比例(P)、比例積分(PI)、比例微分(PD)和比例積分微分(PID)等幾種，下表列出了它們各自特點以及使用場合以供選擇。第14頁，共17頁，2022年，5月20日，2點17分，星期二二、控制器正、反作用方式的選擇原則：使整個單回路構(gòu)成負(fù)反饋系統(tǒng)第六節(jié) 控制器參數(shù)整定 控制器參數(shù)整定，就是確定控制器參數(shù)。控制器參數(shù)的整定方法有理論計算整定法【通過理論計算(微分方程、頻率特性、根軌跡法等)求取控制器參數(shù)】和工程整定法【從工程的實際出發(fā)，直接在控制系統(tǒng)中進(jìn)行整定】兩種。 工程上主要采用工程整定線法（經(jīng)驗湊試法、臨界比例帶法、衰減曲線法、響應(yīng)曲法 ）。第15頁，共17頁，2022年，5月20日，2點17分，星期二PID參數(shù)整定經(jīng)驗參數(shù)整定找最佳，從小到大順序查；先是比例后積分，最后再把微分加；曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大；曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳；曲線偏離回復(fù)慢，積分時間往下降；曲線波動周期長，積分時間再加長；曲線振蕩頻率快，先把微分降下來；動差大來波動慢，微分時間應(yīng)加長；理想曲線兩個波，前高后低比；一