化工自動(dòng)化及儀表電子教案簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)

第五章簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)教學(xué)要求：掌握簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的組成掌握被控變量的選擇方法及原則影響。了解系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的測(cè)量變送問(wèn)題掌握控制器控制規(guī)律的選擇及控制器正反作用選擇了解簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的投運(yùn)過(guò)程及參數(shù)整定方法通過(guò)單回路控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)例講解，掌握單回路控制系統(tǒng)的設(shè)重 點(diǎn)：被控變量、操縱變量的選擇控制器正反作用選難 點(diǎn)：操縱變量的選擇控制器正反作用選擇§5.1簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)（單回路控制系統(tǒng)）和一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（控制閥）所組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。給定值偏差

控制器 執(zhí)行

干擾被控變量對(duì)象測(cè)量變送裝置一、被控變量的選擇被控變量選擇方法方法一：選擇能直接反映生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量又易于測(cè)量的參數(shù)作為被控變量，稱為直接參數(shù)法。的參數(shù)作為被控變量，稱為間接參數(shù)法。選擇被控變量的原則直接測(cè)量的工藝參數(shù)為被控變量。如下條件的間接參數(shù)為被控變量。⑴滿足工藝的合理性⑵具有盡可能大的靈敏度且線形好⑶測(cè)量變送裝置的滯后小。二、操縱變量的選擇對(duì)象靜態(tài)特性對(duì)控制質(zhì)量的影響Ｋ應(yīng)適當(dāng)大些。Ｏf擾動(dòng)通道放大倍數(shù)Kf

越小越好。Ｋf

小表示擾動(dòng)對(duì)被控變量的影響小，系統(tǒng)可控性好。小結(jié)：選擇操縱變量構(gòu)成控制系統(tǒng)時(shí)，從靜態(tài)角度考慮，在工藝合理性的前提下，擾動(dòng)通道的放大倍數(shù)Ｋf越小越好，控制通道放大倍數(shù)Ｋ希望適當(dāng)大些，以使控制通道靈敏些。Ｏ對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的影響對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性一般可由時(shí)間常數(shù)Ｔ和純滯后τ來(lái)描述。設(shè)擾動(dòng)通道時(shí)間常數(shù)為Ｔf，純滯后為τf；控制通道的時(shí)間常數(shù)為Ｔo，純滯后為τo。下面我們分別進(jìn)行討論。⑴對(duì)擾動(dòng)通道特性的影Ｔf 對(duì)控制質(zhì)量的影響純滯后τf對(duì)控制質(zhì)量的影響⑵對(duì)控制通道的影響在選擇操縱變量構(gòu)成控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)使對(duì)象控制通道中τ0適當(dāng)小些，設(shè)法減小τ0。操縱變量的選擇原則⑴要構(gòu)成的控制系統(tǒng)，其控制通道特性應(yīng)具有足夠大的放大系數(shù)，比較小的時(shí)間常數(shù)及盡可能小的純滯后時(shí)間。⑵系統(tǒng)主要擾動(dòng)通道特性應(yīng)該具有盡可能大的時(shí)間常數(shù)和盡可能小的放大系數(shù)。⑶考慮工藝上的合理性。如生產(chǎn)負(fù)荷直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量，就不宜選為操縱變量。例：乳化物干燥塔操縱變量的選擇三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的測(cè)量變送問(wèn)題純滯后測(cè)量滯后傳送滯后傳送滯后 信號(hào)傳送過(guò)程中引起的滯后主要指的是氣信號(hào)的傳送對(duì)于電信號(hào)這種傳送滯后可以忽略不計(jì)。四、控制器對(duì)控制規(guī)律及正反作用的選擇1.控制器對(duì)控制規(guī)律的選擇復(fù)習(xí)基本控制規(guī)律對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響?？刂埔?guī)律選擇的原則是：可選用比例控制器。象貯罐的液面，以及不太重要的蒸汽壓力等控制系統(tǒng)。控制器。例如流量、管道壓力等控制系統(tǒng)往往采用ＰＩ控制器。當(dāng)對(duì)象滯后較大，如溫度、ＰＨ值等控制系統(tǒng)則需引入微分作用。一般在對(duì)象滯后較大，負(fù)荷變化也較大，控制質(zhì)量又要求較高時(shí)，可選用比例積分微分制器。當(dāng)對(duì)象控制通道的滯后很小，采用反微分作用可以收到良好的效果。當(dāng)對(duì)象滯后很大，負(fù)荷又變化很大時(shí)，PID計(jì)某些復(fù)雜控制系統(tǒng)。2.控制器正反作用的選擇控制器正反作用的確定有兩種方法：邏輯推理方法：方塊圖法（符號(hào)法反作用定義環(huán)節(jié)正、負(fù)符號(hào)的定義：凡是輸入增大導(dǎo)致輸出也增大的為“＋控制閥環(huán)節(jié)：氣開(kāi)式，輸入增大輸出也增大，定義為“＋受控對(duì)象環(huán)節(jié)：只需考慮控制通道輸出與輸入信號(hào)的關(guān)系。當(dāng)操縱變量增加時(shí)，被控變量也增加的對(duì)象定義為“＋控制器環(huán)節(jié)：將其看成僅以測(cè)量值為輸入（設(shè)定值不變）的環(huán)節(jié)，即輸入（測(cè)量信號(hào)（正作用（反作用確定控制器正、反作用次序一般為：首先根據(jù)生產(chǎn)工藝安全等原則確定控制閥的作用方（號(hào)）相乘必須為負(fù)的原則來(lái)確定控制器的正、反作用方式。下面通過(guò)一個(gè)例子加以說(shuō)明?！?.2 一、簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的投運(yùn)產(chǎn)從手操狀態(tài)切入自動(dòng)控制狀態(tài)?？刂葡到y(tǒng)投運(yùn)前應(yīng)作好如下的準(zhǔn)備工作：詳細(xì)了解工藝，對(duì)投運(yùn)中可能出現(xiàn)的問(wèn)題有所估計(jì)。吃透控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)意圖。在現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)簡(jiǎn)單的操作對(duì)有關(guān)儀表（包括控制閥）否基本良好的判斷。設(shè)置好控制器正反作用和Ｐ、Ｉ、Ｄ參數(shù)。按無(wú)擾動(dòng)切換（指手、自動(dòng)切換時(shí)閥上信號(hào)基本不變）的要求將控制器切入自動(dòng)。二、控制器參數(shù)的工程整定控制器參數(shù)整定的任務(wù)，是對(duì)已定的控制系統(tǒng)求取保證控制過(guò)程質(zhì)量為最好的參數(shù)。目前整定參數(shù)的方法有兩大類。象的動(dòng)態(tài)特性，而且比較費(fèi)時(shí)，因而在工程上多不采用。一類是工程整定的方法，如經(jīng)驗(yàn)法、臨界比例度法和衰減曲線法等，它們都不需要上實(shí)際應(yīng)用。經(jīng)驗(yàn)法它是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)先將控制器參數(shù)放在某些數(shù)值上，直接在閉合的控制系統(tǒng)中通過(guò)改變給定I%TI

D，對(duì)控制過(guò)程的規(guī)律為指導(dǎo)，調(diào)整相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行湊試，直到合適為止。臨界比例度法％例度

，振蕩的兩個(gè)波峰之間的時(shí)間即為臨界振蕩周期k

。然后可按表中所列經(jīng)驗(yàn)算式，TkT參數(shù)值。衰減曲線法這種方法是以得到具有通常所希望的衰減比（4:1）的過(guò)渡過(guò)程為整定要求。其方法是：在純比例作用下，由大到小調(diào)整比例度以得到具有衰減比的過(guò)渡過(guò)程，記下T此時(shí)的比例度T

S及振蕩周期T

，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式表，求出相應(yīng)的積分時(shí)間S

I和微分時(shí)間TD。響應(yīng)曲線法這是一種根據(jù)廣義對(duì)象的時(shí)間特性來(lái)整定參數(shù)的方法。單回路控制系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)實(shí)例被控變量與操縱變量的選擇⑴被控變量的選擇2～5塔出口溫度為被控參數(shù)（間接參數(shù)。⑵操縱變量的選擇f1(t)、漿液流量f2(t)、旁路空氣流f3(t)、煙道氣流量f4(t)，因而有4個(gè)變量可作為操縱變量，在圖中用控制閥12344種控制方案。比較4種控制方案。的影響，溫度控制系統(tǒng)，取塔出口溫度為被控制變量，旁路空氣為操縱變量。過(guò)程檢測(cè)、控制設(shè)備的選用根據(jù)生產(chǎn)工藝和用戶要求，選用電動(dòng)單元組合（DDZ）儀表。溫度控制系統(tǒng)⑴測(cè)溫元件及變送器被控溫度在100℃以下，選用熱電阻溫度計(jì)。為提高檢測(cè)精度，應(yīng)用三線制接法，并配用溫