《化工儀表自動化》電子講稿05

1、第五章 自動控制儀表5.1 概述,一、控制系統(tǒng)按被調(diào)參數(shù)的變化規(guī)律分類： 定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)：給定值為常數(shù)； 隨動調(diào)節(jié)系統(tǒng)：給定值為變數(shù)，要求跟隨變化； 程序控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)：按預定時間順序控制參數(shù)。 二、控制目的的實現(xiàn)： 通過人為設定或計算機程序直接給出一定的輸出簡單； 將設定值與實測值進行比較，以其差值大小控制調(diào)節(jié)器動作，直至差值達到允許的誤差范圍。,第五章 自動控制儀表5.1 概述,三、控制儀表的分類： 基地式控制儀表 檢測、控制、顯示組合在一起的一類儀表。 單元組合式控制儀表 在系統(tǒng)規(guī)定的統(tǒng)一的通訊方式下，按要求給出相應的控制信號。 計算機控制系統(tǒng) 以計算機為中心控制單元，以測試儀表、執(zhí)行機構等

2、單元為外圍設備的系統(tǒng)。,5.2 基本控制規(guī)律,控制規(guī)律：控制系統(tǒng)輸入與輸出之間的關系。 按控制目標分類： 限位控制：在輸出超出設定的上下限時控制器改變輸出狀態(tài)； 連續(xù)控制：根據(jù)測量值與設定值的差異（差值）連續(xù)調(diào)整輸出（控制參數(shù)）。,一、限位控制,控制規(guī)律 AB斷開，低位，開啟閥門； AC導通，高位，關閉閥門。,控,控制結果： 將液位限制在BC之間。,A,B,C,限位控制的過渡曲線,p,t,y,t,yH,yL,限位控制器電路舉例,24V DC,0,A,B,C,控,A,B,C,AB斷開閥門開啟 ； AC接通閥門關閉,C,B,電磁閥,二、連續(xù)控制PID控制,根據(jù)輸入量與設定值差異的大小連續(xù)調(diào)整輸出量

3、的大小。 分類： P控制比例控制 PI控制比例積分控制 PD控制比例微分控制 PID控制比例微分積分控制,1. P調(diào)節(jié),輸出量與被控量的差值成正比。 P= KP e 放大倍數(shù)KP：輸出量與被控量的差值的比例系數(shù)。 比例度：控制器輸入變化相對值與相應的輸出變化相對值之比的百分數(shù)。 放大倍數(shù)KP與比例度成反比,KP（ ）值的影響,KP值過大（ 值過小） 系統(tǒng)反應過于靈敏，容易造成過度調(diào)節(jié)，產(chǎn)生大幅振蕩。 KP值過小（ 值過大） 系統(tǒng)反應過于遲鈍，調(diào)節(jié)時間長，余差大。 KP值（ 值）適中 經(jīng)過少數(shù)幾個減幅振蕩后，逐漸趨于穩(wěn)定，有一定的余差。,2. PI調(diào)節(jié),加入積分調(diào)節(jié)的目的：縮短大偏差的調(diào)節(jié)時間，

4、消除余差。 積分調(diào)節(jié)方法：輸出量與輸入偏差對時間的積分成正比。 對于較大的偏差，容易導致調(diào)節(jié)時間過長，調(diào)節(jié)量過大而出現(xiàn)超調(diào)。因而通常與比例調(diào)節(jié)共同使用。,積分時間Ti的影響,Ti值過小 系統(tǒng)反應過于靈敏，容易造成過度調(diào)節(jié)，產(chǎn)生大幅振蕩。 Ti值過大 積分作用不明顯，調(diào)節(jié)時間長，余差大。 Ti值適中 經(jīng)過少數(shù)幾個減幅振蕩后，逐漸趨于穩(wěn)定，無余差。,3. PD調(diào)節(jié),加入微分調(diào)節(jié)的目的：防止出現(xiàn)超調(diào)現(xiàn)象。 積分調(diào)節(jié)方法：輸出量與輸入偏差對時間的微分成正比。根據(jù)被控參數(shù)變化的快慢進行調(diào)節(jié)，屬超前控制。 對于固定的偏差，沒有輸出。因而不能消除余差，通常與比例調(diào)節(jié)共同使用。,微分時間TD的影響,TD值過大

5、 系統(tǒng)反應過于靈敏，調(diào)節(jié)時間長，余差大，有時甚至會出現(xiàn)大幅振蕩。 TD值過小 積分作用不明顯，超調(diào)量大。 TD值適中 經(jīng)過少數(shù)幾個明顯減幅振蕩后，逐漸趨于穩(wěn)定。特別是對有較大滯后的系統(tǒng)作用尤為明顯。,4. PID調(diào)節(jié),同時采用比例、積分、微分調(diào)節(jié)方法。 通過適當調(diào)整比例常數(shù)、積分時間、微分時間等三個參數(shù)的大小，確定各種調(diào)節(jié)作用的強弱。 采用比例積分微分（PID）調(diào)節(jié)，既能快速進行控制，又能消除余差，對反應較慢的系統(tǒng)也能進行有效的控制，因而具有較好的控制性能。 PID控制方法是目前參數(shù)連續(xù)控制系統(tǒng)中普遍采用的控制方法。,幾種調(diào)節(jié)方法的比較,P調(diào)節(jié) PI調(diào)節(jié) PD調(diào)節(jié) PID調(diào)節(jié),5.2 模擬量P

6、ID控制器,一、基本構成 比較環(huán)節(jié) 將測量值與設定值進行比較（電流、電壓、氣壓相減），產(chǎn)生偏差信號。 放大器 將偏差信號、反饋信號、載波信號疊加后進行放大。 反饋環(huán)節(jié) 將輸出信號通過一定的運算關系反饋到放大器的輸入端，以實現(xiàn)比例、積分、微分等控制規(guī)律。,給定信號,比較環(huán)節(jié),測量信號,偏差,放大器,輸出信號,反饋環(huán)節(jié),-,二、 DDZ電動控制器1. 儀表的特點,采用國際電工委員會（IEC）推薦的統(tǒng)一標準信號： 420mA DC 或 15V DC，信號電流與電壓的轉換電阻為250。 高度集成化，可靠性高，維修量少。 全系統(tǒng)統(tǒng)一采用24V DC電源供電，單元儀表無須單獨設置電源。 功能齊全，結構合理

7、。 具有本安（本質(zhì)安全）性能。,二、 DDZ電動控制器2. 基本功能,控制功能 自動控制：針對偏差，按PID規(guī)律自動調(diào)整輸出。 手動控制：由人工直接設定輸出值遙控執(zhí)行器。 軟手動：輸出隨時間按一定的速度增加或減小。 硬手動：瞬間直接改變輸出值。 顯示功能 輸入顯示、設定值顯示、手動給定顯示、輸出顯示、（輸出）限位報警。 調(diào)整功能 給定輸入調(diào)整： 控制參數(shù)整定：,無干擾切換,在不同的控制方式相互切換過程中，輸出參數(shù)和系統(tǒng)狀態(tài)不發(fā)生突變。 無干擾切換的實現(xiàn)： 在切換前，調(diào)節(jié)手動輸出參數(shù)或設定值，使輸出值與自動輸出值保持一致。,二、 DDZ電動控制器3. 結構原理,輸入電路,PD電路,PI 電路,輸出電路,軟手動電路,硬手動電路,顯示電路,內(nèi)給定 電路,給定顯示,外給定值,測量信號,輸出信號,二、 DDZ電動控制器4. 外形結構,儀表整體為長方體，伸入控制箱（盤）內(nèi)部 PID參數(shù)設定位于儀表內(nèi)部，拉開整個儀表，可用螺絲刀調(diào)整變阻器。,爐溫控制,5.3 數(shù)字量控制器,通過A/D，D/A轉換，可以實現(xiàn)模擬量與數(shù)字量之間的相互轉化。 數(shù)字量控制器的基本結構原理為：,A/D,AIO,DIO,I/O,模擬量信號,模擬量信號,CPU,計算電路,D/A,AIO,DIO,I/O,模擬量信號,模擬量信號,數(shù)字量控制器的分類,單回路數(shù)字控制器 為適應DDZ系列單元模式（功能、外形）