熱工過(guò)程自動(dòng)控制簡(jiǎn)述n

1、熱工參數(shù)自動(dòng)控制簡(jiǎn)述劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng)第一節(jié) 過(guò)程控制系統(tǒng)的組成與分類(lèi)一、過(guò)程控制系統(tǒng)自動(dòng)控制：就是在沒(méi)有人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置(控制裝置)，使機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程(控制對(duì)象)的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)(被控量)按照預(yù)定的規(guī)律自動(dòng)地運(yùn)行。自動(dòng)控制系統(tǒng)(Automatic Control Systems )：是在無(wú)人直接參與下可使生產(chǎn)過(guò)程或其他過(guò)程按期望規(guī)律或預(yù)定程序進(jìn)行的控制系統(tǒng)。 過(guò)程控制系統(tǒng)(Process Control Systems )：以表征生產(chǎn)過(guò)程的參量為被控制量使之接近給定值或保持在給定范圍內(nèi)的自動(dòng)控制系統(tǒng)。 劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng)二、過(guò)程控制系統(tǒng)組成v對(duì)象對(duì)象：被控制的裝置或設(shè)備

2、，其輸出即為被控量；v檢測(cè)元件及變送器檢測(cè)元件及變送器：檢測(cè)元件的功能是感受并測(cè)出被控量的大小，變送器的作用則是檢測(cè)元件測(cè)出的被控量變換成控制器所需要的信號(hào)形式；v控制器控制器：它將檢測(cè)元件或變送器送來(lái)的信號(hào)與被控變量的設(shè)定值信號(hào)進(jìn)行比較得出偏差信號(hào)，根據(jù)這個(gè)偏差信號(hào)的大小按一定的運(yùn)算規(guī)律計(jì)算控制信號(hào)u，然后將控制信號(hào)傳送給執(zhí)行器。 v執(zhí)行器執(zhí)行器：其作用是接受控制器發(fā)出的控制信號(hào)u，直接改變操縱量q(例如電流、重油、煤氣等的量)，即調(diào)整能量或物料的平衡，使被控量回復(fù)至設(shè)定數(shù)值。 劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng)三、控制系統(tǒng)的工程表示自動(dòng)控制系統(tǒng)有兩種表示方法，即方框圖與工藝控制流程圖(或稱(chēng)管道儀表流程圖)【需遵

3、循 “GB/T 2625-1981 過(guò)程檢測(cè)和控制流程圖用圖形符號(hào)和文字代號(hào)” 或其它行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)】。(a)工藝控制流程圖 (b)方框圖鍋爐汽包水位控制蒸汽蒸汽檢測(cè)變送LT控制器LC控制閥V鍋爐B期望值SV實(shí)際值給水給水LCLTVPVPVSVMV劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng)四、過(guò)程控制系統(tǒng)的分類(lèi) 自動(dòng)控制系統(tǒng)有多種分類(lèi)方法，可以按被控量分類(lèi)，例如溫度控制系統(tǒng)、流量控制系統(tǒng)等；也可以按控制器的控制作用來(lái)分類(lèi)，例如比例控制系統(tǒng)、比例積分控制系統(tǒng)等。為了便于分析自動(dòng)控制系統(tǒng)的性質(zhì)，可將控制系統(tǒng)按設(shè)定值形式的不同分為三類(lèi)，即定值定值控制控制系統(tǒng)、系統(tǒng)、程序控制程序控制系統(tǒng)系統(tǒng)與隨動(dòng)控制隨動(dòng)控制系統(tǒng)系統(tǒng) 。劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng)第二

4、節(jié) 基本控制規(guī)律與控制器控制器是自動(dòng)控制系統(tǒng)的核心，它接受變送器或轉(zhuǎn)換器送來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，按預(yù)定的規(guī)律(稱(chēng)控制作用或控制規(guī)律)輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，推動(dòng)執(zhí)行器消除偏差，使被控參數(shù)保持在給定值附近或按預(yù)定規(guī)律變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制?？刂破鞯妮敵鲂盘?hào)y與輸入偏差信號(hào)e(=PV-SP)之間隨時(shí)間變化的規(guī)律y=f(e)叫做控制器的控制規(guī)律，也稱(chēng)之為控制器的特性。不同的控制規(guī)律適應(yīng)不同的生產(chǎn)要求。要選用合適的控制規(guī)律，首先必須了解控制規(guī)律的特點(diǎn)與適用條件，根據(jù)工藝指標(biāo)的要求，結(jié)合具體對(duì)象特性，才能做出正確的選擇。 劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng)為了得到比較滿(mǎn)意的控制質(zhì)量，常將比例、積分、微分三種控制結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成比例積分微

5、分(PID:Propotional-Integrate-Differential)三種作用控制器。理想PID控制作用特性方程如下：比例-積分-微分(PID)控制作用PD0Id ( )1 ( )( )d dte tyKe tTe tttT 實(shí)際PID控制特性(傳遞函數(shù))如下：pDIDIID1(1)( )11KT sT sG sTsT K sKKI、KD分別為積分與微分常數(shù)。劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng)實(shí)際PID控制階躍響應(yīng)曲線(xiàn) 在輸入階躍信號(hào)后，微分作用和比例作用同時(shí)發(fā)生，PID控制器的輸出Y突然發(fā)生大幅度的變化，產(chǎn)生一個(gè)較強(qiáng)的控制作用，這是比例基礎(chǔ)上的微分控制作用，然后逐漸向比例作用下降；接著又隨時(shí)間上升，這

6、是積分作用；直到偏差完全消失為止。 劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng)常用控制規(guī)律特點(diǎn)及適用場(chǎng)合劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng)六、PID控制算式 在模擬控制系統(tǒng)中，PID控制是被廣泛采用的一種控制策略，在數(shù)字(計(jì)算機(jī))控制系統(tǒng)中， PID控制仍被廣泛應(yīng)用。由于計(jì)算機(jī)控制是一種采樣控制，它只能根據(jù)采樣時(shí)刻的偏差值(數(shù)字量)計(jì)算控制量，因此式中積分和微分項(xiàng)不能直接使用，需要進(jìn)行離散化處理。劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng)第三節(jié)執(zhí)行器一、概述執(zhí)行器接受來(lái)自控制器的控制信號(hào)，通過(guò)其本身開(kāi)度的變化，從而達(dá)到控制流量的目的。執(zhí)行器直接與介質(zhì)接觸，常常在惡劣的條件下(高溫與低溫，高壓，強(qiáng)腐蝕，結(jié)晶，閃蒸等)工作，它是控制系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。執(zhí)行器選用不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致控制品質(zhì)

7、的下降，調(diào)節(jié)失靈，甚至造成事故。劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng)(一)執(zhí)行器(閥)的構(gòu)成執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)兩個(gè)部分構(gòu)成【有時(shí)配備有閥門(mén)定位器、手操機(jī)構(gòu)等輔助裝置】。執(zhí)行機(jī)構(gòu)將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為力F(或力矩M)和位移(l和q)，推動(dòng)控制機(jī)構(gòu)動(dòng)作以改變被控介質(zhì)的流量。(a)框圖框圖 (b)外形外形(氣動(dòng)氣動(dòng))執(zhí)行器的構(gòu)成執(zhí)行器的構(gòu)成執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制機(jī)構(gòu)p0I0F,l(M,q)介質(zhì)流量(開(kāi)度)劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng)(二)執(zhí)行器的分類(lèi)執(zhí)行器用途廣泛，種類(lèi)繁多，分類(lèi)方法也比較多。一般根據(jù)其使用的能源將執(zhí)行器分為氣動(dòng)、電動(dòng)、液動(dòng)等三大類(lèi)：(1)氣動(dòng)執(zhí)行器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是統(tǒng)一的整體，它以壓縮空氣作為能源來(lái)操縱調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、

8、動(dòng)作平穩(wěn)可靠、動(dòng)作行程小，輸出推力較大、易于維修、安全防爆系數(shù)高，而且價(jià)格低，但信號(hào)不適于遠(yuǎn)傳?？梢圆捎秒?氣轉(zhuǎn)換器或電/氣閥門(mén)定位器，使傳送信號(hào)為電信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)操作為氣動(dòng)信號(hào)。(2)電動(dòng)執(zhí)行器信號(hào)傳遞迅速，其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安全防爆性能差，故在化工、煉油中很少使用。(3)液動(dòng)執(zhí)行器可以產(chǎn)生很大的推力，但是體積較大，不適合于在化工、煉油中使用。劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng)氣動(dòng)、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)特點(diǎn)劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng)功率控制加熱與溫度控制加熱v功率控制加熱是由溫控器控制輸入輸出信號(hào)，由可控可控硅硅調(diào)節(jié)加熱器的加熱功率來(lái)控制加熱系統(tǒng)的加熱量。當(dāng)加熱系統(tǒng)的溫度值遠(yuǎn)低于設(shè)定值時(shí)，則可控硅全功率輸出，加熱器處于全功率工作狀態(tài)。當(dāng)加

9、熱系統(tǒng)的溫度接近設(shè)定值時(shí)，則可控硅的功率輸出量會(huì)越來(lái)越小。一旦溫度達(dá)到設(shè)定值，可控硅的功率輸出量即為零。通過(guò)功率控制加熱，一方面比較節(jié)能，另一方面溫度控制精度高。v溫度控制加熱一般由接觸器控制加熱器是否加熱，其輸出只有兩個(gè)信號(hào)，敞開(kāi)或閉合，即加熱器只能全功率工作或0功率工作。劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng)第四節(jié) 如何確定控制方案控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(dòng)運(yùn)行。設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮以下幾個(gè)環(huán)節(jié)： (1)被控量(輸出)和操縱量(輸入)的確定；(2)檢測(cè)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(yùn)。

10、劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng)一、 被控量的選擇原則 作為被控量，必須能夠獲得檢測(cè)信號(hào)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(cè)點(diǎn)的選取必須合適。被控量的被控量的選擇方法選擇方法(1)選直接參數(shù)。即能直接反映生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量，以及安全運(yùn)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(shí)采用，間接指標(biāo)與直接指標(biāo)之間必須是一一對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系 (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(gè)間接指標(biāo))。劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng)二、操縱量的選擇操縱量是克服擾動(dòng)影響、使系統(tǒng)重新恢復(fù)平穩(wěn)運(yùn)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。劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng)三、檢測(cè)及變送

11、環(huán)節(jié)的考慮 一、檢測(cè)及變送環(huán)節(jié)任務(wù)、作用及要求v任務(wù) 對(duì)被控量進(jìn)行正確測(cè)量，并將其轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。v要求 能正確、及時(shí)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(cè)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(xiàng)應(yīng)盡量減少其時(shí)間常數(shù)與滯后時(shí)間。劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng)控制閥選擇內(nèi)容(1)流量特性(實(shí)際上就是選線(xiàn)性還是對(duì)數(shù)特性，因?yàn)閽佄锞€(xiàn)特性閥通常用的很少，而蝶閥當(dāng)導(dǎo)通角為0-70o時(shí)近似為對(duì)數(shù)特性) ；(2)結(jié)構(gòu)形式；(3)開(kāi)閉形式； (4)口徑計(jì)算。ZXP(ZJHP)型新系列型新系列氣動(dòng)薄膜直通單座閥氣動(dòng)薄膜直通單座閥 ZAZN型電動(dòng)雙

12、座閥型電動(dòng)雙座閥 劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng)控制閥開(kāi)閉(作用)形式的選擇控制閥的開(kāi)(信號(hào)增大時(shí)閥開(kāi)大)閉(信號(hào)壓力增大閥關(guān)小)形式選擇主要基于以下幾點(diǎn)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(dòng)力等的因素；介質(zhì)特點(diǎn)：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(mǎn)足控制通道作用方向的要求。氣關(guān)閥 氣開(kāi)閥劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng)高爐過(guò)程控制實(shí)例劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng)高爐熱風(fēng)爐儀表控制v高爐料位檢測(cè)和布料控制v助燃空氣總管壓力檢測(cè)和控制v凈煤氣總管溫度檢測(cè)、壓力檢測(cè)和控制v熱風(fēng)爐燃燒控制熱風(fēng)爐燃燒控制v熱風(fēng)爐混風(fēng)溫度控制熱風(fēng)爐混風(fēng)溫度控制主要參數(shù)：主要參數(shù)：料位、料位、拱頂溫度、廢氣溫度、廢氣含氧量、拱頂溫度、廢氣溫度、廢氣含氧量、高爐煤氣支管流量、高爐煤氣支管壓力、助燃空氣總高爐煤氣支管流量、高爐煤氣支管壓力、助燃空氣總管溫度、助燃空氣總管壓力、凈煤氣總管溫度、凈煤管溫度、助燃空氣總管壓力、凈煤氣總管溫度、凈煤氣總管壓力和凈