化工自動化及儀表：第七章 簡單控制系統(tǒng)

1、第七章 簡單控制系統(tǒng)主要內(nèi)容 簡單控制系統(tǒng)的設計簡單控制系統(tǒng)的投運與參數(shù)整定簡單控制系統(tǒng)的設計7.1 控制系統(tǒng)的組成7.2 簡單控制系統(tǒng)的設計7.2.1控制系統(tǒng)設計概述基本內(nèi)容確定控制方案儀表及裝置的選型相關工程內(nèi)容的設計基本步驟初步設計施工圖設計設計文件和責任簽字參與施工和試車設計回訪722被控變量的選擇在多個變量中選擇被控變量應遵循下列原則：盡量選擇能直接反映產(chǎn)品質(zhì)量的變量作為被控變量；所選被控變量能滿足生產(chǎn)工藝穩(wěn)定安全高效的要求必須考慮自動化儀表及裝置的現(xiàn)狀。723 操縱變量的選擇操縱變量的選取應遵循下列原則：操縱變量必須是工藝上允許調(diào)節(jié)的變量；操縱變量是應該是系統(tǒng)中所有被控變量的輸入變

2、量中的對被控變量影響最大的一個?？刂仆ǖ赖姆糯笙禂?shù)要盡量大一些，時間常數(shù)適當小些，滯后時間盡量小。不宜選擇代表生產(chǎn)負荷的變量作為操縱變量，以免產(chǎn)量受到波動。7.2.4 控制規(guī)律及控制器作用方向的選擇 在控制系統(tǒng)中，儀表選型確定以后，對象的特性是固定的，不好改變的；測量元件及變送器的特性比較簡單，一般也是不可以改變的；執(zhí)行器加上閥門定位器可有一定程度的調(diào)整，但靈活性不大；主要可以改變參數(shù)的就是控制器。 系統(tǒng)設置控制器的目的，也是通過它改變整個控制系統(tǒng)的動態(tài)特性，以達到控制的目的。（1）控制規(guī)律的選擇位式控制常見的位式控制有雙位和三位兩種。一般適用于滯后較小，負荷變化不大也不劇烈，控制質(zhì)量要求不高

3、，允許被控變量在一定范圍內(nèi)波動的場合，如恒溫箱、電阻爐等的溫度控制。比例控制當負荷變化時，克服擾動能力強，控制作用及時，過渡過程時間短，但過程終了時存在余差，且負荷變化越大余差也越大。比例控制適用于控制通道滯后較小、時間常數(shù)不太大、擾動幅度較小，負荷變化不大、控制質(zhì)量要求不高，允許有余差的場合。如貯罐液位、塔釜液位的控制和不太重要的蒸汽壓力的控制等。比例積分控制引入積分作用能消除余差，故比例積分控制是使用最多、應用最廣的控制規(guī)律。加入積分作用后要保持系統(tǒng)原有的穩(wěn)定性，必須加大比例度（削弱比例作用）。對于控制通道滯后小，負荷變化不太大，工藝上不允許有余差的場合，如流量或壓力的控制，采用比例積分控

4、制規(guī)律可獲得較好的控制質(zhì)量。比例微分控制引入了微分，會有超前控制作用，能使系統(tǒng)的穩(wěn)定性增加，最大偏差和余差減小，加快了控制過程，改善了控制質(zhì)量，故比例微分控制適用于過程容量滯后較大的場合。對于滯后很小和擾動作用頻繁的系統(tǒng)，應盡可能避免使用微分作用。比例積分微分控制微分作用對于克服容量滯后有顯著效果，對克服純滯后是無能為力的。在比例作用的基礎上加上微分作用能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，加上積分作用能消除余差，又有、TI 、TD三個可以調(diào)整的參數(shù)，因而可以使系統(tǒng)獲得較高的控制質(zhì)量。它適用于容量滯后大、負荷變化大、控制質(zhì)量要求較高的場合，如反應器、聚合釜的溫度控制。（2）控制器作用方向的選擇控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)增益

5、的有正、負之別。各環(huán)節(jié)增益的正或負可根據(jù)在穩(wěn)態(tài)條件下該環(huán)節(jié)輸出增量與輸入增量之比確定。當該環(huán)節(jié)的輸入增加時，其輸出增加，則該環(huán)節(jié)的增益為正，反之，如果輸出減小則增益為負。對象的增益可以是正，亦可以是負氣開控制閥的增益是正的；氣關控制閥的增益是負的。檢測元件和變送器的增益一般是正?？刂破饔姓⒎醋饔弥?，正作用控制器的增益是負的；反作用控制器的增益是正的。整個控制系統(tǒng)必須是一個負反饋系統(tǒng)，所以回路中各環(huán)節(jié)增益的乘積必須為正值。一個控制系統(tǒng)設計好后，對象、控制閥、檢測元件和變送器的增益亦確定了，通過選擇控制器作用方向來保證控制系統(tǒng)是一個負反饋系統(tǒng)。圖示液位控制系統(tǒng)中，如操縱變量是進料量并選擇氣開閥

6、。進料閥開度增加，液位升高，因此對象增益Kp為正；液位升高，檢測變送環(huán)節(jié)的輸出增加，檢測變送環(huán)節(jié)Km為正；氣開閥Kv為正；為保證負反饋，K開=KcKvKpKm0，因此應選擇控制器增益Kc為正，即為反作用控制器。如操縱變量是出料量同樣選擇氣開閥出料閥開度增加，液位降低，因此對象增益Kp為負；應選擇控制器增益Kc為負，即為正作用控制器。7.2.5執(zhí)行器(氣動薄膜控制閥)的選擇(1) 控制閥結(jié)構(gòu)類型及材質(zhì)的選擇(2) 控制閥氣開、氣關形式的選擇首先要從生產(chǎn)安全出發(fā)從保證產(chǎn)品質(zhì)量出發(fā)從降低原料、成品、動力損耗來考慮從介質(zhì)的特點考慮(3)控制閥流量特性的選擇(4)控制閥口徑大小的選擇7.3 簡單控制系統(tǒng)

7、的參數(shù)整定所謂參數(shù)整定，就是對于一個已經(jīng)設計并安裝就緒的控制系統(tǒng)，選擇合適的控制器參數(shù)來改善系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)特性，使系統(tǒng)的過渡過程達到最為滿意的質(zhì)量指標要求。工程整定法經(jīng)驗整定法臨界比例度法衰減曲線法7.4 控制系統(tǒng)的投運投運前的準備工作投運過程根據(jù)經(jīng)驗或估算設置PID參數(shù)確認控制閥的氣開、氣關作用后確認控制器的正、反作用現(xiàn)場的人工操作手動遙控投入自動進一步調(diào)整PID參數(shù)7.5簡單控制系統(tǒng)設計案例貯槽液位控制系統(tǒng)設計被控變量 :貯槽液位 操縱變量 :流入量選用儀表DDZ-型差壓變送器測量貯槽液位并輸出測量信號。氣動薄膜控制閥, 選對數(shù)流量特性。氣開閥。控制器控制規(guī)律和正、反作用方式：如果貯槽在生產(chǎn)過程中是起緩沖作用，其液位控制要求不高，則控制器選比例控制，且比例度可以選得稍大一些。如果貯槽在生產(chǎn)過程中作為計量槽使用時，則需要精確控制液位。控制器可以采用PI控制規(guī)律，以消除余差。結(jié)合控制閥的氣開、氣關特性，控制器選反作用方式。噴霧式干燥設備控制系統(tǒng)設計被控變量 : 干燥溫度 操縱變量 :方案一：乳液流量方案二：蒸汽流量方案三：選擇旁路空氣流量綜合比較之后，確定將旁路控制流量作為操縱變量較為理想。 過程檢測控制儀表的選用 根據(jù)生產(chǎn)工藝和用戶要求，選用電動單元組合儀表。由于被控溫度在600以下，選用熱電阻作為測溫元件，配用溫度變送器。選用對數(shù)流量特性的控