學(xué)習(xí)情境十二單回路檢測(cè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與投運(yùn)

學(xué)習(xí)情境十二單回路檢測(cè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與投運(yùn)第一頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日任務(wù)引領(lǐng)：過(guò)程控制系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)形式可分為單回路系統(tǒng)和多回路系統(tǒng)（串級(jí)）。在系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)和整定中，單回路系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法是最基本的方法，適用于其他各類(lèi)復(fù)雜控制系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)、整定和投運(yùn)。通過(guò)本任務(wù)相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)，掌握單回路控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與設(shè)計(jì)步驟。任務(wù)一單回路控制系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)

第二頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日請(qǐng)列出檢驗(yàn)系統(tǒng)控制質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)有哪些？描述控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本思路和具體要求；描述控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的具體步驟；思考問(wèn)題第三頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日知識(shí)點(diǎn)1：?jiǎn)位芈房刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)的共性問(wèn)題

在工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化中，過(guò)程控制是不可缺少的重要組成部分。為了克服外界擾動(dòng)，穩(wěn)定生產(chǎn)等，需在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)溫度、壓力、流量、液位、成分、PH、粘度、濕度等過(guò)程參數(shù)實(shí)行自動(dòng)控制。要達(dá)到以上目的，過(guò)程控制系統(tǒng)首先必須是穩(wěn)定的，這是系統(tǒng)被控制的前提，此外，系統(tǒng)還必須具有適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定裕量；其次系統(tǒng)應(yīng)是一個(gè)衰減振蕩過(guò)程,過(guò)渡過(guò)程時(shí)間要短，余差要小等。工程上這些要求往往是互相矛盾的，因此設(shè)計(jì)過(guò)程控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，分清主次，以保證滿(mǎn)足最重要的控制質(zhì)量指標(biāo)。一、一般要求第四頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日二、控制方案

1．總體設(shè)計(jì)與系統(tǒng)布局的關(guān)系隨著現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)迅速發(fā)展，各生產(chǎn)工藝設(shè)備相互間緊密地聯(lián)系著，各設(shè)備的生產(chǎn)操作也是相互聯(lián)系、相互影響的，所以首先必須明確局部生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化和全局過(guò)程自動(dòng)化間的關(guān)系。

在進(jìn)行總體設(shè)計(jì)和系統(tǒng)布局時(shí)，應(yīng)該全面地考慮生產(chǎn)設(shè)備之間的相互聯(lián)系，綜合各個(gè)生產(chǎn)操作之間的相互影響，合理設(shè)計(jì)各個(gè)控制系統(tǒng)。

2．過(guò)程特性過(guò)程控制系統(tǒng)的品質(zhì)是由組成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和各個(gè)環(huán)節(jié)的特性所決定的。

其中過(guò)程檢測(cè)控制儀表的特性在設(shè)計(jì)制造時(shí)就已人為確定，調(diào)節(jié)器的特性可隨意調(diào)整，以滿(mǎn)足不同被控過(guò)程和控制的要求。必須深入了解生產(chǎn)工藝情況，結(jié)合控制要求，根據(jù)過(guò)程特性、擾動(dòng)情況以及限制條件等運(yùn)用控制理論和控制技術(shù)才能設(shè)計(jì)一個(gè)工藝上合理的正確控制方案。第五頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日三、基本方法

系統(tǒng)控制方案的設(shè)計(jì)和調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定是過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的兩個(gè)重要內(nèi)容。工程設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)被控過(guò)程的特性和對(duì)過(guò)程控制系統(tǒng)的各項(xiàng)技術(shù)分析，從全局出發(fā)選擇合理的控制方案，通常采用反饋控制和復(fù)合控制，然后確定系統(tǒng)各部分的控制參數(shù)大小，最后進(jìn)行調(diào)節(jié)器參數(shù)整定。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，通常包括綜合法和試探法，在開(kāi)始進(jìn)行設(shè)計(jì)階段，首先應(yīng)熟悉技術(shù)要求及性能指標(biāo)，了解被控過(guò)程和過(guò)程檢測(cè)控制儀表的動(dòng)態(tài)性能，應(yīng)用綜合方法建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。一旦設(shè)計(jì)問(wèn)題可用數(shù)學(xué)模型表示，就可進(jìn)行仿真，并應(yīng)用最佳控制理論得出系統(tǒng)性能指標(biāo)的上限。最后，對(duì)設(shè)計(jì)出來(lái)的系統(tǒng)在各種信號(hào)和擾動(dòng)作用下進(jìn)行響應(yīng)測(cè)試，若系統(tǒng)性能指標(biāo)不能令人滿(mǎn)意，則必須進(jìn)行再設(shè)計(jì)，直到獲得滿(mǎn)意的性能指標(biāo)為止。第六頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日四、設(shè)計(jì)步驟

（1）建立對(duì)象的數(shù)學(xué)模型被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，在過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，首先要解決如何用恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)關(guān)系式,即所謂數(shù)學(xué)模型來(lái)描述被控過(guò)程的特性。只有掌握了過(guò)程的數(shù)學(xué)模型,才能深入分析過(guò)程的特性和精確設(shè)計(jì)控制器。（2）選擇控制方案根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和技術(shù)指標(biāo)要求，經(jīng)過(guò)調(diào)查研究，考慮經(jīng)濟(jì)效益和技術(shù)實(shí)施的可行性，選擇合理的控制方案。（3）建立系統(tǒng)框圖根據(jù)系統(tǒng)的內(nèi)在機(jī)理，畫(huà)出系統(tǒng)框圖。（4）進(jìn)行系統(tǒng)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性分析計(jì)算過(guò)程控制系統(tǒng)方案確定后，根據(jù)系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)，應(yīng)用控制理論進(jìn)行系統(tǒng)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性分析計(jì)算，判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性、過(guò)渡特性等。（5）實(shí)驗(yàn)和仿真實(shí)驗(yàn)和仿真是檢驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)正確與否的重要手段。有些在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中難以考慮的因素，可以在實(shí)驗(yàn)中考慮，同時(shí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以檢驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性，以及系統(tǒng)的性能。（6）系統(tǒng)投運(yùn)根據(jù)設(shè)計(jì)所選定的控制器的相關(guān)參數(shù)，使整個(gè)系統(tǒng)投入運(yùn)行，觀察其運(yùn)行狀況。第七頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日五、主要內(nèi)容

過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括方案設(shè)計(jì)、工程設(shè)計(jì)、工程安裝和儀表調(diào)校、調(diào)節(jié)器參數(shù)整定等四個(gè)主要內(nèi)容?？刂品桨冈O(shè)計(jì)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心。若控制方案設(shè)計(jì)不正確，則無(wú)論選用何種先進(jìn)的過(guò)程控制儀表，其安裝如何細(xì)心，都不可能使系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)揮作用，甚至系統(tǒng)不能運(yùn)行。

工程設(shè)計(jì)是在控制方案正確設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。它包括儀表選型、控制室和儀表盤(pán)設(shè)計(jì)、儀表供電供氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)、信號(hào)及聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。

過(guò)程控制系統(tǒng)的正確安裝是保證系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提。系統(tǒng)安裝完，還要對(duì)每臺(tái)儀表進(jìn)行單校和每個(gè)控制回路進(jìn)行聯(lián)校。

在控制方案設(shè)計(jì)正確的前提下，調(diào)節(jié)器參數(shù)整定是系統(tǒng)運(yùn)行在最佳狀態(tài)的重要保證，是過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)之一。第八頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日六、若干問(wèn)題

在進(jìn)行過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，要針對(duì)工程實(shí)際情況和要求，對(duì)下列問(wèn)題作合理考慮與正確處理。

1．測(cè)量信號(hào)校正在檢測(cè)某些過(guò)程參數(shù)時(shí)，其測(cè)量值往往要受到其他一些參數(shù)的影響，為了保證其測(cè)量精度，必須考慮測(cè)量信號(hào)的校正問(wèn)題。

2．測(cè)量信號(hào)噪聲（擾動(dòng)）的抑制在測(cè)量某些參數(shù)時(shí)，由于其物理或化學(xué)特性，常常具有隨機(jī)波動(dòng)特性。若測(cè)量、變送器的阻尼較小時(shí)，其噪聲會(huì)疊加于測(cè)量信號(hào)之上，影響系統(tǒng)的控制質(zhì)量，所以應(yīng)考慮對(duì)其加以抑制。

3．對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行線(xiàn)性處理在檢測(cè)某些過(guò)程參數(shù)時(shí)，測(cè)量信號(hào)與被測(cè)參數(shù)之間成非線(xiàn)性關(guān)系。是否要進(jìn)行線(xiàn)性化處理，具體問(wèn)題要作具體分析。

4．系統(tǒng)安全保護(hù)對(duì)策系統(tǒng)運(yùn)行的環(huán)境條件是過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮和解決的重要問(wèn)題。在某些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的危險(xiǎn)環(huán)境條件下，為了提高系統(tǒng)的運(yùn)行周期，保證系統(tǒng)的正常工作，除了加強(qiáng)日常的維護(hù)措施外，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)還必須采取相應(yīng)的安全保護(hù)對(duì)策。

第九頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日◆

請(qǐng)說(shuō)出控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。

◆

請(qǐng)舉出日常生活中控制系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例。請(qǐng)你做一做第十頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日知識(shí)點(diǎn)2：?jiǎn)位芈房刂葡到y(tǒng)方案設(shè)計(jì)

選取被控參數(shù)的一般原則為：

1．選擇對(duì)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量、安全生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和環(huán)境保護(hù)具有決定性作用的、可直接測(cè)量的工藝參數(shù)為被控參數(shù)。

2．當(dāng)不能用直接參數(shù)作為被控參數(shù)時(shí)，應(yīng)該選擇一個(gè)與直接參數(shù)有單值函數(shù)關(guān)系的間接參數(shù)作為被控參數(shù)。

3．被控參數(shù)必須具有足夠高的靈敏度。

4．被控參數(shù)的選取，必須考慮工藝過(guò)程的合理性和所用儀表的性能。一、被控參數(shù)的選擇第十一頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日1．過(guò)程靜態(tài)特性的分析二、控制參數(shù)的選擇過(guò)程控制系統(tǒng)框圖

圖中W（s）為調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)；W0（s）為控制通道的傳遞函數(shù)；Wf（s）為擾動(dòng)通道的傳遞函數(shù)。并設(shè)（6-1）第十二頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日1．過(guò)程靜態(tài)特性的分析被控量Y（s）對(duì)擾動(dòng)F（s）的閉環(huán)傳遞函數(shù)為（6-2）由于系統(tǒng)是穩(wěn)定的，故在階躍擾動(dòng)作用下，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)值可應(yīng)用終值定理求得（6-3）

擾動(dòng)通道靜態(tài)放大系數(shù)Kf愈大，則系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差也愈大。若靜態(tài)放大系數(shù)很小，這時(shí)即使擾動(dòng)量大，其影響也較小?？刂仆ǖ赖撵o態(tài)放大系數(shù)K0愈大，表示控制作用愈靈敏，克服擾動(dòng)的能力愈強(qiáng)。但是，最佳控制過(guò)程K0與調(diào)節(jié)器的放大系數(shù)Kc的乘積應(yīng)為一常數(shù)，而Kc是可調(diào)節(jié)的，所以K0的大小可通過(guò)調(diào)節(jié)KC來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償。因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)（即確定控制參數(shù)）時(shí)，要使控制通道的放大系數(shù)K0大于擾動(dòng)通道的放大系數(shù)Kf。第十三頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日2．過(guò)程動(dòng)態(tài)特性的分析（6-6）單回路控制系統(tǒng)的特征方程為由式（6-6）可見(jiàn)，由于擾動(dòng)通道為一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)特征方程式中增加了一個(gè)極點(diǎn)－1/Tf

，即在右圖所示根平面上增加了一個(gè)－1/Tf

的附加極點(diǎn)a。隨著時(shí)間常數(shù)的增大，極點(diǎn)將向jω軸靠近，而且過(guò)渡過(guò)程將乘上一個(gè)1/Tf

的數(shù)值，使整個(gè)過(guò)渡過(guò)程的幅值減小Tf倍，從而使其超調(diào)量隨著Tf的增大而減小，提高了系統(tǒng)的控制質(zhì)量。（1）過(guò)程擾動(dòng)通道動(dòng)態(tài)特性的影響復(fù)平面

1）時(shí)間常數(shù)Tf的影響

第十四頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日（6-9）當(dāng)擾動(dòng)通道有時(shí)延時(shí)，在擾動(dòng)作用下系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為可見(jiàn)其閉環(huán)傳遞函數(shù)的分母（即特征方程）與式（6-8）相同。所以說(shuō)擾動(dòng)通道的時(shí)延不影響系統(tǒng)的控制質(zhì)量，僅使系統(tǒng)響應(yīng)曲線(xiàn)y（t）推遲了一個(gè)時(shí)延。（1）過(guò)程擾動(dòng)通道動(dòng)態(tài)特性的影響系統(tǒng)框圖

2）時(shí)延τf的影響

時(shí)延τf的影響如圖所示。

在給定信號(hào)X（s）作用下，系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為閉環(huán)系統(tǒng)特征方程為（6-7）（6-8）第十五頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日（1）過(guò)程擾動(dòng)通道動(dòng)態(tài)特性的影響液位控制

3）擾動(dòng)作用點(diǎn)位置擾動(dòng)引入系統(tǒng)的位置不同，則對(duì)被控參數(shù)的影響也不同。如圖所示。圖中3個(gè)水箱串聯(lián)工作，為了實(shí)現(xiàn)3號(hào)水箱水位不變，故設(shè)計(jì)圖a控制系統(tǒng)。擾動(dòng)f1、f2、f3由三處分別引入系統(tǒng)，根據(jù)流程圖畫(huà)出其框圖，見(jiàn)圖b。設(shè)三只水箱均為一階慣性環(huán)節(jié)，由前所述，它對(duì)擾動(dòng)起著濾波作用，所以當(dāng)擾動(dòng)引入系統(tǒng)的位置離被控參數(shù)愈近時(shí)，則對(duì)其影響愈大；相反，當(dāng)擾動(dòng)離被控參數(shù)愈遠(yuǎn)（即離調(diào)節(jié)閥愈近）時(shí)，則對(duì)其影響愈小。第十六頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日（2）過(guò)程控制通道動(dòng)態(tài)特性的影響在過(guò)程控制系統(tǒng)中，克服擾動(dòng)對(duì)被控參數(shù)的影響均要通過(guò)控制通道進(jìn)行。

1）可控性指標(biāo)在設(shè)計(jì)過(guò)程控制系統(tǒng)時(shí)，對(duì)同一個(gè)被控參數(shù)，工藝上往往有幾個(gè)可供選擇的變量作為控制參數(shù)。由于選擇的變量不同，構(gòu)成的過(guò)程特性也不同，因而控制難易程度也不同。選擇控制參數(shù)的目的是要得到一個(gè)好的控制通道。

2）控制通道的影響

由表可見(jiàn)，控制通道中時(shí)間常數(shù)大、階數(shù)高、有純時(shí)延環(huán)節(jié)都將使過(guò)程的可控性指標(biāo)大為降低。因此可得出如下結(jié)論：在選擇控制參數(shù)時(shí)，選擇時(shí)間常數(shù)較小、反應(yīng)靈敏、純時(shí)延小的通道作為控制通道。不同過(guò)程特性的Kmax、ωC和KmaxωC值

第十七頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日（2）過(guò)程控制通道動(dòng)態(tài)特性的影響在過(guò)程控制系統(tǒng)中，克服擾動(dòng)對(duì)被控參數(shù)的影響均要通過(guò)控制通道進(jìn)行。

3）過(guò)程時(shí)間常數(shù)的匹配在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，被控過(guò)程可能是由多個(gè)一階環(huán)節(jié)串聯(lián)而成的，設(shè)廣義過(guò)程的傳遞函數(shù)為不同時(shí)間常數(shù)對(duì)控制質(zhì)量的影晌

第十八頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日3．根據(jù)過(guò)程特性選擇控制參數(shù)的一般原則

1）選擇過(guò)程控制通道的放大系數(shù)K0要適當(dāng)大一些；時(shí)間常數(shù)T0要適當(dāng)小一些；純時(shí)延τ0愈小愈好，在有純時(shí)延τ0的情況下，τ0與T0之比應(yīng)小一些（小于1），若其比值過(guò)大，則不利于控制。

2）選擇過(guò)程擾動(dòng)通道的放大系數(shù)Kf要盡可能??；時(shí)間常數(shù)Tf要大；擾動(dòng)引入系統(tǒng)的位置要遠(yuǎn)離控制過(guò)程（即靠近調(diào)節(jié)閥）；容量時(shí)延愈大，則有利于控制。

3）廣義過(guò)程（包括調(diào)節(jié)閥和測(cè)量變送器）由幾個(gè)一階環(huán)節(jié)組成，在選擇控制參數(shù)時(shí)，應(yīng)盡量設(shè)法把幾個(gè)時(shí)間常數(shù)錯(cuò)開(kāi)，使其中一個(gè)時(shí)間常數(shù)比其他時(shí)間常數(shù)大得多，同時(shí)注意減小第二、第三個(gè)時(shí)間常數(shù)。

4）注意工藝操作的合理性、經(jīng)濟(jì)性。第十九頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日

測(cè)量變送環(huán)節(jié)對(duì)被控參數(shù)作正確測(cè)量，并將它轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號(hào)（0.02～0.1MPa或0～10mADC，或4～20mADC）輸出到調(diào)節(jié)器或指示記錄儀。三、測(cè)量變送問(wèn)題Tm引起的動(dòng)態(tài)誤差a）y為階躍信號(hào)b）y為線(xiàn)性信號(hào)c）y為周期信號(hào)第二十頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日三、測(cè)量變送問(wèn)題1．信號(hào)濾波在有些工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，例如用差壓式流量變送器測(cè)量流量，有些容器的液位會(huì)有劇烈波動(dòng)，引起測(cè)量變送器的輸出波動(dòng)不息；又如用彈性壓力表測(cè)量脈動(dòng)壓力時(shí)，會(huì)使儀表指針跳動(dòng)不停等，這些都是隨機(jī)干擾，或稱(chēng)噪聲，對(duì)此必須進(jìn)行濾波。2．信號(hào)處理

測(cè)量信號(hào)的處理包括線(xiàn)性化和開(kāi)平方等。3．純時(shí)延問(wèn)題

在過(guò)程控制中，測(cè)量溫度、成分等被控參數(shù)時(shí)，由于測(cè)量元件安裝位置不當(dāng)及測(cè)量?jī)x表本身不可避免地產(chǎn)生純時(shí)延，為消除對(duì)系統(tǒng)性能指標(biāo)的可能影響，可專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)某種補(bǔ)償環(huán)節(jié)，以改善其控制品質(zhì)。第二十一頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日三、測(cè)量變送問(wèn)題4．測(cè)量時(shí)延問(wèn)題

測(cè)量時(shí)延主要是由測(cè)量元件本身的特性引起的。在工程上，把微分單元置于調(diào)節(jié)器之后，就具有變動(dòng)給定值時(shí)加強(qiáng)其動(dòng)態(tài)響應(yīng)的作用，較快地達(dá)到跟蹤的目的。5．信號(hào)傳送時(shí)延問(wèn)題

這主要是指氣動(dòng)單元組合儀表中，氣壓信號(hào)在管路中的傳送時(shí)延。氣動(dòng)傳輸曾道的特性參數(shù)第二十二頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日四、執(zhí)行器的選擇調(diào)節(jié)閥是過(guò)程控制系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，其特性好壞對(duì)控制質(zhì)量的影響是很大的。由于其結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單又較粗糙，所以往往不被人們所重視。實(shí)踐證明，在過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，若調(diào)節(jié)閥特性選用不當(dāng)，閥門(mén)動(dòng)作不靈活，口徑大小不合適，都會(huì)嚴(yán)重影響控制質(zhì)量。所以，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程的特點(diǎn)、被控介質(zhì)的情況（如高溫、高壓、劇毒、易燃易爆、易結(jié)晶、強(qiáng)腐蝕、高粘度等）、安全運(yùn)行和推力等，選用氣動(dòng)執(zhí)行器或電動(dòng)執(zhí)行器。按生產(chǎn)安全原則，選取氣開(kāi)或氣關(guān)式。根據(jù)被控過(guò)程的特性、負(fù)荷變化的情況以及調(diào)節(jié)閥在管道中的安裝方式等，選擇適當(dāng)?shù)牧髁刻匦浴Ｔ谶^(guò)程控制中，使用最多的是氣動(dòng)執(zhí)行器，其次是電動(dòng)執(zhí)行器。第二十三頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日五、控制器控制規(guī)律的選擇1．對(duì)象特性對(duì)控制規(guī)律的影響

1）廣義對(duì)象控制通道時(shí)間常數(shù)較大或容量遲延較大時(shí)，應(yīng)引入微分動(dòng)作。如工藝容許有殘差，可選用比例微分控制規(guī)律；如工藝要求無(wú)殘差時(shí)，則選用比例積分微分控制規(guī)律，如溫度、成分、PH值控制等。

2）當(dāng)廣義對(duì)象控制通道時(shí)間常數(shù)較小，負(fù)荷變化也不大，而工藝要求無(wú)殘差時(shí)，可選擇比例積分控制規(guī)律，如管道壓力和流量的控制。

3）廣義對(duì)象控制通道時(shí)間常數(shù)較小，負(fù)荷變化較小，工藝要求不高時(shí)，可選擇比例控制規(guī)律，如貯罐壓力、液位的控制。

4）當(dāng)廣義對(duì)象控制通道時(shí)間常數(shù)或容量遲延很大，負(fù)荷變化亦很大時(shí)，簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)已不能滿(mǎn)足要求，應(yīng)設(shè)計(jì)復(fù)雜控制系統(tǒng)。第二十四頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日2．控制器控制規(guī)律的選擇（1）依據(jù)對(duì)象特征參數(shù)選擇

可根據(jù)對(duì)象的時(shí)延時(shí)間和對(duì)象自衡時(shí)間常數(shù)的比值選擇控制器的控制規(guī)律：

1）<0.2時(shí)，選擇比例或比例積分控制器；

2）當(dāng)0.2<≤0.1時(shí)，選擇比例微分或比例積分微分控制器；

3）當(dāng)>1.0時(shí)，采用簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)往往不能滿(mǎn)足控制要求，應(yīng)選用如串級(jí)、前饋、預(yù)估控制等復(fù)雜控制系統(tǒng)。第二十五頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日2．控制器控制規(guī)律的選擇（2）依據(jù)過(guò)程特性選擇根據(jù)過(guò)程的特性和控制器的控制特征確定控制規(guī)律。

1）比例控制器適用于過(guò)程通道容量較大，純延時(shí)時(shí)間較小，負(fù)荷變化不大，工藝要求不高的場(chǎng)合。一般情況下控制質(zhì)量較高，有余差的場(chǎng)合都可以使用，其適用范圍比較廣。

2）比例積分控制器適用于過(guò)程容量較小，負(fù)荷變化較大，工藝要求無(wú)余差的場(chǎng)合。過(guò)程的時(shí)延時(shí)間較大時(shí)不能選擇比例積分控制器，否則容易引起系統(tǒng)振蕩。

3）比例微分控制器適用于過(guò)程容量較大，有時(shí)延的場(chǎng)合。對(duì)于過(guò)程擾動(dòng)頻繁的系統(tǒng)，微分作用可導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩。

4）比例積分微分控制器是一種理想的控制器，適用于不同的過(guò)程特性。當(dāng)要求控制質(zhì)量較高時(shí)，可選用比例積分微分控制器。第二十六頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日六、調(diào)節(jié)器正、反作用的確定1．廣義過(guò)程的正、反作用的確定（1）對(duì)象的正反作用形式對(duì)象正作用：對(duì)象的輸入量增加（或減少），其輸出量亦增加（或減少），K0＞0對(duì)象反作用：對(duì)象的輸入量增加（或減少），其輸出量減少（或增加），K0＜0

（2）執(zhí)行器正負(fù)作用形式執(zhí)行器正作用：執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥）是氣關(guān)式，KV＜0。執(zhí)行器反作用：執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥）是氣開(kāi)式，KV＞0，

（3）控制器的正、反作用形式控制器正作用：測(cè)量值增加（或減少），其輸出量亦增加（或減少），KC＞0?？刂破鞣醋饔茫簻y(cè)量值增加（或減少），其輸出量減少（或增加），Kc＜0。

（4）變送器的作用形式變送器的靜態(tài)放大系數(shù)通常為正，即Kmc＞0。第二十七頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日六、調(diào)節(jié)器正、反作用的確定2．控制器作用形式的確定（1）確定原則過(guò)程內(nèi)部各個(gè)環(huán)節(jié)的靜態(tài)系數(shù)相乘為負(fù)。即KmK0KVKC<0，計(jì)算KC正反作用形式。（2）控制器正、反作用形式確定的步驟

①根據(jù)工藝安全確定執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥）的氣開(kāi)、氣關(guān)形式，從而確定KV；②根據(jù)過(guò)程特性確定對(duì)象的正反形式，確定K0；③根據(jù)確定原則確定控制器的正、反作用形式。第二十八頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日◆

控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)包括哪些內(nèi)容，哪些內(nèi)容在前幾個(gè)情境中已經(jīng)介紹過(guò)？◆

右圖為取暖鍋爐液位的控制方案。（1）確定什么是被控量、控制量、干擾？（2）分析控制過(guò)程？◆

過(guò)程檢測(cè)與控制實(shí)訓(xùn)裝置可設(shè)計(jì)哪些單回路控制系統(tǒng)，被控量和控制量如何選擇，調(diào)節(jié)器選擇什么樣的控制規(guī)律？◆

請(qǐng)完成過(guò)程檢測(cè)與控制實(shí)訓(xùn)裝置中的一個(gè)管道流量單回路控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。思考與訓(xùn)練第二十九頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日學(xué)習(xí)情境十二單回路檢測(cè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與投運(yùn)

任務(wù)一

單回路控制系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)任務(wù)二單回路控制系統(tǒng)的投運(yùn)與故障分析處理

下篇控制儀表第三十頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日任務(wù)引領(lǐng)：過(guò)程控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)、控制儀表選型和安裝調(diào)試就緒后，或者經(jīng)過(guò)停車(chē)檢修后，將過(guò)程控制系統(tǒng)重新投入到生產(chǎn)過(guò)程中運(yùn)行，稱(chēng)為系統(tǒng)投運(yùn)。為使過(guò)程控制系統(tǒng)能順利投入運(yùn)行，投運(yùn)前必須做好準(zhǔn)備工作。在控制系統(tǒng)投運(yùn)一個(gè)時(shí)期之后，可能會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問(wèn)題，這時(shí)需要從工藝和儀表兩方面查找原因。通過(guò)本任務(wù)的學(xué)習(xí)，掌握控制系統(tǒng)的正確投運(yùn)方法和故障分析方法。任務(wù)二單回路控制系統(tǒng)的投運(yùn)與故障處理第三十一頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日系統(tǒng)投運(yùn)需要注意哪些問(wèn)題？系統(tǒng)投運(yùn)過(guò)程中常見(jiàn)故障及處理措施？思考問(wèn)題第三十二頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日知識(shí)點(diǎn)1：?jiǎn)位芈房刂葡到y(tǒng)的投運(yùn)準(zhǔn)備工作大體包括：在熟悉生產(chǎn)工藝流程和控制方案的前提下，應(yīng)對(duì)檢測(cè)變送器、調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥、供電、供氣、聯(lián)接管線(xiàn)等以及其他裝置進(jìn)行全面而細(xì)致的檢查，它們的連接極性是否正確，儀表量程設(shè)置是否合理，儀表的相應(yīng)開(kāi)關(guān)是否置于規(guī)定位置上，儀表的精度是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求等。其次，在組成系統(tǒng)的各臺(tái)儀表進(jìn)行單獨(dú)調(diào)校的基礎(chǔ)上，再對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)調(diào)，觀察其工作是否正常。一、控制系統(tǒng)的投運(yùn)經(jīng)過(guò)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、儀表調(diào)校、安裝后的新建控制系統(tǒng)，以及經(jīng)過(guò)改造或檢修的控制系統(tǒng)，都應(yīng)該按照下述步驟做好系統(tǒng)投運(yùn)的全面準(zhǔn)備工作，才能將控制系統(tǒng)投入運(yùn)行，有希望獲得要求的控制品質(zhì)。1．準(zhǔn)備工作第三十三頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日檢查全部電氣線(xiàn)路，核實(shí)是否符合施工圖樣要求。不允許有錯(cuò)接、漏接和虛接的現(xiàn)象存在，特別注意各種不同地線(xiàn)的連接是否符合規(guī)定，對(duì)地電阻是否符合要求。保證所有連接點(diǎn)接觸良好無(wú)誤。檢查傳送電力及信號(hào)的管線(xiàn)是否符合設(shè)計(jì)要求、布局是否合理，檢查空氣、蒸汽及水管等管路有無(wú)錯(cuò)接、漏接、泄漏和堵塞等現(xiàn)象，如有疑問(wèn)必須經(jīng)過(guò)必要的驗(yàn)證核實(shí)。一、控制系統(tǒng)的投運(yùn)2．線(xiàn)路和管路核查（1）傳感器與變送器：檢查二者是否匹配并符合設(shè)計(jì)要求，其安裝位置是否適宜；還要對(duì)變送器的零點(diǎn)和量程進(jìn)行校驗(yàn)和調(diào)整。3．儀表的調(diào)整和校驗(yàn)第三十四頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日一、控制系統(tǒng)的投運(yùn)（2）控制器：檢查控制器的各開(kāi)關(guān)位置是否正確、各個(gè)調(diào)整旋鈕或按鍵功能是否正常；檢查輸入輸出信號(hào)是否在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)范圍內(nèi)；根據(jù)輸入信號(hào)的極性，檢查與執(zhí)行器的動(dòng)作方向是否對(duì)應(yīng)；通過(guò)手動(dòng)/自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)，檢查自動(dòng)跟蹤信號(hào)是否接入，手動(dòng)操作時(shí)控制器輸出是否為跟蹤手操信號(hào)，手動(dòng)/自動(dòng)切換是否無(wú)擾動(dòng)。（3）執(zhí)行器：檢查其動(dòng)作方向與閥位指示是否一致；其動(dòng)作范圍與輸入信號(hào)是否一致；閥位反饋信號(hào)是否起到負(fù)反饋?zhàn)饔谩８黜?xiàng)都應(yīng)該調(diào)整核實(shí)。（4）控制閥：檢查閥桿位移與控制器的輸出是否符合規(guī)定的特性關(guān)系；閥桿移動(dòng)時(shí)有無(wú)卡澀、松動(dòng)或漏氣現(xiàn)象，更不允許有間隙存在。（5）閥門(mén)定位器：當(dāng)閥桿移動(dòng)時(shí)，檢查反饋連桿與反饋凸輪運(yùn)動(dòng)方向是否符合規(guī)定；經(jīng)放大后的輸出信號(hào)推動(dòng)閥桿是否靈敏有力，有無(wú)阻滯現(xiàn)象。（6）綜合檢查：