過程控制儀表第章

限制系統(tǒng)原理方框圖給定值＋－測(cè)量變送器控制器執(zhí)行器對(duì)象操作量被控變量干擾熱物料載熱介質(zhì)冷物料熱交換器TTTC限制系統(tǒng)工藝流程圖6.2簡(jiǎn)潔限制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.過程限制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的基本要求生產(chǎn)過程對(duì)過程限制系統(tǒng)的要求可簡(jiǎn)要?dú)w納為平安性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性三個(gè)方面。2.過程限制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容過程限制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括限制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、工程設(shè)計(jì)、工程安裝和儀表調(diào)校、調(diào)整器參數(shù)整定等四個(gè)主要內(nèi)容。其中限制方案設(shè)計(jì)是限制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心。3.過程限制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟1）駕馭生產(chǎn)工藝對(duì)限制系統(tǒng)的技術(shù)要求2）建立被控過程的數(shù)學(xué)模型3）確定限制方案包括限制方式和系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)的確定，是過程限制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵步驟。4）限制設(shè)備選型5）試驗(yàn)（或仿真）驗(yàn)證

6.2.2被控參數(shù)與限制變量的選擇6.2.2.1被控參數(shù)的選擇被控變量—生產(chǎn)過程中希望借助自動(dòng)限制保持恒定值（或按確定規(guī)律變更）的變量。合理選擇被控變量，關(guān)系到生產(chǎn)工藝能否達(dá)到穩(wěn)定操作、保證質(zhì)量、保證平安等目的。被控變量的選擇依據(jù)：1、依據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，找出影響生產(chǎn)的關(guān)鍵變量作為被控變量例1儲(chǔ)槽液位限制系統(tǒng)工藝要求儲(chǔ)槽液位穩(wěn)定。那么設(shè)計(jì)的限制系統(tǒng)就應(yīng)以儲(chǔ)槽液位為被控變量。LCLTh例2換熱器出口溫度限制系統(tǒng)工藝要求出口溫度為定值。那么設(shè)計(jì)的限制系統(tǒng)就應(yīng)以出口溫度為被控變量。熱物料載熱介質(zhì)冷物料熱交換器TTTC2、當(dāng)不能用干脆工藝參數(shù)作為被控變量時(shí)，應(yīng)選擇與干脆工藝參數(shù)有單值函數(shù)關(guān)系的間接工藝參數(shù)作為被控變量。例3化工的精餾物純度限制系統(tǒng)精餾工藝是利用被分別物中各組分的揮發(fā)溫度不同，將各組分分別。如圖將苯—甲苯混合液進(jìn)行分別。苯—甲苯苯甲苯

該精餾塔的工藝要求是要使塔頂（或塔底）餾出物達(dá)到規(guī)定的純度。依據(jù)被控變量的選擇原則1，塔頂（或塔底）餾出物的組分應(yīng)作為被控變量。但是，沒有合適的儀表在線檢測(cè)餾出物的純度，則不能干脆作為被控變量。苯甲苯

苯—甲苯只好在與餾出物的純度有單值關(guān)系的工藝參數(shù)中，找出合適的變量作為被控變量，進(jìn)行間接參數(shù)限制。經(jīng)工藝分析發(fā)覺，塔內(nèi)壓力和塔內(nèi)溫度都對(duì)餾出物純度有影響。須要對(duì)二者進(jìn)行比較試驗(yàn)，選出一個(gè)合適的變量。苯甲苯

苯—甲苯間接限制參數(shù)的確定經(jīng)試驗(yàn)得出，塔頂餾出物苯的濃度分別與壓力和溫度有單值對(duì)應(yīng)關(guān)系。（塔底餾出物甲苯也一樣）從工藝合理性考慮，選擇溫度作為被控變量。

3、被控變量必需有足夠大的靈敏度被控變量必需靈敏，簡(jiǎn)潔被測(cè)量。4、選擇被控變量時(shí)，必需考慮工藝合理性上例中，選擇塔內(nèi)溫度作被控變量，就是考慮了工藝上，塔內(nèi)溫度是最佳分別效率限制系統(tǒng)的被控變量。上例中，若塔頂、塔底的產(chǎn)品純度都分別設(shè)置溫控系統(tǒng)，會(huì)相互干擾，存在關(guān)聯(lián)。因此，若接受簡(jiǎn)潔限制系統(tǒng)，只能設(shè)置一個(gè)溫控系統(tǒng)，保證塔頂或塔底一端的產(chǎn)品質(zhì)量。6.2.2.2限制變量選擇把用來克服干擾對(duì)被控變量的影響，實(shí)現(xiàn)限制作用的變量稱為限制變量或操縱變量。最常見的操縱變量是介質(zhì)的流量，也有以轉(zhuǎn)速、電壓等作為操縱變量的。LCLTh限制變量的確定被控變量選定以后，應(yīng)對(duì)工藝進(jìn)行分析，找出全部影響被控變量的因素。在這些變量中，有些是可控的，有些是不行控的。在諸多影響被控變量的因素中選擇一個(gè)對(duì)被控變量影響顯著且便于限制的變量，作為限制變量；其它未被選中的因素則視為系統(tǒng)的干擾。被控變量影響變量對(duì)象特性對(duì)限制品質(zhì)影響的分析：1．過程（通道）靜態(tài)特性對(duì)限制品質(zhì)的影響如圖所示為單回路限制系統(tǒng)的等效框圖。Gc(s)—限制器的傳遞函數(shù)；Go(s)—廣義限制通道（包括執(zhí)行器和變送器）的傳遞函數(shù)；Gf(s)—擾動(dòng)通道的傳遞函數(shù)。Gc(s)Gf(s)Go(s)X(s)Y(s)＋F(s)＋＋－被控參數(shù)y(t)受到設(shè)定信號(hào)x(t)和干擾信號(hào)f(t)的共同影響：干擾通道限制通道Gc(s)Gf(s)Go(s)X(s)Y(s)＋F(s)＋＋－代入系統(tǒng)偏差公式中：將可見，限制通道偏差和干擾通道偏差的傳函分母是一樣的。將Gc(s)、Go(s)代入：K0越大，限制作用越強(qiáng)，穩(wěn)態(tài)誤差越??；K0越大，被調(diào)參數(shù)對(duì)限制作用的反應(yīng)越靈敏，系統(tǒng)的閉環(huán)穩(wěn)定性越低。Kf越大，干擾作用越強(qiáng)，穩(wěn)態(tài)誤差越大。故應(yīng)選放大系數(shù)大的變量作為限制變量。2．過程（通道）動(dòng)態(tài)特性對(duì)限制品質(zhì)的影響1）干擾通道動(dòng)態(tài)特性對(duì)限制品質(zhì)的影響

干擾通道的慣性因子（Tfs+1）使干擾作用的影響緩慢。Tf越大，干擾對(duì)被控變量的影響越緩慢，越有利于限制。干擾進(jìn)入系統(tǒng)的位置離被控變量檢測(cè)點(diǎn)越遠(yuǎn)，則Tf越大，限制時(shí)最大偏差越小。例：某限制系統(tǒng)中，干擾f1、f2、f3分別在三個(gè)位置進(jìn)入系統(tǒng)。干擾離被控變量檢測(cè)點(diǎn)越遠(yuǎn)，則干擾通道的時(shí)間常數(shù)越大，對(duì)被控變量的影響越慢。f1(t)通道慣性小，受干擾后被調(diào)參數(shù)變更速度快；當(dāng)限制作用見效時(shí)，被調(diào)參數(shù)已經(jīng)變更較大——造成動(dòng)態(tài)偏差較大。所以擾動(dòng)進(jìn)入系統(tǒng)的位置離被控參數(shù)檢測(cè)點(diǎn)越遠(yuǎn)，干擾對(duì)被控參數(shù)影響越小。y(t)yk(t)tyyk(t)yy(t)tyk(t)yy(t)t因?yàn)椋觙使干擾對(duì)被控變量的影響推遲了τf時(shí)間，則限制作用也推遲τf時(shí)間，整個(gè)過渡過程曲線也推遲時(shí)間τf，但限制品質(zhì)未變。干擾通道純滯后τf不影響限制質(zhì)量。含有e–τfs2）限制通道動(dòng)態(tài)特性對(duì)限制品質(zhì)的影響tGCGVGO2GFGmfreGO1y限制通道G01的時(shí)間常數(shù)T01增大，使限制速度變慢，最大偏差增大。G02是限制、干擾共用通道，T02不影響最大偏差y2(t)yk(t)yy1(t)y2(t)yk(t)tyy1(t)τ01限制通道G01的純滯后，使限制作用滯后τ01到達(dá)，造成限制偏差增大。G02是限制、干擾共用通道，干擾作用滯后τ02產(chǎn)生，但限制作用再滯后τ02到達(dá)，同樣造成限制偏差增大。y2(t)yk(t)tyy1(t)2τ02τ02GCGVGO2GFGmfreGO1y因此，限制通道時(shí)間常數(shù)T0小一些好。表明限制變量對(duì)被控變量的影響快速，有利于限制。限制通道純滯后τ0越小越好。τ0會(huì)使限制時(shí)間延長(zhǎng)、最大偏差增大。限制變量的選擇原則：1、限制通道應(yīng)當(dāng)放大系數(shù)大、時(shí)間常數(shù)小、純滯后越小越好。2、限制變量應(yīng)是工藝上允許限制的變量，并且要考慮工藝的合理性與生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性。

例1中，影響儲(chǔ)槽液位的主要因素有：液體流入量和流出量。這兩個(gè)變量影響力相當(dāng)，明顯，液體流出量可控。故選液體流出量作為限制變量。LCTThQiQo例2中，影響出口溫度的主要因素有：載熱介質(zhì)溫度、載熱介質(zhì)流量、冷物料溫度、冷物料流量等。明顯，載熱介質(zhì)流量影響力最大且可控。故選載熱介質(zhì)流量作為限制變量。熱物料載熱介質(zhì)冷物料熱交換器TTTCQrQiTiTr例3中，若選擇提餾段某塊塔板（靈敏板）的溫度作為被控變量。那么，影響靈敏板溫度T靈的因素主要有：

TT進(jìn)料的流量（Q入）、進(jìn)料的成分（x入）、進(jìn)料的溫度（T入），回流的流量（Q回）、回流的溫度（T回），加熱蒸汽流量（Q蒸）、冷凝器冷卻溫度等。

這些影響因素分為可控的和不行控的兩大類：回流量和蒸汽流量為可控因素其它基本為不行控因素

TT1、蒸汽流量對(duì)提餾段溫度影響比回流量對(duì)提餾段溫度影響更快速、更顯著。2、從節(jié)能角度來講，限制蒸汽流量比限制回流量消耗的能量要小。在兩個(gè)可控因素中，選蒸汽流量為操縱變量。因?yàn)椋?/p>

TT6.2.3檢測(cè)環(huán)節(jié)、執(zhí)行器及調(diào)整器正負(fù)作用選擇6.2.3.1傳感器、變送器選擇1．依據(jù)生產(chǎn)過程的工藝要求，首先確定傳感器與變送器合適的測(cè)量范圍（量程）與精度等級(jí)。2．測(cè)量?jī)x表反應(yīng)慢，會(huì)造成測(cè)量失真。應(yīng)盡可能選擇時(shí)間常數(shù)小的傳感器、變送器。OtOtTmTmx(t)y(t)x(t)y(t)3．合理選擇檢測(cè)點(diǎn)，避開測(cè)量造成對(duì)象純滯后τ0圖6.15pH值控制系統(tǒng)圖pHTLTLCpHC中和槽貯酸槽l04．測(cè)量信號(hào)的處理測(cè)量信號(hào)的校正與補(bǔ)償、測(cè)量噪聲的抑制、測(cè)量信號(hào)的線性化處理。6.2.3.2執(zhí)行器的選擇1．調(diào)整閥工作區(qū)間的選擇正常工況下，調(diào)整閥的開度應(yīng)在15%～85%區(qū)間。據(jù)此原則計(jì)算、確定限制閥的口徑尺寸。2．調(diào)整閥的流量特性選擇按補(bǔ)償對(duì)象特性的原則選取。3．調(diào)整閥的氣開、氣關(guān)作用方式選擇按限制信號(hào)中斷時(shí)，保證生產(chǎn)設(shè)備平安的原則確定。6.2.3.3調(diào)整器正反作用的選擇負(fù)反饋限制系統(tǒng)的限制作用對(duì)被控變量的影響應(yīng)與干擾作用對(duì)被控變量的影響相反，才能使被控變量值回復(fù)到給定值。為了保證負(fù)反饋，必需正確選擇調(diào)整器的正反作用。給定值＋－測(cè)量變送器控制器執(zhí)行器對(duì)象操作量被控變量干擾為了說明選擇方法，先定義作用方向：當(dāng)某個(gè)環(huán)節(jié)的輸入增加時(shí)，其輸出也增加，稱該環(huán)節(jié)為“正作用”；反之，稱為“反作用”。按此定義：變送器都是正作用氣開閥是正作用，氣關(guān)閥是反作用被控對(duì)象有的正作用，有的反作用限制器作用方向以測(cè)量輸入與輸出的關(guān)系定義：正作用：測(cè)量值–給定值反作用：給定值–測(cè)量值

限制系統(tǒng)中，各個(gè)環(huán)節(jié)的作用方向組合不當(dāng)?shù)脑挘瑫?huì)使系統(tǒng)構(gòu)成正反饋，不但不能起限制作用，反而會(huì)破壞生產(chǎn)過程的穩(wěn)定。因?yàn)閳?zhí)行器和對(duì)象有正、反作用，為了保證限制系統(tǒng)負(fù)反饋，調(diào)整器必需有正、反作用之調(diào)整。偏差控制器執(zhí)行器對(duì)象變送器給定值被調(diào)參數(shù)干擾—測(cè)量值正作用反作用正作用正作用＋調(diào)整器正反作用的確定原則：保證系統(tǒng)構(gòu)成負(fù)反饋簡(jiǎn)潔的判定方法：閉合回路中有奇數(shù)個(gè)反作用環(huán)節(jié)。偏差控制器執(zhí)行器對(duì)象變送器給定值被調(diào)參數(shù)干擾－測(cè)量值反作用正作用正作用正作用＋例1：加熱爐出口溫度限制系統(tǒng)負(fù)反饋驗(yàn)證：設(shè)某時(shí)刻燃料壓力↑→燃料流量↑→爐溫↑→出料溫度↑→TC輸入↑→TC輸出↓→閥關(guān)小→爐溫↓→出料溫度↓TTTC反正正正燃料出料例2：儲(chǔ)槽液位限制系統(tǒng)LTLCM正正正反出料負(fù)反饋驗(yàn)證：設(shè)某時(shí)刻進(jìn)料量↑→液位↑→LC輸入↑→LC輸出↑→閥開大→出料量↑→液位↓6.3調(diào)整規(guī)律對(duì)限制品質(zhì)的影響與調(diào)整規(guī)律選擇確定調(diào)整系統(tǒng)的方案時(shí)，要依據(jù)對(duì)象的特性和工藝要求，選擇合適的調(diào)整規(guī)律，使組成的調(diào)整系統(tǒng)滿足預(yù)期的品質(zhì)指標(biāo)。調(diào)整器的調(diào)整規(guī)律，即它的輸出量與輸入量（偏差值）之間的函數(shù)關(guān)系。P=f(e)調(diào)整器的作用是依據(jù)偏差，按規(guī)定的調(diào)整規(guī)律產(chǎn)生輸出信號(hào)，推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行調(diào)整。6.3.1調(diào)整規(guī)律對(duì)限制品質(zhì)影響的分析要正確地選擇調(diào)整規(guī)律，首先必需理解各種調(diào)整規(guī)律對(duì)限制品質(zhì)的影響。最簡(jiǎn)潔的調(diào)整規(guī)律是位式調(diào)整規(guī)律。依據(jù)偏差e的正、負(fù)，調(diào)整器輸出只有兩個(gè)位置：0或100%。0e100%調(diào)節(jié)器輸出兩位式調(diào)節(jié)的特性位式調(diào)整下，被控參數(shù)不能穩(wěn)定在給定值上。要獲得平穩(wěn)的高精度的調(diào)整，必需接受連續(xù)調(diào)整規(guī)律。要使限制過程平穩(wěn)精確，必需運(yùn)用輸出值能連續(xù)變更的調(diào)整器，接受比例，微分、積分等算法進(jìn)行調(diào)整。6.3.1.1比例（P）調(diào)整對(duì)系統(tǒng)限制品質(zhì)的影響比例調(diào)整器輸出變更u(t)隨輸入偏差e(t)成比例關(guān)系：P—比例度。

例自力式水位比例限制系統(tǒng)浮球?yàn)樗粋鞲衅?，杠桿為限制器，活塞閥為執(zhí)行器。假如某時(shí)刻Q2加大，造成水位下降，則浮球帶動(dòng)活塞提高，使Q1加大阻擋水位下降。杠桿a、b之比例關(guān)系，確定調(diào)整作用強(qiáng)弱。假如e=0，則活塞無法提高，Q1無法加大，調(diào)整無法進(jìn)行。u比例帶的物理意義：比例帶P是放大倍數(shù)KC的倒數(shù)，其大小確定比例限制作用的強(qiáng)弱。P越小，限制作用越強(qiáng)、系統(tǒng)調(diào)整越快、系統(tǒng)穩(wěn)定性越小。P越小，限制余差越小。比例帶P對(duì)限制過程的影響

振蕩逐漸加劇PPPPPuuuuuP越小，限制過程曲線越振蕩，周期縮短。P越大，限制過程曲線越平穩(wěn)，但限制過程時(shí)間越長(zhǎng)，余差也越大。出現(xiàn)等幅振蕩，這時(shí)的比例度稱為臨界比例度Pmin，振蕩頻率稱為臨界振蕩頻率ωM

系統(tǒng)調(diào)整性能指標(biāo)（又稱可控性指標(biāo)）調(diào)整過程的概貌主要由四個(gè)品質(zhì)指標(biāo)來衡量：衰減率：反映系統(tǒng)的穩(wěn)定性振蕩頻率：反映調(diào)整速度余差：反映穩(wěn)態(tài)精度最大動(dòng)態(tài)偏差：反映動(dòng)態(tài)精度上述指標(biāo)的提高是有限度的，受制于限制系統(tǒng)的臨界比例度Pmin和臨界振蕩頻率ωM而被控對(duì)象的特性確定了限制系統(tǒng)Pmin和ωM的大小。臨界比例度Pmin的倒數(shù)是臨界放大倍數(shù)KmaxKmax與ωM的乘積Kmax?ωM在確定程度上代表了被控過程的限制性能。Kmax?ωM越大，意味著：限制器放大系數(shù)Kc的可選上限越大（P的下限越?。?，則系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差越小。限制系統(tǒng)可選的工作頻率ωc越大，則過渡過程越快。因此，Kmax?ωM作為調(diào)整性能指標(biāo)，越大表明系統(tǒng)的限制性能越好?？捎糜诠こ躺系暮?jiǎn)便推斷。比例限制的特點(diǎn)限制剛好、適當(dāng)。只要有偏差，輸出馬上成比例地變更，偏差越大，輸出的限制作用越強(qiáng)。限制結(jié)果存在余差。假如被調(diào)量偏差為零，調(diào)整器的輸出也就為零u=e/P即調(diào)整作用是以偏差存在為前提條件，不行能做到無靜差調(diào)整。6.3.1.2積分（I）調(diào)整與比例積分（PI）調(diào)整對(duì)系統(tǒng)限制質(zhì)量的影響1積分限制（I）輸出變更量p與輸入偏差e的積分成正比當(dāng)輸入偏差e是幅值為?e的階躍時(shí)：TI—積分時(shí)間tu2比例積分限制（PI）將比例與積分組合起來，這樣既限制剛好，又能消退余差，可以用于限制精度要求高的場(chǎng)合。若偏差是幅值為?e

的階躍干擾e?ettu積分時(shí)間的物理意義：若偏差是幅值為?e的階躍:當(dāng)t=TI時(shí):積分時(shí)間TI對(duì)限制過程的影響?e

?e/P2?e/PuttTIeTI越大，積分作用越弱，TI=∞，積分作用為零。TI減小，積分作用增加，系統(tǒng)振蕩加劇，穩(wěn)定性下降。因此，加積分后，比例帶要適當(dāng)加大。假如T1適當(dāng)，系統(tǒng)能很快消退余差。

積分時(shí)間TI對(duì)過渡過程的影響uuuu積分限制可以消退余差。積分限制的特點(diǎn)有偏差時(shí)，積分輸出隨時(shí)間增大（或減?。?；當(dāng)偏差消逝時(shí)，輸出保持在某一值上。e?ettu積分輸出信號(hào)是隨時(shí)間漸漸增加的，限制作用緩慢，故一般積分作用不單獨(dú)運(yùn)用。6.3.1.3比例微分（PD）調(diào)整對(duì)系統(tǒng)限制品質(zhì)的影響對(duì)于慣性較大的對(duì)象，常常希望能加快限制速度，此時(shí)可增加微分作用。式中：TD—微分時(shí)間—偏差變更速度志向微分1微分限制（D）e?ettu微分限制能在偏差出現(xiàn)或變更的瞬間，馬上依據(jù)變更的趨勢(shì)，產(chǎn)生猛烈的調(diào)整作用，使偏差盡快地消退于萌芽狀態(tài)之中。當(dāng)偏差存在，但不變更時(shí)，微分輸出為零，對(duì)靜態(tài)偏差毫無抑制實(shí)力。因此不能單獨(dú)運(yùn)用，總要和比例或比例積分調(diào)整規(guī)律結(jié)合起來，組成PD調(diào)整器或PID調(diào)整器。微分限制的特點(diǎn)e?ettu2比例微分限制（PD）志向的比例微分限制e?ettutu志向的微分作用持續(xù)時(shí)間太短，執(zhí)行器來不及響應(yīng)。一般運(yùn)用實(shí)際的比例微分作用。微分時(shí)間的物理意義若偏差是系數(shù)為a的斜坡信號(hào):當(dāng)t=TD時(shí):微分時(shí)間TD對(duì)限制過程的影響euttTD2aTD/PaTD/PauuutttutTD較小，限制速度稍有加快TD=0，純比例限制過程TD太大，出現(xiàn)等幅振蕩TD合適，限制速度明顯加快

微分時(shí)間TD對(duì)過渡過程的影響微分限制的優(yōu)點(diǎn)：能加快系統(tǒng)的限制速度。缺點(diǎn)：偏差存在但不變更時(shí)，無限制作用。將比例、積分、微分三種調(diào)整規(guī)律結(jié)合在一起，只要三項(xiàng)作用的強(qiáng)度協(xié)作適當(dāng)，既能快速調(diào)整，又能消退余差，可得到滿足的限制效果。u在PID調(diào)整中，比例作用是基礎(chǔ)；微分作用可以加快系統(tǒng)限制速度，減小超調(diào)；積分作用可以消退靜差。但不是任何對(duì)象都是用PID限制最好。對(duì)某一對(duì)象，用不同限制規(guī)律時(shí)階躍干擾過程比較被控變量t無控制作用PPDPIDPI6.3.1.4（PID）調(diào)整對(duì)系統(tǒng)限制品質(zhì)的影響6.3.2調(diào)整規(guī)律的選擇1、比例限制（P）適用于限制通道滯后較小、負(fù)荷變更不大、工藝上沒有提出無差要求的系統(tǒng)，2、比例積分限制（PI）適用于限制通道滯后較小、負(fù)荷變更不大、工藝參數(shù)不允許有余差的系統(tǒng)。3、比例微分限制（PD）適用于限制通道滯后較大的系統(tǒng)。例如加熱較慢的溫度限制系統(tǒng)。4、比例積分微分限制（PID）適用于容量滯后較大、負(fù)荷變更大、限制質(zhì)量要求較高的系統(tǒng)，應(yīng)用最普遍的是溫度限制系統(tǒng)與成分限制系統(tǒng)。

TTTC也可依據(jù)τ0/T0來選擇調(diào)整器的調(diào)整規(guī)律：τ0/T0＜0.2，用P或PI0.2＜τ0/T0＜0.1，用PD或PIDτ0/T0＞0.1，用簡(jiǎn)潔限制系統(tǒng)效果不好。6.4調(diào)整器參數(shù)的工程整定方法在限制系統(tǒng)設(shè)計(jì)或安裝完畢后，被控對(duì)象、測(cè)量變送器和執(zhí)行器這三部分的特性就完全確定了，不能隨意變更。只能通過限制器參數(shù)的工程整定，來調(diào)整限制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和限制質(zhì)量。限制器參數(shù)的整定，就是依據(jù)已定的限制方案，求取使限制質(zhì)量最好的限制器參數(shù)值。具體來說，就是確定最合適的限制器比例度P、積分時(shí)間TI，和微分時(shí)間TD。限制器參數(shù)整定的方法很多，主要有兩大類，一類是理論計(jì)算的方法，另一類是工程整定法。理論計(jì)算的方法是依據(jù)已知的各環(huán)節(jié)特性及限制質(zhì)量的要求，通過理論計(jì)算出限制器的最佳參數(shù)。這種方法由于比較繁瑣、工作量大，計(jì)算結(jié)果有時(shí)與實(shí)際狀況不甚符合，故在工程實(shí)踐中長(zhǎng)期沒有得到推廣和應(yīng)用。工程整定法是在已經(jīng)投運(yùn)的實(shí)際限制系統(tǒng)中，通過試驗(yàn)或探究，來確定限制器的最佳參數(shù)。這種方法是工藝技術(shù)人員在現(xiàn)場(chǎng)常常運(yùn)用的。6.4.1穩(wěn)定邊界法（臨界比例度法）屬于閉環(huán)整定方法，依據(jù)純比例限制系統(tǒng)臨界振蕩試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)（臨界比例度Pm和振蕩周期Tm），按閱歷公式求出調(diào)整器的整定參數(shù)。（1）置調(diào)整器Ti，Td=0，比例度P較大值，將系統(tǒng)投入運(yùn)行。（2）漸漸減小P，加干擾視察，直到出現(xiàn)等幅減振蕩為止。記錄此時(shí)的臨界值Pm和Tm。y(t)Tm

系統(tǒng)臨界振蕩曲線t閱歷公式雖然是在試驗(yàn)基礎(chǔ)上歸納出來的，但它有確定的理論依據(jù)。就以表中PI調(diào)整器整定數(shù)值為例，可以看出PI調(diào)整器的比例度較純比例調(diào)整時(shí)增大，這是因?yàn)榉e分作用產(chǎn)生一滯后相位，降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定度的原因。依據(jù)Pm和Tm，按閱歷公式計(jì)算出限制器的參數(shù)整定值。

整定參數(shù)調(diào)節(jié)規(guī)律P（%）Ti

Td

P 2Pm ————PI 2.2Pm0.85Tm——PID1.7Pm 0.50Tm0.125Tm表6.1

穩(wěn)定邊界法整定參數(shù)計(jì)算表穩(wěn)定邊界方法在下面兩種狀況下不宜接受：臨界比例度過小時(shí)，調(diào)整閥簡(jiǎn)潔游移于全開或全關(guān)位置，對(duì)生產(chǎn)工藝不利或不容許。例如，一個(gè)用燃料油加熱的爐子，假如閥門發(fā)生全關(guān)狀態(tài)就要熄火。工藝上的約束條件嚴(yán)格時(shí)，等幅振蕩將影響生產(chǎn)的平安。6.4.2衰減曲線法也屬于閉環(huán)整定方法，但不須要找尋等幅振蕩狀態(tài)，只需找尋最佳衰減振蕩狀態(tài)即可。方法：（1）把調(diào)整器設(shè)成比例作用（Ti=∞，Td=0），置于較大比例度，投入自動(dòng)運(yùn)行。（2）在穩(wěn)定狀態(tài)下，階躍變更給定值（通常以5%左右為宜），視察調(diào)整過程曲線。（3）適當(dāng)變更比例度，重復(fù)上述試驗(yàn)，到出現(xiàn)滿足的衰減曲線為止。登記此時(shí)的比例度Ps及周期Ts。n=10:1時(shí)，記P’s及TsTsTr（4）按表6-2（n=4:1）或按表6-3（n=10:1）求得各種調(diào)整規(guī)律時(shí)的整定參數(shù)。表6.2衰減比為4:1時(shí)，整定參數(shù)計(jì)算表表6.3衰減比為10:1時(shí)，整定參數(shù)計(jì)算表0.1Ts0.3Ts0.8PsPID

——0.5Ts1.2PsPI————PsPTdTiP（%）整定參數(shù)調(diào)節(jié)規(guī)律0.4Tr1.2Tr0.8P'sPID

——2Tr1.2P'sPI————P'sPTdTiP（%）整定參數(shù)調(diào)節(jié)規(guī)律6.4.3響應(yīng)曲線法屬于開環(huán)整定方法。以被控對(duì)象限制通道的階躍響應(yīng)為依據(jù)，通過閱歷公式求取調(diào)整器的最佳參數(shù)整定值。方法：不加限制作用，作限制通道特性曲線。給定值＋－測(cè)量變送器控制器執(zhí)行器對(duì)象被控變量依據(jù)試驗(yàn)所得響應(yīng)曲線，找出廣義對(duì)象的特性參數(shù)K0、T0、τ0，用表6-4的閱歷公式求整定參數(shù)。T0τ0此方法在不加限制作用的狀態(tài)下進(jìn)行，對(duì)于不允許工藝失控的生產(chǎn)過程，不能運(yùn)用。表6.4響應(yīng)曲線法整定參數(shù)的公式0.5τ02τ0PID——3.3τ0PI————PTdTiP（%）整定參數(shù)調(diào)節(jié)規(guī)律6.4.4閱歷法憑閱歷湊試。其關(guān)鍵是“看曲線，調(diào)參數(shù)”。在閉環(huán)的限制系統(tǒng)中，憑閱歷先將限制器參數(shù)放在一個(gè)數(shù)值上，通過變更給定值施加干擾，在記錄儀上視察過渡過程曲線，依據(jù)P、TI、TD對(duì)過渡過程的影響為指導(dǎo)，對(duì)比例度P、積分時(shí)間TI和微分時(shí)間TD逐個(gè)整定，直到獲得滿足的曲線為止。閱歷法的方法簡(jiǎn)潔，但必需清晰限制器參數(shù)變更對(duì)過渡過程曲線的影響關(guān)系。在缺乏實(shí)際閱歷或過渡過程本身較慢時(shí)，往往較為費(fèi)時(shí)。限制器參數(shù)對(duì)限制過程的影響：比例度逐漸減小→積分時(shí)間逐漸減小→微分時(shí)間逐漸增大→6.4.5幾種整定方法的比較留意：同一個(gè)系統(tǒng)，最佳整定參數(shù)可能不是唯一的。不同的PID參數(shù)組合，有時(shí)會(huì)得到極為相近的限制結(jié)果。例如某初餾塔塔頂溫度限制系統(tǒng)，限制器接受以下兩組參數(shù)時(shí)：P＝15％TI＝7.5minP＝35％TI＝3min系統(tǒng)都得到10:1的衰減曲線，超調(diào)量和過渡時(shí)間基本相同。6.5簡(jiǎn)潔限制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例如圖是奶粉生產(chǎn)工藝中的噴霧式干燥設(shè)備。此工藝要求保證奶粉含水量在2%~2.5%。6.5.1生產(chǎn)過程概述已濃縮的奶液從儲(chǔ)槽流下，經(jīng)過濾后從干燥器頂部噴出。干燥空氣被加熱后經(jīng)風(fēng)管吹入干燥器。滴狀奶液在熱風(fēng)中干燥成奶粉，并被氣流帶出干燥器。6.5.2限制方案設(shè)計(jì)6.5.2.1被控參數(shù)選擇按工