自动化技术在油脂企业中的应用

1、 配料自动化系统德国自动化设备录象1、控制对象3个水箱4个电磁阀成品箱称重传感器原料箱伊利自动包装生产线视频喜珠牌食用油自动贴标及包装生产线视频1.2.3.n .控制器控制器被控对象被控对象输入输出开环控制系统结构半闭环控制系统可以归结为：可以归结为：稳稳定性（长期稳定性）定性（长期稳定性）准准确性（精度）确性（精度）快快速性（相对稳定性）速性（相对稳定性） 稳 准 快稳定性稳定性：系统重新恢复平衡状态的能力。：系统重新恢复平衡状态的能力。 1 1 对恒值系统，要求当系统受到扰动后，经过一定对恒值系统，要求当系统受到扰动后，经过一定时间的调整能够回到原来的期望值。时间的调整能够回到原来的期望值

2、。 2 2 对随动系统，被控制量始终跟踪参据量的变化。对随动系统，被控制量始终跟踪参据量的变化。 稳定性是对系统的基本要求，不稳定的系统不能实稳定性是对系统的基本要求，不稳定的系统不能实现预定任务。稳定性，通常由系统的结构决定与外现预定任务。稳定性，通常由系统的结构决定与外界因素无关。界因素无关。 稳 准 快准确性准确性：用稳态误差来表示。：用稳态误差来表示。 在参考输入信号作用下，当系统达到稳态后，在参考输入信号作用下，当系统达到稳态后，其稳态输出与参考输入所要求的期望输出之差叫做其稳态输出与参考输入所要求的期望输出之差叫做给定稳态误差。显然，这种误差越小，表示系统的给定稳态误差。显然，这种

3、误差越小，表示系统的输出跟随参考输入的精度越高。输出跟随参考输入的精度越高。 快速性：快速性：从一个稳定状态进入另一个稳定状态的从一个稳定状态进入另一个稳定状态的时间。对过渡过程的形式和快慢提出要求，一般称为时间。对过渡过程的形式和快慢提出要求，一般称为动态性能。动态性能。 稳定高射炮射角随动系统，虽然炮身最终能跟踪目稳定高射炮射角随动系统，虽然炮身最终能跟踪目标，但如果目标速度变动快迅速，而炮身行动迟缓，标，但如果目标速度变动快迅速，而炮身行动迟缓，仍然抓不住目标。仍然抓不住目标。 自动控制系统性能的基本要求是稳、准、快，其中自动控制系统性能的基本要求是稳、准、快，其中稳定性是最基本的，也是

4、前提条件。稳定性是最基本的，也是前提条件。 但对一个系统来说，稳、准、快往往又是相互制约但对一个系统来说，稳、准、快往往又是相互制约的，提高系统的快速性，可能会引起系统强烈的振动，的，提高系统的快速性，可能会引起系统强烈的振动，改善了系统的稳定性，控制过程又可能变得迟缓，甚改善了系统的稳定性，控制过程又可能变得迟缓，甚至使精度变差，因此对不同的系统，应根据使用目的至使精度变差，因此对不同的系统，应根据使用目的的不同，对稳、准、快的要求有不同的侧重，以满足的不同，对稳、准、快的要求有不同的侧重，以满足控制系统的要求。控制系统的要求。自动调节阀控制器进水出水水位传感器放大器希望水位自动调节阀水箱实

5、际水位进水控制器控制系统方块图自动调节阀控制器进水出水控制系统原理图浮子（水位传感器）放大器希望水位自动调节阀水箱实际水位进水控制器控制系统方块图简单控制系统（单回路控制系统）是指由一个被控对象、一个测量变送器、一个调节器和一个执行器（控制阀）所组成的闭环控制系统。液位控制系统压力控制系统温度控制系统 共同特点，它们都包含有一个被控对象（由工业设备及相关的管道组成）、一个测量变送器、一个执行装置、一个调节器，采用负反馈控制原理，克服扰动因素对被控变量的影响，实现被控变量的定值或随动跟踪控制。由于其结构简单、目标单一被称为简单控制系统。液位控制系统压力控制系统温度控制系统液位控制系统 设置液位控

6、制系统的目的是使水箱液位保持在生产所希望设定值上。当由于某些扰动引起液位偏离给定值时，调节器将根据偏差，输出适当的控制信号改变调节阀的开度，调整出水量，使液位回复到给定值。 液位传感器（测量变送器）控制器执行装置液位控制系统压力控制系统压力传感器（测量变送器）控制器执行装置设置压力控制系统的目的是设置压力控制系统的目的是使水泵出口压力保持在给定值上。使水泵出口压力保持在给定值上。当由于某些因素引起压力偏离给定当由于某些因素引起压力偏离给定值时，控制器将根据偏差情况适当值时，控制器将根据偏差情况适当改变调节阀开度，调整旁路流量，改变调节阀开度，调整旁路流量，使压力回复到给定值。使压力回复到给定值

7、。温度控制系统 设置温度控制系统的目的是使加热器出口温度保持在给定值上。当由于某些因素引起温度偏离给定值时，控制器将根据偏差情况适当改变调节阀开度，调整蒸汽流量，使温度回复到给定值。温度传感器（测量变送器）控制器执行装置温度控制系统管道仪表流程图以标准的图形符号及文字代号简要地管道仪表流程图以标准的图形符号及文字代号简要地表示了主要工艺设备之间的关系、工艺物料的流向，也规定表示了主要工艺设备之间的关系、工艺物料的流向，也规定了控制系统所要完成的具体任务、应具备的功能。了控制系统所要完成的具体任务、应具备的功能。 温度控制系统压力控制系统液位控制系统方框图只是表示各个变量之间的信号联系，各个方框

8、的输出是对其输入变量变化的响应，并非表示物料的流动方向。 5.3 控制系统方案设计的基本要求控制系统方案设计的基本要求安全、稳定和经济 5.4 控制系统方案设计的主要内容控制系统方案设计的主要内容监控方案设计、工程设计、工程安装和仪表调校、调节器参数整定等5.5 过程控制系统方案设计的关键步骤过程控制系统方案设计的关键步骤1、熟悉和理解生产对控制系统的技术要求。有条件时建立被控过程的数学模型2、控制方案的确定3、控制设备选型5.6 简单简单控制系统设计控制系统设计1.目的保证控制系统能发挥应有的价值2.内容确定被控变量的数量及具体参数3.原则尽量采用直接变量采用间接变量时的注意问题：单值性、线

9、性性、灵敏度、经济性5.6.1 控制系统被控变量的选择CBDA控制指标受控变量5.6 简单简单控制系统设计控制系统设计1.目的保证控制系统能获得较好的控制质量2.内容根据工艺操作要求、过程特性确定操作变量3.原则5.6.2 控制变量的选择（1）控制变量应是可控的，即工艺上允许调节的变量（避免以表征主要生产负荷的物料作为操纵变量）（2）控制通道有一定的快速性（时间常数较短）和灵敏性（合适的静态放大倍数）（3）尽量减少控制通道的纯滞后时间5.6 简单简单控制系统设计控制系统设计1仪表性能的考虑： 准确性：根据操作要求确定合适的量程（Km），根据指示误差要求确定合适的精度等级。按仪表要求确定安装方式

10、。5.6.3系统设计中的测量变送问题 快速性：根据对象特性确定合适的时间常数（Tm），小于对象时间常数的1/5即可。根据检测仪表要求确定合适的位置（m）。基本要求准确、快速通常按一阶惯性环节考虑5.6 简单简单控制系统设计控制系统设计2. 测量信号的处理 测量信号的线性化处理 （选择相应的线性化方法）节流装置、热电阻、热电偶 测量信号的滤波处理（根据噪声特性选择滤波方式）有脉动或高频躁声的信号（模拟RC电路或数字滤波）对于尖峰型干扰可以采用程序判别滤波的方法经过滤波后的输出值滤波前的实际采样值预估输出值增量 规定的阈值5.6.3系统设计中的测量变送问题5.6 简单简单控制系统设计控制系统设计3

11、安装与使用条件 安装条件必须符合相应检测仪表的具体要求。例如：流量测量仪表通常对前后管道的直管段的要求、节流装置流向的要求、测温元件在被测介质中插入深度的要求、差压变送器导压管内液体高度应该相等的要求等等。 实际使用仪表的工作参数应该符合仪表的设计参数。例如：气体流量测量时的设计温度和设计压力。如果实际工作温度和压力与设计值偏离较大，将产生较大的附加误差。必要时需要进行校正。5.6.3系统设计中的测量变送问题5.6 简单简单控制系统设计控制系统设计 作用：根据控制器的输出信号，改变工业过程的输入变量（流体流量的大小、电功率的大小、转速的快慢），直接影响工业过程。过程控制系统中常用（气动）调节阀

12、。使用环境比较恶劣。选用调节阀时一般应考虑以下几个方面：1. 调节阀结构型式的选择根据工艺条件，如使用温度、压力及介质的物理、化学特性(如腐蚀性，粘度等)来选择5.6.4 执行装置在控制系统设计中的考虑5.6 简单简单控制系统设计控制系统设计1 常用结构型式直通单座直通双座 套筒角型5.6.4 执行装置在控制系统设计中的考虑5.6 简单简单控制系统设计控制系统设计2.气开式与气关式的选择5.6.4 执行装置在控制系统设计中的考虑执行机构的正反作用5.6 简单简单控制系统设计控制系统设计2.气开式与气关式的选择5.6.4 执行装置在控制系统设计中的考虑气压（控制）信号增加，阀门开度增加为气开；反

13、之，为气关。 气关 气开 气开 气关5.6 简单简单控制系统设计控制系统设计4. 阀门定位器的应用使用场合：5.6.4 执行装置在控制系统设计中的考虑阀杆磨察力大、阀芯的不平衡力改变调节阀的行程范围（用于分程控制）结构及工作原理：u改变控制器输出与阀杆位移之间的关系uCABl减少气动信号传输的动态滞后5.6 简单简单控制系统设计控制系统设计 对于一个已经设计完成的控制系统，要获得最好的控制质量，控制规律的选择起着重要的作用。 目前工业上常用的常规控制规律有：P、PI、PID5.6.5 调节器调节规律的选择 1.比例（P）：是最简单的调节规律，它对偏差的响应迅速。只需要整定一个参数，简便。但，系

14、统存在静差。 2.比例积分（PI）：能消除静差。但，动态响应较缓慢。对高频噪声有一定的抑制作用。超调增加。 3.微分（D）：能加快调节过程，减小超调。但，会放大噪声作用。常规控制规律的特点1 调节器正/反作用设定控制系统设计、安装完成后，通过合理的操作才能使控制系统正常工作。 确定正反作用形式的目的：保证控制系统的负反馈。 调节器正/反作用形式是根据调节器输出与测量值之间的变化关系而定的。调节器输出随测量值增加而增加的，称为正作用形式。反之，称为反作用形式。 系统负反馈的条件：构成控制系统各环节（包括比较环节）增益乘积为“正” 。 控制器增益与正反作用的关系：正作用控制器的增益为“负”。 其它

15、环节输出随输入增加而增加的增益为“正”。确定调节器正/反作用形式举例。设控制阀均为气开阀，Kv为正。左图应采用反作用控制器 右图应采用正作用控制器 Wm(s)r +euy- zqWO(s)Wv(s)Wc(s)2 调节器工作状态设定 控制器上电前总是设置在手动状态。通过手动操作使生产过程达到或接近设计状态，再将调节器切换到自动或串级状态，实现自动控制。 常规调节器的工作状态有手动、自动、串级。根据操作要求设定。 手动状态时，调节器输出由操作员直接改变调节器输出。自动或串级状态时，调节器根据给定的控制规律对偏差运算产生控制输出。 自动状态时的偏差是内给定与测量值的偏差。串级状态时的偏差是外给定与测

16、量值的偏差。切换状态时，需要保证调节器输出不产生阶跃跳变，称为无扰动切换。3 调节器参数整定 理论整定：已获得控制系统各环节的数学模型时，根据控制要求确定系统的闭环传递函数或过渡过程指标，计算调节器的相应参数。 常用方法：频率特性法和根轨迹法。 另外，也可以通过仿真整定。整定的目的： 根据给定的控制规律，寻找一组合适的参数，尽可能使控制系统的性能指标满足工艺生产的要求。 参数整定的方法：理论整定和工程整定。 工程整定：通过实验或利用经验确定控制器参数。常用的工程整定方法有响应曲线法、临界比例度法、衰减曲线法、经验法等。3 调节器参数整定计算对象特性参数： 响应曲线法 整定过程：获取广义对象阶跃响应曲线、计算对象特性参数、计算控制器参数、根据调节效果调整参数。 获取阶跃响应曲线：在工况较稳定时，使调节器输出阶跃变化510，记录测量值变化曲线。608010012014016015202530354045tt0t1t2z0z1u0u13 调节器参数整定计算特征参数：振荡周期Ps 临界比例度法 整定过程：获取临界振荡曲线、计算特征参数、计算控制器参数、根据调节效果调整参数。 获取临界振荡曲线：控制器设定为纯比例。在工况较稳定时，控制器切换到自动状态。使调节器给定阶跃变化510，记录过渡过程曲线。根据过渡