简单过程控制系统单回路控制系统的工程设计

1、1u过程控制系统工程设计概述过程控制系统工程设计概述u控制方案设计控制方案设计u检测、变送器选择检测、变送器选择u执行器（调节阀）选择执行器（调节阀）选择u控制器（调节器）选择控制器（调节器）选择u过程计算机控制系统的设计过程计算机控制系统的设计u过程控制系统的投运和控制器参数整定过程控制系统的投运和控制器参数整定u单回路控制系统工程设计实例单回路控制系统工程设计实例单回路控制系统的工程设计单回路控制系统的工程设计2过程控制系统工程设计概述过程控制系统工程设计概述一、对过程控制系统设计的一般要求一、对过程控制系统设计的一般要求1、安全性：、安全性： 整个生产过程中，确保人员设备的安全2、稳定性

2、：、稳定性： 指系统在一定外界干扰下，在系统参数、工艺 条件一定的变化范围内能长期稳定运行的能力。3、经济性、经济性： 指提高产品质量、产量的同时，降耗节能，提 高经济效益与社会效益。333二、过程控制系统设计步骤二、过程控制系统设计步骤1、建立被控过程的数学模型 第一步2、控制设计方案3、控制设备选型4、实验（和仿真）43三、过程系统设计的主要内容四个方面三、过程系统设计的主要内容四个方面1、方案设计：、方案设计：是系统设计的核心 2、工程设计：、工程设计：是在控制方案正确设计的基础上进行3、工程安装：、工程安装：是保证系统正常运行的前提4、仪表调校、调节器参数整定：、仪表调校、调节器参数整

3、定：是系统运行在最佳状态的重要保证53四、系统设计中的若干问题四、系统设计中的若干问题越限报警：越限报警：应根据工艺要求设置高、低限报警值联锁保护：联锁保护：当生产出现异常时，为保证设备、人身的安全，使各个设备按一定次序紧急停止运转。63控制方案设计控制方案设计一、过程控制系统的性能指标一、过程控制系统的性能指标过程控制系统在运行中有两种状态：过程控制系统在运行中有两种状态：稳态和动态控制方案设计的依据：控制方案设计的依据：系统阶跃响应性能指标、偏差积分性能指标73二、被控参数的选择二、被控参数的选择 1、直接参数方法：、直接参数方法：能直接反映生产过程中产品产量和质量又易于测量的参数2、间接

4、参数方法：、间接参数方法：当选择直接参数有困难那时，可以选择能间接反映产品质量和质量又与直接参数有单值对应关系、易于测量的参数作为被控参数被控参数选择的方法：被控参数选择的方法：83选择被控参数的一般原则：选择被控参数的一般原则：1、选择对产品的产量和质量、安全生产、经济运行和环境保护具有决定性作用的、可直接测量的工艺参数2、当不能用直接参数作为被控参数时，应该选择一个与直接参数有单值函数关系的间接参数3、必须具有足够高的灵敏度4、必须考虑工艺过程的合理性和所有仪表的性能93检测、变送器选择检测、变送器选择1、尽可能选择测量误差小的测量元件、尽可能选择测量误差小的测量元件2、尽可能选择快速响应

5、的测量元件与变送设备、尽可能选择快速响应的测量元件与变送设备3、正确采用微分超前补偿、正确采用微分超前补偿4、合理选择测量点位置并正确安装：尽可能减小、合理选择测量点位置并正确安装：尽可能减小参数测量滞后与传送滞后参数测量滞后与传送滞后5、对测量信号作必要的处理、对测量信号作必要的处理103执行器（调节阀）选择执行器（调节阀）选择1、选择合适的调节工作区间、选择合适的调节工作区间2、选择合适的流量特征、选择合适的流量特征调节阀流量特性的选择：先确定工作流量然后根调节阀流量特性的选择：先确定工作流量然后根据流量特性曲线的畸变程度，确定理想流量特性据流量特性曲线的畸变程度，确定理想流量特性3、选择

6、合适的调节阀开、关形式、选择合适的调节阀开、关形式111控制器（调节器）选择控制器（调节器）选择1、选择控制器的控制规律、选择控制器的控制规律1）根据）根据0 / T0比值来选择调节器的控制规律比值来选择调节器的控制规律2）根据过程特性来选择控制器的控制规律根据过程特性来选择控制器的控制规律 比例控制规律比例控制规律P特点：特点：能较快地克服扰动的影响，使系统稳定下来，但是有余差适用场合：适用场合：控制通道滞后较小，负荷变化不大，控制要求不高、被控参数允许在一定范围内有余差的场合123 比例积分控制规律比例积分控制规律PI特点：特点：积分能消除余差适用场合：适用场合：控制通道滞后较小、负荷变化

7、不大、被控参数不允许有余差的场合 比例微分控制规律比例微分控制规律PD特点：特点：具有超前作用，对于具有容量滞后的控制通道，引入比例微分控制规律PD对于改善系统的动态性能指标，有显著效果。适用场合：适用场合：控制通道的时间常数或容量滞后较大的场合 比例积分微分控制规律比例积分微分控制规律PID特点：特点：PID控制规律是一种较理想的控制规律，在比例基础上引入积分，可以消除余差，再加入微分作用，又提高系统的稳定性。 适用场合：适用场合：控制通道时间常数或容量滞后较大、控制要求较高的场合 1332、确定控制器的正、反作用方式、确定控制器的正、反作用方式 控制器有正作用和反作用两种方式，其确定原则控

8、制器有正作用和反作用两种方式，其确定原则是使整个单回路构成负反馈系统。是使整个单回路构成负反馈系统。 确定调节器正、反作用次序一般为：确定调节器正、反作用次序一般为：首先根据生产工艺安全等原则确定调节阀的开、关形式，然后按被控过程特性，确定其正、反作用，最后根据上述组成该系统的开环传递函数各环节的静态放大系数极性相乘必须为正的原则来确定调节器的正、反作用。14过程计算机控制系统的设计过程计算机控制系统的设计 1、单机控制系统：单机控制系统：由微型计算机或单片机系统组成，结构简单、价格低廉，适用小规模的装置2、两级计算机控制系统：两级计算机控制系统：有监控机、通信系统和若干个下机位组成。3、分布

9、式控制系统：分布式控制系统：采用控制分散和管理集中相结合的原则，可对大规模的生产过程进行高可靠性的控制和有效的管理4、计算机集成过程控制系统：、计算机集成过程控制系统：是一种以全局最优为目标，包含了从原材料采购到到产品销售在内的整个决策过程、管理过程和生产过程相结合的计算机系统3过程计算机控制系统按规模、系统结构的不同，分为四类：过程计算机控制系统按规模、系统结构的不同，分为四类：153直接数字控制系统：直接数字控制系统：在计算机控制系统中包含了最本质最核心亦是最底层部分-过程控制，这一控制功能称为直接数字控制简称DDC163 过程计算机控制系统的组成过程计算机控制系统的组成 过程计算机控制系

10、统：过程计算机控制系统：就是采用计算机来实现的过程工业控制（含管理）系统。1732、过程计算机控制系统的组成、过程计算机控制系统的组成 183过程计算机控制系统设计方法过程计算机控制系统设计方法过程计算机控制系统的设计基本原则：过程计算机控制系统的设计基本原则：1、可靠性高、可靠性高2、实时性强、实时性强3、通用性好、通用性好4、操作性好、操作性好5、经济效益高、经济效益高191、选用标准功能模块：、选用标准功能模块：特点是系统配置灵活、扩充方便、维修简单、缩短了硬件设计周期，缺点是商品软件较少，需用户自行开发2、选用通用的控制计算机：、选用通用的控制计算机：特点不仅配有系统软件、而且配有丰富

11、的应用软件，用户可以灵活地进行控制系统的组态，接触了用户编应用程序的负担，缺点是价格较高3、设计专用计算机：、设计专用计算机：特点是系统针对性强，灵活方便；缺点是设计周期长、设计者需要具备较深的计算机硬件知识3计算机的选择方案如下：计算机的选择方案如下：20过程控制系统的投运和控制器参数整定过程控制系统的投运和控制器参数整定一、控制系统投运一、控制系统投运1、检测系统投入运行、检测系统投入运行 2、调节阀手动遥控、调节阀手动遥控3、控制器投运（手动、控制器投运（手动自动）自动）3过程控制系统的组成部分投运程序如下：过程控制系统的组成部分投运程序如下：21控制器参数整定：控制器参数整定：通过调整

12、这些参数使控制器特性与被控过程特性配合好，获得满意的系数静态与动态特性的过程。整定方法：整定方法：理论计算整定法和额工程整定法理论计算整定法：理论计算整定法：是已知过程的数学模型基础上，依据控制理论，通过理论计算来求取“最佳整定参数”工程整定法：工程整定法：根据工程经验，直接在过程控制系统中进行的控制参数整定方法3二、控制器参数整定二、控制器参数整定22单回路控制系统工程设计实例单回路控制系统工程设计实例一、喷雾式干燥设备控制系统设计一、喷雾式干燥设备控制系统设计3231）被控参数选择）被控参数选择 选干燥器的温度为被控参数（间接参数）2）控制参数选择）控制参数选择 影响干燥器温度的因素有乳液

13、流量、旁路空气量、热蒸汽量，为此有三个变量可作为控 制参数。 31、被控参数与控制参数选择、被控参数与控制参数选择选取采样周期时，一般应考虑下列几个因素选取采样周期时，一般应考虑下列几个因素2432532、过程检测、控制设备的选用、过程检测、控制设备的选用根据生产工艺和用户的要求，选用电动单元组合仪表根据生产工艺和用户的要求，选用电动单元组合仪表1、测温元件及变送器：、测温元件及变送器：为提高检测精度应用三线制接发，并配用温度变送器2、调节阀：、调节阀：根据过程特性与控制要求选用对数流量特性的调节阀3、调节器：、调节器：根据过程特性与工艺要求，可选用PI或PID控制规律；根据构成系统负反馈的原则，确定调节器正、反作用方向263二、贮槽液位控制系统设计二、贮槽液位控制系统设计2731、选择被控参数：、选择被控参数：根据工艺可知，贮槽的液位要求维持在某给定值 上下，所以直接选取液位为被控参数2、选择控制参数：、