学习情境十二单回路检测控制系统设计及投运

1、学习情境十二学习情境十二 单回路检测控制系统单回路检测控制系统设计与投运设计与投运 任务一任务一 单回路控制系统综合设计单回路控制系统综合设计 任务二任务二 单回路控制系统的投运与单回路控制系统的投运与故障分析处理故障分析处理 下篇下篇 控制仪表控制仪表学习情境十二学习情境十二 单回路检测控制系统设计与投运单回路检测控制系统设计与投运保定电力职业技术学院保定电力职业技术学院 学习情境十二学习情境十二 单回路检测控制系统设计与投运单回路检测控制系统设计与投运保定电力职业技术学院保定电力职业技术学院学习情境十二学习情境十二 单回路检测控制系统设计与投运单回路检测控制系统设计与投运保定电力职业技术学

2、院保定电力职业技术学院知识点知识点1：单回路控制：单回路控制系统设计的共性问题系统设计的共性问题 在工业过程自动化中，过程控制是不可缺少的重要组成部在工业过程自动化中，过程控制是不可缺少的重要组成部分。为了克服外界扰动，稳定生产等，需在生产过程中对温度、分。为了克服外界扰动，稳定生产等，需在生产过程中对温度、压力、流量、液位、成分、压力、流量、液位、成分、PHPH、粘度、湿度等过程参数实行自、粘度、湿度等过程参数实行自动控制。要达到以上目的，过程控制系统首先必须是稳定的，动控制。要达到以上目的，过程控制系统首先必须是稳定的，这是系统被控制的前提，此外，系统还必须具有适当的稳定裕这是系统被控制的

3、前提，此外，系统还必须具有适当的稳定裕量；其次系统应是一个衰减振荡过程量；其次系统应是一个衰减振荡过程, ,过渡过程时间要短，余差过渡过程时间要短，余差要小等。工程上这些要求往往是互相矛盾的，因此设计过程控要小等。工程上这些要求往往是互相矛盾的，因此设计过程控制系统时，应根据实际情况，分清主次，以保证满足最重要的制系统时，应根据实际情况，分清主次，以保证满足最重要的控制质量指标。控制质量指标。学习情境十二学习情境十二 单回路检测控制系统设计与投运单回路检测控制系统设计与投运保定电力职业技术学院保定电力职业技术学院 1 1总体设计与系统布局的关系随着现代化工业生产迅速发总体设计与系统布局的关系随

4、着现代化工业生产迅速发展，各生产工艺设备相互间紧密地联系着，各设备的生产操作展，各生产工艺设备相互间紧密地联系着，各设备的生产操作也是相互联系、相互影响的，所以首先必须明确局部生产过程也是相互联系、相互影响的，所以首先必须明确局部生产过程自动化和全局过程自动化间的关系。自动化和全局过程自动化间的关系。 在进行总体设计和系统布局时，应该全面地考虑生产设备之间的相互联在进行总体设计和系统布局时，应该全面地考虑生产设备之间的相互联系，综合各个生产操作之间的相互影响，合理设计各个控制系统。系，综合各个生产操作之间的相互影响，合理设计各个控制系统。 2 2过程特性过程控制系统的品质是由组成系统的结构和各

5、过程特性过程控制系统的品质是由组成系统的结构和各个环节的特性所决定的。个环节的特性所决定的。 其中过程检测控制仪表的特性在设计制造时就已人为确定，调节器的特其中过程检测控制仪表的特性在设计制造时就已人为确定，调节器的特性可随意调整，以满足不同被控过程和控制的要求。必须深入了解生产工艺性可随意调整，以满足不同被控过程和控制的要求。必须深入了解生产工艺情况，结合控制要求，根据过程特性、扰动情况以及限制条件等运用控制理情况，结合控制要求，根据过程特性、扰动情况以及限制条件等运用控制理论和控制技术才能设计一个工艺上合理的正确控制方案。论和控制技术才能设计一个工艺上合理的正确控制方案。 学习情境十二学习

6、情境十二 单回路检测控制系统设计与投运单回路检测控制系统设计与投运保定电力职业技术学院保定电力职业技术学院 系统控制方案的设计和调节器参数的整定是过程控制系统设系统控制方案的设计和调节器参数的整定是过程控制系统设计的两个重要内容。计的两个重要内容。工程设计者应根据被控过程的特性和对过程工程设计者应根据被控过程的特性和对过程控制系统的各项技术分析，从全局出发选择合理的控制方案，通控制系统的各项技术分析，从全局出发选择合理的控制方案，通常采用反馈控制和复合控制，然后确定系统各部分的控制参数大常采用反馈控制和复合控制，然后确定系统各部分的控制参数大小，最后进行调节器参数整定。小，最后进行调节器参数整

7、定。 在系统设计中，通常包括在系统设计中，通常包括综合法综合法和和试探法试探法，在开始进行设计，在开始进行设计阶段，首先应熟悉技术要求及性能指标，了解被控过程和过程检阶段，首先应熟悉技术要求及性能指标，了解被控过程和过程检测控制仪表的动态性能，应用综合方法建立系统的数学模型。一测控制仪表的动态性能，应用综合方法建立系统的数学模型。一旦设计问题可用数学模型表示，就可进行仿真，并应用最佳控制旦设计问题可用数学模型表示，就可进行仿真，并应用最佳控制理论得出系统性能指标的上限。最后，对设计出来的系统在各种理论得出系统性能指标的上限。最后，对设计出来的系统在各种信号和扰动作用下进行响应测试，若系统性能指

8、标不能令人满意，信号和扰动作用下进行响应测试，若系统性能指标不能令人满意，则必须进行再设计，直到获得满意的性能指标为止。则必须进行再设计，直到获得满意的性能指标为止。 学习情境十二学习情境十二 单回路检测控制系统设计与投运单回路检测控制系统设计与投运保定电力职业技术学院保定电力职业技术学院 （1 1）建立对象的数学模型被控过程的数学模型是控制系统设计的基础，）建立对象的数学模型被控过程的数学模型是控制系统设计的基础，在过程控制系统设计中，首先要解决如何用恰当的数学关系式在过程控制系统设计中，首先要解决如何用恰当的数学关系式, ,即所谓数学即所谓数学模型来描述被控过程的特性。只有掌握了过程的数学

9、模型模型来描述被控过程的特性。只有掌握了过程的数学模型, ,才能深入分析过才能深入分析过程的特性和精确设计控制器。程的特性和精确设计控制器。 （2 2）选择控制方案根据设计任务和技术指标要求，经过调查研究，考虑）选择控制方案根据设计任务和技术指标要求，经过调查研究，考虑经济效益和技术实施的可行性，选择合理的控制方案。经济效益和技术实施的可行性，选择合理的控制方案。 （3 3）建立系统框图根据系统的内在机理，画出系统框图。）建立系统框图根据系统的内在机理，画出系统框图。 （4 4）进行系统静态、动态特性分析计算过程控制系统方案确定后，根据）进行系统静态、动态特性分析计算过程控制系统方案确定后，根

10、据系统的质量指标，应用控制理论进行系统静态、动态特性分析计算，判定系系统的质量指标，应用控制理论进行系统静态、动态特性分析计算，判定系统的稳定性、过渡特性等。统的稳定性、过渡特性等。 （5 5）实验和仿真实验和仿真是检验系统设计正确与否的重要手段。有些）实验和仿真实验和仿真是检验系统设计正确与否的重要手段。有些在系统设计过程中难以考虑的因素，可以在实验中考虑，同时通过实验可以在系统设计过程中难以考虑的因素，可以在实验中考虑，同时通过实验可以检验系统设计的正确性，以及系统的性能。检验系统设计的正确性，以及系统的性能。 （6 6）系统投运根据设计所选定的控制器的相关参数，使整个系统投入运）系统投运

11、根据设计所选定的控制器的相关参数，使整个系统投入运行，观察其运行状况。行，观察其运行状况。学习情境十二学习情境十二 单回路检测控制系统设计与投运单回路检测控制系统设计与投运保定电力职业技术学院保定电力职业技术学院 过程控制系统设计包括方案设计、工程设计、工程安装和过程控制系统设计包括方案设计、工程设计、工程安装和仪表调校、调节器参数整定等四个主要内容。仪表调校、调节器参数整定等四个主要内容。 控制方案设计是系统设计的核心。控制方案设计是系统设计的核心。若控制方案设计不正确，则无论选用若控制方案设计不正确，则无论选用何种先进的过程控制仪表，其安装如何细心，都不可能使系统在工业生产过何种先进的过程

12、控制仪表，其安装如何细心，都不可能使系统在工业生产过程中发挥作用，甚至系统不能运行。程中发挥作用，甚至系统不能运行。 工程设计是在控制方案正确设计的基础上进行的。工程设计是在控制方案正确设计的基础上进行的。它包括仪表选型、控它包括仪表选型、控制室和仪表盘设计、仪表供电供气系统设计、信号及联锁保护系统设计等。制室和仪表盘设计、仪表供电供气系统设计、信号及联锁保护系统设计等。 过程控制系统的正确安装是保证系统正常运行的前提。过程控制系统的正确安装是保证系统正常运行的前提。系统安装完，还系统安装完，还要对每台仪表进行单校和每个控制回路进行联校。要对每台仪表进行单校和每个控制回路进行联校。 在控制方案

13、设计正确的前提下，调节器参数整定是系统运行在最佳状态在控制方案设计正确的前提下，调节器参数整定是系统运行在最佳状态的重要保证，是过程控制系统设计的重要环节之一。的重要保证，是过程控制系统设计的重要环节之一。学习情境十二学习情境十二 单回路检测控制系统设计与投运单回路检测控制系统设计与投运保定电力职业技术学院保定电力职业技术学院 在进行过程控制系统设计时，要针对工程实际情况和要求，在进行过程控制系统设计时，要针对工程实际情况和要求，对下列问题作合理考虑与正确处理。对下列问题作合理考虑与正确处理。 1 1测量信号校正在检测某些过程参数时，其测量值往往要受到其他一测量信号校正在检测某些过程参数时，其

14、测量值往往要受到其他一些参数的影响，为了保证其测量精度，必须考虑测量信号的校正问题。些参数的影响，为了保证其测量精度，必须考虑测量信号的校正问题。 2 2测量信号噪声（扰动）的抑制在测量某些参数时，由于其物理或化测量信号噪声（扰动）的抑制在测量某些参数时，由于其物理或化学特性，常常具有随机波动特性。若测量、变送器的阻尼较小时，其噪声会学特性，常常具有随机波动特性。若测量、变送器的阻尼较小时，其噪声会叠加于测量信号之上，影响系统的控制质量，所以应考虑对其加以抑制。叠加于测量信号之上，影响系统的控制质量，所以应考虑对其加以抑制。 3 3对测量信号进行线性处理在检测某些过程参数时，测量信号与被测对测

15、量信号进行线性处理在检测某些过程参数时，测量信号与被测参数之间成非线性关系。是否要进行线性化处理，具体问题要作具体分析。参数之间成非线性关系。是否要进行线性化处理，具体问题要作具体分析。 4 4系统安全保护对策系统运行的环境条件是过程控制系统设计时必须系统安全保护对策系统运行的环境条件是过程控制系统设计时必须考虑和解决的重要问题。在某些工业现场的危险环境条件下，为了提高系统考虑和解决的重要问题。在某些工业现场的危险环境条件下，为了提高系统的运行周期，保证系统的正常工作，除了加强日常的维护措施外，进行系统的运行周期，保证系统的正常工作，除了加强日常的维护措施外，进行系统设计时还必须采取相应的安全

16、保护对策。设计时还必须采取相应的安全保护对策。 学习情境十二学习情境十二 单回路检测控制系统设计与投运单回路检测控制系统设计与投运保定电力职业技术学院保定电力职业技术学院 学习情境十二学习情境十二 单回路检测控制系统设计与投运单回路检测控制系统设计与投运保定电力职业技术学院保定电力职业技术学院知识点知识点2：单回路控制系统方案设计：单回路控制系统方案设计 选取被控参数的一般原则为：选取被控参数的一般原则为： 1 1选择对产品的产量和质量、安全生产、经济运行和环境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为被控参数。保护具有决定性作用的、可直接测量

17、的工艺参数为被控参数。 2 2当不能用直接参数作为被控参数时，应该选择一个与直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作为被控参数。接参数有单值函数关系的间接参数作为被控参数。 3 3被控参数必须具有足够高的灵敏度。被控参数必须具有足够高的灵敏度。 4 4被控参数的选取，必须考虑工艺过程的合理性和所用仪被控参数的选取，必须考虑工艺过程的合理性和所用仪表的性能。表的性能。学习情境十二学习情境十二 单回路检测控制系统设计与投运单回路检测控制系统设计与投运保定电力职业技术学院保定电力职业技术学院1 1过程静态特性的分析过程静态特性的分析过程控制系统框图过程控制系

18、统框图 000( )1( )1( )fffcKW sT sKWsT sW sK 图图中中W（s）为调节器的传递函数；）为调节器的传递函数；W0（s）为控制通）为控制通道的传递函数；道的传递函数；Wf（s）为扰动通道的传递函数。并设）为扰动通道的传递函数。并设 （6-1）学习情境十二学习情境十二 单回路检测控制系统设计与投运单回路检测控制系统设计与投运保定电力职业技术学院保定电力职业技术学院1 1过程静态特性的分析过程静态特性的分析被控量被控量Y（s）对扰动）对扰动F（s）的闭环传递函数为）的闭环传递函数为000(1)( )( )(1)(1)(1)ffcfT sKY sF sT sT sK K

19、T s（6-2） 由于系统是稳定的，故在阶跃扰动作用下，系统稳态值可应用终值定由于系统是稳定的，故在阶跃扰动作用下，系统稳态值可应用终值定理求得理求得0000(1)( )lim ( )lim(1)(1)(1)1ffttfcfcT sKKYY tSS T sT sK K T sK K （6-3） 扰动通道静态放大系数扰动通道静态放大系数Kf愈大，则系统的稳态误差也愈大。若静态放大愈大，则系统的稳态误差也愈大。若静态放大系数很小，这时即使扰动量大，其影响也较小。控制通道的静态放大系数系数很小，这时即使扰动量大，其影响也较小。控制通道的静态放大系数K0愈大，表示控制作用愈灵敏，克服扰动的能力愈强。但

20、是，最佳控制过程愈大，表示控制作用愈灵敏，克服扰动的能力愈强。但是，最佳控制过程K0与调节器的放大系数与调节器的放大系数Kc的乘积应为一常数，而的乘积应为一常数，而Kc是可调节的，所以是可调节的，所以K0的大的大小可通过调节小可通过调节KC来进行补偿。来进行补偿。因此，在系统设计（即确定控制参数）时，要因此，在系统设计（即确定控制参数）时，要使控制通道的放大系数使控制通道的放大系数K0大于扰动通道的放大系数大于扰动通道的放大系数Kf。学习情境十二学习情境十二 单回路检测控制系统设计与投运单回路检测控制系统设计与投运保定电力职业技术学院保定电力职业技术学院2 2过程动态特性的分析过程动态特性的分

21、析（6-6）单回路控制系统的特征方程为单回路控制系统的特征方程为 由式（由式（6-6）可见，由于扰动通道为一个一阶）可见，由于扰动通道为一个一阶惯性环节，使系统特征方程式中增加了一个极点惯性环节，使系统特征方程式中增加了一个极点1/Tf ，即在右图所示根平面上增加了一个，即在右图所示根平面上增加了一个1/Tf 的附加极点的附加极点a。随着时间常数的增大，极点将向。随着时间常数的增大，极点将向j轴靠近，而且过渡过程将乘上一个轴靠近，而且过渡过程将乘上一个1/Tf 的数值，的数值，使整个过渡过程的幅值减小使整个过渡过程的幅值减小Tf倍，从而使其超调倍，从而使其超调量随着量随着Tf 的增大而减小，提

22、高了系统的控制质量。的增大而减小，提高了系统的控制质量。 （1 1）过程扰动通道动态特性的影响）过程扰动通道动态特性的影响01()1( )( )0fsW s W sT复平面复平面 1 1）时间常数）时间常数Tf的影响的影响 学习情境十二学习情境十二 单回路检测控制系统设计与投运单回路检测控制系统设计与投运保定电力职业技术学院保定电力职业技术学院（6-9） 当扰动通道有时延时，在扰动当扰动通道有时延时，在扰动作用下系统的闭环传递函数为作用下系统的闭环传递函数为 可见其闭环传递函数的分母（即特征方程）与式（可见其闭环传递函数的分母（即特征方程）与式（6-8）相同。所以说扰）相同。所以说扰动通道的时

23、延不影响系统的控制质量，仅使系统响应曲线动通道的时延不影响系统的控制质量，仅使系统响应曲线y（t）推迟了一个）推迟了一个时延。时延。 （1 1）过程扰动通道动态特性的影响）过程扰动通道动态特性的影响系统框图系统框图 2 2）时延）时延f的影响的影响 0( )( )( )1( )( )fsfWsY seX sW s W s 时延时延f的影响如图所示。的影响如图所示。 在给定信号在给定信号X（s）作用下，）作用下，系统闭环传递函数为系统闭环传递函数为00( )( )( )( )1( )( )W s W sY sX sW s W s闭环系统特征方程为闭环系统特征方程为01( )( )0W s W s

24、（6-7）（6-8）学习情境十二学习情境十二 单回路检测控制系统设计与投运单回路检测控制系统设计与投运保定电力职业技术学院保定电力职业技术学院（1 1）过程扰动通道动态特性的影响）过程扰动通道动态特性的影响液位控制液位控制 3 3）扰动作用点位置扰动引入系统）扰动作用点位置扰动引入系统的位置不同，则对被控参数的影的位置不同，则对被控参数的影响也不同。如图所示。响也不同。如图所示。 图中图中3 3个水箱串联工作，为了实现个水箱串联工作，为了实现3 3号水箱水位不变，故设计图号水箱水位不变，故设计图a a控制系统。控制系统。扰动扰动f f1 1、f f2 2、f f3 3由三处分别引入系统，根由三

25、处分别引入系统，根据流程图画出其框图，见图据流程图画出其框图，见图b b。 设三只水箱均为一阶惯性环节，由设三只水箱均为一阶惯性环节，由前所述，它对扰动起着滤波作用，所以前所述，它对扰动起着滤波作用，所以当扰动引入系统的位置离被控参数愈近当扰动引入系统的位置离被控参数愈近时，则对其影响愈大；相反，当扰动离时，则对其影响愈大；相反，当扰动离被控参数愈远（即离调节阀愈近）时，被控参数愈远（即离调节阀愈近）时，则对其影响愈小。则对其影响愈小。 学习情境十二学习情境十二 单回路检测控制系统设计与投运单回路检测控制系统设计与投运保定电力职业技术学院保定电力职业技术学院（2 2）过程控制通道动态特性的影响

26、在过程控制系统中，克服扰）过程控制通道动态特性的影响在过程控制系统中，克服扰动对被控参数的影响均要通过控制通道进行。动对被控参数的影响均要通过控制通道进行。 1 1）可控性指标在设计过程控制系统时，对同一个被控参数，工艺上往往）可控性指标在设计过程控制系统时，对同一个被控参数，工艺上往往有几个可供选择的变量作为控制参数。由于选择的变量不同，构成的过程特有几个可供选择的变量作为控制参数。由于选择的变量不同，构成的过程特性也不同，因而控制难易程度也不同。选择控制参数的目的是要得到一个好性也不同，因而控制难易程度也不同。选择控制参数的目的是要得到一个好的控制通道。的控制通道。 2 2）控制通道的影响

27、）控制通道的影响 由表可见，控制通道中时间常数大、阶数高、有纯时延环节都将使过程的由表可见，控制通道中时间常数大、阶数高、有纯时延环节都将使过程的可控性指标大为降低。可控性指标大为降低。因此可得出如下结论：因此可得出如下结论：在选择控制参数时，选择时间在选择控制参数时，选择时间常数较小、反应灵敏、纯时延小的通道作为控制通道。常数较小、反应灵敏、纯时延小的通道作为控制通道。不同过程特性的不同过程特性的Kmax、C和和KmaxC值值 学习情境十二学习情境十二 单回路检测控制系统设计与投运单回路检测控制系统设计与投运保定电力职业技术学院保定电力职业技术学院（2 2）过程控制通道动态特性的影响在过程控

28、制系统中，克服扰）过程控制通道动态特性的影响在过程控制系统中，克服扰动对被控参数的影响均要通过控制通道进行。动对被控参数的影响均要通过控制通道进行。 3 3）过程时间常数的匹配在实际生产过程中，被控过程可能是由多个一阶）过程时间常数的匹配在实际生产过程中，被控过程可能是由多个一阶环节串联而成的，设广义过程的传递函数为环节串联而成的，设广义过程的传递函数为01231( )(1)(1)(1)W sT sT sT s不同时间常数对控制质量的影晌不同时间常数对控制质量的影晌 学习情境十二学习情境十二 单回路检测控制系统设计与投运单回路检测控制系统设计与投运保定电力职业技术学院保定电力职业技术学院3 3

29、根据过程特性选择控制参数的一般原则根据过程特性选择控制参数的一般原则 1）选择过程控制通道的放大系数）选择过程控制通道的放大系数K0要适当大一些；时间要适当大一些；时间常数常数T0要适当小一些；纯时延要适当小一些；纯时延0愈小愈好，在有纯时延愈小愈好，在有纯时延0的情况的情况下，下，0与与T0之比应小一些（小于之比应小一些（小于1），若其比值过大，则不利于），若其比值过大，则不利于控制。控制。 2）选择过程扰动通道的放大系数）选择过程扰动通道的放大系数Kf要尽可能小；时间常数要尽可能小；时间常数Tf 要大；扰动引入系统的位置要远离控制过程（即靠近调节要大；扰动引入系统的位置要远离控制过程（即靠

30、近调节阀）；容量时延愈大，则有利于控制。阀）；容量时延愈大，则有利于控制。 3）广义过程（包括调节阀和测量变送器）由几个一阶环节）广义过程（包括调节阀和测量变送器）由几个一阶环节组成，在选择控制参数时，应尽量设法把几个时间常数错开，组成，在选择控制参数时，应尽量设法把几个时间常数错开，使其中一个时间常数比其他时间常数大得多，同时注意减小第使其中一个时间常数比其他时间常数大得多，同时注意减小第二、第三个时间常数。二、第三个时间常数。 4）注意工艺操作的合理性、经济性。）注意工艺操作的合理性、经济性。学习情境十二学习情境十二 单回路检测控制系统设计与投运单回路检测控制系统设计与投运保定电力职业技术

31、学院保定电力职业技术学院 测量变送环节对被控参数作正确测量，并将它转换成标准测量变送环节对被控参数作正确测量，并将它转换成标准统一信号（统一信号（0.020.020.1MPa0.1MPa或或0 010mA DC10mA DC，或，或4 420mA DC20mA DC）输出）输出到调节器或指示记录仪。到调节器或指示记录仪。 Tm引起的动态误差引起的动态误差a a）y y为阶跃信号为阶跃信号 b b）y y为线性信号为线性信号 c c）y y为周期信号为周期信号学习情境十二学习情境十二 单回路检测控制系统设计与投运单回路检测控制系统设计与投运保定电力职业技术学院保定电力职业技术学院1 1信号滤波信

32、号滤波 在有些工业生产过程中，例如用差压式流量变送器测量流量，有些容器在有些工业生产过程中，例如用差压式流量变送器测量流量，有些容器的液位会有剧烈波动，引起测量变送器的输出波动不息；又如用弹性压力表的液位会有剧烈波动，引起测量变送器的输出波动不息；又如用弹性压力表测量脉动压力时，会使仪表指针跳动不停等，这些都是随机干扰，或称噪声，测量脉动压力时，会使仪表指针跳动不停等，这些都是随机干扰，或称噪声，对此必须进行滤波。对此必须进行滤波。 2 2信号处理信号处理 测量信号的处理包括线性化和开平方等。测量信号的处理包括线性化和开平方等。 3 3纯时延问题纯时延问题 在过程控制中，测量温度、成分等被控参

33、数时，由于测量元件安装位置在过程控制中，测量温度、成分等被控参数时，由于测量元件安装位置不当及测量仪表本身不可避免地产生纯时延，为消除对系统性能指标的可能不当及测量仪表本身不可避免地产生纯时延，为消除对系统性能指标的可能影响，可专门设计某种补偿环节，以改善其控制品质。影响，可专门设计某种补偿环节，以改善其控制品质。 学习情境十二学习情境十二 单回路检测控制系统设计与投运单回路检测控制系统设计与投运保定电力职业技术学院保定电力职业技术学院4 4测量时延问题测量时延问题 测量时延主要是由测量元件本身的特性引起的。测量时延主要是由测量元件本身的特性引起的。 在工程上，把微分单元置于调节器之后，就具有

34、变动给定值时加强其动在工程上，把微分单元置于调节器之后，就具有变动给定值时加强其动态响应的作用，较快地达到跟踪的目的。态响应的作用，较快地达到跟踪的目的。 5 5信号传送时延问题信号传送时延问题 这主要是指气动单元组合仪表中，气压信号在管路中的传送时延。这主要是指气动单元组合仪表中，气压信号在管路中的传送时延。 气动传输曾道的特性参数气动传输曾道的特性参数学习情境十二学习情境十二 单回路检测控制系统设计与投运单回路检测控制系统设计与投运保定电力职业技术学院保定电力职业技术学院 调节阀是过程控制系统的一个重要组成部分，其特性好坏调节阀是过程控制系统的一个重要组成部分，其特性好坏对控制质量的影响是

35、很大的。由于其结构较简单又较粗糙，所对控制质量的影响是很大的。由于其结构较简单又较粗糙，所以往往不被人们所重视。实践证明，在过程控制系统设计中，以往往不被人们所重视。实践证明，在过程控制系统设计中，若调节阀特性选用不当，阀门动作不灵活，口径大小不合适，若调节阀特性选用不当，阀门动作不灵活，口径大小不合适，都会严重影响控制质量。所以，在系统设计时，应根据生产过都会严重影响控制质量。所以，在系统设计时，应根据生产过程的特点、被控介质的情况（如高温、高压、剧毒、易燃易爆、程的特点、被控介质的情况（如高温、高压、剧毒、易燃易爆、易结晶、强腐蚀、高粘度等）、安全运行和推力等，选用气动易结晶、强腐蚀、高粘

36、度等）、安全运行和推力等，选用气动执行器或电动执行器。按生产安全原则，选取气开或气关式。执行器或电动执行器。按生产安全原则，选取气开或气关式。根据被控过程的特性、负荷变化的情况以及调节阀在管道中的根据被控过程的特性、负荷变化的情况以及调节阀在管道中的安装方式等，选择适当的流量特性。在过程控制中，使用最多安装方式等，选择适当的流量特性。在过程控制中，使用最多的是气动执行器，其次是电动执行器。的是气动执行器，其次是电动执行器。学习情境十二学习情境十二 单回路检测控制系统设计与投运单回路检测控制系统设计与投运保定电力职业技术学院保定电力职业技术学院1 1对象特性对控制规律的影响对象特性对控制规律的影

37、响 1 1）广义对象控制通道时间常数较大或容量迟延较大时，应引入微分动）广义对象控制通道时间常数较大或容量迟延较大时，应引入微分动作。如工艺容许有残差，可选用比例微分控制规律；如工艺要求无残差时，作。如工艺容许有残差，可选用比例微分控制规律；如工艺要求无残差时，则选用比例积分微分控制规律，如温度、成分、则选用比例积分微分控制规律，如温度、成分、PHPH值控制等。值控制等。 2 2）当广义对象控制通道时间常数较小，负荷变化也不大，而工艺要求）当广义对象控制通道时间常数较小，负荷变化也不大，而工艺要求无残差时，可选择比例积分控制规律，如管道压力和流量的控制。无残差时，可选择比例积分控制规律，如管道

38、压力和流量的控制。 3 3）广义对象控制通道时间常数较小，负荷变化较小，工艺要求不高时，）广义对象控制通道时间常数较小，负荷变化较小，工艺要求不高时，可选择比例控制规律，如贮罐压力、液位的控制。可选择比例控制规律，如贮罐压力、液位的控制。 4 4）当广义对象控制通道时间常数或容量迟延很大，负荷变化亦很大时，）当广义对象控制通道时间常数或容量迟延很大，负荷变化亦很大时，简单控制系统已不能满足要求，应设计复杂控制系统。简单控制系统已不能满足要求，应设计复杂控制系统。学习情境十二学习情境十二 单回路检测控制系统设计与投运单回路检测控制系统设计与投运保定电力职业技术学院保定电力职业技术学院2 2控制器

39、控制规律的选择控制器控制规律的选择（1 1）依据对象特征参数选择）依据对象特征参数选择 可根据对象的时延时间和对象自衡时间常数的比值选择控可根据对象的时延时间和对象自衡时间常数的比值选择控制器的控制规律：制器的控制规律：1 1）0.20.2时，选择比例或比例积分控制器；时，选择比例或比例积分控制器；2 2）当）当0.20.10.21.01.0时，采用简单控制系统往往不能满足控制要求，时，采用简单控制系统往往不能满足控制要求，应选用如串级、前馈、预估控制等复杂控制系统。应选用如串级、前馈、预估控制等复杂控制系统。学习情境十二学习情境十二 单回路检测控制系统设计与投运单回路检测控制系统设计与投运保

40、定电力职业技术学院保定电力职业技术学院2 2控制器控制规律的选择控制器控制规律的选择（2 2）依据过程特性选择根据过程的特性和控制器的控制特征确）依据过程特性选择根据过程的特性和控制器的控制特征确 定控制规律。定控制规律。 1 1）比例控制器适用于过程通道容量较大，纯延时时间较小，）比例控制器适用于过程通道容量较大，纯延时时间较小，负荷变化不大，工艺要求不高的场合。一般情况下控制质量较负荷变化不大，工艺要求不高的场合。一般情况下控制质量较高，有余差的场合都可以使用，其适用范围比较广。高，有余差的场合都可以使用，其适用范围比较广。 2 2）比例积分控制器适用于过程容量较小，负荷变化较大，）比例积

41、分控制器适用于过程容量较小，负荷变化较大，工艺要求无余差的场合。过程的时延时间较大时不能选择比例工艺要求无余差的场合。过程的时延时间较大时不能选择比例积分控制器，否则容易引起系统振荡。积分控制器，否则容易引起系统振荡。 3 3）比例微分控制器适用于过程容量较大，有时延的场合。）比例微分控制器适用于过程容量较大，有时延的场合。对于过程扰动频繁的系统，微分作用可导致系统振荡。对于过程扰动频繁的系统，微分作用可导致系统振荡。 4 4）比例积分微分控制器是一种理想的控制器，适用于不同）比例积分微分控制器是一种理想的控制器，适用于不同的过程特性。当要求控制质量较高时，可选用比例积分微分控的过程特性。当要

42、求控制质量较高时，可选用比例积分微分控制器。制器。学习情境十二学习情境十二 单回路检测控制系统设计与投运单回路检测控制系统设计与投运保定电力职业技术学院保定电力职业技术学院1 1广义过程的正、反作用的确定广义过程的正、反作用的确定 （1）对象的正反作用形式）对象的正反作用形式对象正作用：对象的输入量增加（或减少），其输出量亦增加（或减少），对象正作用：对象的输入量增加（或减少），其输出量亦增加（或减少），K0 0 对象反作用：对象的输入量增加（或减少），其输出量减少（或增加），对象反作用：对象的输入量增加（或减少），其输出量减少（或增加），K00 （2）执行器正负作用形式）执行器正负作用形式执

43、行器正作用：执行器（调节阀）是气关式，执行器正作用：执行器（调节阀）是气关式，KV0。执行器反作用：执行器（调节阀）是气开式，执行器反作用：执行器（调节阀）是气开式，KV0， （3）控制器的正、反作用形式）控制器的正、反作用形式控制器正作用：测量值增加（或减少），其输出量亦增加（或减少），控制器正作用：测量值增加（或减少），其输出量亦增加（或减少），KC0。控制器反作用：测量值增加（或减少），其输出量减少（或增加），控制器反作用：测量值增加（或减少），其输出量减少（或增加），Kc0。 （4）变送器的作用形式）变送器的作用形式变送器的静态放大系数通常为正，即变送器的静态放大系数通常为正，即Kmc

44、0。学习情境十二学习情境十二 单回路检测控制系统设计与投运单回路检测控制系统设计与投运保定电力职业技术学院保定电力职业技术学院2 2控制器作用形式的确定控制器作用形式的确定 （1）确定原则过程内部各个环节的静态系数相乘为负。即）确定原则过程内部各个环节的静态系数相乘为负。即KmK0KVKC0，计算，计算KC正反作用形式。正反作用形式。 （2）控制器正、反作用形式确定的步骤）控制器正、反作用形式确定的步骤 根据工艺安全确定执行器（调节阀）的气开、气关形式，根据工艺安全确定执行器（调节阀）的气开、气关形式，从而确定从而确定KV； 根据过程特性确定对象的正反形式，确定根据过程特性确定对象的正反形式，

45、确定K0； 根据确定原则确定控制器的正、反作用形式。根据确定原则确定控制器的正、反作用形式。学习情境十二学习情境十二 单回路检测控制系统设计与投运单回路检测控制系统设计与投运保定电力职业技术学院保定电力职业技术学院 学习情境十二学习情境十二 单回路检测控制系统设计与投运单回路检测控制系统设计与投运保定电力职业技术学院保定电力职业技术学院学习情境十二学习情境十二 单回路检测控制系统单回路检测控制系统设计与投运设计与投运 任务一任务一 单回路控制系统综合设计单回路控制系统综合设计 任务二任务二 单回路控制系统的投运与单回路控制系统的投运与故障分析处理故障分析处理 下篇下篇 控制仪表控制仪表学习情境

46、十二学习情境十二 单回路检测控制系统设计与投运单回路检测控制系统设计与投运保定电力职业技术学院保定电力职业技术学院学习情境十二学习情境十二 单回路检测控制系统设计与投运单回路检测控制系统设计与投运保定电力职业技术学院保定电力职业技术学院学习情境十二学习情境十二 单回路检测控制系统设计与投运单回路检测控制系统设计与投运保定电力职业技术学院保定电力职业技术学院知识点知识点1：单回路控制系统的投运：单回路控制系统的投运 准备工作大体包括：在熟悉生产工艺流程和控制方案的前提下，应对检准备工作大体包括：在熟悉生产工艺流程和控制方案的前提下，应对检测变送器、调节器、调节阀、供电、供气、联接管线等以及其他装

47、置进行全测变送器、调节器、调节阀、供电、供气、联接管线等以及其他装置进行全面而细致的检查，它们的连接极性是否正确，仪表量程设置是否合理，仪表面而细致的检查，它们的连接极性是否正确，仪表量程设置是否合理，仪表的相应开关是否置于规定位置上，仪表的精度是否满足设计要求等。其次，的相应开关是否置于规定位置上，仪表的精度是否满足设计要求等。其次，在组成系统的各台仪表进行单独调校的基础上，再对系统进行联调，观察其在组成系统的各台仪表进行单独调校的基础上，再对系统进行联调，观察其工作是否正常。工作是否正常。 经过控制系统的设计、仪表调校、安装后的新建控制系统，经过控制系统的设计、仪表调校、安装后的新建控制系

48、统，以及经过改造或检修的控制系统，都应该按照下述步骤做好系以及经过改造或检修的控制系统，都应该按照下述步骤做好系统投运的全面准备工作，才能将控制系统投入运行，有希望获统投运的全面准备工作，才能将控制系统投入运行，有希望获得要求的控制品质。得要求的控制品质。1 1准备工作准备工作学习情境十二学习情境十二 单回路检测控制系统设计与投运单回路检测控制系统设计与投运保定电力职业技术学院保定电力职业技术学院 检查全部电气线路，核实是否符合施工图样要求。不允许有错接、漏接检查全部电气线路，核实是否符合施工图样要求。不允许有错接、漏接和虚接的现象存在，特别注意各种不同地线的连接是否符合规定，对地电阻和虚接的

49、现象存在，特别注意各种不同地线的连接是否符合规定，对地电阻是否符合要求。保证所有连接点接触良好无误。是否符合要求。保证所有连接点接触良好无误。 检查传送电力及信号的管线是否符合设计要求、布局是否合理，检查空检查传送电力及信号的管线是否符合设计要求、布局是否合理，检查空气、蒸汽及水管等管路有无错接、漏接、泄漏和堵塞等现象，如有疑问必须气、蒸汽及水管等管路有无错接、漏接、泄漏和堵塞等现象，如有疑问必须经过必要的验证核实。经过必要的验证核实。 2 2线路和管路核查线路和管路核查 （1 1）传感器与变送器：检查二者是否匹配并符合设计要求，其安装位置）传感器与变送器：检查二者是否匹配并符合设计要求，其安

50、装位置是否适宜；还要对变送器的零点和量程进行校验和调整。是否适宜；还要对变送器的零点和量程进行校验和调整。3 3仪表的调整和校验仪表的调整和校验学习情境十二学习情境十二 单回路检测控制系统设计与投运单回路检测控制系统设计与投运保定电力职业技术学院保定电力职业技术学院 （2 2）控制器：检查控制器的各开关位置是否正确、各个调整旋钮或按键）控制器：检查控制器的各开关位置是否正确、各个调整旋钮或按键功能是否正常；检查输入输出信号是否在规定的标准信号范围内；根据输入功能是否正常；检查输入输出信号是否在规定的标准信号范围内；根据输入信号的极性，检查与执行器的动作方向是否对应；通过手动信号的极性，检查与执

51、行器的动作方向是否对应；通过手动/ /自动切换开关，自动切换开关，检查自动跟踪信号是否接入，手动操作时控制器输出是否为跟踪手操信号，检查自动跟踪信号是否接入，手动操作时控制器输出是否为跟踪手操信号，手动手动/ /自动切换是否无扰动。自动切换是否无扰动。 （3 3）执行器：检查其动作方向与阀位指示是否一致；其动作范围与输入）执行器：检查其动作方向与阀位指示是否一致；其动作范围与输入信号是否一致；阀位反馈信号是否起到负反馈作用。各项都应该调整核实。信号是否一致；阀位反馈信号是否起到负反馈作用。各项都应该调整核实。 （4 4）控制阀：检查阀杆位移与控制器的输出是否符合规定的特性关系；）控制阀：检查阀

52、杆位移与控制器的输出是否符合规定的特性关系；阀杆移动时有无卡涩、松动或漏气现象，更不允许有间隙存在。阀杆移动时有无卡涩、松动或漏气现象，更不允许有间隙存在。 （5 5）阀门定位器：当阀杆移动时，检查反馈连杆与反馈凸轮运动方向是）阀门定位器：当阀杆移动时，检查反馈连杆与反馈凸轮运动方向是否符合规定；经放大后的输出信号推动阀杆是否灵敏有力，有无阻滞现象。否符合规定；经放大后的输出信号推动阀杆是否灵敏有力，有无阻滞现象。 （6 6）综合检查：检查系统中有关部件的灵敏度和可靠性，尤其是安保系）综合检查：检查系统中有关部件的灵敏度和可靠性，尤其是安保系统要重点测试，并模拟实验性能。最后进行联校，一次仪表

53、和二次仪表的信统要重点测试，并模拟实验性能。最后进行联校，一次仪表和二次仪表的信号对应，二次仪表与执行器的信号对应。号对应，二次仪表与执行器的信号对应。3 3仪表的调整和校验仪表的调整和校验学习情境十二学习情境十二 单回路检测控制系统设计与投运单回路检测控制系统设计与投运保定电力职业技术学院保定电力职业技术学院 完成上述工作并整定好控制器参数后，即可将控制系统投入运行。所谓完成上述工作并整定好控制器参数后，即可将控制系统投入运行。所谓控制系统的投运，是通过适当的方法使控制器从手动状态平稳地转到自动运控制系统的投运，是通过适当的方法使控制器从手动状态平稳地转到自动运行状态。控制系统的投运过程要实

54、现无扰动切换。无扰动切换包含两层含义，行状态。控制系统的投运过程要实现无扰动切换。无扰动切换包含两层含义，即当控制器在手动状态与自动状态之间互相切换时，都必须保证以尽可能小即当控制器在手动状态与自动状态之间互相切换时，都必须保证以尽可能小的扰动进入系统。的扰动进入系统。4 4系统的投运系统的投运 根据生产过程的实际情况，首先将检测变送器投入运行，观察其测量显根据生产过程的实际情况，首先将检测变送器投入运行，观察其测量显示的参数是否正确；其次利用调节阀手动遥控，待被控参数在给定值附近稳示的参数是否正确；其次利用调节阀手动遥控，待被控参数在给定值附近稳下来后，再从手动切换至自动控制。在调节器从手动

55、切换到自动运行前必须下来后，再从手动切换至自动控制。在调节器从手动切换到自动运行前必须做细致的检查工作，首先检查调节器的正、反作用是否正确，调节器的做细致的检查工作，首先检查调节器的正、反作用是否正确，调节器的PlDPlD参数是否设置好等。检查完毕后，当测量值与给定值的偏差为零时，将调节参数是否设置好等。检查完毕后，当测量值与给定值的偏差为零时，将调节器由手动切换到自动，于是实现了系统的投运。器由手动切换到自动，于是实现了系统的投运。 系统投入自动运行后，观察系统的控制质量指标是否达到设计要求，否系统投入自动运行后，观察系统的控制质量指标是否达到设计要求，否则，再对调节器的则，再对调节器的PIDPID参数作适当的微调，以期达到较好的控制质量的设计。参数作适当的微调，以期达到较好的控制质量的设计。学习情境十二学习情境十二 单回路检测控制系统设计与投运单回路检测控制系统设计与投运保定电力职业技术学院保定电力职业技术学院学习情境十二学习情境十二 单回路检测控制系统设计与投运单回路检