化工自动化及仪表：第七章 简单控制系统

1、第七章 简单控制系统主要内容 简单控制系统的设计简单控制系统的投运与参数整定简单控制系统的设计7.1 控制系统的组成7.2 简单控制系统的设计7.2.1控制系统设计概述基本内容确定控制方案仪表及装置的选型相关工程内容的设计基本步骤初步设计施工图设计设计文件和责任签字参与施工和试车设计回访722被控变量的选择在多个变量中选择被控变量应遵循下列原则：尽量选择能直接反映产品质量的变量作为被控变量；所选被控变量能满足生产工艺稳定安全高效的要求必须考虑自动化仪表及装置的现状。723 操纵变量的选择操纵变量的选取应遵循下列原则：操纵变量必须是工艺上允许调节的变量；操纵变量是应该是系统中所有被控变量的输入变

2、量中的对被控变量影响最大的一个。控制通道的放大系数要尽量大一些，时间常数适当小些，滞后时间尽量小。不宜选择代表生产负荷的变量作为操纵变量，以免产量受到波动。7.2.4 控制规律及控制器作用方向的选择 在控制系统中，仪表选型确定以后，对象的特性是固定的，不好改变的；测量元件及变送器的特性比较简单，一般也是不可以改变的；执行器加上阀门定位器可有一定程度的调整，但灵活性不大；主要可以改变参数的就是控制器。 系统设置控制器的目的，也是通过它改变整个控制系统的动态特性，以达到控制的目的。（1）控制规律的选择位式控制常见的位式控制有双位和三位两种。一般适用于滞后较小，负荷变化不大也不剧烈，控制质量要求不高

3、，允许被控变量在一定范围内波动的场合，如恒温箱、电阻炉等的温度控制。比例控制当负荷变化时，克服扰动能力强，控制作用及时，过渡过程时间短，但过程终了时存在余差，且负荷变化越大余差也越大。比例控制适用于控制通道滞后较小、时间常数不太大、扰动幅度较小，负荷变化不大、控制质量要求不高，允许有余差的场合。如贮罐液位、塔釜液位的控制和不太重要的蒸汽压力的控制等。比例积分控制引入积分作用能消除余差，故比例积分控制是使用最多、应用最广的控制规律。加入积分作用后要保持系统原有的稳定性，必须加大比例度（削弱比例作用）。对于控制通道滞后小，负荷变化不太大，工艺上不允许有余差的场合，如流量或压力的控制，采用比例积分控

4、制规律可获得较好的控制质量。比例微分控制引入了微分，会有超前控制作用，能使系统的稳定性增加，最大偏差和余差减小，加快了控制过程，改善了控制质量，故比例微分控制适用于过程容量滞后较大的场合。对于滞后很小和扰动作用频繁的系统，应尽可能避免使用微分作用。比例积分微分控制微分作用对于克服容量滞后有显著效果，对克服纯滞后是无能为力的。在比例作用的基础上加上微分作用能提高系统的稳定性，加上积分作用能消除余差，又有、TI 、TD三个可以调整的参数，因而可以使系统获得较高的控制质量。它适用于容量滞后大、负荷变化大、控制质量要求较高的场合，如反应器、聚合釜的温度控制。（2）控制器作用方向的选择控制系统各环节增益

5、的有正、负之别。各环节增益的正或负可根据在稳态条件下该环节输出增量与输入增量之比确定。当该环节的输入增加时，其输出增加，则该环节的增益为正，反之，如果输出减小则增益为负。对象的增益可以是正，亦可以是负气开控制阀的增益是正的；气关控制阀的增益是负的。检测元件和变送器的增益一般是正。控制器有正、反作用之分，正作用控制器的增益是负的；反作用控制器的增益是正的。整个控制系统必须是一个负反馈系统，所以回路中各环节增益的乘积必须为正值。一个控制系统设计好后，对象、控制阀、检测元件和变送器的增益亦确定了，通过选择控制器作用方向来保证控制系统是一个负反馈系统。图示液位控制系统中，如操纵变量是进料量并选择气开阀

6、。进料阀开度增加，液位升高，因此对象增益Kp为正；液位升高，检测变送环节的输出增加，检测变送环节Km为正；气开阀Kv为正；为保证负反馈，K开=KcKvKpKm0，因此应选择控制器增益Kc为正，即为反作用控制器。如操纵变量是出料量同样选择气开阀出料阀开度增加，液位降低，因此对象增益Kp为负；应选择控制器增益Kc为负，即为正作用控制器。7.2.5执行器(气动薄膜控制阀)的选择(1) 控制阀结构类型及材质的选择(2) 控制阀气开、气关形式的选择首先要从生产安全出发从保证产品质量出发从降低原料、成品、动力损耗来考虑从介质的特点考虑(3)控制阀流量特性的选择(4)控制阀口径大小的选择7.3 简单控制系统

7、的参数整定所谓参数整定，就是对于一个已经设计并安装就绪的控制系统，选择合适的控制器参数来改善系统的静态和动态特性，使系统的过渡过程达到最为满意的质量指标要求。工程整定法经验整定法临界比例度法衰减曲线法7.4 控制系统的投运投运前的准备工作投运过程根据经验或估算设置PID参数确认控制阀的气开、气关作用后确认控制器的正、反作用现场的人工操作手动遥控投入自动进一步调整PID参数7.5简单控制系统设计案例贮槽液位控制系统设计被控变量 :贮槽液位 操纵变量 :流入量选用仪表DDZ-型差压变送器测量贮槽液位并输出测量信号。气动薄膜控制阀, 选对数流量特性。气开阀。控制器控制规律和正、反作用方式：如果贮槽在生产过程中是起缓冲作用，其液位控制要求不高，则控制器选比例控制，且比例度可以选得稍大一些。如果贮槽在生产过程中作为计量槽使用时，则需要精确控制液位。控制器可以采用PI控制规律，以消除余差。结合控制阀的气开、气关特性，控制器选反作用方式。喷雾式干燥设备控制系统设计被控变量 : 干燥温度 操纵变量 :方案一：乳液流量方案二：蒸汽流量方案三：选择旁路空气流量综合比较之后，确定将旁路控制流量作为操纵变量较为理想。 过程检测控制仪表的选用 根据生产工艺和用户要求，选用电动单元组合仪表。由于被控温度在600以下，选用热电阻作为测温元件，配用温度变送器。选用对数流量特性的控