单回路控制系统

单回路控制系统第一页，共十七页，2022年，8月28日第一节概述一、单回路控制系统组成与工作原理

由一个测量变送器、一个调节器、一个执行器和对象组成，仅有一个闭合回路的系统叫单回路控制系统。在选择控制方案时，只有在简单控制系统不能满足生产过程控制的要求时，才考虑采用两个回路以上组成的复杂控制系统。检测/变送控制器执行器对象实际值期望值SP方框图第二页，共十七页，2022年，8月28日二、如何确定控制方案控制系统的设计就是在了解工艺要求基础上，选择合适的控制方案、确定相应的控制装置，以使被控量按预期自动运行。设计时主要考虑以下几个环节：(1)被控量(输出)和操纵量(输入)的确定；(2)检测变送环节的考虑(信息的获取与变送)；(3)控制作用和控制阀的选择；(4)控制系统的工程整定和投运。第三页，共十七页，2022年，8月28日第二节被控量和操纵量的选择一、被控量的选择原则

作为被控量，必须能够获得检测信号并有足够大的灵敏度，滞后要小。

必须考虑工艺生产的合理性和仪表的现状，检测点的选取必须合适。被控量的选择方法(1)选直接参数。即能直接反映生产过程产品产量和质量，以及安全运行的参数(如锅炉水位控制)。(2)选间接参数。当选直接参数有困难时采用，间接指标与直接指标之间必须是一一对应的函数关系(如锌精矿沸腾炉的炉温控制，炉温是反映焙砂质量的一个间接指标)。第四页，共十七页，2022年，8月28日二、操纵量的选择

操纵量是克服扰动影响、使系统重新恢复平稳运行的积极因素。应该遵循快速、有效地克服干扰的原则去选择操纵量。操纵量的选择原则(1)控制通道对象放大系数适当地大些，时间常数适中，纯滞后越小越好；(2)扰动通道对象的放大系数应尽可能小，时间常数应尽可能大；(3)扰动作用点应尽量靠近控制阀或远离检测元件，增大扰动通道的容量滞后，可减少对被控量的影响；(4)操纵量的选择不能单纯从自动控制的角度出发，还必需考虑生产工艺的合理性、经济性。第五页，共十七页，2022年，8月28日第三节检测及变送环节的考虑一、检测及变送环节任务、作用及要求任务：对被控量进行正确测量，并将其转换为标准信号。要求：能正确、及时地反映被控量的状况，提供操作人员判断生产工况和系统进行控制作用的依据。二、检测变送环节特性

通常等效为带滞后的一阶惯性特性【理想特性为比例环节】。三、选型注意事项

应尽量减少其时间常数与滞后时间。第六页，共十七页，2022年，8月28日(1)流量特性(实际上就是选线性还是对数特性，因为抛物线特性阀通常用的很少，而蝶阀当导通角为0-70o时近似为对数特性)；(2)结构形式；(3)开闭形式；

(4)口径计算。ZXP(ZJHP)型新系列气动薄膜直通单座阀

ZAZN型电动双座阀

第四节控制阀的选择第七页，共十七页，2022年，8月28日一、控制阀的流量特性选择第八页，共十七页，2022年，8月28日二、控制阀结构形式的选择控制阀选用时需注意两点：

(1)被控介质的工艺条件，如温度、压力、流量；(2)被控介质的流量特性，如黏度、腐蚀性、毒性、是否含悬浮颗粒、液态还是气态等。(a)单座控制阀(b)双座控制阀(c)角形控制阀(d)套筒控制阀1-阀杆；2-上阀盖；3-填料；4-阀芯；5-阀座；6-阀体部分控制阀结构第九页，共十七页，2022年，8月28日控制阀结构形式特点及适用场所直通单座阀结构简单，装配方便，泄漏小，但受流体冲击不平衡力大。适用于小口径Dg≤25mm的场合。直通双座阀受流体冲击不平衡力影响小，但关不严渗漏较大，适用于大口径管道的场合。角形阀阀体受流体的冲击小，体内不易结污，对粘度高、有悬浮物和颗粒物的流体尤为适用，并且调节稳定性较好。蝶阀流阻小，适用于低差压大流量的气体及含有固体悬浮物的介质，通常流量特性与等百分比相似。隔膜阀用于强腐蚀性粘度高带悬浮物或带纤维的介质，但不耐高温和高压。三通阀分三通合流阀和三通分流阀，适用于介质三个方向的流通。对于三个系统的分合流控制非常有效。第十页，共十七页，2022年，8月28日三、控制阀开闭(作用)形式的选择控制阀的开(信号增大时阀开大)闭(信号压力增大阀关小)形式选择主要基于以下几点考虑：⑴安全角度：出现意外，保证人员、设备安全；⑵质量角度：出现意外事故，考虑产品质量；⑶消耗角度：考虑原料、成品及动力等的因素；⑷介质特点：特殊介质，考虑结晶、蒸发等因素；⑸控制阀作用方式的选择要和控制器作用方式的选择匹配以满足控制通道作用方向的要求。正正反反p0p0正反反正p0p0气关阀 气开阀第十一页，共十七页，2022年，8月28日控制阀开闭选择之安全原则：控制阀开闭形式的选择主要从生产安全角度考虑，一般在控制阀气/电源中断时，应切断进入被控设备的原料或热源，停止向设备外输出产品。第十二页，共十七页，2022年，8月28日四、控制阀口径计算调节阀的口径选择是由调节阀流通能力C(或称流量系数)决定的。调节阀口径的选择实质上就是根据特定的工艺条件(即给定的介质流量与物性参数及阀前后的压差等)进行Cmax值的计算，然后按调节阀生产厂家的产品目录，选出相应的调节阀口径，使得通过调节阀的流量满足工艺要求的最大流量且留有一定的裕度，但裕度不宜过大。第十三页，共十七页，2022年，8月28日第五节控制器控制规律及作用方向的选择一、控制器控制规律的选择

控制系统品质主要取决于控制器控制作用的选择。选择控制规律时，需根据对象特点以及控制要求来进行。基本的控制作用主要有位式、比例(P)、比例积分(PI)、比例微分(PD)和比例积分微分(PID)等几种，下表列出了它们各自特点以及使用场合以供选择。第十四页，共十七页，2022年，8月28日二、控制器正、反作用方式的选择原则：使整个单回路构成负反馈系统第六节控制器参数整定控制器参数整定，就是确定控制器参数。控制器参数的整定方法有理论计算整定法【通过理论计算(微分方程、频率特性、根轨迹法等)求取控制器参数】和工程整定法【从工程的实际出发，直接在控制系统中进行整定】两种。工程上主要采用工程整定线法（经验凑试法、临界比例带法、衰减曲线法、响应曲法）。第十五页，共十七页，2022年，8月28日PID参数整定经验参数整定找最佳，从小到大顺序查；先是比例后积分，最后再把微分加；曲线振荡很频繁，比例度盘要放大；曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳；曲线偏离回复慢，积分时间往下降；曲线波动周期长，积分时间再加长；曲线振荡频率快，先把微分降下来；动差大来波动慢，微分时间应加长；理想曲线两个波，前高后低４比１；一看二调多分析，调