单回路控制系统原理

单回路掌握系统原理单回路掌握系统原理一、 过程掌握的特点与其它自动掌握系统相比，过程掌握的主要特点是：1、系统由工业上系列生产的过程检测掌握仪表组成。一个简洁的过程掌握系统是由掌握对象和过程检测掌握仪表〔包括测量元件，变送器、调整器和调整阀〕两部分组成。如图1：液位掌握系统HQ1HQ1f〔t〕xf〔t〕x〔t〕e〔t〕调z〔t〕p〔t〕调q〔t〕被KC：调整器的静态放大系数KV：调整阀的静态放大系数Km：变送器的静态放大系数2、被控对象的设备是的，对象的型式很多，它们的动态特性是未知的或者是不格外清楚的，但一般具有惯性大，滞后大，而且多数具有非线性特性。3、掌握方案的多样性。有单变量掌握系统、多变量掌握系统；有线性系统、有非统所不能比较的。4、掌握过程属慢过程，多半属参量掌握。即需对表征生产过程的温度、流量、压力、液位、成分、PH等进展掌握。5、在过程掌握系统中，其给定值是恒定的〔定值掌握，或是时间的函数〔序掌握。掌握的主要目的是在于如何削减或消退外界扰动对被控量的影响。工业生产要实现生产过程自动化，首先必需生疏生产过程，把握对象特点；同时要生疏过程参数的主要测量方法，了解仪表性能、特点，依据生产工艺要求和反馈掌握理论的分析方法，合理正确地构建过程掌握系统；并且通过转变调整仪表的23测量滞后是测量元件本身的特性所引起的动态误差。例如用热电偶或热电阻测量温度时，由于其保护套管存在着热阻和热容，因而具有肯定的时间常数，测温元件的输出信号总是滞后于被控参数的变化，引起被控参数的测量值与真实值之间产生动态误差，从而造成掌握质量下降。为了抑制测量滞后的不良影响，在系统可以承受以下措施：[1]、合理选择快速测量元件。[2]、正确使用微分环节。B、纯滞后纯滞后往往是由测量元件的安装位置不当而引入的。在生产过程中，温度测量和成分分析最简洁引入纯滞后。微分作用对于纯滞后是无能为力的。为了抑制纯滞后的影响，只有合理选择测量元件的安装位置，尽量减小纯滞后。当过程参数测量引起的纯滞后较大时，单回路掌握系统很难满足生产工艺要求，应考虑其它掌握方案。C、信息传送滞后测量信息传送滞后，主要是指气动单元组合仪表的输出信号在管路中传送所造成的滞后。为了抑制信号传送滞后，可承受以下措施：、用气—电和电—气转换器，将气压信号转换为电信号再传送。、在气压信号管路上设置气动继动器或气动阀门定位器，以增大输出功率，削减传送滞后。1调整器的掌握规律有比例〔、积分〔I、微分〔〕种组合。比例调整例调整准时、有力、但有余差。积分调整〔T：依据偏差是否存在来动作，它的输出与偏差对时间的积分成比例，只有当余差消逝时，积分作用才会停顿。积分的作用是消退余差，但积分作用使最大动偏差增大，延长了调整时间。积分时间越小说明积分作用越强，积分作用太强时会引起震荡。积分掌握通常与比例掌握或微分掌握联合作用，构成PI或PID掌握。积分掌握能消退系统的稳态误差，提高掌握系统的掌握精度。但积分掌握通常使系统的稳定性下降。Ti太小系统将不稳定；Ti偏小，震荡次数较多；Ti太大对系统性能的影响削减。微分调整〔T：依据偏差变化速度来动作，它的输出与输入偏差变化的速度成比例，其作用是阻挡被调参数的一切变化，有超前调整的作用，对滞后大的对象有很好的效果。它可以抑制调整对象的惯性滞后、容量滞后，但不能抑制调整对象的纯滞后。常用掌握系统温度掌握系统：时间常数一般较大，为几分钟到几格外钟。温度掌握系统的纯滞后一般也较大。为了改善温度掌握系统的品质，测量元件应选用时间常数小的元件，并尽可能的安装在测量纯滞后小的地方，调整器一般选用PID调整器，适当引入压力掌握系统：气体压力对象根本上是单容的，时间常数与系统容积成正比，PI调整器，积分时间一般为几十秒到几分钟；液体压力对象具有不行压缩性，时间常数很小，通常为几秒钟，同时对象的纯4滞后时间很小，调整过程中被控变量的振荡周期很短。调整器常选用PI调整器。流量掌握系统：流量对象时间常数很小，一般为几秒，对象的纯滞后时间也很小，调整过程中被控变量的振荡周期也很短。调整器常选用PI调整器。液位掌握系统：一个设备或储罐的液位，代表了其流入量和流出量差的累积。PPI调整器。调整器的参数整定调整器参数的工程整定方法有响应曲线法、临界比例度法、衰减曲线法和现场阅历法。在现场我们使用的是现场阅历法来进展调整器的参数整定。对于由比例调整器构成的过程掌握系统，其整定参数只有一个比例度δ，此时只需将比例度δ由大渐渐调小，观看系统过渡过程曲线，直到认为其曲线到达最正确为止。对于由比例积分调整器构成的过程掌握系统，其整定参数有比例度δ和积分时间Ti。此时，首先将Ti→∞，按纯比例作用整定调整器的比例度，使其得到较好的过渡过程曲线。然后，把比例度放大约1.2倍，再引入积分作用并将积分时间从大到小进展调整，使其得到较好的过渡过程曲线。最终，在这个积分时间下，再转变比例度，观看其曲线变化状况，如曲线变化，就按此方向再整定比例度；如曲线无变直到认为其曲线到达最正确为止。对于由比例积分微分调整器构成的过程掌握系统，先使微分时间Td=0，再按上述比例积分调整器的整定方法，得到较满足的过渡过程曲线，然后引入微分作用，使微分时间由小到大进展调整，逐步凑试，直到得到最正确整定参数值2调整阀是过程掌握系统中的一个重要组成环节。调整阀的选择主要是流量特性的选择、流通力量的选择、构造形式的选择和开关形式的选择。应依据对象特性、负荷变化状况和生产工艺的要求动身，来确定所需要的调整阀。〔流量、介质特性等〕和过程掌握系统的质量要求。调整阀对通过的流体流量的掌握是基于转变阀芯与阀座之间的流通截面大小，即转变其阻力大小来到达的。所以，从流体力学的观点来看，调整阀是一个局部阻力可以变化的节流元件。A、调整阀的尺寸选择调整阀的尺寸通常用公称直径DdDd是依据计算出来C来选择。C表示调整阀的容量，其定义为：调整阀全开，阀前、阀后压差为MPa1g/cm3m3数。CC=Q r/〔p1-p2〕式中：r —流体重度；Q—流体的体积流量p1-p2 调整阀前后压差——依据调整所需的物料量Qmax、Qmin，流体重度r及调整阀上的压降p1-p2可以求得最大流量、最小流量时的Cmax和Cmin值。依据Cmax，在所选用产品型式的CmaxC值。5B、气开、气关的选择气动调整阀分气开、气关两种。有掌握气压信号〔即有输出信号〕时阀开、无掌握气压信号时阀关叫气开式；有掌握气压信号〔即有输出信号〕时阀关、无掌握气压信号时阀开叫气关式。在具体选用调整阀气开、气关形式时，应考虑以下状况、考虑事故状态时人身和工艺设备的安全、在事故状态下削减生产原料或动力的消耗铺张，以及保证产品质量。[3]、考虑介质的性质〔防止物料结晶、凝固和堵塞〕C、调整阀流量特性的选择调整阀的流量特性是指介质流过阀门的相对流量与阀门相对开度之间的关系。从过程掌握的角度来看，调整阀最重要的特性是它的流量特性。由于调整阀的特性对整个过程掌握系统的品质有很大的影响。不少掌握系统工作不正常，往往是由于调整阀的特性选择不适宜，或者是阀芯在使用中受腐蚀、磨损使特性变坏引起的。它取决于阀芯的外形，阀芯的外形有快开、直线、抛物线和等百分比四种。而在生产过程中，常常用的有直线、等百分比和快开三种。抛物线流量特性一般可用等百分比特性来代替，快开特性常用于程序掌握及二位式掌握中。因此调整阀流量特性的选择实际是直线与等百分比流量特性的选择。调整阀流量特性的选择的原则：、当对象的放大系数为线性时，应选择直线流量特性调整阀，否则就选择等百分比流量特性调整阀、在负荷变化较大的场合，选择等百分比流量特性调整阀为宜。这是由于等百分比流量特性调整阀的放大系数是随阀芯位移的变化而变化的，其流量变化率恒定，所以，能适应负荷的变化状况。、当调整阀常常工作在小开度时，宜选择等百分比流量特性调整阀。这是因为直线流量特性调整阀在小开度状况下，流量变化率很大，不宜进展微调。D、调整阀的构造形式和材料的选择调整阀的构造形式和材料可依据不同的工艺操作条件和使用要求〔如温度、压力、介质的物理、化学特性〕来选用。常见几种调整阀的构造形式和特点：、直通单座调整阀：阀体内只有一个阀芯和一个阀座。特点是泄露量小，不平衡力大。适用于对泄露量严格要求、压差较小的场合。、直通双座调整阀：阀体有二个阀芯和阀座。它与同口径的单座调整阀相比，流通力量约大20~25%。其优点是允许压差大，缺点是泄露量大。适用于阀两端压差较大，泄露量要求不高的场合。不适用于高粘度和含纤维的场合。、套桶型调整阀〔又叫笼式阀由于这种移动转变了节流孔的面积，从而实现流量调整。优点是具有不平衡力小，缺点是不适用于高温、高粘度、含颗粒和结晶的介质掌握。使阀芯向前下方进入阀座。其优点是具有体积小，重量轻、使用牢靠、修理便利、通用性强，流体阻力小等优点，适用于粘度较大的场合，具有较好的使用性能。[5]、角形阀：阀体为直角形，其流路简洁，阻力小，适用于高压差、高粘度、含悬6浮物和颗粒状物料流量的掌握。一般使用于底进侧出，此时调整阀稳定性好。但在高压场合下，为了延长阀芯使用寿命，可承受侧进底出，但这时使用在小开度时容易发生震荡。6、调整器正、反作用方式的选择调整器正、反作用方式的选择同被控对象的特性以及调整阀的气开、气关形式〔或削减〕时，被控参数亦增加〔或削减反作用。调整阀按其作用方向也有气开、气关两种类型。一个过程掌握系统要能正常工作，则组成该系统的各个环节的极性〔用静态放大系数表示Km通常为正极性，故只需将调整器KC、调整阀KV和调整对象K0的静态放大系数相乘为正号即可。各环节极性的规定：正作用调整器，其静态放大系数KC取负，反作用调整器，其静态放大系数KC取正。气开式调整阀，其静态放大系数KV取正，气关式调整阀，其静态放大系数KV取负。K0取正，反作用被控对象，其静态放大系K0取负。选择调整器正、反作用的次序为：先依据生产工艺安全原则确定调整阀的开、关形式；然后依据被控对象的特性，打算其正、反作用；最终按组成该系统的三个环节的静态放大系数相乘必需为一个正号的原则，打算调整器正、反作用。例：有一个水箱，其流入量为Q1，流出量为Q2，在生产过程中，工艺要求其液位稳