单回路控制系统课件

单回路控制系统

12.1概述单回路控制系统方框图单回路控制系统：由一个测量元件、一个变送器、一个控制器、一个执行器和一个被控对象组成的单闭环控制系统。也称简单控制系统。12.1.1换热器的温度控制热交换器是常见的一种传热设备，通过它可以将冷物料加热(或冷却)到预定的温度。图示为一个列管式换热器，其中载流体的热量首先传给套管的内壁，经管壁传导后再传给冷流体。传热过程中存在几个串联的热阻，故换热器是一个多容量对象，时间常数和滞后都比较大。根据工艺要求，需要控制的参数是冷流体被加热后的出口温度T1O，此温度要求保持在某一设定数值。影响出口温度T1O的扰动因素主要有：冷流体进口温度T1i和流量F1、载热体入口温度T2i和流量F2等。常见控制方案有下面两种：方案一：控制载热体流量(b)方案二：控制冷流体分流量冷流体F1,T1i载热体

F2,T2iT1OT20TCF’1,T1F1T1OF2TC12.1.2离心泵的流量控制离心泵是液体输送的常用设备。生产工艺往往对输送的流体流量有定量的要求。此时被控量是离心泵的实际排出液体的流量，扰动因素主要有管道阻力特性的变化和泵的供电电压的变化等。控制方案常见的有如下三种：(a)直接节流方案(b)控制旁路流量方案(c)控制转速方案FCFCFC换热器的温度控制1、请问系统（a）和（b）被控变量和操作变量分别是什么？2、请画出控制系统（a）的方框图。3、请写出系统（a）输出与输入、输出与扰动的关系表达式。（a）（b）冷流体F1,T1i载热体

F2,T2iT1OT20TCF’1,T1F1T1OF2TC单回路控制系统的设计主要包括以下几个环节：1、被控量和操纵量的选择2、检测及变送环节的考虑3、控制阀的选择4、控制器控制作用的选择

5、控制系统的工程整定和投运恰当的选择对于稳定生产、提高产品产量和质量、改善劳动条件有很大的作用。若选择不当，则不论组成什么样的控制系统，选择多么先进的过程检测控制仪表，都不能达到良好的控制效果。一.选择的意义12.2被控量和操纵量的选择操纵量是被控对象的输入信号，被控量是其输出信号。12.1.1被控量的选择二.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。(如锅炉锅筒的水位控制。)(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。)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。

当生产过程中有多个因素能影响被控量变化时，应分析过程扰动通道特性与控制通道特性对控制质量的影响，正确地选择可控性良好的变量作为操纵(控制)量。一般希望控制通道克服扰动的能力要强，动态响应应比扰动通道快。通过正确选择控制参数，构成一个控制性能良好的过程控制系统，可有效克服扰动的影响。12.1.2操纵量的选择用来克服干扰对被控变量的影响，实现控制作用的变量。

扰动作用下系统的方框图对象扰动通道广义对象控制器fyyfxox选择原则：

①操纵量应是可控的，即工艺上允许调节的变量。②操纵量一般比其它干扰对被控变量的影响更加灵敏。检测元件及变送器的功能是对被控量进行正确测量，并将其转换位标准信号，是信息获取和传送的重要环节。作为广义对象的一部分，前述关于对象特性和操纵量选择的原则同样适用于检测与变送环节特性的选择。12.3检测及变送环节①测量元件时间常数（主要指测温元件时间常数）会造成测量滞后②测量元件纯滞后（主要由测量元件安装位置引起）例a：温度控制系统

例b：PH值控制系统图12.4控制阀的选择执行器在自动控制系统中，接受调节器的指令，经执行机构将其转换为相应的角位移或直线位移，从而改变被控量（如被控对象的进、出的能量或物料）。控制阀是应用最多的执行器，本节仅介绍控制阀的选择问题，包括其流量特性、结构形式、开闭形式与口径计算。12.4.1控制阀的流量特性的选择按配管情况选择阀的特性控制不适宜等百分比等百分比直线等百分比等百分比等百分比直线直线实际工作特性所选流量特性S<0.3S=0.6~0.3S=1.0~0.6配管状态控制阀种类繁多，各有特点，选用时需注意两点：

1、被测介质的工艺条件，如温度、压力、流量等。2、被测介质的流量特性，如黏度、腐蚀性、毒性、是否含悬浮颗粒、液态还是气态等。12.4.2控制阀结构形式的选择控制阀的应用特性

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。角形阀角形阀的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适用于介质三个方向的流通。分三通合流阀和三通分流阀。对于三个系统的分合流控制非常有效。属新型结构阀。

气开（有信号压力时阀打开）还是气关（有信号压力时阀关闭）式的选择主要基于以下几点考虑：1、生产的安全；2、保证产品质量考虑；3、降低原料和动力的损耗；4、介质特点；

5、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。12.4.3控制阀开闭方式的选择气开与气关(a)(b)(c)(d)控制阀的组合方式(a)、(d)—气关式；(b)、(c)—气开式正正反正反反正反在新装置的设计时，通常按流通能力C值确定阀门口径，常用方法有两种：1、根据实际最大流量Qmax，算出响应的流通能力Cmax，然后从产品系列中选取稍大于Cmax的C值及相应的阀门口径，选取时应留必要的余地。最后在实际最大流量Qmax及实际最小流量Qmin时的阀门开度进行验算：在Qmax时应不大于90%,在Qmin时不小于10%。2、按常用流量算出相应的流通能力Cvc。选用阀门C值应使Cvc/C在0.25~0.8之间，即按常用流量乘以4~1.25倍。一般Cvc/C=0.5为相宜，当工作特性为对数型时可更小些。12.4.4控制阀口径的选择控制阀口径选择附表

(1)特点：输出信号在最大值和最小值两者间切换。(2)适用：允许被控量有持续的小幅度波动。(1)特点：抗干扰能力强，过渡过程时间短，但有余差。(2)适用：控制通道滞后较小，负荷变化不大，允许被

控量在一定范围内变化的系统。

12.5控制器控制作用的选择位式控制：比例控制：控制规律的选择(1)特点：对克服对象的容量滞后有显著的效果。(2)适用：负荷变化大，容量滞后大，控制质量要求很高的系统。(1)特点：过渡过程结束时无余差，但系统的稳

定性降低。(2)适用：滞后较小，负荷变化不大，被控量不

允许有余差的控制系统。比例积分控制：比例积分微分控制：常用的PID调节规律：PID调节规律特点综述：控制器正、反作用的选择控