《化工自动化仪表》课程教学资源（PPT课件讲稿）第11章 简单控制系统

第11章简单控制系统 简单控制系统的结构与组成这一章主要回答三个问题 口控制的目的、被控变量的选择 1.控制什么? 口对象特性、控制变量的选择 2.拿什么来控制? 口测量滞后、测量信号处理 3.通过什么方式控制? 负荷变化、调节阀选择 口控制规律的选择 控制系统的投运与参数整定

第11章 简单控制系统 ❑ 简单控制系统的结构与组成 ❑ 控制的目的、被控变量的选择 ❑ 对象特性、控制变量的选择 ❑ 测量滞后、测量信号处理 ❑ 负荷变化、调节阀选择 ❑ 控制规律的选择 ❑ 控制系统的投运与参数整定 这一章主要回答三个问题 1.控制什么？ 2.拿什么来控制？ 3.通过什么方式控制？

第一个问题:控制什么? 答:控工艺要求的指标 具体分为两种情况: 1工艺要求的指标可以直接在线测量 直接控制这个指标就可以了〔直接指标控制) 2工艺要求的指标不可以直接在线测量 寻找一个于工艺指标有明显的对于关系,且可以测量的另一个间接指标,通 过控制间接指标来达到控制工艺指标的目的(间接指标控制) 例如:精馏塔的组分是不能直接在线测量的,通过分析可以发现,当压力恒 定的时候,组分与温度存在单值对应关系;或者温度恒定的时候,组分与压 力存在单值对应关系,根据P173中的分析,最终可以确定 固定压力,通过控制温度来间接控制组分是合理的

第一个问题：控制什么？ 答：控工艺要求的指标 具体分为两种情况： 1.工艺要求的指标可以直接在线测量 直接控制这个指标就可以了（直接指标控制） 2.工艺要求的指标不可以直接在线测量 寻找一个于工艺指标有明显的对于关系，且可以测量的另一个间接指标，通 过控制间接指标来达到控制工艺指标的目的（间接指标控制） 例如：精馏塔的组分是不能直接在线测量的，通过分析可以发现，当压力恒 定的时候，组分与温度存在单值对应关系；或者温度恒定的时候，组分与压 力存在单值对应关系，根据P173中的分析，最终可以确定： 固定压力，通过控制温度来间接控制组分是合理的

第二个问题:拿什么控制? 答:拿一个对被控变量影响较 显著的变量来控。 K大一些,T小一些,τ最好为0 测量仪表的选用和安装: 量程、材质、精度等满足工艺要求 测量仪表本身要反应快 应选择有代表性位置进行安装 仪表安装时所用的辅助装置不应带来较大的测量滞后(至少要满足要求 执行器的选用和安装: 口径(流通能力)、材质、结构形式、正反作用、流量特性等满足要求 本身反应快(气信号不要进行远距离传输、必要时可以采用电气转换器、 阀门定位器) 阀门安装位置应尽可能靠近被控设备(二者中间不能有很长的工艺管路, 否则会人为增大广义对象的纯滞后)

第二个问题：拿什么控制？ 答：拿一个对被控变量影响较 显著的变量来控。 K大一些，T小一些，τ最好为0 测量仪表的选用和安装： 量程、材质、精度等满足工艺要求 测量仪表本身要反应快 应选择有代表性位置进行安装 仪表安装时所用的辅助装置不应带来较大的测量滞后(至少要满足要求) 执行器的选用和安装： 口径（流通能力）、材质、结构形式、正反作用、流量特性等满足要求 本身反应快（气信号不要进行远距离传输、必要时可以采用电气转换器、 阀门定位器） 阀门安装位置应尽可能靠近被控设备（二者中间不能有很长的工艺管路， 否则会人为增大广义对象的纯滞后）

第三个问题:以什么方式控制? 答:没有标准答案 (选择合适的调节规律) 最常用的调节规律: 位式控制、P、PI、PD、PID (需要充分理解眢种调节规律的特点和适用场合) 后续问题:如何整定PID参数? 答:临界比例度法+经验 衰减曲线法十经验 经验凑试法 最好的方法就是“经验

第三个问题：以什么方式控制？ 答：没有标准答案 （选择合适的调节规律） 最常用的调节规律： 位式控制、P、PI、PD、PID （需要充分理解各种调节规律的特点和适用场合） 后续问题：如何整定PID参数？ 答：临界比例度法＋经验 衰减曲线法＋经验 经验凑试法 最好的方法就是“经验

第一节概述 概述 选择被控变量 四个基本环节: 选择操纵变量 >测量变送环节 >控制器 处理测量信号 >执行器 被控对象 选择调节阀 干扰 选择控制规律/氵设定值 偏差 被控变量 控制器执行器 被控对象 系统投运 参数整定 测量变送环节

第一节 概述 四个基本环节： ➢ 测量变送环节 ➢ 控制器 ➢ 执行器 ➢ 被控对象 被控变量 控制器 执行器 被控对象 测量变送环节 干扰 设定值 偏差 ＋ － 选择被控变量 选择操纵变量 处理测量信号 选择调节阀 选择控制规律 系统投运 参数整定 概述

常见的两种简单控制系统: 液位控制系统 温度控制系统 冷流体 换热器 干扰 被控变量 (液位或温度 设定值偏差「控制器 执行器 被控对象 (LC或TOH+(控制阀) (液位储槽或换热器 测量、变送环节 (LT或TT) ←广义对象 简单控制系统方块图

控制器 (LC或TC) 执行器 （控制阀） 被控对象 （液位储槽或换热器 ） 测量、变送环节 （LT或TT） 被控变量 （液位或温度） 干扰 设定值 偏差 ＋ － 广义对象 简单控制系统方块图 载 热 体 冷流体 换热器 液位控制系统 温度控制系统 常见的两种简单控制系统：

第二节被控变量的选择 概述 选择被控变量 选择被控变量 选择操纵变量 明确 使生产过程自动按照预定的目标进行,并使 控制目的工艺参数保持在预先规定的数值上(或按预 定规律变化) 处理测量信号 分析 “关键”变量:对产品的产量、质量以及生 生产工艺产过程的安全具有决定作用的变量 选择调节阀 两种控制类型:直接指标控制和间接指标控制 选择控制规律 确定 当质量指标信号缺少检测手段、信号微弱、滞 被控变量后很大时,可选取与直接质量指标有单值对应 关系而反应又快的变量做为间接控制指标 系统投运 参数整定

第二节 被控变量的选择 明确 控制目的 使生产过程自动按照预定的目标进行，并使 工艺参数保持在预先规定的数值上（或按预 定规律变化） 分析 生产工艺 “关键”变量：对产品的产量、质量以及生 产过程的安全具有决定作用的变量 确定 被控变量 两种控制类型：直接指标控制和间接指标控制 当质量指标信号缺少检测手段、信号微弱、滞 后很大时，可选取与直接质量指标有单值对应 关系而反应又快的变量做为间接控制指标。 选择被控变量 选择被控变量 选择操纵变量 处理测量信号 选择调节阀 选择控制规律 系统投运 参数整定 概述

精馏塔系统的被控变量选择泽 冷却水 进料 回流F塔顶产品 苯一二甲苯的Tx图 Ox, XA T 0.125 P MPa 0.075 蒸汽 塔底产品 苯一二甲苯的P-x图 精馏过程示意图 塔顶易挥发组分纯度X、塔顶温度T、塔顶压力P三者 之间的关系为:X=f(TD,P),两个独立变量

精馏过程示意图 冷却水 TD p 进料 Q入，X入，T入 回流F 塔底产品 塔顶产品 QZ 蒸汽 TH 苯－二甲苯的T-x图 TD ℃ XD% 苯－二甲苯的P-x图 P MPa XD% 塔顶易挥发组分纯度XD、塔顶温度TD、塔顶压力P三者 之间的关系为： XD= f (TD，P)，两个独立变量。 精馏塔系统的被控变量选择

被控变量选择的一般原则 ◇要有代表性。被控变量应能代表一定的工艺操作指标或能反 映工艺操作状态,一般都是工艺过程中比较重要的变量。 ◇应该独立可控。简单控制系统的被控变量应避免和其他控制 系统的被控变量有关联(耦合)关系。 ◇滞后要小。采用直接指标作为被控变量最直接也最有效。当 无法获得直接指标信号,或其测量和变送环节滞后很大时,可 选择与直接指标有单值对应关系的间接指标作为被控变量。 ◇灵敏度要高。被控变量应能被测量出来,并具有足够大的灵 敏度。 ◇成本要低。选择被控变量时,必须考虑工艺的合理性和国内 仪表产品现状

 要有代表性。被控变量应能代表一定的工艺操作指标或能反 映工艺操作状态，一般都是工艺过程中比较重要的变量。  应该独立可控。简单控制系统的被控变量应避免和其他控制 系统的被控变量有关联（耦合)关系。  滞后要小。采用直接指标作为被控变量最直接也最有效。当 无法获得直接指标信号，或其测量和变送环节滞后很大时，可 选择与直接指标有单值对应关系的间接指标作为被控变量。  灵敏度要高。被控变量应能被测量出来，并具有足够大的灵 敏度。  成本要低。选择被控变量时，必须考虑工艺的合理性和国内 仪表产品现状。 被控变量选择的一般原则

第三节操纵变量的选择 概述 选择被控变量 操纵变量与千扰变量 选择操纵变量 0 X 处理测量信号 被控变量D F 选择调节阀 影响塔顶温度的各种输入示意图 选择控制规律 原则上,在诸多影响被控变量的输入中选择一个对被控 变量影响显著而且可控性良好的输入作为控制变量后, 系统投运 其它所有未被选中的输入则成了为系统的干扰变量 参数整定

操纵变量与干扰变量 第三节 操纵变量的选择 Q入 T入 X入 QZ F TH 被控变量TD 影响塔顶温度的各种输入示意图 被 控 对 象 原则上，在诸多影响被控变量的输入中选择一个对被控 变量影响显著而且可控性良好的输入作为控制变量后， 其它所有未被选中的输入则成了为系统的干扰变量。 选择被控变量 选择操纵变量 处理测量信号 选择调节阀 选择控制规律 系统投运 参数整定 概述