電廠化學儀表：第七章1.2節(jié) 自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)及組成

1、第一節(jié)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)及組成 一、人工調(diào)節(jié)和自動調(diào)節(jié) 在化學水處理系統(tǒng)向熱力系統(tǒng)補水時，基本要求是維持水 箱(稱為調(diào)節(jié)對象)中的水位h(稱為被調(diào)量)在規(guī)定范圍內(nèi)。 引起水位變化的直接原因是生水雖W(稱為流人量)和補充到系統(tǒng)中的軟化水量D(稱為流出量)的平衡關系受到了破壞。由運行人員觀察儀表上指示的水位值，調(diào)整軟化器入口的手動調(diào)節(jié)閥M的開度，使水箱水位恢復到規(guī)定值a(稱為給定值)。這種由人來直接進行的調(diào)節(jié)過程稱之為人工調(diào)節(jié)。若用一套自動調(diào)節(jié)裝置來代替上述人工操作，就叫做自動調(diào)節(jié)。人工和自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)分別如圖7一1x圖7一2所示。 自動調(diào)節(jié)裝置包括三個部分: (1)測量部件(變送器)二用來測量被調(diào)量的大

2、小，能把被調(diào)量信號轉(zhuǎn)換成與其成比例的電流或電壓信號。這部分的功能相當于人眼睛的作用。在電廠化學水處理方面，常見的測量部件是液位計、流量計、PH表、電導率表等。 (2)運算部件(調(diào)節(jié)器)。接受測量部件送來的被調(diào)量信號，并把它與定值器(運行人員根據(jù)生產(chǎn)要求，在定值器上預先設置好給定值)送來的給定值進行比較，當被調(diào)量與給定值有偏差時，調(diào)節(jié)器按某種或幾種運算規(guī)律(如比例、微分、積分等規(guī)律)進行運算，并根據(jù)運算結果發(fā)出調(diào)節(jié)信號。(3)執(zhí)行機構(執(zhí)行器):按照調(diào)節(jié)器送來的調(diào)節(jié)信號去控制調(diào)節(jié)機構，如閥門、伺服電動機等。調(diào)節(jié)系統(tǒng)中常用的術語(1)自動調(diào)節(jié)。自動維持生產(chǎn)過程在規(guī)定的工況下進行。(2)調(diào)節(jié)對象二指

3、被調(diào)節(jié)的生產(chǎn)過程或生產(chǎn)設備。(3)被調(diào)量。表征生產(chǎn)過程是否符合工藝要求的物理量，也是調(diào)節(jié)作用所要維持為給定值或維持在一定范圍內(nèi)的參數(shù)(4)給定值。要求被調(diào)量達到的數(shù)值。(5)擾動口引起被調(diào)量偏離其給定值的各種作用稱為擾動。 二、自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成 自動調(diào)節(jié)裝置和所控制的生產(chǎn)設備(即調(diào)節(jié)對象)聯(lián)接起來，就構成一個自動調(diào)節(jié)系統(tǒng);為了能更清楚地表示一個自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)各個組成環(huán)節(jié)之間的相互影響和信號聯(lián)系，便于對系統(tǒng)分析研究，一般都用方框圖來表示調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成。例如，火電廠中化學水處理軟化系統(tǒng)往工業(yè)冷卻水系統(tǒng)補水的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其調(diào)節(jié)對象是軟化水箱，被調(diào)量是軟化水箱水位。圖7-2所示軟化水補水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)

4、可用圖7一3方框圖來表示。每個方框稱為一個環(huán)節(jié)，環(huán)節(jié)之間用帶有箭頭的連接線表示信號的傳遞通遭和方向。箭頭指向環(huán)節(jié)表示這個環(huán)節(jié)的輸人。箭頭離開環(huán)節(jié)表示這個環(huán)節(jié)的輸出，線上字母表示環(huán)節(jié)之間的作用信號。如軟化水輸出量D及生水量W是軟化水箱環(huán)節(jié)的輸入信號，又稱輸入量;軟化水箱水位11是軟化水箱環(huán)節(jié)的輸出信號，又稱輸出量。每個環(huán)節(jié)都有輸入量和輸出量。每個環(huán)節(jié)的輸入量是引起它的輸出量變化的原因，或者說輸出量的變化是輸人量變化的結果。方框圖中的環(huán)節(jié)并不代表某一部件或設備的具體結構，輸人量和輸出量也并不代表流人或流出某一設備的物質(zhì)或能量。方框圖只表示調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作過程中各變量之間的因果關系，而這種因果關系是不可

5、逆的。如軟化水輸出量刀的變化能引起水位H的變化，而水位H的變化不能影響軟化水輸出量D的變化。生水流量W變化不是水位月變化通過水箱環(huán)節(jié)的逆作用引起，而是執(zhí)行機構作用的結果。三、自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的分類1.按給定值信號的特征分類 1)定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)在運行中，其被調(diào)量的給定值保持恒定，因而調(diào)節(jié)的結果，被調(diào)量也基本不變。 2)隨動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的被調(diào)量給定值不是預先設定的，而是，隨某些因素的變化而變化變化規(guī)律未知)的，因此系統(tǒng)的愉出量也是以一定的準確度跟隨給定值變化的。 3)程序調(diào)節(jié)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的給定值是預先規(guī)定的時間函數(shù)，如汽輪機啟動過程中的轉(zhuǎn)速給定值隨時間的變化規(guī)律是預先擬定的，因此汽輪機

6、的實際轉(zhuǎn)速也是按預先擬定的規(guī)律變化的。2.按工作原理分類 1)反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)是根據(jù)被調(diào)量與其給定值之間的偏差進行調(diào)節(jié)的，最后消除偏差。 2)前饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)是根據(jù)擾動信號進行調(diào)節(jié)的，即根據(jù)擾動量大小，系統(tǒng)產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用去補償(抵消)擾動對被測量的影響，簡單地說是擾動補償”。第二節(jié)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的過渡過程 一、系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài) 在自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，把被調(diào)量不隨時間變化的平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的靜態(tài)，把被調(diào)量隨時間變化的不平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的動態(tài)。 系統(tǒng)處于靜態(tài)時，各參數(shù)(或信號)的變化率為零，即參數(shù)保持不變。當系統(tǒng)受到干擾作用靜態(tài)被破壞了時，調(diào)節(jié)器等自動調(diào)節(jié)裝置會改變調(diào)節(jié)參數(shù)以克服干擾作用的影響

7、，使系統(tǒng)恢復平衡。 二、系統(tǒng)的過渡過程 自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)處于動態(tài)時，被調(diào)參數(shù)隨時間變化的過程稱為自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程或過渡過程，即系統(tǒng)從一個平衡狀態(tài)過渡到另一個平衡狀態(tài)的過程，如圖7一5所示。在過渡過程中，被調(diào)量隨時間變化的曲線稱為過渡過程曲線(也叫調(diào)節(jié)過程曲線)，它是分析對象動態(tài)特性的曲線，對于一個自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，不管是在設計、還是在運行階段，評價系統(tǒng)質(zhì)量的依據(jù)主要是系統(tǒng)的過渡過程。在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的干擾沒有固定形式，屬于隨機性質(zhì)。在分析和設計過程中，為了安全和方便，的干擾形式，其中最常用的是階躍干擾，通常假設一些典型如圖7一6所示。三、調(diào)節(jié)系統(tǒng)的品質(zhì)指標 1.穩(wěn)定性 通常用衰減率這個概念來定量

8、表示調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。衰減率是指每經(jīng)過一個周期，被調(diào)量波動幅值衰減的百分數(shù)，用表示。式中y1第一個半波的幅值 y3第三個半波的幅值由圖7-8可知，是同方向的兩個相鄰波幅之差y1 y3與第一個波幅y1的比值，y1,y3波幅值均指波峰至波動曲線中心線的垂直距離。根據(jù)的數(shù)值，可容易地判別調(diào)節(jié)過程的性質(zhì)。若0則調(diào)節(jié)過程是發(fā)散振蕩的;若=o，則調(diào)節(jié)過程是等幅振蕩的;若0O表明系統(tǒng)是穩(wěn)定的.但也不能認為愈大愈好，=1時，就構成非周期過程，過程的持續(xù)時間長，動態(tài)偏差大，一般取用=0.750.9的衰減振蕩過程比較合適。2，準確性調(diào)節(jié)過程的準確性可以用被調(diào)量的動態(tài)偏差和穩(wěn)態(tài)偏差來表示。 1)動態(tài)偏差。動態(tài)偏差是

9、指整個調(diào)節(jié)過程中被調(diào)盤偏離給定值的最大短期偏差(也叫最大偏差)，即圖7-8所示被調(diào)量的第一個波峰高度ymax。動態(tài)偏差越大，偏差時間越長，系統(tǒng)離開規(guī)定的生產(chǎn)狀態(tài)就越遠。 2)穩(wěn)態(tài)偏差(靜態(tài)偏差)。穩(wěn)態(tài)偏差是指調(diào)節(jié)過程結束后，被調(diào)重與給定值的長期偏差，也稱之殘余偏差或簡稱余差，其值可為正，也可為負。一般，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)偏差愈小愈好，但也不能一概而論，要看具體情況而定。3.快速性快速性可用過渡時間、自然振蕩頻率或周期來表示。 1)過渡時間。從階躍擾動作用起至被調(diào)對象建立新的平衡狀態(tài)止，這段時間叫做過渡時間.嚴格的講，被調(diào)童完全達到新的穩(wěn)定值需要很長的時間。實際上，由于儀表靈敏度的限制，當被調(diào)量靠近穩(wěn)定值時，儀表指示值就基本不改變了。所以在可測量的區(qū)域內(nèi)，在穩(wěn)定值上下規(guī)定一個小的范圍，當儀表指示值進人這一范