（中職）化工儀表及自動化第五章教學(xué)課件

1、正版可修改PPT課件（中職）化工儀表及自動化第五章教學(xué)課件教 學(xué) 內(nèi) 容第一節(jié) 自動化基礎(chǔ)知識第二節(jié) 簡單控制系統(tǒng)第三節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng)介紹第四節(jié) 典型控制系統(tǒng)方案介紹2第一節(jié) 自動化基礎(chǔ)知識本節(jié)主要知識點：人工調(diào)節(jié)與自動控制自動控制系統(tǒng)的任務(wù)及基本組成自動控制系統(tǒng)的過渡過程及品質(zhì)指標(biāo)影響控制系統(tǒng)的過渡過程的主要因素本節(jié)知識問答：自動控制系統(tǒng)的任務(wù)是什么？它由哪些基本環(huán)節(jié)組成？什么叫被控對象、被控變量、測量值、設(shè)定值、偏差、擾動作用和控制作用？3一、人工調(diào)節(jié)和自動控制眼手腦水位測量與變送執(zhí)行器控制器設(shè)定操作人員所做的工作如下：第一，用眼睛觀察玻璃管 液 位 計的指示值；第二，將指示值與工藝中需要

2、保持的液位值在大腦中比較并算出兩者的差值；第三，當(dāng)指示值偏高（低）時，用手去開大（關(guān)?。╅y門。測量儀表相當(dāng)于人的眼睛，控制器相當(dāng)于人的大腦，控制閥相當(dāng)于人的手腳。一個自動控制系統(tǒng)就是對人工調(diào)節(jié)過程的模擬。4例1：液位控制系統(tǒng)實例5例2：流量控制系統(tǒng)實例6例3：溫度控制系統(tǒng)實例7控制器執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對象變送器被控變量擾動作用控制作用測量值設(shè)定值偏差+- 自動控制系統(tǒng)是由變送器、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和被控對象四個環(huán)節(jié)組成的閉環(huán)負(fù)反饋控制系統(tǒng)。其基本功能是使被控變量與設(shè)定值一致。1.組成二、自動控制系統(tǒng)的組成及分類81、被控對象 是指需要實現(xiàn)控制的工藝設(shè)備、機(jī)械或生產(chǎn)過程。控制器執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對象變送器擾動

3、作用控制作用測量值設(shè)定值偏差+-被控變量被控對象2.名詞解釋92、被控變量 是表征生產(chǎn)設(shè)備（過程）運行情況是否正常而需要加以控制的物理量。控制器執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對象變送器擾動作用控制作用測量值設(shè)定值偏差+-被控變量被控變量103、設(shè)定值 被控變量的預(yù)定（或希望）值。設(shè)定值控制器執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對象變送器擾動作用控制作用測量值偏差+-被控變量設(shè)定值114、控制作用 被自動化裝置操縱，用以使被控變量保持設(shè)定值的物料量和能量。設(shè)定值控制器執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對象變送器擾動作用控制作用測量值偏差+-被控變量控制作用125、擾動作用 除控制作用外，作用于對象并引起被控變量變化的一切因素。設(shè)定值控制器執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對象變送

4、器擾動作用控制作用測量值偏差+-被控變量擾動作用136、測量值 與被控變量對應(yīng)的，變送器的輸出值。通常為420mA范圍內(nèi)的直流電流或其它數(shù)字通訊協(xié)議。 設(shè)定值控制器執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對象變送器擾動作用控制作用測量值偏差+-被控變量測量值147、偏差測量值與設(shè)定值之差。它有大小、方向和變化速率三個基本要素。 設(shè)定值控制器執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對象變送器擾動作用控制作用測量值偏差+-被控變量偏差=測量值-設(shè)定值偏差153.自動控制系統(tǒng)的分類 按設(shè)定值的不同可將自動控制系統(tǒng)分為三大類。（）定值控制系統(tǒng)定值控制系統(tǒng)就是設(shè)定值不變的控制系統(tǒng)。工藝生產(chǎn)中要求控制系統(tǒng)的被控變量保持在一個生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)上不變，這個技術(shù)指標(biāo)就是

5、設(shè)定值。（）隨動控制系統(tǒng) （也稱為自動跟蹤系統(tǒng)）這類系統(tǒng)的特點是設(shè)定值不斷變化，并要求系統(tǒng)的輸出也跟著變化。（）程序控制系統(tǒng) （順序控制系統(tǒng)）這類系統(tǒng)的設(shè)定值也是變的，但它是一個已知的時間函數(shù)，即生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)需按一定的時間程序變化。設(shè)定值不斷變化，并要求系統(tǒng)的輸出也跟著變化16三、 過渡過程的品質(zhì)指標(biāo)本節(jié)知識問答：什么是控制系統(tǒng)的過渡過程？它有哪幾種基本形式？怎樣衡量控制質(zhì)量的好壞？衡量控制質(zhì)量的品質(zhì)指標(biāo)有哪些？ 1、控制系統(tǒng)的過渡過程 對于一個自動控制系統(tǒng)，擾動作用是經(jīng)常存在的。假如一個自動控制系統(tǒng)原來處于某一相對平衡狀態(tài)，由于擾動的作用，平衡被破壞，被控變量也就產(chǎn)生波動，經(jīng)過控制器的控制作

6、用，使系統(tǒng)達(dá)到一個新的平衡狀態(tài)。從擾動作用，發(fā)生時起到控制器的控制作用使系統(tǒng)達(dá)到新的平衡時為止，這段時間內(nèi)被控變量的變化過程，稱為控制系統(tǒng)的過渡過程。亦即系統(tǒng)從一個平衡狀態(tài)過渡到另一個平衡狀態(tài)的過程。 在階躍擾動（或給定）的作用下，控制系統(tǒng)的過渡過程有如下五種基本形式。17被控變量時間（1）發(fā)散振蕩過程設(shè)定值18被控變量時間（2）等幅蕩過程設(shè)定值19被控變量時間（3）衰減振蕩過程設(shè)定值20被控變量時間（4）非周期發(fā)散 （5）非周期衰減設(shè)定值非周期發(fā)散非周期衰減21被控變量時間階躍給定作用下系統(tǒng)的過渡過程設(shè)定值22被控變量時間階躍擾動作用下系統(tǒng)的過渡過程232. 控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)自動控制系統(tǒng)控

7、制質(zhì)量的優(yōu)劣，并沒有一個絕對的標(biāo)準(zhǔn)。主要根據(jù)生產(chǎn)工藝的具體要求而定。通常都希望在受到擾動作用以后，被控變量偏離設(shè)定值的程度要小一些，波動要少一些，達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)所花費的時間要短一些。也就是從自動控制系統(tǒng)過渡過程的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和快速性三個方面來平價它的控制質(zhì)量。對于最普遍希望的衰減振蕩過程的品質(zhì)指標(biāo)有最大偏差、衰減比、余差、過度時間和振蕩周期等幾項。 24 評價自動控制系統(tǒng)控制質(zhì)量好壞的指標(biāo)主要有：衰減比、最大偏差A(yù)（或超調(diào)量）、過渡過程時間T、余差C和振蕩周期TS（或振蕩頻率）。被控變量時間設(shè)定值TTSABB=BBC1.衰減比：第一個波峰的幅值B與同方向的第二個波峰的幅值B之比。通常要求整

8、定在4：110：1范圍內(nèi)。2.最大偏差A(yù)：第一個波峰的幅值B與設(shè)定值SP之差。A=|B-SP|4.過渡時間TS：第一個波峰出現(xiàn)到同方向的第二個波峰出現(xiàn)時所需要的時間。5.余差C：過渡過程結(jié)束后，被控變量與設(shè)定值之差。3.過渡時間T：從擾動作用開始，被控變量從原來的穩(wěn)態(tài)值變化到新的穩(wěn)態(tài)值所需要的時間。25四、影響控制系統(tǒng)過渡過程的主要因素 知識問答：什么叫被控對象的特性？用哪些參數(shù)描述?什么叫調(diào)節(jié)閥的特性？主要有哪幾種? 一個簡單的自動控制系統(tǒng)由個環(huán)節(jié)組成，可以概括為由被控對象和自動化裝置兩個部分組成。影響控制系統(tǒng)過渡過程的主要因素來自這兩個部分。下面分別介紹。26 什么叫被控對象的特性呢？就是

9、指對象受到擾動作用后，被控變量是如何變化的。換句話說，就是對象的輸入發(fā)生變化時，其輸出是如何變化的，變化的快慢如何，以及最終變化了多少等等。被控變量控制作用擾動作用被控對象擾動通道控制通道（一）被控對象特性對控制質(zhì)量的影響271. 對象的負(fù)荷和自衡 當(dāng)生產(chǎn)過程處于穩(wěn)定狀態(tài)時，單位時間內(nèi)流入或流出對象的物料或能量，叫對象的負(fù)荷。負(fù)荷穩(wěn)定對系統(tǒng)有利。 什么叫對象的自衡呢？就是生產(chǎn)過程平衡狀態(tài)被破壞后，在沒有外界的控制作用下，被控變量自行趨向一個穩(wěn)定值的現(xiàn)象（性質(zhì)）。Q入時間輸出Q出有自衡特性的對象28Q出Q入時間輸出無自衡特性的對象292. 對象的放大系數(shù) 對于有自衡能力的對象，輸入量一定時，輸出

10、量最終也是一定的，且不同的輸入量對應(yīng)著不同的輸出量。把自衡對象的前后兩個狀態(tài)的輸出變化量與輸入變化量之比，稱為對象的放大系數(shù)。K=（Y2-Y1）/（X2-X1） K大，控制起來比較靈敏，但穩(wěn)定性差；K小，則不大靈敏，但較穩(wěn)定。xtyty2-y1x2-x1XY303. 對象的容量和容量系數(shù) 對象的容量就是指對象能夠存放物料量或能量的能力。 對象的容量系數(shù)就是被控變量變化一個單位時，需要向?qū)ο蠹尤牖蛉〕龅奈锪狭炕蚰芰?。S=（Q2-Q1）/（Y2-Y1）式中： S容量系數(shù)。 Q容量。 Y被控變量。 S越大，所引起的被控變量變化就比較慢而小，對象的靈敏度就較低；相反，對象的靈敏度就高。314. 對象的

11、滯后時間 對象的被控變量（輸出變量）落后于控制作用或擾動作用（輸入變量）的現(xiàn)象，叫做滯后。滯后一般分兩種：即純滯后和容量滯后。 當(dāng)對象的輸入作用變化后，輸出變量不是立即變化，而是要經(jīng)過一段時間后才開始變化的現(xiàn)象叫純滯后。用符號0表示。 時間時間輸入輸出0 0 =s/v32 當(dāng)對象的輸入作用變化后，輸出變量開始變化的速度非常慢，然后才慢慢加快，最后又變慢，即成“S型“這種現(xiàn)象叫容量滯后。用符號c表示。 容量滯后一般是由于物料量或能量在傳遞過程中有一定有阻力而引起的。冷凝水蒸汽冷流體熱流體溫度計夾套間壁裝料容器時間時間輸入輸出c335.對象的時間常數(shù) 當(dāng)對象的輸入作用變化后，輸出量以最快速度達(dá)到新

12、的穩(wěn)態(tài)值所需要的時間，稱對象的時間常數(shù)。用符號T表示。H時間液位時間液位時間溫度時間溫度H蒸汽蒸汽TTTT不同對象的反應(yīng)曲線34 通常用滯后時間=0+c與時間常數(shù)T的比值來表示對象滯后的嚴(yán)重程度。當(dāng)/T0.3為一般滯后對象；當(dāng)0.3/T1為大滯后對象。 被控對象的控制通道的滯后時間直接影響控制質(zhì)量。滯后嚴(yán)重到一定程度，常規(guī)的PID控制系統(tǒng)就無能為力了。 356.控制通道靜態(tài)特性對被控變量的影響 從理論推導(dǎo)和實踐證明，在選擇構(gòu)成控制系統(tǒng)時，被控對象控制通道的靜態(tài)特性放大倍數(shù)K0希望大些。K0大表明操縱變量對被控變量有足夠大的靈敏度，使控制作用更為有效。被控對象的放大倍數(shù)K0，可以通過整定控制器的

13、放大倍數(shù)KC來補(bǔ)償。被控對象、控制閥和控制器的方塊圖是串聯(lián)的，見下圖。根據(jù)方框圖規(guī)則，串聯(lián)環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)是相乘關(guān)系。控制閥的放大倍數(shù)一般是不可調(diào)整的，控制器放大倍數(shù) KC有可調(diào)范圍。如果被控對象的放大倍K0過小，需要改變控制器的放大倍數(shù)KC的數(shù)值太大，超出了其可調(diào)范圍，控制器便失去了補(bǔ)償能力。故被控對象的K0要適當(dāng)大些，使控制器的放大倍數(shù) KC有可調(diào)的余地。 控制器Kc控制閥Kv被控對象K0367.擾動通道靜態(tài)特性對被控變量的影響 至于被控對象擾動通道的放大倍數(shù)Kf應(yīng)愈小愈好。這表示擾動對被控變量的影響不大，過渡過程的超調(diào)量不大，故確定控制系統(tǒng)時，要考慮被控對象擾動通道的靜態(tài)特性。8.控制通道

14、動態(tài)特性對被控變量的影響 控制器的較正作用，是通過控制通道加于被控對象去影響被控變量的。因而要求被控對象控制通道的時間常數(shù)TC適當(dāng)小，使之反應(yīng)靈敏，控制及時，獲得良好的控制質(zhì)量。但時間常數(shù)TC也不能過小，否則容易引起振蕩；同時也不能過大，而使操縱變量校正作用遲緩，超調(diào)量大，回復(fù)時間加長。 37 8.控制通道動態(tài)特性對被控變量的影響 控制通道的物料輸送和能量傳遞都要一定時間。這樣造成的純滯后0 就會影響控制質(zhì)量。見下圖，為純滯后對控制質(zhì)量影響的示意圖。 ty0CBAD純滯后對控制質(zhì)量的影響E38 8.控制通道動態(tài)特性對被控變量的影響 控制通道無純滯后時，當(dāng)控制器在t0時間接受正信號而產(chǎn)生校正作用

15、A，從t0 以后被控變量沿曲線D變化；當(dāng)控制通道有純滯后0時，控制器雖在t0時間后發(fā)出了校正作用，由于純滯后存在，施加給被控變量的校正作用推遲0時間，即在0時間后校正作用沿曲線B發(fā)生變化，被控變量沿曲線E變化。比較E、D曲線，可見純滯后使超調(diào)量增加；反之，當(dāng)控制器接受負(fù)偏差時所產(chǎn)生的校正作用，由于存在純滯后，使被控變量繼續(xù)下降，可能造成過渡過程的振蕩加劇，以致回復(fù)時間拉長。所以，在選擇操縱變量構(gòu)成控制系統(tǒng)時，要設(shè)法使控制通道時間常數(shù)適當(dāng)小些，純滯后盡量小。 399.對象特性和負(fù)荷變化方面的問題 自動控制器的工程參數(shù)值主要取決于廣義對象特性，所以當(dāng)對象特性和負(fù)荷發(fā)生變化后，原先整定的工程參數(shù)就不

16、相適應(yīng)，是引起過渡過程曲線品質(zhì)下降的主要原因。嚴(yán)重時甚至使自動控制系統(tǒng)失調(diào)。 化工生產(chǎn)中常見的對象是各類換熱器、精餾塔、流體輸送設(shè)備和化學(xué)反應(yīng)器等。換熱器使用日久后管壁產(chǎn)生結(jié)垢，從而增大熱阻降低傳熱系數(shù)；化學(xué)反應(yīng)器所用催化劑在使用過程中也會不斷老化或意外中毒等，使對象的時間常數(shù)和滯后增大，這些都是常見的內(nèi)在因素。此外，對象操作條件的改變；原料組分的波動以及負(fù)荷的變化等外界因素也可能使對象特性發(fā)生變化。隨著對象特性的變化 ，只要將控制器的控制參數(shù)相應(yīng)調(diào)整即可恢復(fù)控制系統(tǒng)原有的品質(zhì)指標(biāo)。40直通單座閥直通雙座閥蝶閥角型閥V型閥三通閥氣動簿膜控制閥電氣閥門定位器關(guān)于控制閥氣動活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶閥門定位器

17、的氣動活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)(二) 控制閥的特性對控制質(zhì)量的影響411.控制閥的流量特性 它表示控制閥的開度與流過它的流量之間的關(guān)系。具體地說，流量特性就是調(diào)節(jié)閥的相對開度與流過閥的相對流量之間的函數(shù)關(guān)系。QQmaxLLmaxfQ/Qmax_相對流量，調(diào)節(jié)閥某一開度下的流量Q與全開時的流量Qmax之比。L/Lmax_相對開度，調(diào)節(jié)閥某一開度下的閥芯位移L與全開時的位移Lmax之比。421.控制閥的流量特性 它表示控制閥的開度與流過它的流量之間的關(guān)系。具體地說，流量特性就是調(diào)節(jié)閥的相對開度與流過閥的相對流量之間的函數(shù)關(guān)系。相對開度（%）相對流量（%）1直線2對數(shù)3快開4拋物線1234理想流量特性43 在實

18、際生產(chǎn)中，控制閥前后壓差總是變化，這時的流量特性稱為工作流量特性。因為控制閥總是與工藝設(shè)備、管道等串聯(lián)或并聯(lián)使用，控制閥前后壓差因阻力損失變化而變化，致使理想流量特性畸變成工作流量特性。S=0.1S=0.5S=1直線流量特性畸變過程PGPminP工作流量特性44S=0.1S=0.5S=1對數(shù)型流量特性畸變過程PGPminP工作流量特性45 當(dāng)控制閥全開，閥兩端壓差為1kgf/cm2 ,流體重度為1gf/cm3時，每小時流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流量值，以m3/h或t/h計。2.控制閥的流通能力 流通能力C值取決于控制閥的接管截面積A和阻力系數(shù)。阻力系數(shù)主要是由閥體的結(jié)構(gòu)所決定。因此，對于相同口徑不同結(jié)構(gòu)的控

19、制閥，它們的流通能力也不一樣。對同一個控制閥，流體的流動方向不同（實際上即阻力系數(shù)變化），也會引起C值的不同。生產(chǎn)廠所提供的流通能力C為正常流向時的數(shù)值。一般在反向使用時，不僅流量特性畸變，而且流通能力也會變化。463.控制閥的流量特性對控制質(zhì)量的影響 控制閥的特性也和對象一樣，一般用放大系數(shù)、時間常數(shù)KV和滯后時間V來表示。它們對控制質(zhì)量的影響也和對象類似，不過對控制閥來說，特性是可以在設(shè)計系統(tǒng)時加以選擇的，因而在一定限度內(nèi)可避免放大系數(shù)和滯后的不良影響?？刂破鲄?shù)被控變量KvK0K總=KvK0不變調(diào)節(jié)閥被控對象特性補(bǔ)償原理示意圖473. 控制閥的流量特性對控制質(zhì)量的影響 控制閥的特性也和對

20、象一樣，一般用放大系數(shù)、時間常數(shù)KV和滯后時間V來表示。它們對控制質(zhì)量的影響也和對象類似，不過對控制閥來說，特性是可以在設(shè)計系統(tǒng)時加以選擇的，因而在一定限度內(nèi)可避免放大系數(shù)和滯后的不良影響。特性補(bǔ)償原理示意圖閥門特性對象特性廣義對象特性483. 控制閥的流量特性對控制質(zhì)量的影響 從工藝配管情況考慮在實際使用中，控制閥總是與管道、設(shè)備等連接在一起的。如前分析，控制閥在串聯(lián)管道時的工作流量特性與值的大小有關(guān)，即與工藝配管情況有關(guān)。因此，在選擇其特性時，必須考慮工藝配管情況。具體做法是先根據(jù)系統(tǒng)的特點選擇所需要的工作流量特性，在按照下表考慮工藝配管情況確定相應(yīng)的理想流量特性。工藝配管情況與流量特性配

21、管情況 S=0.6 1S=0.30.5 閥的工作特性 直線 等百分比 直線 等百分比 閥的理想特性 直線 等百分比 等百分比 等百分比 494. 控制閥在使用維護(hù)方面的問題說明 經(jīng)正確選型和安裝后的控制閥，在使用過程中出現(xiàn)的問題也不少。如有腐蝕性的介質(zhì)或汽蝕作用會使閥芯閥座侵蝕變形，特性變壞，這樣便會造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。其它如控制閥桿滯澀，氣壓信號管路漏氣、閥門堵塞、閥芯脫落等現(xiàn)象也是常見的故障。此外，被調(diào)介質(zhì)管路使用日久后管壁結(jié)垢，流體阻力增大，從而降在控制閥上的壓降太小，而使控制系統(tǒng)失靈，這時只能通過大修時清掃管路才能消除。50 測量元件和變送器的特性與控制對象一樣，也是用放大系數(shù)Km、時間

22、常數(shù)Tm和滯后時間m來表示。它們對控制質(zhì)量的影響也和對象一樣。若是它們測量的被控參數(shù)不準(zhǔn)或不及時，控制系統(tǒng)就會按照一個不正確的信號動作，不但給操作人員造成錯覺，誤認(rèn)為工況正常，甚至嚴(yán)重時還會造成事故。 絕大多數(shù)變送器的輸入與輸出信號間成線性關(guān)系，其時間常數(shù)和滯后時間都很小，只有放大系數(shù)Km是可以調(diào)節(jié)的。(三) 測量元件、變送器的特性對控制質(zhì)量的影響51測量元件、變送器在使用中的問題說明 測量元件使用日久后損壞失靈，使示值突然達(dá)到最大或最?。还ぷ鹘橘|(zhì)中的結(jié)晶或粉塵堵塞孔板和引壓管，引壓管中不是單相介質(zhì)，如液中帶氣、氣中帶液，而未及時排放等等。都能造成測量信號失靈，這些現(xiàn)象都是容易判斷和處理的。但

23、有些故障只有在開車后一段時間才表現(xiàn)出來，如測量元件使用一段時間后被粘性物料或結(jié)晶物包住，使被測信號滯后或失靈。遇此情況有的可以處理，有的要等到設(shè)備檢修時才能處理。52(四) 控制器的控制規(guī)律對質(zhì)量的影響本節(jié)知識問答：什么叫控制器的特性（控制規(guī)律）？什么是比例、積分和微分控制規(guī)律?、Ti和Td的改變對過渡過程有什么影響？53tytytytyty小于臨界值，發(fā)散振蕩 =臨界值，等幅振蕩 太小，振蕩加劇，穩(wěn)定性差 適當(dāng) 太大，穩(wěn)定性好，非周期衰減，最大偏差及余差大。1.比例度對過渡過程的影響54tytytytyTi太小振蕩加劇，削弱穩(wěn)定性Ti適當(dāng)4：110：1衰減Ti太大積分作用不明顯，余差消除很慢

24、。Ti純比例作用，產(chǎn)生余差2. 積分時間對過渡過程的影響553. 微分時間對過渡過程的影響Td太大，易引起系統(tǒng)振蕩Td太小，則微分作用不明顯，不但動偏差大，而且波動周期長Td0純比例作用，產(chǎn)生余差Td適當(dāng)，動偏差小，余差也較小，但系統(tǒng)的穩(wěn)定性較差4：110：1衰減564.各種控制規(guī)律比較575從運行曲線看、TI和TD對控制品質(zhì)的影響（1）凡是過大（或TI過長）都會使過渡過程時間過長，被調(diào)變量變化緩慢，不能較快地達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。這兩者的區(qū)別是過大時，曲線飄動較大變化不規(guī)則； TI過長時曲線帶有振蕩分量并緩慢接近設(shè)定值。ty太大tyTI 太大58（2）凡是過?。═I過小或TD過大）都會引起振蕩，其區(qū)

25、別是TI過短時振蕩周期最長， 太小時振蕩周期次之，而TD過大時振蕩周期最短。ty太小tyTI 太小tyTD 太大59tpv持續(xù)振蕩超調(diào)量小tpv無振蕩收斂慢tpv收斂快超調(diào)量大tpv長周期振蕩收斂慢最佳PID大Ti 小小Ti 小大Ti 大小Ti 大比例度積分時間Ti 小大大小60（3）PI控制系統(tǒng)中與TI的影響：當(dāng)不變時，TI由小改變時對過渡過程的影響yftt=40%TI=TI=16分TI=5分TI=1分61當(dāng)TI不變時，由大小改變時對過渡過程的影響yfttTI=3分25090155062（4）PID三作用系統(tǒng)中，和TI不變，TD作用的影響：yftt = 30TI=3分TD=0分TD=1分TD

26、=3分63五、過渡過程質(zhì)量的改善 1.控制器參數(shù)的整定要獲得一個好的控制質(zhì)量，首先取決于控制方案本身是否合理，操作人員可以做的只是如何將控制器的參數(shù)操作在合適的值，這就要通過控制器的參數(shù)整定來解決。所謂控制器參數(shù)的整定，就是求取最好的過渡過程中控制器的比例度、積分時間 i、微分時間 d的具體數(shù)值的工作。本節(jié)知識問答：控制器參數(shù)整定的一般規(guī)則有哪些？工程整定控制器參數(shù)的方法有哪幾種？642控制器參數(shù)整定原則控制器的參數(shù)整定，一般遵循以下原則：(1) 要具有一定的穩(wěn)定裕度，以便在對象特性有所改變時，控制器的參數(shù)仍能適應(yīng)。對于定值控制系統(tǒng)常取衰減比N為1/4；對于隨動系統(tǒng)常取衰減比N為1/10。(2

27、) 在滿足穩(wěn)定裕度的前提下，使其它品質(zhì)指標(biāo)盡可能好些。(3) 選擇、TI、TD通常遵循如下規(guī)則：65、 應(yīng)大于臨界值一倍以上、TI應(yīng)取振蕩周期的（0.51）倍、取TD=（0.250.5）TI2、K0大時， 應(yīng)大些、引入積分后， 應(yīng)比單純比例時增大10%20%、引入微分后， 應(yīng)比單純比例時減小10%20%3、 衰減比N振蕩傾向、TI衰減比N振蕩傾向、TD 衰減比N （但太大時，衰減比N）1663控制器參數(shù)整定的工程整定（1）臨界比例度法：在純比例作用下，找出達(dá)到等幅振蕩的臨界比例度K及臨界周期TK，然后按“臨界比例度法參數(shù)整定表”所示內(nèi)容確定控制參數(shù)?？刂埔?guī)律控制器參數(shù) %TITDP2KPI2.

28、2 K0.85 TKPID1.7 K0.50 TK0.125 TK臨界比例度法參數(shù)整定表67（2）衰減曲線：在純比例作用下，找出達(dá)到規(guī)定衰減比N下的比例度S及周期TS或上升時間TR，然后按“衰減曲線法參數(shù)整定表”所示內(nèi)容確定控制器參數(shù)?？刂埔?guī)律控制器參數(shù)（N=4：1） %TITDPSPI1.2 S0.5 TSPID0.8 S0.3 TS0.1 TS衰減曲線法參數(shù)整定表68控制規(guī)律控制器參數(shù)（N=10：1） %TITDPSPI1.2 S2 TRPID0.8 S1.2 TR0.4 TR衰減曲線法參數(shù)整定表69（3）經(jīng)驗法：經(jīng)驗法即根據(jù)、TI和TD對過渡過程的定性關(guān)系進(jìn)行湊試，從控制品質(zhì)曲線逐步找到

29、最佳整定參數(shù)，各種控制系統(tǒng)控制器參數(shù)的大致范圍見“經(jīng)驗法參數(shù)整定表”。經(jīng)驗線法參數(shù)整定表被控變量特點 %TITD流量對象時間常數(shù)小， 應(yīng)較大，TI較小，一般不用微分。401000.11溫度對象容量多，過渡滯后大，需用微分。20603100.58壓力對象過渡滯后一般不大，不大用微分。30700.43液位在容許有余差時，不必用積分，一般不用微分。208070第二節(jié) 簡單控制系統(tǒng) 本節(jié)主要知識點：簡單自動控制系統(tǒng)的組成及特點簡單控制系統(tǒng)的投運及故障分析 本節(jié)知識問答：什么叫簡單控制系統(tǒng)?其特點是什么？流量、溫度、壓力、液位控制系統(tǒng)有何特點？71一、簡單控制系統(tǒng)的組成和特點1. 組成 凡是用一個測量元

30、件或變送器、一個控制器和一個控制閥，對一個被控變量進(jìn)行控制的系統(tǒng)，都叫做簡單控制系統(tǒng)?？刂破髡{(diào)節(jié)閥被控對象變送器xzepqyf1fn簡單控制系統(tǒng)方塊圖722. 特點只有一個被控變量y和一個設(shè)定值x，亦即是單參數(shù)的定值控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)采用的控制器是連續(xù)作用的。為適應(yīng)不同對象的需要，控制器本身的參數(shù)（比例度、積分時間Ti和微分時間Td）均可以根據(jù)需要而改變?？刂葡到y(tǒng)是按偏差原理進(jìn)行的，只有當(dāng)設(shè)定值x與被控變量經(jīng)變送器變換成測量值z，并出現(xiàn)偏差e時，控制器才有輸出p，作用在調(diào)節(jié)閥上，系統(tǒng)才開始產(chǎn)生新的控制作用q，克服擾動f1，f2對被控對象的影響。73二、 簡單控制系統(tǒng)的投運工作步驟如下：1. 準(zhǔn)

31、備工作。投運前必須熟悉工藝過程、了解對象特性、弄通控制方案及各個環(huán)節(jié)的具體情況。例如，測量元件和調(diào)節(jié)閥規(guī)格、安裝情況及走向，對象特性曲線試驗等等。2. 檢查管線、電線線路。導(dǎo)線、導(dǎo)管是自動控制系統(tǒng)的信號通道，為保證信息的正確傳遞，必須作好以下幾項工作： 氣源和導(dǎo)壓管線的查錯、查漏、查堵。 電源和信號線的查錯（包括標(biāo)號、極性和外接電阻等）；查短路和絕緣電阻；查端子接觸情況。743. 檢查儀表及執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 投運前儀表及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的現(xiàn)場檢查，一般采用系統(tǒng)校驗。即在調(diào)節(jié)閥的切斷閥關(guān)死的情況下，進(jìn)行控制系統(tǒng)的閉環(huán)試投，詳細(xì)觀察各個環(huán)節(jié)是否合乎要求（如測量儀表示值、量程、精度；控制器正、反作用、控制點偏差、

32、PID參數(shù)；調(diào)節(jié)閥正反向行程變差等等）。如發(fā)現(xiàn)某環(huán)節(jié)有不符合技術(shù)要求的，抽出單獨檢查校驗。在系統(tǒng)校驗中，測量信號根據(jù)需要采用各種信號源。4. 測量儀表的投運及控制器的手動遙控?？刂葡到y(tǒng)閉環(huán)試投后，可將測量儀表投入運行，用控制閥的旁通閥手動控制使工藝穩(wěn)定，被控變量穩(wěn)定在設(shè)定值。然后進(jìn)行旁通閥控制閥的手動遙控切換。75三、控制系統(tǒng)中常見問題及處理方法 自動控制系統(tǒng)投運后，經(jīng)過長期運行，還會出現(xiàn)各種問題。在實際操作中，應(yīng)具體問題具體分析，下面從控制方面舉幾種情況作為分析問題的啟發(fā)。.被控對象特性變化；.測量系統(tǒng)的問題；.控制閥使用中的問題；.控制器故障；.工藝操作的問題。76本節(jié)主要內(nèi)容： 串級控制

33、系統(tǒng)的任務(wù)及基本組成 均勻控制系統(tǒng)的思想 比值控制系統(tǒng)的方案 多沖量控制系統(tǒng)的方案本節(jié)知識問答：1. 什么是串級控制系統(tǒng)？串級控制系統(tǒng)的特點是什么？2. 均勻控制系統(tǒng)的特點是什么？有那些方案？3. 比值控制系統(tǒng)有哪幾種方案？分別適用于什么場合？第三節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng)介紹77一、 串級控制系統(tǒng)例：把加熱爐出口溫度作 為 爐膛 溫 度 控 制 器 的爐膛溫度控制設(shè)定值，與爐膛 溫 度 比 較 后 的 偏 差， 作 為 爐膛溫度控制器的輸入。爐膛溫度控制器據(jù)此發(fā)出控制信號，去操作比例閥門，改變控制變量（燃料流量），以控制出口介質(zhì)溫度的穩(wěn)定。781. 組成 用兩個控制器串聯(lián)，控制一個被調(diào)變量的控制系統(tǒng)，

34、叫做串級控制系統(tǒng)。其組成如下圖所示。整個系統(tǒng)包括主、副兩個調(diào)節(jié)回路。主調(diào)節(jié)回路的輸出作為副控制器的給定，副控制器的輸出送往調(diào)節(jié)閥。主控制器副控制器調(diào)節(jié)閥對象1對象2變送器1變送器2擾動2擾動1設(shè)定值串級控制系統(tǒng)方框圖792. 特點 從總體上扯看，串級控制系統(tǒng)仍然是定值控制系統(tǒng)，但比單回路控制增加了一個隨動的副回路，因而具有如下幾個特點：(1) 可迅速地克服進(jìn)入副回路的擾動。由于副回路的快速作用，對于進(jìn)入副回路的擾動具有很強(qiáng)的克服能力，對主參數(shù)來說起到了粗調(diào)作用。副控制器的放大倍數(shù)越高（比例度越小），克服擾動的能力就越強(qiáng)，串級控制的優(yōu)越性就越顯著。(2) 提高了控制系統(tǒng)的工作頻率。由于副回路的存

35、在，減小了對象的滯后，因此，主控制器的放大倍數(shù)可以比同等條件下的單回路系統(tǒng)整定得更大一些（即主控制器的比例度可以小一些），所以系統(tǒng)的工作頻率將會有所提高。80(3) 可兼顧兩個變量。由于副回路的存在，可以有意將主控制器的比例度選得寬些，于是它的輸出變化小，該輸出又是副控制器的給定，故副變量的變化也將比較平穩(wěn)，這就兼顧了主、副兩個變量都維持在一定范圍，以滿足某種工藝的要求，這就是后面要談的均勻控制。(4) 可消除調(diào)節(jié)閥等非線性的影響。由于調(diào)節(jié)閥和一部分對象被包括在副回路之內(nèi)，而副回路本身又是接近于1：1的比例環(huán)節(jié)，所以它們的非線性都將被副回路所克服。(5) 具有一定的自適應(yīng)能力。串級控制，就其主

36、回路來看，它是一個定值控制系統(tǒng)，但其副回路卻是一個隨動控制系統(tǒng)，主控制器根據(jù)工藝及負(fù)荷要求，不斷糾正副控制器的設(shè)定值，從這個意義來看，它具有一事實上的自適應(yīng)能力。813. 應(yīng)用串級控制系統(tǒng)，使用中應(yīng)注意的幾個問題：(1) 主、副變量的選擇 主變量應(yīng)選擇最能反應(yīng)生產(chǎn)過程質(zhì)量、最能反映調(diào)節(jié)要求（準(zhǔn)確、快速）而且便于測量的變量。這個問題和單回路系統(tǒng)一樣，只是因為有了副回路、主變量可以反應(yīng)慢一些。 副變量的選擇則是串級控制特有的問題。主要應(yīng)考慮以下三點：工藝上的合理性。從方框圖看，操作變量Q先影響Y2，再由Y2去影響Y1。因此，副變量的選擇必須具有這樣的串聯(lián)對應(yīng)關(guān)系。如果Q對Y2和Y1是并聯(lián)關(guān)系，顯然

37、是行不通的。82使主要擾動包括在副回路之內(nèi)。因為迅速克服進(jìn)入副回路的擾動，是串級控制的最大優(yōu)點。要使對象能適當(dāng)?shù)胤指?，在滯后和時間常數(shù)上要適當(dāng)匹配。一般T主/T副=310，若副回路時間常數(shù)太小，即T主/T副10。不僅使副回路包含的擾動因素太少，副回路克服擾動能力太低，同時還會使系統(tǒng)的穩(wěn)定性受到破壞。 若副回路時間常數(shù)大，與主回路接近，即T主/T副3。這樣雖然使副回路包含的擾動因素多了，但由于副回路滯后加大，時間常數(shù)增加，反應(yīng)不靈敏，因而失去了串級控制的越性。更應(yīng)指出的是，主、副對象時間常數(shù)接近，動態(tài)聯(lián)系十分密切，易形成主、副回路的共振效應(yīng)，其危害十分嚴(yán)重。83(2) 主、副控制器正、反作用的選

38、擇 應(yīng)先選擇副控制器的正、反作用。副控制器正、反作用要根據(jù)閥門的氣開、氣關(guān)情況來選擇。 主控制器是通過副回路起作用的，所以其正、反作用應(yīng)按副回路的正確作用來選擇，而與調(diào)節(jié)閥情況無關(guān)。(3) 主、副控制規(guī)律的選擇 由于主控制器是定值控制，要達(dá)到最終質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，主變量要求無余差，所以通常使用P、I、D控制規(guī)律。 副控制器是隨動控制，允許在一定范圍內(nèi)變動，要求調(diào)節(jié)快，所以用比例控制規(guī)律就行了。844、投運 串級控制系統(tǒng)的投運和簡單控制系統(tǒng)一樣，要求投運過程保證做到無擾動切換。其投運方法有兩種：先副后主和先主后副。一般多采用前者，由于采用的儀表不同，投運的具體方法也不同，但大致方法是一樣的。 先把各開關(guān)

39、或旋鈕置于正確位置 （正反作用的確定與簡單控制系統(tǒng)一樣）。主、副控制器均置于 “手動”，主控制器 “內(nèi)外”設(shè)定開關(guān)置于 “內(nèi)”，副 控制器則置于 “外”。控制可置于預(yù)定位置。 用副控制器的手操旋鈕或手輪手動遙控，在主變量接近設(shè)定值，副變量也較平穩(wěn)時，用手操控制器的輸出，來控制副控制器的外設(shè)定值，使其等于副變量的值。當(dāng)偏差為零時，即可把副控制器的切換開關(guān)切向 “自動”，完成副控制器的手動向自動的無擾動切換。 當(dāng)副回路穩(wěn)定，副變量等于它的設(shè)定值，控制主控制器的內(nèi)設(shè)定旋鈕或手輪，當(dāng)手操作的值與主變量相等時，也就是表上的設(shè)定值與測量值相等時，即可將主控制器切向 “自動”。至此，完成了串級控制。串級控制

40、是為更好地保證主變量的控制質(zhì)量而設(shè)計的?？於辛Φ母被芈肥?“粗調(diào)”，作為主導(dǎo)的主回路是進(jìn)行最后的 “細(xì)調(diào)”，兩者結(jié)合就產(chǎn)生了很好的控制效果。這就是最常用和最重要的復(fù)雜控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)的投運操作。85二、均勻控制系統(tǒng). 均勻控制系統(tǒng)的概念“均勻”的含義是指系統(tǒng)的功能而不是指系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。如圖所示，是連續(xù)精餾的多塔分離過程。甲塔的出料為乙塔的進(jìn)料。甲塔的液位上升，則液位控制就要開大出料閥門 ，這將引起乙塔進(jìn)料的增大，于是乙塔的流量控制系統(tǒng)又要關(guān)小閥門 ?？梢姡瑑伤墓┣箨P(guān)系是矛盾的。86 為了使生 產(chǎn) 能 正 常 進(jìn) 行，就 必 須 解 決 它 們 物 料 的 供 求 矛盾，操作上要前后兼顧，

41、使液位和流量均勻變化，為此組成的系統(tǒng)叫均勻控制系統(tǒng)。在具體實施時，要根據(jù)工藝生產(chǎn)的實際需要，哪一個參數(shù)要求高就多照顧一些，而不存在絕對平均的意思。均勻控制是指一種控制目的。從其控制質(zhì)量要求來看，有如下特點。 兩個參數(shù)在控制過程中都應(yīng)當(dāng)是變化的，不是恒定的。 兩個參數(shù)在控制過程中的變化應(yīng)當(dāng)是緩慢的。 兩個參數(shù)的變化應(yīng)在各自允許的范圍之內(nèi)。所以，均勻控制與一般的定值控制不同，不能用對定值控制的要求來衡量它87. 均勻控制系統(tǒng)方案（）單回路均勻控制系統(tǒng)（2）串級均勻控制系統(tǒng)88三、比值控制系統(tǒng)1. 比值控制系統(tǒng)的概念凡使兩個以上參數(shù)保持規(guī)定比值關(guān)系的控制系統(tǒng)，稱為比值控制系統(tǒng)。通常是指流量之間的比值

42、控制，被控對象就是兩個流量管道。一般以生產(chǎn)中主要物料的流量為主動信號，以另一物料的流量為從動信號；或者以不可控物料流量為主動信號，以可控物料流量為從動信號。89. 比值控制系統(tǒng)方案（）開環(huán)比值控制這種方案的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，只用一臺比例作用控制器就可以實現(xiàn)。但 無抗擾動能力，因此，只適用于 很穩(wěn)定的場合。90（）單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)這種方案實施方便，兩物料量的比值較為精確，但主動流量不可 控，使 總 物料量不 固定，對某些直接參與化學(xué)反應(yīng)的過程含有不利的影響。91丁烯洗滌塔的單閉環(huán)比值控制。該裝置的任務(wù)是用水洗去丁烯餾分中的乙腈，為保證質(zhì)量并節(jié)約用水，設(shè)置了比值控制。含有微量乙腈的丁烯餾分流量為生

43、產(chǎn)負(fù)荷，是主動流量，洗滌用水是從動流量。它上面設(shè)閉環(huán)控制，所以水量控制平穩(wěn)，又隨丁烯餾分的變化而變化，保持比值關(guān)系。例：92（）變比值控制系統(tǒng)變比值控制系統(tǒng)又叫串級比值控制系統(tǒng)，一般比值控制為副回路，而比值由另一個控制器來設(shè)定，所以形成串級的形式。如圖所示，比值的變化由溫度控制器依據(jù)催化劑溫度的變化而向副控制器輸出設(shè)定值，使原來的比值隨新的要 求 變 化。 這 種 變 比 值 控 制 系 統(tǒng) 精 度 較 高， 應(yīng) 用廣泛。93四、多沖量控制系統(tǒng)多沖量是多參數(shù)的意思。這只是一種習(xí)慣叫法，不是物理學(xué)中定義的 “沖量”。為了說明多沖量控制的概念及特點，下面分析蒸汽鍋爐汽包水位的控制系統(tǒng)。1.單沖量控

44、制系統(tǒng)一旦負(fù)荷急劇變化，虛假液體出現(xiàn)，控制器就會誤以為液位升高而關(guān)小供水閥門，結(jié)果，使急需供水的汽包反而減少供水，影響了生產(chǎn)甚至造成危險。942.雙沖量控制系統(tǒng)。當(dāng)負(fù)荷突然變化時，蒸汽的流量信號通過加液器，使它的作用與水位信號作用相反，假水位出現(xiàn)時，液位信號 要關(guān)小給水閥，而蒸汽信號要開大水閥，從而克服了 “虛假液位”的影響。953. 三沖量控制系統(tǒng)在雙沖量控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上再增加一個冷水流量的沖量，使它與液位信號作用一致，這樣形成了三沖量控制系統(tǒng)，就比較完善了。96第四節(jié) 典型控制系統(tǒng)方案介紹本節(jié)主要內(nèi)容：流體傳輸設(shè)備的控制傳熱設(shè)備的控制精餾設(shè)備的控制反應(yīng)器的控制本節(jié)知識問答：1. 熟悉工藝流

45、程圖中常用的圖形及符號。2.各種控制方案的異同？3.各種控制方案的優(yōu)缺點？97工藝控制流程圖中各種圖形和文字符號的說明各種檢測點通用表示法熱電偶熱電阻節(jié)流裝置取壓點測溫點檢測點補(bǔ)充98安裝形式就地安裝機(jī)組盤與就地集中安裝控制室安裝變送器流程中的儀表管線補(bǔ)充99氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)電 磁執(zhí)行機(jī)構(gòu)電 動執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣動活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)直通閥三通閥角 閥蝶 閥閥補(bǔ)充100工藝控制流程圖中各種圖形和文字符號的說明字母第一位字母后繼字母被測變量修飾詞功能A分析、噴嘴火焰報警BC電導(dǎo)率控制（調(diào)節(jié)）D差EF流量GH手動I電流指示補(bǔ)充101字母第一位字母后繼字母被測變量修飾詞功能JKL物位指示燈MNOP壓力或真空試驗點QR放射性記錄或打印補(bǔ)充102字母第一位字母后繼字母被測變量修飾詞功能ST溫度傳送UV閥WXYZ補(bǔ)充1031、泵的控制方案 離心泵的流量控制的目的是要將泵的排除流量，恒定在某一給定的數(shù)值上。控制方案大體有三種。FCL方案一、控制泵的出口閥的開度一、流體傳輸設(shè)備的控制這種方案簡單，使用廣泛，但通過改變管路阻