過程控制系統(tǒng)課件

第二章過程控制系統(tǒng)第一節(jié)自動檢測系統(tǒng)第二節(jié)自動控制系統(tǒng)概述第三節(jié)自動控制系統(tǒng)第四節(jié)自動信號報警與聯(lián)鎖保護系統(tǒng)第二章過程控制系統(tǒng)第一節(jié)自動檢測系統(tǒng)1第一節(jié)自動檢測系統(tǒng)一、自動檢測系統(tǒng)的組成檢測對象

檢測環(huán)節(jié)

信號轉(zhuǎn)換處理環(huán)節(jié)

顯示環(huán)節(jié)

第一節(jié)自動檢測系統(tǒng)一、自動檢測系統(tǒng)的組成檢測對象檢2二、自動檢測系統(tǒng)的種類（一）按被檢測的變量不同分類壓力檢測系統(tǒng)

溫度檢測系統(tǒng)

物位檢測系統(tǒng)

流量檢測系統(tǒng)成分檢測系統(tǒng)

二、自動檢測系統(tǒng)的種類（一）按被檢測的變量不同分類壓力檢測系3（二）按顯示地點不同分類1．就地顯示的自動檢測系統(tǒng)

這種檢測系統(tǒng)的檢測環(huán)節(jié)與信號轉(zhuǎn)換處理環(huán)節(jié)及顯示環(huán)節(jié)一般是合為一體的，即構成了一塊就地顯示儀表，由這種就地顯示儀表與檢測對象一起構成的就是就地顯示的自動檢測系統(tǒng)。轉(zhuǎn)換處理環(huán)節(jié)檢測對象檢測環(huán)節(jié)顯示環(huán)節(jié)圖2-1就地顯示的自動檢測系統(tǒng)組成框圖

（二）按顯示地點不同分類轉(zhuǎn)換處理環(huán)節(jié)檢測對象檢測環(huán)節(jié)顯示環(huán)4（二）按顯示地點不同分類遠傳顯示的自動檢測系統(tǒng)這種檢測系統(tǒng)的檢測環(huán)節(jié)（檢測儀表）在現(xiàn)場，而顯示環(huán)節(jié)（顯示儀表）則安裝在控制室（通常稱現(xiàn)場儀表為一次表，控制室儀表為二次表），而轉(zhuǎn)換處理環(huán)節(jié)可以是輸出統(tǒng)一標準信號的變送器也可以是輸出非統(tǒng)一標準信號的器。

檢測對象檢測環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)換處理環(huán)節(jié)顯示環(huán)節(jié)現(xiàn)場（一次表）控制室（二次表）變送器或傳感器（二）按顯示地點不同分類檢測對象檢測環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)換處理環(huán)節(jié)顯示環(huán)5（二）按顯示地點不同分類遠傳顯示的自動檢測系統(tǒng)（1）非統(tǒng)一信號的遠傳顯示自動檢測系統(tǒng)（2）統(tǒng)一信號的遠傳顯示自動檢測系統(tǒng)

（二）按顯示地點不同分類6第二節(jié)自動控制系統(tǒng)概述一、自動控制系統(tǒng)的組成第二節(jié)自動控制系統(tǒng)概述一、自動控制系統(tǒng)的組成7一、自動控制系統(tǒng)的組成被控變量y——是指需要控制的工藝變量。設定值x——是被控變量的希望值。偏差e——是指設定值與被控變量的測量值之差。操縱變量q——是由控制器操縱，用于控制被控變量的物理量。擾動f——除操縱變量外，作用于過程并引起被控變量變化的因素。一、自動控制系統(tǒng)的組成8一、自動控制系統(tǒng)的組成對象——指需要控制其工藝變量的工業(yè)過程、設備或裝置。檢測元件和變送器——其作用是把被控變量轉(zhuǎn)化為測量值。比較機構——作用是將設定值與測量值比較并產(chǎn)生偏差；控制器——作用是根據(jù)偏差的正負、大小及變化情況，按預定的控制規(guī)律實施控制作用。執(zhí)行器——也叫控制閥。作用是接受控制器送來的信號，相應地去改變操縱變量。一、自動控制系統(tǒng)的組成9二、自動控制系統(tǒng)的種類1．按控制系統(tǒng)的基本結構（1）閉環(huán)控制系統(tǒng) 控制作用會影響到輸出（被控變量），而測量、變送器又將這個輸出送回到控制系統(tǒng)的輸入端。這樣控制系統(tǒng)就形成了一個閉合的環(huán)路，稱閉環(huán)控制系統(tǒng)。（2）開環(huán)控制系統(tǒng) 若系統(tǒng)的輸出信號不反饋到輸入端，也就不能形成閉合回路，這樣的系統(tǒng)就稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。 二、自動控制系統(tǒng)的種類1．按控制系統(tǒng)的基本結構10二、自動控制系統(tǒng)的種類2．按設定值的情況不同（1）定值控制系統(tǒng) 是指設定值恒定的控制系統(tǒng)。其基本任務是克服擾動對被控變量的影響，使被控變量保持在設定值。（2）隨動控制系統(tǒng) 也稱自動跟蹤系統(tǒng)。這類系統(tǒng)的特點是設定值不斷地變化，而且這種變化是隨機的、不可預知的。隨動系統(tǒng)的主要任務是使被控變量能盡快地、準確地跟蹤設定值的變化。（3）程序控制系統(tǒng) 其設定值也是變化的，但它是時間的已知函數(shù)，即設定值按人規(guī)定的時間程序變化。二、自動控制系統(tǒng)的種類2．按設定值的情況不同113.按被控變量來分類壓力控制系統(tǒng)液位控制系統(tǒng)流量控制系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)成分控制系統(tǒng)4.按控制器所具有的控制規(guī)律來分類

比例控制系統(tǒng)

比例積分控制系統(tǒng)

比例積分微分控制系統(tǒng)

5.從控制系統(tǒng)構成的復雜程度

復雜控制系統(tǒng)

簡單控制系統(tǒng)

3.按被控變量來分類壓力控制系統(tǒng)液位控制系統(tǒng)流量控制系統(tǒng)溫12三、自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標

（一）控制系統(tǒng)的過渡過程系統(tǒng)的靜態(tài):被控變量不隨時間變化的穩(wěn)定狀態(tài)稱為系統(tǒng)的靜態(tài)。系統(tǒng)的動態(tài):把被控變量隨時間變化的不穩(wěn)定狀態(tài)稱為系統(tǒng)的動態(tài)?？刂葡到y(tǒng)的過渡過程:把被控變量從受擾動影響開始，到控制系統(tǒng)將其調(diào)回到新的穩(wěn)定狀態(tài)為止的變化過程稱為控制系統(tǒng)的過渡過程，即系統(tǒng)由一個平衡狀態(tài)過渡到另一個平衡狀態(tài)的中間過程。

三、自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標（一）控制系統(tǒng)的過渡過13五種過渡過程tytytytyc余差ty等幅振蕩發(fā)散振蕩衰減振蕩單調(diào)發(fā)散發(fā)散收斂振幅小時可取不可取理想狀態(tài)均勻控制采用不可取名稱特性五種過渡過程tytytytyc余差ty等幅振蕩發(fā)散振蕩衰減振14三、自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標（二）控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標（針對定值系統(tǒng)）最大偏差超調(diào)量超調(diào)量超調(diào)量振蕩周期余差三、自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標（二）控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標151．最大偏差A（或超調(diào)量B） 是衡量過渡過程穩(wěn)定性的一個動態(tài)指標。（1）是用被控變量偏離設定值的最大程度來描述，即最大偏差，用圖A表示。（2）用被控變量偏離新穩(wěn)態(tài)值C的最大程度來描述，即超調(diào)量，用圖B表示。2．衰減比n

是衡量控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的一個動態(tài)指標。它是指過渡過程曲線同方向相鄰兩個峰值之比。一般認為，衰減比為4:1至10:1為宜。

1．最大偏差A（或超調(diào)量B）163．余差C

是衡量控制系統(tǒng)控制準確性的穩(wěn)態(tài)指標。是指被控變量的設定值x與過渡過程終了時的新穩(wěn)態(tài)值y（∞）之差，用C表示。 C=x—y（∞）4．振蕩周期T（或振蕩頻率f） 是衡量控制系統(tǒng)控制速度的品質(zhì)指標。將過渡過程曲線相鄰兩波峰之間的時間稱作振蕩周期，用T表示。其倒數(shù)稱為工作頻率，用f表示。3．余差C17四、控制對象的特性

對象特性：是指對象在輸入信號作用下，其輸出變量（即被控變量）隨時間變化的特性。通常，對象可以看作有兩種輸入，即操縱變量的輸入信號和外界擾動信號。 操縱變量對被控變量的作用途徑稱為控制通道。 擾動信號對被控變量的作用途徑稱為擾動通道。四、控制對象的特性 對象特性：是指對象在輸入信號作用下，其18四、控制對象的特性1．放大系數(shù)K

放大系數(shù)是指輸出信號（被控變量）的變化量與引起該變化的階躍輸入信號（操縱變量的變化量或擾動信號的變化量）的比值。其中與前者的比值稱為控制通道的放大系數(shù)，用K0表示；而與后者的比值稱為擾動通道的放大系數(shù)，用Kf表示。

K0↑→

控制作用↑(多種控制手段) Kf ↑→干擾影響↑(多種擾動)四、控制對象的特性1．放大系數(shù)K19四、控制對象的特性2．時間常數(shù)T時間常數(shù)是反映對象在輸入變量作用下，被控變量變化快慢的一個參數(shù)。時間常數(shù)越大，在階躍輸入作用下，被控變量變化得越慢，達到新的穩(wěn)態(tài)值所需的時間就越長。四、控制對象的特性2．時間常數(shù)T20四、控制對象的特性3．滯后時間τ滯后是指對象的輸出變化落后于輸入變化的現(xiàn)象。滯后時間就是描述對象滯后現(xiàn)象的動態(tài)參數(shù)。純滯后時間τ0（純滯后是由距離與速度引起的滯后）容量滯后時間τC（容量滯后是多容對象的固有屬性，對象的容量個數(shù)越多，其容量滯后就越大）。控制通道τ↓→控制作用↑ 擾動通道τ↑→控制作用↑四、控制對象的特性3．滯后時間τ21五、基本控制規(guī)律及其對過渡過程的影響（一）基本控制規(guī)律控制規(guī)律，就是指控制器輸出的變化量Δp（t）隨輸入偏差e（t）變化的規(guī)律?？刂埔?guī)律的描述通常有表達式和階躍響應曲線兩種方式。基本控制規(guī)律有雙位控制、比例控制（P）、積分控制（I）和微分控制（D）等。

五、基本控制規(guī)律及其對過渡過程的影響（一）基本控制規(guī)律22（一）基本控制規(guī)律1．比例控制（P）（1）比例控制規(guī)律：定義：控制器輸出的變化量與被控變量的偏差成比例的控制規(guī)律。表達式：階躍響應曲線△x△yttAKpA00（一）基本控制規(guī)律1．比例控制（P）△x△yttAKpA00231．比例控制（P）（2）比例度δ

定義：調(diào)節(jié)器的輸入變化量相對于輸入信號范圍占相應的輸出變化量相對于輸出信號范圍的百分數(shù)。1．比例控制（P）（2）比例度δ241．比例控制（P）比例調(diào)節(jié)規(guī)律特點：①比例控制作用及時迅速。只要有偏差出現(xiàn)，比例調(diào)節(jié)器就立刻產(chǎn)生輸出，且只要有偏差存在，調(diào)節(jié)器就一直有與偏差成比例的輸出變化②比例控制作用將會使系統(tǒng)出現(xiàn)余差。因為比例控制的輸出與輸入成比例關系。不為零的輸出，就要求不為零的輸入。所以偏差不為零，故控制結果出現(xiàn)余差。③比例度越?。ū壤鲆嬖酱螅嗖钤叫?，比例度過小，產(chǎn)生振蕩，甚至發(fā)散④相同比例度時，干擾越大，余差越大。粗調(diào)，適用于對精度要求不高的系統(tǒng)。1．比例控制（P）比例調(diào)節(jié)規(guī)律特點：25

2．比例積分控制（PI）定義：積分作用的輸出與偏差對時間的積分成比例關系。公式： 階躍響應特性曲線：t0t0t1t1A2．比例積分控制（PI）定義：積分作用的輸出與偏差對時間的26特點a、積分調(diào)節(jié)速度慢，調(diào)節(jié)不及時。即使有一個較大的偏差，由于開始時積分作用總是很小，即開始時調(diào)節(jié)作用太弱，從而造成調(diào)節(jié)不及時。故積分作用不單獨使用。b、積分作用能消除余差。由上式，只要偏差不等于零，積分作用的輸出就會隨時間不斷地變化，只有當偏差等于零時，輸出才會穩(wěn)定。稱為細調(diào)。

2．比例積分控制（PI）特點2．比例積分控制（PI）272．比例積分控制（PI）a、積分時間積分時間對過渡過程的影響：TI

↑，積分作用越弱b、TI的定義：在階躍信號作用下，積分作用的輸出值變化到等于比例作用的輸出值所經(jīng)歷的時間就是積分時間。c、TI的測定方法從給PI控制器（若是PID控制器，預先除去微分作用）加入一個適當幅度的階躍信號開始到積分作用的輸出變化到等于比例作用的輸出為止，這段時間t就是實際積分時間2．比例積分控制（PI）a、積分時間283．比例積分微分控制（PID）

（1）微分控制規(guī)律定義：調(diào)節(jié)器的微分作用的輸出與偏差變化的速度成正比。公式：階躍響應特性曲線：3．比例積分微分控制（PID）（1）微分控制規(guī)律29（1）微分控制規(guī)律特點：A、偏差變化越大，則微分作用的輸出越大。B、對于一個固定不變的偏差Δx不管它有多大，yD＝0是一種理想的微分作用，因此不能單獨作為調(diào)節(jié)規(guī)律使用。3．比例積分微分控制（PID）

（1）微分控制規(guī)律3．比例積分微分控制（PID）30（2）實際的比例微分控制規(guī)律公式：階躍響應曲線：（2）實際的比例微分控制規(guī)律公式：31微分時間常數(shù)

指在階躍偏差A作用下，比例微分作用的輸出立即上跳到KpKdA，然后按指數(shù)規(guī)律慢慢下降，當下降了微分部分的63.2%時，所經(jīng)歷的時間，就是微分時間常數(shù)τ。而微分時間Td=τKd。實際工作中，通常用這一方法測定Td的大小。微分調(diào)節(jié)規(guī)律的特點由于微分作用的輸出與成正比，這種根據(jù)偏差變化的趨勢，提前采取的調(diào)節(jié)措施稱為“超前調(diào)節(jié)”（預調(diào)）。由于微分作用具有超前的特點，因此微分作用如果使用得當，可以使被控變量的超調(diào)量減小，操作周期和回復時間縮短，系統(tǒng)的質(zhì)量得到提高，特別使對滯后大的對象，效果更顯著。微分時間常數(shù)32（4）比例積分微分控制規(guī)律公式：階躍響應曲線：（4）比例積分微分控制規(guī)律公式：334．數(shù)字PID控制模擬信號離散化4．數(shù)字PID控制模擬信號離散化34（二）控制器參數(shù)對過渡過程的影響1．δ對過渡過程的影響δ越小

比例作用越強

最大偏差（超調(diào)量）減小

振蕩周期減小

余差減小

衰減比減小

δ的大致范圍是：壓力對象30~70%；流量對象40~100%；液位對象20~80%；溫度對象20~60%。

（二）控制器參數(shù)對過渡過程的影響1．δ對過渡過程的影響δ越小352．Ti對過渡過程的影響Ti↑積分作用↓

純比例控制

存在余差

Ti↓積分作用↑

消除余差震蕩劇烈

對于管道壓力、流量等滯后不大對象，Ti可選得小一些溫度對象的滯后較大，Ti可選取大一些。（二）控制器參數(shù)對過渡過程的影響2．Ti對過渡過程的影響Ti↑積分作用↓純比例控制存363．Td對過渡過程的影響Td↑微分作用↑動態(tài)偏差↓余差↓

穩(wěn)定性↓

Td↓微分作用↓動態(tài)偏差↑余差↑

穩(wěn)定性↑

1為PD作用2為PID作用3為P作用4為PI作用5為I作用

3．Td對過渡過程的影響Td↑微分作用↑動態(tài)偏差↓余差↓37第三節(jié)自動控制系統(tǒng)一、簡單控制系統(tǒng)二、復雜控制系統(tǒng)第三節(jié)自動控制系統(tǒng)一、簡單控制系統(tǒng)38一、簡單控制系統(tǒng)（一）簡單控制系統(tǒng)的組成1．組成：控制器執(zhí)行器

對象

檢測變送器設定值x

+e控制器輸出p

操縱變量

q

被控變量y

擾動f測量值z-

自動化裝置工藝對象一、簡單控制系統(tǒng)（一）簡單控制系統(tǒng)的組成控制器執(zhí)行器對象392．特點：構成簡單、儀表的數(shù)量少、投資小、操作維護也比較方便在一般情況下，都能滿足控制質(zhì)量的要求。

使用量約占控制系統(tǒng)比例的80%以上。一、簡單控制系統(tǒng)儲罐HTHC差壓變送器液位調(diào)節(jié)器執(zhí)行器2．特點：構成簡單、儀表的數(shù)量少、投資小、操作維護也比40（二）簡單控制系統(tǒng)方案的確定1．步驟：（1）確定被控變量，在被控制變量所在的設備上確定檢測點（2）確定操縱變量，在操縱變量所在的管線上放上執(zhí)行器（3）在二者之間聯(lián)上控制器就構成了簡單的控制系統(tǒng)一、簡單控制系統(tǒng)（二）簡單控制系統(tǒng)方案的確定一、簡單控制系統(tǒng)412．被控變量的選擇（1）被控變量一定是反映工藝操作指標或狀態(tài)的重要參數(shù)。（2）若工藝變量本身（如T、P、F、H等）就是要求控制的指標（稱直接指標），則應盡量選用直接控制指標為被控變量。（3）如果直接指標無法獲得或很難獲得，則應選用與直接指標有單值對應關系且反應又快的間接指標為被控變量。（4）被控變量應是為保持生產(chǎn)穩(wěn)定，需要經(jīng)?？刂频淖兞俊＃?）被控變量一般應該是獨立可控的，不至因調(diào)整它而引起其它變量的明顯變化、發(fā)生關聯(lián)作用而影響系統(tǒng)穩(wěn)定。（6）被控變量應是易于測量、靈敏度足夠大的變量。一、簡單控制系統(tǒng)2．被控變量的選擇一、簡單控制系統(tǒng)423．操縱變量的選擇（1）所選的操縱變量應對被控變量的影響大、反應靈敏，且使控制通道的放大系數(shù)大、時間常數(shù)小、滯后小，保證控制作用有力、及時。（2）所選的操縱變量應使擾動通道的時間常數(shù)盡量大，放大系數(shù)盡量小。執(zhí)行器盡量靠近擾動輸入點，以減小擾動的影響。（3）操縱變量的選擇，要考慮工藝上的合理性，一般避免用主物料流量作為操縱變量。換言之是要選擇工藝上合理且允許調(diào)整又可控制的變量。一、簡單控制系統(tǒng)3．操縱變量的選擇一、簡單控制系統(tǒng)43二、復雜控制系統(tǒng)（一）串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)的工作過程，就是指在擾動作用下，引起主、副變量偏離設定值，由主、副調(diào)節(jié)器通過控制作用克服擾動，使系統(tǒng)恢復到新的穩(wěn)定狀態(tài)的過渡過程。系統(tǒng)能把所有的擾動都包括在控制回路之中，并用一個溫度調(diào)節(jié)器來教正擾動的影響二、復雜控制系統(tǒng)（一）串級控制系統(tǒng)系統(tǒng)能把所有的擾動都包括在44（一）串級控制系統(tǒng)組成：串級控制系統(tǒng)中有兩個測量、變送器，兩個控制器，兩個對象，一個控制閥。二、復雜控制系統(tǒng)主調(diào)節(jié)器副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥副過程主過程主檢測變送器設定+副檢測變送器（一）串級控制系統(tǒng)二、復雜控制系統(tǒng)主調(diào)節(jié)器副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥副過45（一）串級控制系統(tǒng)常用術語：主變量——工藝最終要求控制的被控變量副變量——為穩(wěn)定主變量而引入的輔助變量主對象——表征主變量的生產(chǎn)設備副對象——表征副變量的生產(chǎn)設備主控制器——按主變量與工藝設定值的偏差工作，其輸出作為副控制器的外設定值，在系統(tǒng)中起主導作用副控制器——按副變量與主控制器來的外設定值的偏差工作，其輸出直接操縱控制閥二、復雜控制系統(tǒng)（一）串級控制系統(tǒng)二、復雜控制系統(tǒng)46（一）串級控制系統(tǒng)主測量變送器——對主變量進行測量及信號轉(zhuǎn)換的變送器副測量變送器——對副變量進行測量及信號轉(zhuǎn)換的變送器主回路——是指由主測量變送器，主、副控制器，執(zhí)行器和主、副對象構成的外回路，又叫主環(huán)或外環(huán)；副回路——是指由副測量變送器，副控制器，執(zhí)行器和副對象構成的內(nèi)回路，又稱副環(huán)或內(nèi)環(huán)。二、復雜控制系統(tǒng)（一）串級控制系統(tǒng)二、復雜控制系統(tǒng)47（一）串級控制系統(tǒng)控制過程分析一旦系統(tǒng)受到擾動破壞了平衡，引起主、副變量偏離設定值時，系統(tǒng)的主、副調(diào)節(jié)器便進行工作，根據(jù)擾動進入系統(tǒng)的位置的不同，可分為以下三種情況：擾動作用于副回路擾動作用于主過程擾動同時作用于副回路和主過程二、復雜控制系統(tǒng)副過程的動態(tài)特性將大大改善，可以充分發(fā)揮副回路的長處，構成加熱爐出口溫度與燃料流量串級的控制系統(tǒng)。如圖。這種串級控制方案的應用是很多的（一）串級控制系統(tǒng)二、復雜控制系統(tǒng)副過程的動態(tài)特性將大大改善48（一）串級控制系統(tǒng)回路和變量的選擇（1）副回路應包括盡可能多的擾動，尤其是主要擾動。（2）副回路的時間常數(shù)要小、反應要快。一般要求副環(huán)要比主環(huán)至少快三倍。（3）所選擇的副變量一定是影響主變量的直接因素。二、復雜控制系統(tǒng)出口溫度對燃料流量的串級控制（一）串級控制系統(tǒng)二、復雜控制系統(tǒng)出口溫度對燃料流量的串級控49（一）串級控制系統(tǒng)串級控制的特點：（1）主回路為定值控制系統(tǒng)，而副回路是隨動控制系統(tǒng)。（2）結構上是主、副控制器串聯(lián)，主控制器的輸出作為副控制器的外設定，形成主、副兩個回路，系統(tǒng)通過副控制器操縱執(zhí)行器。（3）抗擾動能力強，對進入副回路的擾動的抑制力更強，控制精度高，控制滯后小。因此，它特別適用于溫度對象等滯后大的場合。二、復雜控制系統(tǒng)（一）串級控制系統(tǒng)二、復雜控制系統(tǒng)50（二）均勻控制系統(tǒng)目的：均勻控制系統(tǒng)是非定值系統(tǒng)，使兩個變量在允許的范圍內(nèi)變化，以達到工藝要求的液位與流量的平衡。特點：不是使被控變量保持不變（不是定值控制），而是使兩個互相聯(lián)系的變量都在允許的范圍內(nèi)緩慢變化。二、復雜控制系統(tǒng)控制器1流量對象液位對象變送器2+設定值+e（t）比較機構測量值x（t）L（t）z（t）干擾2

f2（t）-調(diào)節(jié)閥變送器1干擾1

f1（t）加法器F（t）L（t）（二）均勻控制系統(tǒng)二、復雜控制系統(tǒng)控制器1流量對象液位變送器51（二）均勻控制系統(tǒng)均勻控制方案（1）簡單均勻控制系統(tǒng)簡單均勻控制系統(tǒng)在結構上與一般的單回路定值控制系統(tǒng)是完全一樣的，只是在控制器的參數(shù)設置上有區(qū)別。（2）串級均勻控制系統(tǒng)簡單均勻控制系統(tǒng)結構非常簡單，操作方便。但存在著控制滯后，所以，最好的辦法就是構成串級均勻控制系統(tǒng)。二、復雜控制系統(tǒng)（二）均勻控制系統(tǒng)二、復雜控制系統(tǒng)52（二）均勻控制系統(tǒng)二、復雜控制系統(tǒng)簡單均勻控制系統(tǒng)串級均勻控制系統(tǒng)（二）均勻控制系統(tǒng)二、復雜控制系統(tǒng)簡單均勻控制系統(tǒng)串級均勻控53（三）其他控制系統(tǒng)1．比值控制系統(tǒng)2．分程控制系統(tǒng)3．前饋控制系統(tǒng)4．選擇性控制系統(tǒng)二、復雜控制系統(tǒng)（三）其他控制系統(tǒng)二、復雜控制系統(tǒng)541．比值控制系統(tǒng)（1）目的：就是實現(xiàn)兩種或兩種以上物料的比例關系。（2）方案：開環(huán)比值控制單閉環(huán)比值控制雙閉環(huán)比值控制變比值控制（3）單閉環(huán)比值控制特點：構成較簡單、儀表使用較少、實施較方便，因此應用十分廣泛，尤其適用于主物料在工藝上不允許控制的場合。（三）其他控制系統(tǒng)1．比值控制系統(tǒng)（三）其他控制系統(tǒng)551．比值控制系統(tǒng)（三）其他控制系統(tǒng)KFC單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的原理如圖所示，系統(tǒng)中主流量Q1處于開環(huán)，副流量Q2構成了閉環(huán)。主流量Q1的測量信號經(jīng)比值運算器乘以K作為副流量調(diào)節(jié)器F2C的設定，副流量系統(tǒng)作為一個隨動控制系統(tǒng)，使副流量能依一定的比值關系跟隨主流量而變化

1．比值控制系統(tǒng)（三）其他控制系統(tǒng)KFC單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的562．分程控制系統(tǒng)（1）特點：一個控制器的輸出，帶動兩個及以上工作范圍不同的控制閥進行工作。（2）控制閥簡介：多為氣動薄膜控制閥，分氣開和氣關兩種形式它的工作信號是20~100kPa的氣信號氣開閥，閥的開度隨外來信號的增加而增加氣關閥，閥的開度隨外來信號的增加而減?。ㄈ┢渌刂葡到y(tǒng)2．分程控制系統(tǒng)（三）其他控制系統(tǒng)572．分程控制系統(tǒng)（3）分程控制系統(tǒng)的四種形式：（三）其他控制系統(tǒng)圖（d）A為氣開閥，B為氣關閥。

圖（a）兩閥均為氣開閥；圖（b）兩閥均為氣關閥；圖（c）A為氣關閥，B為氣開閥；2．分程控制系統(tǒng)（三）其他控制系統(tǒng)圖（d）A為氣開閥，B為氣583.前饋控制系統(tǒng)（1）按擾動變化的大小實施控制的系統(tǒng)?？刂谱饔卯a(chǎn)生在擾動發(fā)生的同時，而不是等到擾動引起被控制變量發(fā)生波動之后。（三）其他控制系統(tǒng)在進料流量變化（如增加）的同時，就使蒸汽閥門開大，靠加大蒸汽量來抵制變化的冷物料的影響，將擾動克服在對出口溫度產(chǎn)生影響之前。3.前饋控制系統(tǒng)（三）其他控制系統(tǒng)在進料流量變化（如增加）的593.前饋控制系統(tǒng)前饋只能克服一種擾動，而且控制的效果得不到檢驗。常常將前饋與反饋結合起來構成前饋-反饋控制系統(tǒng)，它可以用前饋來克服主要擾動，而用反饋來克服其他擾動，并檢驗控制效果。（三）其他控制系統(tǒng)3.前饋控制系統(tǒng)（三）其他控制系統(tǒng)603.選擇性控制系統(tǒng)生產(chǎn)異常有兩種處理方法：一是利用聯(lián)鎖保護系統(tǒng)自動報警后停車；二是轉(zhuǎn)為人工操作，使生產(chǎn)逐步恢復正常。但最好選擇軟保護——選擇性控制（1）選擇性控制系統(tǒng)：就是有兩套控制系統(tǒng)可供選擇。（2）特點：兩套控制系統(tǒng)。正常工況時，選擇一套，而生產(chǎn)短期內(nèi)處于不正常狀態(tài)時，則選擇另一套。這樣既不停車又達到了自動保護的目的。故選擇性控制又叫取代控制和超馳控制。（三）其他控制系統(tǒng)3.選擇性控制系統(tǒng)（三）其他控制系統(tǒng)613.前饋控制系統(tǒng)當物料出口溫度偏高時，該控制系統(tǒng)可使控制閥開大，以增加液氨進入量，以便有更多的液氨蒸發(fā)使物料出口溫度降低。如果氨冷器中的液位太高，使蒸發(fā)空間減小，影響氨蒸發(fā)，溫度反倒降不下來。甚至使得氣氨帶液，引起后面的氨壓縮機發(fā)生事故。所以要求氨冷器中的液位不能超過某一限度。一個液位控制器LC，控制閥構成液位控制系統(tǒng)。（三）其他控制系統(tǒng)何時讓哪一個控制系統(tǒng)工作，則由一臺低值選擇器LS在兩個控制器之間按工況進行選擇。3.前饋控制系統(tǒng)（三）其他控制系統(tǒng)何時讓哪一個控制系統(tǒng)工作，62第四節(jié)自動信號報警與聯(lián)鎖保護系統(tǒng)一、信號報警系統(tǒng)1．信號報警系統(tǒng)的組成故障檢測元件——是一種工藝觸點（開關），一般由控制器、記錄儀、指示儀等二次儀表提供。當某變量越限時，它的接點就會閉合或斷開，使信號報警系統(tǒng)動作。信號報警器——可以是有觸點的繼電器箱、無觸點的盤裝閃光報警器和晶體管插卡式邏輯監(jiān)控系統(tǒng)。一般安裝在儀表盤后。信號燈——裝在儀表盤的上部。報警點少時，可用幾個單體的指示燈；報警點較多時，可用報警燈屏集中顯示。音響器（蜂鳴器）——用于進行聲音報警，以提醒操作人員查找事故原因，并及時處理。它一般安裝在儀表盤后或后架上，多個報警系統(tǒng)可共用一個音響器。按鈕——通常安裝在儀表盤下面。第四節(jié)自動信號報警與聯(lián)鎖保護系統(tǒng)一、信號報警系統(tǒng)63第四節(jié)自動信號報警與聯(lián)鎖保護系統(tǒng)一、信號報警系統(tǒng)2．信號報警系統(tǒng)的功能報警系統(tǒng):一般報警、能區(qū)別第一原因的報警、能區(qū)別瞬時原因的報警3．補充：繼電器的一般知識（1）繼電器：是以弱電控制強電的一種控制設備（2）組成：線圈：常開觸點常閉觸點（3）工作狀態(tài)：線圈失電：常開觸點斷開、常閉觸點閉合線圈得電：常開觸點閉合、常閉觸點斷開第四節(jié)自動信號報警與聯(lián)鎖保護系統(tǒng)一、信號報警系統(tǒng)64第四節(jié)自動信號報警與聯(lián)鎖保護系統(tǒng)一、信號報警系統(tǒng)4．信號報警電路X1——為LRCA-103系統(tǒng)中控制器的上限報警的常開觸點，當塔釜液位達到高限時，X1接通。1BD為上限指示燈（紅色）。X2——為LRCA-103系統(tǒng)中控制器的下限報警的常閉觸點，當塔釜液位達到低限時，X2接通。2BD為下限指示燈（綠色）。1XA——確認按鈕。2XA——試驗按鈕。LB——電喇叭第四節(jié)自動信號報警與聯(lián)鎖保護系統(tǒng)一、信號報警系統(tǒng)65第四節(jié)自動信號報警與聯(lián)鎖保護系統(tǒng)一、信號報警系統(tǒng)4．信號報警電路（2）正常時：X1斷——1ZJ失電——1ZJ-1的常開觸點斷，1BD滅——1ZJ-1的常閉觸點通，為試驗做準備——1ZJ-2常開觸點斷——LB不響X2通——2ZJ得電——2ZJ-1常閉觸點斷，2BD滅——2ZJ-1常開觸點通，為試驗做準備——2ZJ-2常閉觸點斷——LB不響（3）塔釜液位過高時：X1閉合——1ZJ得電——1ZJ-1常開觸點閉合——1BD亮——1ZJ-1常閉觸點斷開——1ZJ-2常開觸點閉合——LB響。第四節(jié)自動信號報警與聯(lián)鎖保護系統(tǒng)一、信號報警系統(tǒng)66第四節(jié)自動信號報警與聯(lián)鎖保護系統(tǒng)一、信號報警系統(tǒng)4．信號報警電路（4）塔釜液位低于下限時：X2斷——2ZJ斷——2ZJ-1常閉通——2BD亮——2ZJ-1常開斷——2ZJ-2通——LB響（5）確認：1XA通——101ZJ得電——101ZJ-2常閉觸點斷開——消音（6）試驗：2XA通——1BD亮——2BD亮——LB不響第四節(jié)自動信號報警與聯(lián)鎖保護系統(tǒng)一、信號報警系統(tǒng)67第四節(jié)自動信號報警與聯(lián)鎖保護系統(tǒng)二、聯(lián)鎖保護電路1．聯(lián)鎖保護的功能“硬保護”——聯(lián)鎖保護系統(tǒng)。聯(lián)鎖保護實質(zhì)上是一種自動操縱保護系統(tǒng)。包括：（1）工藝聯(lián)鎖：由某工藝變量越限而引起的聯(lián)鎖，稱為工藝聯(lián)鎖（2）機組聯(lián)鎖：是指運轉(zhuǎn)設備本身或機組之間的聯(lián)鎖。（3）程序聯(lián)鎖：以確保按預定程序或時間次序?qū)に囋O備進行自動操縱。（4）各種泵類的開停第四節(jié)自動信號報警與聯(lián)鎖保護系統(tǒng)二、聯(lián)鎖保護電路68第四節(jié)自動信號報警與聯(lián)鎖保護系統(tǒng)二、聯(lián)鎖保護電路進料：脫甲烷后的石油裂解氣塔頂產(chǎn)品：C2餾分塔底產(chǎn)品：C3以上的餾分為了保證塔底產(chǎn)品質(zhì)量，就要使塔底溫度恒定，故有TRC-118溫度控制系統(tǒng)。但由于塔壓對安全生產(chǎn)起著重要作用，所以一定要確保塔壓正常。否則，塔壓越限將引起液泛事故。為此采用了塔壓聯(lián)鎖保護電路。第四節(jié)自動信號報警與聯(lián)鎖保護系統(tǒng)二、聯(lián)鎖保護電路69第四節(jié)自動信號報警與聯(lián)鎖保護系統(tǒng)二、聯(lián)鎖保護電路X——壓力指示儀提供的常閉觸點；YFJ——延時繼電器；QA——啟動按鈕；DCF——電磁閥。線圈S得電時，A、C通，B、C斷；S失電時，B、C通，A、C斷；LK——摘掛聯(lián)鎖的開關。第四節(jié)自動信號報警與聯(lián)鎖保護系統(tǒng)二、聯(lián)鎖保護電路70第四節(jié)自動信號報警與聯(lián)鎖保護系統(tǒng)二、聯(lián)鎖保護電路①正常時：X閉合—YFJ得電——YFJ-1常開觸點閉合——QA通—ZJ得電——ZJ-1開通——自鎖——ZJ-2開通——S得電——AC通——T控——BC斷②塔壓越限時：X斷—YFJ失電—ZJ失電—ZJ-2斷—S斷—BC通閥關—停熱——AC斷直到塔壓恢復正常第四節(jié)自動信號報警與聯(lián)鎖保護系統(tǒng)二、聯(lián)鎖保護電路71本章小結

1．自動檢測系統(tǒng)由檢測環(huán)節(jié)、信號轉(zhuǎn)換處理環(huán)節(jié)、顯示環(huán)節(jié)和檢測對象組成，按顯示地點不同可分為就地顯示和遠傳顯示兩種類型，按被測變量不同可分為壓力、物位、流量、溫度、成分等檢測系統(tǒng)；2．自動控制系統(tǒng)按基本結構不同可分為閉環(huán)、開環(huán)兩種控制系統(tǒng)；按設定值的情況不同可分為定值、隨動、程序控制系統(tǒng)；按被控變量來分可分為壓力、物位、流量、溫度、成分控制系統(tǒng)；如果按控制器所具有的控制規(guī)律來分類，可分為比例、比例積分、比例微分、比例積分微分等控制系統(tǒng)；如果從控制系統(tǒng)構成的復雜程度來分，又可分為簡單控制系統(tǒng)和復雜控制系統(tǒng)；3．系統(tǒng)的過渡過程有發(fā)散、等幅、衰減振蕩及單調(diào)過程等四種形式，其中衰減振蕩是人們所希望的。同是衰減振蕩也有好壞之分，其質(zhì)量可用最大動態(tài)偏差（或超調(diào)量）、余差、衰減比及振蕩周期（或頻率）等指標來衡量；本章小結1．自動檢測系統(tǒng)由檢測環(huán)節(jié)72本章小結4．基本控制規(guī)律及對其過渡過程的影響可總結見教材。5．簡單控制系統(tǒng)由對象、檢測變送器、控制器及控制閥等四個環(huán)節(jié)組成；6．串級、均勻、比值、分程、選擇、前饋等復雜控制系統(tǒng)的控制目的、特點、組成及應用；7．信號報警系統(tǒng)由故障檢測元件、信號報警器、信號燈、音響和按鈕等環(huán)節(jié)組成，信號報警系統(tǒng)分為一般報警、能區(qū)別第一原因的報警和能區(qū)別瞬時原因的報警三大類。而每一類又都有閃光報警和不閃光報警兩種；8．聯(lián)鎖保護系統(tǒng)分為工藝聯(lián)鎖、機組聯(lián)鎖、程序聯(lián)鎖、各種泵類的開停等幾種情況；本章小結4．基本控制規(guī)律及對其過渡過73第二章過程控制系統(tǒng)第一節(jié)自動檢測系統(tǒng)第二節(jié)自動控制系統(tǒng)概述第三節(jié)自動控制系統(tǒng)第四節(jié)自動信號報警與聯(lián)鎖保護系統(tǒng)第二章過程控制系統(tǒng)第一節(jié)自動檢測系統(tǒng)74第一節(jié)自動檢測系統(tǒng)一、自動檢測系統(tǒng)的組成檢測對象

檢測環(huán)節(jié)

信號轉(zhuǎn)換處理環(huán)節(jié)

顯示環(huán)節(jié)

第一節(jié)自動檢測系統(tǒng)一、自動檢測系統(tǒng)的組成檢測對象檢75二、自動檢測系統(tǒng)的種類（一）按被檢測的變量不同分類壓力檢測系統(tǒng)

溫度檢測系統(tǒng)

物位檢測系統(tǒng)

流量檢測系統(tǒng)成分檢測系統(tǒng)

二、自動檢測系統(tǒng)的種類（一）按被檢測的變量不同分類壓力檢測系76（二）按顯示地點不同分類1．就地顯示的自動檢測系統(tǒng)

這種檢測系統(tǒng)的檢測環(huán)節(jié)與信號轉(zhuǎn)換處理環(huán)節(jié)及顯示環(huán)節(jié)一般是合為一體的，即構成了一塊就地顯示儀表，由這種就地顯示儀表與檢測對象一起構成的就是就地顯示的自動檢測系統(tǒng)。轉(zhuǎn)換處理環(huán)節(jié)檢測對象檢測環(huán)節(jié)顯示環(huán)節(jié)圖2-1就地顯示的自動檢測系統(tǒng)組成框圖

（二）按顯示地點不同分類轉(zhuǎn)換處理環(huán)節(jié)檢測對象檢測環(huán)節(jié)顯示環(huán)77（二）按顯示地點不同分類遠傳顯示的自動檢測系統(tǒng)這種檢測系統(tǒng)的檢測環(huán)節(jié)（檢測儀表）在現(xiàn)場，而顯示環(huán)節(jié)（顯示儀表）則安裝在控制室（通常稱現(xiàn)場儀表為一次表，控制室儀表為二次表），而轉(zhuǎn)換處理環(huán)節(jié)可以是輸出統(tǒng)一標準信號的變送器也可以是輸出非統(tǒng)一標準信號的器。

檢測對象檢測環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)換處理環(huán)節(jié)顯示環(huán)節(jié)現(xiàn)場（一次表）控制室（二次表）變送器或傳感器（二）按顯示地點不同分類檢測對象檢測環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)換處理環(huán)節(jié)顯示環(huán)78（二）按顯示地點不同分類遠傳顯示的自動檢測系統(tǒng)（1）非統(tǒng)一信號的遠傳顯示自動檢測系統(tǒng)（2）統(tǒng)一信號的遠傳顯示自動檢測系統(tǒng)

（二）按顯示地點不同分類79第二節(jié)自動控制系統(tǒng)概述一、自動控制系統(tǒng)的組成第二節(jié)自動控制系統(tǒng)概述一、自動控制系統(tǒng)的組成80一、自動控制系統(tǒng)的組成被控變量y——是指需要控制的工藝變量。設定值x——是被控變量的希望值。偏差e——是指設定值與被控變量的測量值之差。操縱變量q——是由控制器操縱，用于控制被控變量的物理量。擾動f——除操縱變量外，作用于過程并引起被控變量變化的因素。一、自動控制系統(tǒng)的組成81一、自動控制系統(tǒng)的組成對象——指需要控制其工藝變量的工業(yè)過程、設備或裝置。檢測元件和變送器——其作用是把被控變量轉(zhuǎn)化為測量值。比較機構——作用是將設定值與測量值比較并產(chǎn)生偏差；控制器——作用是根據(jù)偏差的正負、大小及變化情況，按預定的控制規(guī)律實施控制作用。執(zhí)行器——也叫控制閥。作用是接受控制器送來的信號，相應地去改變操縱變量。一、自動控制系統(tǒng)的組成82二、自動控制系統(tǒng)的種類1．按控制系統(tǒng)的基本結構（1）閉環(huán)控制系統(tǒng) 控制作用會影響到輸出（被控變量），而測量、變送器又將這個輸出送回到控制系統(tǒng)的輸入端。這樣控制系統(tǒng)就形成了一個閉合的環(huán)路，稱閉環(huán)控制系統(tǒng)。（2）開環(huán)控制系統(tǒng) 若系統(tǒng)的輸出信號不反饋到輸入端，也就不能形成閉合回路，這樣的系統(tǒng)就稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。 二、自動控制系統(tǒng)的種類1．按控制系統(tǒng)的基本結構83二、自動控制系統(tǒng)的種類2．按設定值的情況不同（1）定值控制系統(tǒng) 是指設定值恒定的控制系統(tǒng)。其基本任務是克服擾動對被控變量的影響，使被控變量保持在設定值。（2）隨動控制系統(tǒng) 也稱自動跟蹤系統(tǒng)。這類系統(tǒng)的特點是設定值不斷地變化，而且這種變化是隨機的、不可預知的。隨動系統(tǒng)的主要任務是使被控變量能盡快地、準確地跟蹤設定值的變化。（3）程序控制系統(tǒng) 其設定值也是變化的，但它是時間的已知函數(shù)，即設定值按人規(guī)定的時間程序變化。二、自動控制系統(tǒng)的種類2．按設定值的情況不同843.按被控變量來分類壓力控制系統(tǒng)液位控制系統(tǒng)流量控制系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)成分控制系統(tǒng)4.按控制器所具有的控制規(guī)律來分類

比例控制系統(tǒng)

比例積分控制系統(tǒng)

比例積分微分控制系統(tǒng)

5.從控制系統(tǒng)構成的復雜程度

復雜控制系統(tǒng)

簡單控制系統(tǒng)

3.按被控變量來分類壓力控制系統(tǒng)液位控制系統(tǒng)流量控制系統(tǒng)溫85三、自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標

（一）控制系統(tǒng)的過渡過程系統(tǒng)的靜態(tài):被控變量不隨時間變化的穩(wěn)定狀態(tài)稱為系統(tǒng)的靜態(tài)。系統(tǒng)的動態(tài):把被控變量隨時間變化的不穩(wěn)定狀態(tài)稱為系統(tǒng)的動態(tài)?？刂葡到y(tǒng)的過渡過程:把被控變量從受擾動影響開始，到控制系統(tǒng)將其調(diào)回到新的穩(wěn)定狀態(tài)為止的變化過程稱為控制系統(tǒng)的過渡過程，即系統(tǒng)由一個平衡狀態(tài)過渡到另一個平衡狀態(tài)的中間過程。

三、自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標（一）控制系統(tǒng)的過渡過86五種過渡過程tytytytyc余差ty等幅振蕩發(fā)散振蕩衰減振蕩單調(diào)發(fā)散發(fā)散收斂振幅小時可取不可取理想狀態(tài)均勻控制采用不可取名稱特性五種過渡過程tytytytyc余差ty等幅振蕩發(fā)散振蕩衰減振87三、自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標（二）控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標（針對定值系統(tǒng)）最大偏差超調(diào)量超調(diào)量超調(diào)量振蕩周期余差三、自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標（二）控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標881．最大偏差A（或超調(diào)量B） 是衡量過渡過程穩(wěn)定性的一個動態(tài)指標。（1）是用被控變量偏離設定值的最大程度來描述，即最大偏差，用圖A表示。（2）用被控變量偏離新穩(wěn)態(tài)值C的最大程度來描述，即超調(diào)量，用圖B表示。2．衰減比n

是衡量控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的一個動態(tài)指標。它是指過渡過程曲線同方向相鄰兩個峰值之比。一般認為，衰減比為4:1至10:1為宜。

1．最大偏差A（或超調(diào)量B）893．余差C

是衡量控制系統(tǒng)控制準確性的穩(wěn)態(tài)指標。是指被控變量的設定值x與過渡過程終了時的新穩(wěn)態(tài)值y（∞）之差，用C表示。 C=x—y（∞）4．振蕩周期T（或振蕩頻率f） 是衡量控制系統(tǒng)控制速度的品質(zhì)指標。將過渡過程曲線相鄰兩波峰之間的時間稱作振蕩周期，用T表示。其倒數(shù)稱為工作頻率，用f表示。3．余差C90四、控制對象的特性

對象特性：是指對象在輸入信號作用下，其輸出變量（即被控變量）隨時間變化的特性。通常，對象可以看作有兩種輸入，即操縱變量的輸入信號和外界擾動信號。 操縱變量對被控變量的作用途徑稱為控制通道。 擾動信號對被控變量的作用途徑稱為擾動通道。四、控制對象的特性 對象特性：是指對象在輸入信號作用下，其91四、控制對象的特性1．放大系數(shù)K

放大系數(shù)是指輸出信號（被控變量）的變化量與引起該變化的階躍輸入信號（操縱變量的變化量或擾動信號的變化量）的比值。其中與前者的比值稱為控制通道的放大系數(shù)，用K0表示；而與后者的比值稱為擾動通道的放大系數(shù)，用Kf表示。

K0↑→

控制作用↑(多種控制手段) Kf ↑→干擾影響↑(多種擾動)四、控制對象的特性1．放大系數(shù)K92四、控制對象的特性2．時間常數(shù)T時間常數(shù)是反映對象在輸入變量作用下，被控變量變化快慢的一個參數(shù)。時間常數(shù)越大，在階躍輸入作用下，被控變量變化得越慢，達到新的穩(wěn)態(tài)值所需的時間就越長。四、控制對象的特性2．時間常數(shù)T93四、控制對象的特性3．滯后時間τ滯后是指對象的輸出變化落后于輸入變化的現(xiàn)象。滯后時間就是描述對象滯后現(xiàn)象的動態(tài)參數(shù)。純滯后時間τ0（純滯后是由距離與速度引起的滯后）容量滯后時間τC（容量滯后是多容對象的固有屬性，對象的容量個數(shù)越多，其容量滯后就越大）?？刂仆ǖ捆印刂谱饔谩?擾動通道τ↑→控制作用↑四、控制對象的特性3．滯后時間τ94五、基本控制規(guī)律及其對過渡過程的影響（一）基本控制規(guī)律控制規(guī)律，就是指控制器輸出的變化量Δp（t）隨輸入偏差e（t）變化的規(guī)律?？刂埔?guī)律的描述通常有表達式和階躍響應曲線兩種方式。基本控制規(guī)律有雙位控制、比例控制（P）、積分控制（I）和微分控制（D）等。

五、基本控制規(guī)律及其對過渡過程的影響（一）基本控制規(guī)律95（一）基本控制規(guī)律1．比例控制（P）（1）比例控制規(guī)律：定義：控制器輸出的變化量與被控變量的偏差成比例的控制規(guī)律。表達式：階躍響應曲線△x△yttAKpA00（一）基本控制規(guī)律1．比例控制（P）△x△yttAKpA00961．比例控制（P）（2）比例度δ

定義：調(diào)節(jié)器的輸入變化量相對于輸入信號范圍占相應的輸出變化量相對于輸出信號范圍的百分數(shù)。1．比例控制（P）（2）比例度δ971．比例控制（P）比例調(diào)節(jié)規(guī)律特點：①比例控制作用及時迅速。只要有偏差出現(xiàn)，比例調(diào)節(jié)器就立刻產(chǎn)生輸出，且只要有偏差存在，調(diào)節(jié)器就一直有與偏差成比例的輸出變化②比例控制作用將會使系統(tǒng)出現(xiàn)余差。因為比例控制的輸出與輸入成比例關系。不為零的輸出，就要求不為零的輸入。所以偏差不為零，故控制結果出現(xiàn)余差。③比例度越?。ū壤鲆嬖酱螅?，余差越小，比例度過小，產(chǎn)生振蕩，甚至發(fā)散④相同比例度時，干擾越大，余差越大。粗調(diào)，適用于對精度要求不高的系統(tǒng)。1．比例控制（P）比例調(diào)節(jié)規(guī)律特點：98

2．比例積分控制（PI）定義：積分作用的輸出與偏差對時間的積分成比例關系。公式： 階躍響應特性曲線：t0t0t1t1A2．比例積分控制（PI）定義：積分作用的輸出與偏差對時間的99特點a、積分調(diào)節(jié)速度慢，調(diào)節(jié)不及時。即使有一個較大的偏差，由于開始時積分作用總是很小，即開始時調(diào)節(jié)作用太弱，從而造成調(diào)節(jié)不及時。故積分作用不單獨使用。b、積分作用能消除余差。由上式，只要偏差不等于零，積分作用的輸出就會隨時間不斷地變化，只有當偏差等于零時，輸出才會穩(wěn)定。稱為細調(diào)。

2．比例積分控制（PI）特點2．比例積分控制（PI）1002．比例積分控制（PI）a、積分時間積分時間對過渡過程的影響：TI

↑，積分作用越弱b、TI的定義：在階躍信號作用下，積分作用的輸出值變化到等于比例作用的輸出值所經(jīng)歷的時間就是積分時間。c、TI的測定方法從給PI控制器（若是PID控制器，預先除去微分作用）加入一個適當幅度的階躍信號開始到積分作用的輸出變化到等于比例作用的輸出為止，這段時間t就是實際積分時間2．比例積分控制（PI）a、積分時間1013．比例積分微分控制（PID）

（1）微分控制規(guī)律定義：調(diào)節(jié)器的微分作用的輸出與偏差變化的速度成正比。公式：階躍響應特性曲線：3．比例積分微分控制（PID）（1）微分控制規(guī)律102（1）微分控制規(guī)律特點：A、偏差變化越大，則微分作用的輸出越大。B、對于一個固定不變的偏差Δx不管它有多大，yD＝0是一種理想的微分作用，因此不能單獨作為調(diào)節(jié)規(guī)律使用。3．比例積分微分控制（PID）

（1）微分控制規(guī)律3．比例積分微分控制（PID）103（2）實際的比例微分控制規(guī)律公式：階躍響應曲線：（2）實際的比例微分控制規(guī)律公式：104微分時間常數(shù)

指在階躍偏差A作用下，比例微分作用的輸出立即上跳到KpKdA，然后按指數(shù)規(guī)律慢慢下降，當下降了微分部分的63.2%時，所經(jīng)歷的時間，就是微分時間常數(shù)τ。而微分時間Td=τKd。實際工作中，通常用這一方法測定Td的大小。微分調(diào)節(jié)規(guī)律的特點由于微分作用的輸出與成正比，這種根據(jù)偏差變化的趨勢，提前采取的調(diào)節(jié)措施稱為“超前調(diào)節(jié)”（預調(diào)）。由于微分作用具有超前的特點，因此微分作用如果使用得當，可以使被控變量的超調(diào)量減小，操作周期和回復時間縮短，系統(tǒng)的質(zhì)量得到提高，特別使對滯后大的對象，效果更顯著。微分時間常數(shù)105（4）比例積分微分控制規(guī)律公式：階躍響應曲線：（4）比例積分微分控制規(guī)律公式：1064．數(shù)字PID控制模擬信號離散化4．數(shù)字PID控制模擬信號離散化107（二）控制器參數(shù)對過渡過程的影響1．δ對過渡過程的影響δ越小

比例作用越強

最大偏差（超調(diào)量）減小

振蕩周期減小

余差減小

衰減比減小

δ的大致范圍是：壓力對象30~70%；流量對象40~100%；液位對象20~80%；溫度對象20~60%。

（二）控制器參數(shù)對過渡過程的影響1．δ對過渡過程的影響δ越小1082．Ti對過渡過程的影響Ti↑積分作用↓

純比例控制

存在余差

Ti↓積分作用↑

消除余差震蕩劇烈

對于管道壓力、流量等滯后不大對象，Ti可選得小一些溫度對象的滯后較大，Ti可選取大一些。（二）控制器參數(shù)對過渡過程的影響2．Ti對過渡過程的影響Ti↑積分作用↓純比例控制存1093．Td對過渡過程的影響Td↑微分作用↑動態(tài)偏差↓余差↓

穩(wěn)定性↓

Td↓微分作用↓動態(tài)偏差↑余差↑

穩(wěn)定性↑

1為PD作用2為PID作用3為P作用4為PI作用5為I作用

3．Td對過渡過程的影響Td↑微分作用↑動態(tài)偏差↓余差↓110第三節(jié)自動控制系統(tǒng)一、簡單控制系統(tǒng)二、復雜控制系統(tǒng)第三節(jié)自動控制系統(tǒng)一、簡單控制系統(tǒng)111一、簡單控制系統(tǒng)（一）簡單控制系統(tǒng)的組成1．組成：控制器執(zhí)行器

對象

檢測變送器設定值x

+e控制器輸出p

操縱變量

q

被控變量y

擾動f測量值z-

自動化裝置工藝對象一、簡單控制系統(tǒng)（一）簡單控制系統(tǒng)的組成控制器執(zhí)行器對象1122．特點：構成簡單、儀表的數(shù)量少、投資小、操作維護也比較方便在一般情況下，都能滿足控制質(zhì)量的要求。

使用量約占控制系統(tǒng)比例的80%以上。一、簡單控制系統(tǒng)儲罐HTHC差壓變送器液位調(diào)節(jié)器執(zhí)行器2．特點：構成簡單、儀表的數(shù)量少、投資小、操作維護也比113（二）簡單控制系統(tǒng)方案的確定1．步驟：（1）確定被控變量，在被控制變量所在的設備上確定檢測點（2）確定操縱變量，在操縱變量所在的管線上放上執(zhí)行器（3）在二者之間聯(lián)上控制器就構成了簡單的控制系統(tǒng)一、簡單控制系統(tǒng)（二）簡單控制系統(tǒng)方案的確定一、簡單控制系統(tǒng)1142．被控變量的選擇（1）被控變量一定是反映工藝操作指標或狀態(tài)的重要參數(shù)。（2）若工藝變量本身（如T、P、F、H等）就是要求控制的指標（稱直接指標），則應盡量選用直接控制指標為被控變量。（3）如果直接指標無法獲得或很難獲得，則應選用與直接指標有單值對應關系且反應又快的間接指標為被控變量。（4）被控變量應是為保持生產(chǎn)穩(wěn)定，需要經(jīng)?？刂频淖兞?。（5）被控變量一般應該是獨立可控的，不至因調(diào)整它而引起其它變量的明顯變化、發(fā)生關聯(lián)作用而影響系統(tǒng)穩(wěn)定。（6）被控變量應是易于測量、靈敏度足夠大的變量。一、簡單控制系統(tǒng)2．被控變量的選擇一、簡單控制系統(tǒng)1153．操縱變量的選擇（1）所選的操縱變量應對被控變量的影響大、反應靈敏，且使控制通道的放大系數(shù)大、時間常數(shù)小、滯后小，保證控制作用有力、及時。（2）所選的操縱變量應使擾動通道的時間常數(shù)盡量大，放大系數(shù)盡量小。執(zhí)行器盡量靠近擾動輸入點，以減小擾動的影響。（3）操縱變量的選擇，要考慮工藝上的合理性，一般避免用主物料流量作為操縱變量。換言之是要選擇工藝上合理且允許調(diào)整又可控制的變量。一、簡單控制系統(tǒng)3．操縱變量的選擇一、簡單控制系統(tǒng)116二、復雜控制系統(tǒng)（一）串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)的工作過程，就是指在擾動作用下，引起主、副變量偏離設定值，由主、副調(diào)節(jié)器通過控制作用克服擾動，使系統(tǒng)恢復到新的穩(wěn)定狀態(tài)的過渡過程。系統(tǒng)能把所有的擾動都包括在控制回路之中，并用一個溫度調(diào)節(jié)器來教正擾動的影響二、復雜控制系統(tǒng)（一）串級控制系統(tǒng)系統(tǒng)能把所有的擾動都包括在117（一）串級控制系統(tǒng)組成：串級控制系統(tǒng)中有兩個測量、變送器，兩個控制器，兩個對象，一個控制閥。二、復雜控制系統(tǒng)主調(diào)節(jié)器副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥副過程主過程主檢測變送器設定+副檢測變送器（一）串級控制系統(tǒng)二、復雜控制系統(tǒng)主調(diào)節(jié)器副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥副過118（一）串級控制系統(tǒng)常用術語：主變量——工藝最終要求控制的被控變量副變量——為穩(wěn)定主變量而引入的輔助變量主對象——表征主變量的生產(chǎn)設備副對象——表征副變量的生產(chǎn)設備主控制器——按主變量與工藝設定值的偏差工作，其輸出作為副控制器的外設定值，在系統(tǒng)中起主導作用副控制器——按副變量與主控制器來的外設定值的偏差工作，其輸出直接操縱控制閥二、復雜控制系統(tǒng)（一）串級控制系統(tǒng)二、復雜控制系統(tǒng)119（一）串級控制系統(tǒng)主測量變送器——對主變量進行測量及信號轉(zhuǎn)換的變送器副測量變送器——對副變量進行測量及信號轉(zhuǎn)換的變送器主回路——是指由主測量變送器，主、副控制器，執(zhí)行器和主、副對象構成的外回路，又叫主環(huán)或外環(huán)；副回路——是指由副測量變送器，副控制器，執(zhí)行器和副對象構成的內(nèi)回路，又稱副環(huán)或內(nèi)環(huán)。二、復雜控制系統(tǒng)（一）串級控制系統(tǒng)二、復雜控制系統(tǒng)120（一）串級控制系統(tǒng)控制過程分析一旦系統(tǒng)受到擾動破壞了平衡，引起主、副變量偏離設定值時，系統(tǒng)的主、副調(diào)節(jié)器便進行工作，根據(jù)擾動進入系統(tǒng)的位置的不同，可分為以下三種情況：擾動作用于副回路擾動作用于主過程擾動同時作用于副回路和主過程二、復雜控制系統(tǒng)副過程的動態(tài)特性將大大改善，可以充分發(fā)揮副回路的長處，構成加熱爐出口溫度與燃料流量串級的控制系統(tǒng)。如圖。這種串級控制方案的應用是很多的（一）串級控制系統(tǒng)二、復雜控制系統(tǒng)副過程的動態(tài)特性將大大改善121（一）串級控制系統(tǒng)回路和變量的選擇（1）副回路應包括盡可能多的擾動，尤其是主要擾動。（2）副回路的時間常數(shù)要小、反應要快。一般要求副環(huán)要比主環(huán)至少快三倍。（3）所選擇的副變量一定是影響主變量的直接因素。二、復雜控制系統(tǒng)出口溫度對燃料流量的串級控制（一）串級控制系統(tǒng)二、復雜控制系統(tǒng)出口溫度對燃料流量的串級控122（一）串級控制系統(tǒng)串級控制的特點：（1）主回路為定值控制系統(tǒng)，而副回路是隨動控制系統(tǒng)。（2）結構上是主、副控制器串聯(lián)，主控制器的輸出作為副控制器的外設定，形成主、副兩個回路，系統(tǒng)通過副控制器操縱執(zhí)行器。（3）抗擾動能力強，對進入副回路的擾動的抑制力更強，控制精度高，控制滯后小。因此，它特別適用于溫度對象等滯后大的場合。二、復雜控制系統(tǒng)（一）串級控制系統(tǒng)二、復雜控制系統(tǒng)123（二）均勻控制系統(tǒng)目的：均勻控制系統(tǒng)是非定值系統(tǒng)，使兩個變量在允許的范圍內(nèi)變化，以達到工藝要求的液位與流量的平衡。特點：不是使被控變量保持不變（不是定值控制），而是使兩個互相聯(lián)系的變量都在允許的范圍內(nèi)緩慢變化。二、復雜控制系統(tǒng)控制器1流量對象液位對象變送器2+設定值+e（t）比較機構測量值x（t）L（t）z（t）干擾2

f2（t）-調(diào)節(jié)閥變送器1干擾1

f1（t）加法器F（t）L（t）（二）均勻控制系統(tǒng)二、復雜控制系統(tǒng)控制器1流量對象液位變送器124（二）均勻控制系統(tǒng)均勻控制方案（1）簡單均勻控制系統(tǒng)簡單均勻控制系統(tǒng)在結構上與一般的單回路定值控制系統(tǒng)是完全一樣的，只是在控制器的參數(shù)設置上有區(qū)別。（2）串級均勻控制系統(tǒng)簡單均勻控制系統(tǒng)結構非常簡單，操作方便。但存在著控制滯后，所以，最好的辦法就是構成串級均勻控制系統(tǒng)。二、復雜控制系統(tǒng)（二）均勻控制系統(tǒng)二、復雜控制系統(tǒng)125（二）均勻控制系統(tǒng)二、復雜控制系統(tǒng)簡單均勻控制系統(tǒng)串級均勻控制系統(tǒng)（二）均勻控制系統(tǒng)二、復雜控制系統(tǒng)簡單均勻控制系統(tǒng)串級均勻控126（三）其他控制系統(tǒng)1．比值控制系統(tǒng)2．分程控制系統(tǒng)3．前饋控制系統(tǒng)4．選擇性控制系統(tǒng)二、復雜控制系統(tǒng)（三）其他控制系統(tǒng)二、復雜控制系統(tǒng)1271．比值控制系統(tǒng)（1）目的：就是實現(xiàn)兩種或兩種以上物料的比例關系。（2）方案：開環(huán)比值控制單閉環(huán)比值控制雙閉環(huán)比值控制變比值控制（3）單閉環(huán)比值控制特點：構成較簡單、儀表使用較少、實施較方便，因此應用十分廣泛，尤其適用于主物料在工藝上不允許控制的場合。（三）其他控制系統(tǒng)1．比值控制系統(tǒng)（三）其他控制系統(tǒng)1281．比值控制系統(tǒng)（三）其他控制系統(tǒng)KFC單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的原理如圖所示，系統(tǒng)中主流量Q1處于開環(huán)，副流量Q2構成了閉環(huán)。主流量Q1的測量信號經(jīng)比值運算器乘以K作為副流量調(diào)節(jié)器F2C的設定，副流量系統(tǒng)作為一個隨動控制系統(tǒng)，使副流量能依一定的比值關系跟隨主流量而變化

1．比值控制系統(tǒng)（三）其他控制系統(tǒng)KFC單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的1292．分程控制系統(tǒng)（1）特點：一個控制器的輸出，帶動兩個及以上工作范圍不同的控制閥進行工作。（2）控制閥簡介：多為氣動薄膜控制閥，分氣開和氣關兩種形式它的工作信號是20~100kPa的氣信號氣開閥，閥的開度隨外來信號的增加而增加氣關閥，閥的開度隨外來信號的增加而減?。ㄈ┢渌刂葡到y(tǒng)2．分程控制系統(tǒng)（三）其他控制系統(tǒng)1302．分程控制系統(tǒng)（3）分程控制系統(tǒng)的四種形式：（三）其他控制系統(tǒng)圖（d）A為氣開閥，B為氣關閥。

圖（a）兩閥均為氣開閥；圖（b）兩閥均為氣關閥；圖（c）A為氣關閥，B為氣開閥；2．分程控制系統(tǒng)（三）其他控制系統(tǒng)圖（d）A為氣開閥，B為氣1313.前饋控制系統(tǒng)（1）按擾動變化的大小實施控制的系統(tǒng)。控制作用產(chǎn)生在擾動發(fā)生的同時，而不是等到擾動引起被控制變量發(fā)生波動之后。（三）其他控制系統(tǒng)在進料流量變化（如增加）的同時，就使蒸汽閥門開大，靠加大蒸汽量來抵制變化的冷物料的影響，將擾動克服在對出口溫度產(chǎn)生影響之前。3.前饋控制系統(tǒng)（三）其他控制系統(tǒng)在進料流量變化（如增加）的1323.前饋控制系統(tǒng)前饋只能克服一種擾動，而且控制的效果得不到檢驗。常常將前饋與反饋結合起來構成前饋-反饋控制系統(tǒng)，它可以用前饋來克服主要擾動，而用反饋來克服其他擾動，并檢驗控制效果。（三）其他控制系統(tǒng)3.前饋控制系統(tǒng)（三）其他控制系統(tǒng)1333.選擇性控制系統(tǒng)生產(chǎn)異常有兩種處理方法：一是利用聯(lián)鎖保護系統(tǒng)自動報警后停車；二是轉(zhuǎn)為人工操作，使生產(chǎn)逐步恢復正常。但最好選擇軟保護——選擇性控制（1）選擇性控制系統(tǒng)：就是有兩套控制系統(tǒng)可供選擇。（2）特點：兩套控制系統(tǒng)。正常工況時，選擇一套，而生產(chǎn)短期內(nèi)處于不正常狀態(tài)時，則選擇另一套。這樣既不停車又達到了自動保護的目的。故選擇性控制又叫取代控制和超馳控制。（三）其他控制系統(tǒng)3.選擇性控制系統(tǒng)（三）其他控制系統(tǒng)1343.前饋控制系統(tǒng)當物料出口溫度偏高時，該控制系統(tǒng)可使控制閥開大，以增加液氨進入量，以便有更多的液氨蒸發(fā)使物料出口溫度降低。如果氨冷器中的液位太高，使蒸發(fā)空間減小，影響氨蒸發(fā)，溫度反倒降不下來。甚至使得氣氨帶液，引起后面的氨壓縮機發(fā)生事故。所以要求氨冷器中的液位不能超過某一限度。一個液位控制器LC，控制閥構成液位控制系統(tǒng)。（三）其他控制系統(tǒng)何時讓哪一個控制系統(tǒng)工作，則由一臺低值選擇器LS在兩個控制器之間按工況進行選擇。3.前饋控制系統(tǒng)（三）其他控制系統(tǒng)何時讓哪一個控制系統(tǒng)工作，135第四節(jié)自動信號報警與聯(lián)鎖保護系統(tǒng)一、信號報警系統(tǒng)1．信號報警系統(tǒng)的組成故障檢測元件——是一種工藝觸點（開關），一般由控制器、記錄儀、指示儀等二次儀表提供。當某變量越限時，它的接點就會閉合或斷開，使信號報警系統(tǒng)動作。信號報警器——可以是有觸點的繼電器箱、無觸點的盤裝閃光報警器和晶體管插卡式邏輯監(jiān)控系統(tǒng)。一般安裝在儀表盤后。信號燈