單回路控制系統(tǒng)原理

單回路掌握系統(tǒng)原理單回路掌握系統(tǒng)原理一、 過程掌握的特點與其它自動掌握系統(tǒng)相比，過程掌握的主要特點是：1、系統(tǒng)由工業(yè)上系列生產的過程檢測掌握儀表組成。一個簡潔的過程掌握系統(tǒng)是由掌握對象和過程檢測掌握儀表〔包括測量元件，變送器、調整器和調整閥〕兩部分組成。如圖1：液位掌握系統(tǒng)HQ1HQ1f〔t〕xf〔t〕x〔t〕e〔t〕調z〔t〕p〔t〕調q〔t〕被KC：調整器的靜態(tài)放大系數(shù)KV：調整閥的靜態(tài)放大系數(shù)Km：變送器的靜態(tài)放大系數(shù)2、被控對象的設備是的，對象的型式很多，它們的動態(tài)特性是未知的或者是不格外清楚的，但一般具有慣性大，滯后大，而且多數(shù)具有非線性特性。3、掌握方案的多樣性。有單變量掌握系統(tǒng)、多變量掌握系統(tǒng)；有線性系統(tǒng)、有非統(tǒng)所不能比較的。4、掌握過程屬慢過程，多半屬參量掌握。即需對表征生產過程的溫度、流量、壓力、液位、成分、PH等進展掌握。5、在過程掌握系統(tǒng)中，其給定值是恒定的〔定值掌握，或是時間的函數(shù)〔序掌握。掌握的主要目的是在于如何削減或消退外界擾動對被控量的影響。工業(yè)生產要實現(xiàn)生產過程自動化，首先必需生疏生產過程，把握對象特點；同時要生疏過程參數(shù)的主要測量方法，了解儀表性能、特點，依據(jù)生產工藝要求和反饋掌握理論的分析方法，合理正確地構建過程掌握系統(tǒng)；并且通過轉變調整儀表的23測量滯后是測量元件本身的特性所引起的動態(tài)誤差。例如用熱電偶或熱電阻測量溫度時，由于其保護套管存在著熱阻和熱容，因而具有肯定的時間常數(shù)，測溫元件的輸出信號總是滯后于被控參數(shù)的變化，引起被控參數(shù)的測量值與真實值之間產生動態(tài)誤差，從而造成掌握質量下降。為了抑制測量滯后的不良影響，在系統(tǒng)可以承受以下措施：[1]、合理選擇快速測量元件。[2]、正確使用微分環(huán)節(jié)。B、純滯后純滯后往往是由測量元件的安裝位置不當而引入的。在生產過程中，溫度測量和成分分析最簡潔引入純滯后。微分作用對于純滯后是無能為力的。為了抑制純滯后的影響，只有合理選擇測量元件的安裝位置，盡量減小純滯后。當過程參數(shù)測量引起的純滯后較大時，單回路掌握系統(tǒng)很難滿足生產工藝要求，應考慮其它掌握方案。C、信息傳送滯后測量信息傳送滯后，主要是指氣動單元組合儀表的輸出信號在管路中傳送所造成的滯后。為了抑制信號傳送滯后，可承受以下措施：、用氣—電和電—氣轉換器，將氣壓信號轉換為電信號再傳送。、在氣壓信號管路上設置氣動繼動器或氣動閥門定位器，以增大輸出功率，削減傳送滯后。1調整器的掌握規(guī)律有比例〔、積分〔I、微分〔〕種組合。比例調整例調整準時、有力、但有余差。積分調整〔T：依據(jù)偏差是否存在來動作，它的輸出與偏差對時間的積分成比例，只有當余差消逝時，積分作用才會停頓。積分的作用是消退余差，但積分作用使最大動偏差增大，延長了調整時間。積分時間越小說明積分作用越強，積分作用太強時會引起震蕩。積分掌握通常與比例掌握或微分掌握聯(lián)合作用，構成PI或PID掌握。積分掌握能消退系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，提高掌握系統(tǒng)的掌握精度。但積分掌握通常使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。Ti太小系統(tǒng)將不穩(wěn)定；Ti偏小，震蕩次數(shù)較多；Ti太大對系統(tǒng)性能的影響削減。微分調整〔T：依據(jù)偏差變化速度來動作，它的輸出與輸入偏差變化的速度成比例，其作用是阻擋被調參數(shù)的一切變化，有超前調整的作用，對滯后大的對象有很好的效果。它可以抑制調整對象的慣性滯后、容量滯后，但不能抑制調整對象的純滯后。常用掌握系統(tǒng)溫度掌握系統(tǒng)：時間常數(shù)一般較大，為幾分鐘到幾格外鐘。溫度掌握系統(tǒng)的純滯后一般也較大。為了改善溫度掌握系統(tǒng)的品質，測量元件應選用時間常數(shù)小的元件，并盡可能的安裝在測量純滯后小的地方，調整器一般選用PID調整器，適當引入壓力掌握系統(tǒng)：氣體壓力對象根本上是單容的，時間常數(shù)與系統(tǒng)容積成正比，PI調整器，積分時間一般為幾十秒到幾分鐘；液體壓力對象具有不行壓縮性，時間常數(shù)很小，通常為幾秒鐘，同時對象的純4滯后時間很小，調整過程中被控變量的振蕩周期很短。調整器常選用PI調整器。流量掌握系統(tǒng)：流量對象時間常數(shù)很小，一般為幾秒，對象的純滯后時間也很小，調整過程中被控變量的振蕩周期也很短。調整器常選用PI調整器。液位掌握系統(tǒng)：一個設備或儲罐的液位，代表了其流入量和流出量差的累積。PPI調整器。調整器的參數(shù)整定調整器參數(shù)的工程整定方法有響應曲線法、臨界比例度法、衰減曲線法和現(xiàn)場閱歷法。在現(xiàn)場我們使用的是現(xiàn)場閱歷法來進展調整器的參數(shù)整定。對于由比例調整器構成的過程掌握系統(tǒng)，其整定參數(shù)只有一個比例度δ，此時只需將比例度δ由大漸漸調小，觀看系統(tǒng)過渡過程曲線，直到認為其曲線到達最正確為止。對于由比例積分調整器構成的過程掌握系統(tǒng)，其整定參數(shù)有比例度δ和積分時間Ti。此時，首先將Ti→∞，按純比例作用整定調整器的比例度，使其得到較好的過渡過程曲線。然后，把比例度放大約1.2倍，再引入積分作用并將積分時間從大到小進展調整，使其得到較好的過渡過程曲線。最終，在這個積分時間下，再轉變比例度，觀看其曲線變化狀況，如曲線變化，就按此方向再整定比例度；如曲線無變直到認為其曲線到達最正確為止。對于由比例積分微分調整器構成的過程掌握系統(tǒng)，先使微分時間Td=0，再按上述比例積分調整器的整定方法，得到較滿足的過渡過程曲線，然后引入微分作用，使微分時間由小到大進展調整，逐步湊試，直到得到最正確整定參數(shù)值2調整閥是過程掌握系統(tǒng)中的一個重要組成環(huán)節(jié)。調整閥的選擇主要是流量特性的選擇、流通力量的選擇、構造形式的選擇和開關形式的選擇。應依據(jù)對象特性、負荷變化狀況和生產工藝的要求動身，來確定所需要的調整閥?！擦髁?、介質特性等〕和過程掌握系統(tǒng)的質量要求。調整閥對通過的流體流量的掌握是基于轉變閥芯與閥座之間的流通截面大小，即轉變其阻力大小來到達的。所以，從流體力學的觀點來看，調整閥是一個局部阻力可以變化的節(jié)流元件。A、調整閥的尺寸選擇調整閥的尺寸通常用公稱直徑DdDd是依據(jù)計算出來C來選擇。C表示調整閥的容量，其定義為：調整閥全開，閥前、閥后壓差為MPa1g/cm3m3數(shù)。CC=Q r/〔p1-p2〕式中：r —流體重度；Q—流體的體積流量p1-p2 調整閥前后壓差——依據(jù)調整所需的物料量Qmax、Qmin，流體重度r及調整閥上的壓降p1-p2可以求得最大流量、最小流量時的Cmax和Cmin值。依據(jù)Cmax，在所選用產品型式的CmaxC值。5B、氣開、氣關的選擇氣動調整閥分氣開、氣關兩種。有掌握氣壓信號〔即有輸出信號〕時閥開、無掌握氣壓信號時閥關叫氣開式；有掌握氣壓信號〔即有輸出信號〕時閥關、無掌握氣壓信號時閥開叫氣關式。在具體選用調整閥氣開、氣關形式時，應考慮以下狀況、考慮事故狀態(tài)時人身和工藝設備的安全、在事故狀態(tài)下削減生產原料或動力的消耗鋪張，以及保證產品質量。[3]、考慮介質的性質〔防止物料結晶、凝固和堵塞〕C、調整閥流量特性的選擇調整閥的流量特性是指介質流過閥門的相對流量與閥門相對開度之間的關系。從過程掌握的角度來看，調整閥最重要的特性是它的流量特性。由于調整閥的特性對整個過程掌握系統(tǒng)的品質有很大的影響。不少掌握系統(tǒng)工作不正常，往往是由于調整閥的特性選擇不適宜，或者是閥芯在使用中受腐蝕、磨損使特性變壞引起的。它取決于閥芯的外形，閥芯的外形有快開、直線、拋物線和等百分比四種。而在生產過程中，常常用的有直線、等百分比和快開三種。拋物線流量特性一般可用等百分比特性來代替，快開特性常用于程序掌握及二位式掌握中。因此調整閥流量特性的選擇實際是直線與等百分比流量特性的選擇。調整閥流量特性的選擇的原則：、當對象的放大系數(shù)為線性時，應選擇直線流量特性調整閥，否則就選擇等百分比流量特性調整閥、在負荷變化較大的場合，選擇等百分比流量特性調整閥為宜。這是由于等百分比流量特性調整閥的放大系數(shù)是隨閥芯位移的變化而變化的，其流量變化率恒定，所以，能適應負荷的變化狀況。、當調整閥常常工作在小開度時，宜選擇等百分比流量特性調整閥。這是因為直線流量特性調整閥在小開度狀況下，流量變化率很大，不宜進展微調。D、調整閥的構造形式和材料的選擇調整閥的構造形式和材料可依據(jù)不同的工藝操作條件和使用要求〔如溫度、壓力、介質的物理、化學特性〕來選用。常見幾種調整閥的構造形式和特點：、直通單座調整閥：閥體內只有一個閥芯和一個閥座。特點是泄露量小，不平衡力大。適用于對泄露量嚴格要求、壓差較小的場合。、直通雙座調整閥：閥體有二個閥芯和閥座。它與同口徑的單座調整閥相比，流通力量約大20~25%。其優(yōu)點是允許壓差大，缺點是泄露量大。適用于閥兩端壓差較大，泄露量要求不高的場合。不適用于高粘度和含纖維的場合。、套桶型調整閥〔又叫籠式閥由于這種移動轉變了節(jié)流孔的面積，從而實現(xiàn)流量調整。優(yōu)點是具有不平衡力小，缺點是不適用于高溫、高粘度、含顆粒和結晶的介質掌握。使閥芯向前下方進入閥座。其優(yōu)點是具有體積小，重量輕、使用牢靠、修理便利、通用性強，流體阻力小等優(yōu)點，適用于粘度較大的場合，具有較好的使用性能。[5]、角形閥：閥體為直角形，其流路簡潔，阻力小，適用于高壓差、高粘度、含懸6浮物和顆粒狀物料流量的掌握。一般使用于底進側出，此時調整閥穩(wěn)定性好。但在高壓場合下，為了延長閥芯使用壽命，可承受側進底出，但這時使用在小開度時容易發(fā)生震蕩。6、調整器正、反作用方式的選擇調整器正、反作用方式的選擇同被控對象的特性以及調整閥的氣開、氣關形式〔或削減〕時，被控參數(shù)亦增加〔或削減反作用。調整閥按其作用方向也有氣開、氣關兩種類型。一個過程掌握系統(tǒng)要能正常工作，則組成該系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)的極性〔用靜態(tài)放大系數(shù)表示Km通常為正極性，故只需將調整器KC、調整閥KV和調整對象K0的靜態(tài)放大系數(shù)相乘為正號即可。各環(huán)節(jié)極性的規(guī)定：正作用調整器，其靜態(tài)放大系數(shù)KC取負，反作用調整器，其靜態(tài)放大系數(shù)KC取正。氣開式調整閥，其靜態(tài)放大系數(shù)KV取正，氣關式調整閥，其靜態(tài)放大系數(shù)KV取負。K0取正，反作用被控對象，其靜態(tài)放大系K0取負。選擇調整器正、反作用的次序為：先依據(jù)生產工藝安全原則確定調整閥的開、關形式；然后依據(jù)被控對象的特性，打算其正、反作用；最終按組成該系統(tǒng)的三個環(huán)節(jié)的靜態(tài)放大系數(shù)相乘必需為一個正號的原則，打算調整器正、反作用。例：有一個水箱，其流入量為Q1，流出量為Q2，在生產過程中，工藝要求其液位穩(wěn)