《儀表自動化系統安裝與投運》項目八 簡單控制系統的投運與參數整定

項目八簡單控制系統的投運與參數整定任務一簡單控制系統的投運任務二簡單控制系統的參數整定返回任務一簡單控制系統的投運【任務描述】在學習簡單控制系統工作原理的基礎上，掌握簡單控制系統的投運方法。【知識鏈接】所謂簡單控制系統，通常是指由一個測量元件、變送器，一個控制器，一個執(zhí)行器和一個被控對象所構成的一個回路的閉環(huán)系統，因此也稱為單回路控制系統。一、簡單控制系統方塊圖圖8-1所示的液位控制系統與圖8-2所示的溫度控制系統都是簡單控制系統的例子。圖8-1所示的液位控制系統中，儲槽是被控對象，液位是被控變量，變送器LT將反映液位高低的信號送往液位控制器LC?？刂破鞯妮敵鲂盘査屯{節(jié)閥，調節(jié)閥開度的變化使儲槽輸出流量發(fā)生變化以維持液位穩(wěn)定。下一頁返回任務一簡單控制系統的投運圖8-2所示的溫度控制系統，是通過改變進入換熱器的載熱體流量，來維持換熱器出口物料的溫度穩(wěn)定在工藝規(guī)定的數值上。簡單控制系統的典型方塊圖如圖8-3所示。二、自動控制系統的分類在自動控制系統中，按給定值的變化規(guī)律分類，可分為定值控制系統、隨動控制系統和程序控制系統。1.定值控制系統這類自動控制系統的給定值在控制系統運行過程中通常是固定不變的。在工業(yè)生產中，自動控制系統大多為定值控制系統。2.隨動控制系統（也稱自動跟蹤系統）這類自動控制系統的特點是給定值不斷地變化，而且，這種變化不是預先規(guī)定的，也就是說給定值是隨機變化的。隨動控制系統的目的就是使所控制的工藝參數準確而快速地跟隨給定值的變化而變化。伺服控制系統被控變量為位置、速度或加速度的跟蹤系統，屬于隨動控制系統。上一頁下一頁返回任務一簡單控制系統的投運3.程序控制系統（又稱順序控制系統）這類自動控制系統的給定值也是變化的，但它是一個已知的時間函數，即生產技術指標需按一定的時間程序變化。三、控制系統的過渡過程和動態(tài)性能指標1.控制系統的過渡過程在定值控制系統中，我們將被控變量不隨時間變化的平衡狀態(tài)稱為系統的靜態(tài)或穩(wěn)態(tài)，而把被控變量隨時間變化的不平衡狀態(tài)稱為系統的動態(tài)。定值控制系統的目的就是希望將被控變量保持在一個不變的給定值上，這只有當進入被控對象的物料量（或能量）和流出對象的物料量（或能量）相等時才有可能。上一頁下一頁返回任務一簡單控制系統的投運當自動控制系統在動態(tài)過程中，被控變量是不斷變化的，它隨時間而變化的過程稱為自動控制系統的過渡過程，也就是自動控制系統從一個平衡狀態(tài)過渡到另一個平衡狀態(tài)的過程。自動控制系統的過渡過程是控制作用不斷克服干擾作用影響的過程，這種過程是控制作用與干擾作用這對矛盾在系統內斗爭的過程，當這對矛盾得到統一時，過渡過程也就結束，系統又達到了新的平衡。一般說來，自動控制系統在干擾作用下的過渡過程有圖8-4所示的四種基本形式。（1）非周期衰減過渡過程。被控變量在給定值的某一側作緩慢變化，沒有來回波動，最后穩(wěn)定在某一數值上。這種過渡過程形式稱為非周期衰減過渡過程，如圖8-4（a）所示。上一頁下一頁返回任務一簡單控制系統的投運（2）衰減振蕩過程。被控變量上下波動，但幅度逐漸減小，最后穩(wěn)定在某一數值上。這種過渡過程的形式稱為衰減振蕩過程，如圖8-4（b）所示。（3）等幅振蕩過程。被控變量在給定值附近來回波動，且波動幅度保持不變。這種形式的過渡過程稱為等幅振蕩過程，如圖8-4（c）所示。（4）發(fā)散振蕩過程。被控變量來回波動，且波動幅值逐漸變大，即偏離給定值越來越遠。這種形式的過渡過程稱為發(fā)散振蕩過程，如圖8-4（d）所示。對于衰減振蕩過程，由于能夠較快地使系統穩(wěn)定下來。所以，在多數情況下，我們希望自動控制系統能夠得到如圖8-4（b）所示的衰減振蕩過程。上一頁下一頁返回任務一簡單控制系統的投運2.控制系統的動態(tài)性能指標定值控制系統的作用是克服干擾的影響，使被控變量保持在預定的數值。因此對定值控制系統的控制要求是平穩(wěn)，在擾動發(fā)生以后，希望被控變量穩(wěn)得住、穩(wěn)得快、穩(wěn)得好?？刂葡到y的過渡過程品質指標示意圖如圖8-5所示?？刂葡到y能否穩(wěn)定、快速、準確地達到平衡狀態(tài)，通常采用下列幾個品質指標來衡量。（1）最大偏差或超調量。最大偏差是指在過渡過程中，被控變量偏離給定值的最大數值。在衰減振蕩過程中，最大偏差就是第一個波的峰值，在圖8-5中以A表示。最大偏差表示系統瞬時偏離給定值的最大程度。若偏離的越大，偏離的時間越長，即表明系統離開規(guī)定的工藝參數指標就越遠，這對穩(wěn)定正常生產是不利的。上一頁下一頁返回任務一簡單控制系統的投運有時也可以用超調量來表征被控變量偏離給定值的程度。在圖8-5中超調量以B表示。從圖中可以看出，超調量B是第一個波峰值A與新穩(wěn)定值C之差，即B=A-C。如果系統的新穩(wěn)定值等于給定值，那么最大偏差A也就與超調量B相等了。（2）衰減比。雖然前面已提及一般希望得到衰減振蕩的過渡過程，但是衰減快慢的程度多少為適當呢？表示衰減程度的指標是衰減比，它是前后兩個相鄰峰值的比。在圖8-5中衰減比是B∶B′，習慣上表示為n∶1。一般n取4~10之間為宜。因為衰減比在4∶1~10∶1之間時，過渡過程開始階段的變化速度比較快，被控變量在同時受到干擾作用和控制作用的影響后，能比較快地達到一個峰值，然后馬上下降，又較快地達到一個低峰值，而且第二個峰值遠遠低于第一個峰值。選擇衰減振蕩過程，并規(guī)定衰減比在4∶1~10∶1之間，這完全是工人師傅多年操作經驗的總結。上一頁下一頁返回任務一簡單控制系統的投運（3）余差。當過渡過程結束時，被控變量新的穩(wěn)態(tài)值與給定值之間的偏差，叫做余差。或者說，余差就是過渡過程結束時的殘余偏差，在圖8-5中以C表示。余差的符號可能是正，也可能是負。在生產中，給定值是生產的技術指標，所以，被挖變量越接近給定值越好，亦即余差越小越好。但在實際生產中，也并不是要求任何系統的余差都很小。如一般儲槽的液位控制要求就不高，這種系統往往允許液位有較大的變化范圍，余差就可以大一些。有余差的控制過程稱為有差控制，相應的系統稱為有差系統。沒有余差的控制過程稱為無差控制，相應的系統稱為無差系統。上一頁下一頁返回任務一簡單控制系統的投運（4）過渡時間。從干擾作用發(fā)生的時刻起，到系統重新建立新的平衡時止，過渡過程所經歷的時間，叫做過渡時間。嚴格地講，對于具有一定衰減比的衰減振蕩過渡過程來講，要完全達到新的平衡狀態(tài)需要無限長的時間。因此，一般是在穩(wěn)態(tài)值的上下規(guī)定一個小的范圍，當被控變量進入這一小范圍，并不再超出時，就認為被控變量已經達到新的穩(wěn)態(tài)值，或者說過渡過程已經結束。這個范圍一般定為穩(wěn)態(tài)值的±5%（也有的規(guī)定為±2%）。（5）振蕩周期或頻率。過渡過程的同向兩個波峰（或波谷）之間的間隔時間，叫做振蕩周期或工作周期，其倒數稱為振蕩頻率。在衰減比相同的情況下，周期與過渡時間成正比。一般希望振蕩周期短一些為好。上一頁下一頁返回任務一簡單控制系統的投運四、被控變量的選擇生產過程中希望借助自動控制保持恒定值的變量稱為被控變量。在構成一個自動控制系統時，被控變量的選擇十分重要，如果被控變量選取不當，不管組成什么樣的控制系統，也不管配上多么先進的自動化儀表，都不能達到預期的控制效果。影響生產正常運行的因素很多，但并非所有影響因素都需要且可能加以自動控制。我們必須分析工藝要求，找出影響生產的關鍵變量作為被控變量。所謂“關鍵”，是指這些變量對產品的產量、質量以及安全具有決定性的作用，且對這些變量進行人工操作是既緊張又頻繁，或人工操作根本無法滿足工藝要求。如果被控變量本身就是需要控制的工藝指標（如溫度、壓力、流量、液位等），則稱為直接控制指標。如果直接控制指標無法在線直接檢測得到（如成分、反應程度等），則應選擇與直接控制指標有單值對應關系且反應又快的間接指標作為被控變量。上一頁下一頁返回任務一簡單控制系統的投運若要正確地選擇被控變量，就必須了解工藝過程和工藝特點對控制的要求，仔細分析各變量之間的相互關系。選擇被控變量時，一般要遵循下列原則：（1）應該選擇對安全生產、穩(wěn)定生產、增加產量和提高質量有決定作用的工藝變量作為被控變量。（2）被控變量在生產過程中常常要受到一些干擾影響而變化，為維持被控變量的恒定，需要較頻繁的調節(jié)。（3）盡量采用直接指標作為被控變量。當無法獲得直接指標信號，或其測量信號滯后很大時，可選擇與直接指標有單值對應關系的間接指標作為被控變量。（4）被控變量應比較容易測量，并具有小的滯后和足夠大的靈敏度。（5）選擇被控變量時，必須考慮工藝合理性。（6）被控變量應是獨立可調的。上一頁下一頁返回任務一簡單控制系統的投運五、操縱變量的選擇在自動控制系統中，把用來克服干擾對被控變量的影響，實現控制作用的變量稱為操縱變量。具體來說，就是執(zhí)行器的輸出變量，最常見的操縱變量是執(zhí)行器控制的流量。此外，也有以轉速、電壓等作為操縱變量的。在本項目任務一的例子中，液位控制系統的操縱變量是出口流體的流量；溫度控制系統的操縱變量是載熱體的流量。當被控變量選定以后，接下來應對工藝進行分析，找出有哪些因素會影響被控變量發(fā)生變化，并找出這些影響因素中哪些是可控的，哪些是不可控的。原則上，應將對被控變量影響較顯著的可控因素作為操縱變量。上一頁下一頁返回任務一簡單控制系統的投運操縱變量和干擾變量作用在對象上，都會引起被控變量的變化。干擾變量由干擾通道施加在對象上，起著破壞作用，使被控變量偏離給定值；操縱變量由控制通道加到對象上，使被控變量回復到給定值，起著校正作用，這是一對相互矛盾的變量，它們對被控變量的影響都與對象特性有密切的關系。因此在選擇操縱變量時，要認真分析對象特性，以提高控制系統的調節(jié)品質。概括起來，選擇操縱變量的原則有如下三點。（1）操縱變量應是可控的，即工藝上允許調節(jié)的變量。（2）操縱變量一般應比其他干擾對被控變量的影響更大更加靈敏。需要說明的是，在影響被控變量的諸多因素中，確定了其中一種因素作為操縱變量后，其余的因素都自然成了影響被控變量的干擾因素。（3）在選擇操縱變量時，除了從自動化角度考慮外，還要考慮工藝的合理性與生產的經濟性，盡可能地降低物料和能量的消耗。上一頁下一頁返回任務一簡單控制系統的投運六、控制規(guī)律的選擇目前工業(yè)上常用的控制器主要有三種控制規(guī)律組合：比例控制規(guī)律、比例積分控制規(guī)律、比例積分微分控制規(guī)律，分別簡寫為P、PI和PID。選擇哪種控制規(guī)律主要是根據控制系統的特性和工藝要求來決定。1.比例控制器比例控制器輸出的變化量與調節(jié)器輸入的變化量（即偏差）成比例，其輸出ΔP與輸入e關系為：ΔP=KCe比例控制器的特點是：控制器的輸出與偏差成比例，閥門位置與偏差之間有一一對應關系。當負荷變化時，比例控制器克服干擾能力強，過渡過程時間短。在常用控制規(guī)律中，比例作用是最基本的控制規(guī)律，不加比例作用的控制規(guī)律是很少采用的。但是，純比例控制器在過渡過程終了時存在余差。負荷變化愈大，余差就愈大。上一頁下一頁返回任務一簡單控制系統的投運比例控制器適用于調節(jié)通道滯后較小、負荷變化不大、工藝上沒有提出無差要求的系統。2.比例積分控制器比例積分控制器輸出ΔP與輸入e關系為：比例積分控制器的特點：積分作用使控制器的輸出與偏差的積分成比例，故過渡過程結束時無余差，這是積分作用的顯著優(yōu)點。但是，加上積分作用，會使穩(wěn)定性降低。雖然在加上積分作用的同時，可以通過加大比例度，使穩(wěn)定性基本保持不變，但超調量和振蕩周期都相應增大，過渡過程時間也加長。比例積分控制器是使用最多、應用最廣的控制器。它適用于調節(jié)通道滯后較小、負荷變化不大、工藝參數不允許有余差的系統。例如流量、壓力和要求嚴格的液位控制系統，常采用比例積分控制器。

上一頁下一頁返回任務一簡單控制系統的投運3.比例積分微分控制器比例積分微分控制器輸出ΔP與輸入e關系為：比例積分微分控制器的特點：微分作用使控制器的輸出與偏差變化速度成比例。它對克服容量滯后有顯著效果。在比例的基礎上加上微分作用能提高穩(wěn)定性，再加上積分作用可以消除余差。比例積分微分控制器適用于容量滯后較大、負荷變化大、控制質量要求較高的系統，目前應用較多的是溫度系統。對于滯后很小或噪聲嚴重的系統，應避免引入微分作用，否則會由于參數的快速變化引起控制作用的大幅度變化，嚴重時會導致控制系統不穩(wěn)定。上一頁下一頁返回任務一簡單控制系統的投運【任務實施】簡單控制系統的投運一個自動控制系統設計、安裝完畢后，如何投運是一項很重要的工作，尤其對一些重要的控制系統更應重視。由于投運前準備工作做得不細或由于誤操作造成事故的例子也是常見的。當然，一些次要的控制系統投運時可能很簡單，個別系統甚至在工藝開車前就可以打在自動位置。但是，多數控制系統都需要按正常的程序將其投入自動。下面討論一下投運前及投運中的幾個主要問題。上一頁下一頁返回任務一簡單控制系統的投運1.準備工作對于工藝人員與儀表人員來說，投運前都要熟悉工藝過程，了解主要工藝流程、主要設備的功能、控制指標和要求，以及各種工藝參數之間的關系；熟悉控制方案，全面掌握設計意圖，熟悉各控制方案的構成，對測量元件和調節(jié)閥的安裝位置、管線走向、工藝介質性質等都要心中有數。對于儀表人員來說，還應該熟悉各種自動化工具的工作原理和結構，掌握調校技術；投運前必須對測量元件、變送器、控制器、執(zhí)行器和其他儀表裝置，以及電源、氣源、管路和線路進行全面檢查，尤其是要對氣壓信號管路進行試漏。2.儀表檢查儀表雖在安裝前已校驗合格，投運前仍需在現場校驗一次，在確認儀表工作正常后才可考慮投運。上一頁下一頁返回任務一簡單控制系統的投運對于控制記錄儀表，除了要觀察測量指示是否正常外，還特別要對控制器控制點進行復校。前面已經介紹過，對于比例積分控制器，當測量值與給定值相等時，控制器的輸出可以等于任意數值（氣動儀表在0.02~0.1MPa之間，電動儀表在0~10mA或4~20mA之間）。例如，我們將給定值指針與測量值指針重合（又稱對針），這時控制器的輸出就應該穩(wěn)定在某一數值不變。如果輸出穩(wěn)定不?。ㄟ€在繼續(xù)增大或減小），說明控制器的控制點有偏差。此時，若要使控制器輸出穩(wěn)定下來，測量值與給定值之間必然就有偏差存在。如果控制器是比例積分作用的，這種測量值與給定值之間的偏差就是控制點偏差。當控制點偏差超過允許范圍時，就必須重新校正控制器的控制點。當然，如果控制器是純比例作用的，那么測量值與給定值之間存在偏差是正?，F象。上一頁下一頁返回任務一簡單控制系統的投運3.控制系統各環(huán)節(jié)正、反作用檢查前面我們已經講到，自動控制系統是具有被控變量負反饋的閉環(huán)系統。也就是說，如果被控變量偏高，則控制作用應使之降低；相反，如果原來被控變量偏低，則控制作用應使之升高?？刂谱饔脤Ρ豢刈兞康挠绊憫c干擾作用對被控變量的影響相反，才能使被控變量回復到給定值。這里，就有一個作用方向的問題。在控制系統中，不僅是控制器，而且被控對象、測量變送器、調節(jié)閥都有各自的作用方向。如果它們組合不當，使總的作用方向構成了正反饋，則控制系統不但不能起控制作用，反而破壞了生產過程的穩(wěn)定。所以，在系統投運前必須注意檢查各環(huán)節(jié)的作用方向。所謂作用方向，就是指輸入變化后，輸出變化的方向。當輸入增加時，輸出也增加，則稱為“正作用”方向或“+”；反之，當輸入增加時，輸出減小的稱“反作用”方向或“-”。上一頁下一頁返回任務一簡單控制系統的投運（1）被控對象的作用方向。當通過調節(jié)閥的物料或能量增加時，如果被控變量隨之增加，則對象為“+”；反之，如果被控變量隨之減小，則對象為“-”。（2）變送器的作用方向。對于變送器，其作用方向一般都是“+”的，因為當被控變量增加時，其輸出信號也是相應增加的。（3）調節(jié)閥的作用方向。調節(jié)閥的作用方向取決于是氣開閥還是氣關閥，氣開式為“+”，氣關式為“-”。這里需要注意不要與調節(jié)閥的調節(jié)機構——閥的“正作用”及“反作用”混淆。（4）控制器的作用方向。在一個安裝好的控制系統中，對象、變送器的作用方向一般都是確定了的，調節(jié)閥的氣開或氣關形式主要應從工藝安全角度來選定。所以在系統投運前，最后才能確定控制器的作用方向?？刂破鞯恼?、反作用可以通過改變控制器上的正、反作用開關進行選擇。上一頁下一頁返回任務一簡單控制系統的投運對于控制器，當被控變量（即變送器送來的信號）增加，控制器的輸出也增加，稱為“正作用”方向或“+”；如果輸出隨著被控變量的增加而減小，則稱為“反作用”方向或“-”（同一控制器，其被控變量與給定值的變化對輸出的作用方向是相反的）?？刂破鞯恼⒎醋饔眠x擇原則是使整個控制回路構成負反饋系統。我們可用回路各環(huán)節(jié)的符號乘積為“-”的判別式來確定控制器的正反作用。（控制器±）（調節(jié)閥±）（對象±）=（-）變送器的作用方向一般都是“正”的，即符號為“+”，不影響其他環(huán)節(jié)的符號乘積，因此，變送器的符號不必出現在判別式中。上一頁下一頁返回任務一簡單控制系統的投運圖8-6是一個簡單的加熱爐出口溫度控制系統。為了在調節(jié)閥氣源突然斷氣時，爐溫不繼續(xù)升高，以防燒壞爐子，采用了氣開閥（氣源停氣時關閉），是“正”方向。爐溫是隨燃料的增多而升高的，所以爐子也是“正”方向作用的。變送器是隨爐溫升高，輸出增大，也是“正”方向。所以按照上面判別式判斷，控制器必須為“反作用”，才能當爐溫升高時，使閥門關小，爐溫下降。圖8-7是一個簡單的液位控制系統。調節(jié)閥采用了氣開閥，一旦氣源中斷，閥門自動關閉，以免物料流失，故調節(jié)閥是“正”方向。當調節(jié)閥打開時，液位是下降的，所以對象的作用方向是“反”的。變送器為“正”方向。按照上面判別式判斷，控制器的作用方向必須為“正作用”才行?？傊_定控制器作用方向，就是要使控制回路中各個環(huán)節(jié)總的作用方向為“反”方向，構成負反饋，這樣才能真正起到控制作用。上一頁下一頁返回任務一簡單控制系統的投運4.調節(jié)閥的投運在現場，調節(jié)閥的安裝情況一般如圖8-8所示。在調節(jié)閥4的前后各裝有截止閥，圖中1為上游閥，2為下游閥。另外，為了在調節(jié)閥或控制系統出現故障時不致影響正常的工藝生產，通常在旁路上安裝有旁路閥3。開車時，有兩種操作步驟，一種是先用人工操作旁路閥，然后過渡到調節(jié)閥手動遙控；另一種是一開始就用手動遙控。如條件許可，當然后一種方法較好。遠距離人工控制調節(jié)閥叫手動遙控。當由旁路閥手工操作轉為調節(jié)閥手動遙控時，步驟如下：（1）先將截止閥l和2關閉，手動操作旁路閥3，使工況逐漸趨于穩(wěn)定；（2）將控制器置于手動狀態(tài)，用控制器上手動輸出鍵手動輸出控制信號，遠距離遙控調整調節(jié)閥上的氣壓P，使它等于某一中間數值或已有的經驗數值；上一頁下一頁返回任務一簡單控制系統的投運（3）先開上游閥1，再逐漸開下游閥2，同時逐漸關閉旁路閥3，以盡量減少波動（亦可先開下游閥2）；（4）觀察儀表指示值，改變手動輸出，使被控變量接近給定值。一般說來，當達到穩(wěn)定操作時，閥門膜頭壓力應為0.03~0.085MPa范圍內的某一數值，否則，表明閥的尺寸不合適，應重新選用調節(jié)閥。當壓力超過0.085MPa時，表明所選調節(jié)閥太?。▽忾_閥而言），可適當利用旁路閥來調整，但這不是根本解決問題的辦法，它將使閥的流量特性變壞。當由于生產量的不斷增加，使原設計的調節(jié)閥太小時，如果只是依靠開大旁路閥來調整流量，會使整個自動控制系統不能正常工作。這時無論怎樣整定控制器參數，都不能獲得滿意的控制質量。5.控制器的手動和自動切換通過手動遙控調節(jié)閥，使工況趨于穩(wěn)定以后，控制器就可以由手動切換到自動，實現自動操作。上一頁下一頁返回任務一簡單控制系統的投運由手動切換到自動，或由自動切換到手動，因所用儀表型號及連接線路不同，有不同的切換程序和操作方法，總的要求是要做到無擾動切換。所謂無擾動切換，就是不因切換操作給被控變量帶來干擾。對于氣動薄膜調節(jié)閥來說，只要切換時無外界干擾，切換過程中就應保證閥膜頭上的氣壓不變，也就是使閥位不跳變。如果在切換過程中，發(fā)生了外界干擾，控制器立即發(fā)出校正信號操縱調節(jié)閥動作，這是正?，F象，不是切換帶來的擾動。為了避免這種情況，切換必須迅速完成。所以，總的要求是平穩(wěn)、迅速，實現無擾動切換。6.控制器參數的整定控制系統投入自動后，即可進行控制器參數的整定。整定方法將在任務二中進行介紹。上一頁返回任務二簡單控制系統的參數整定【任務描述】在學習簡單控制系統工作原理及投運方法的基礎上，掌握簡單控制系統的參數整定方法?！局R鏈接】一、簡單控制系統的參數整定控制系統投入自動后，即可進行控制器參數的整定。一個自動控制系統的過渡過程或者控制質量，與被控對象的特性、干擾形式與大小、控制方案的確定及控制器的參數整定有著密切關系。對象特性和干擾情況是由工藝操作和設備特性決定的。在確定控制方案時，只能盡量設計合理，并不能任意改變它。一旦方案確定之后，對象各通道的特性就已成定局，這時控制質量只取決于控制器參數的整定。所謂控制器參數的整定，就是按照已定的控制方案，求取使控制質量最好時的控制器參數值，就是確定最合適的控制器比例度δ、積分時間TI和微分時間TD。下一頁返回任務二簡單控制系統的參數整定1.臨界比例度法臨界比例度法是先通過試驗得到臨界比例度δK和臨界周期TK，然后根據經驗總結出來的關系求出控制器各參數值。具體做法如下：在閉合的控制系統中，先將控制器變?yōu)榧儽壤饔?，即將TI放在“∞”位置上，TD放在“O”位置上。在躍階干擾作用下，從大到小逐漸改變控制器的比例度，直到系統產生等幅振蕩（即臨界振蕩），如圖8-9所示，這時的比例度叫臨界比例度δK，周期為臨界振蕩周期TK，記下δK和TK，然后按表8-1中的經驗公式計算出控制器的各參數整定數值。臨界比例度法比較簡單方便，容易掌握和判斷，適用于一般的控制系統。但是對于臨界比例度很小的系統不適用。因為臨界比例度很小，則控制器輸出的變化一定很大，被控變量容易超出允許范圍，影響生產的正常進行。上一頁下一頁返回任務二簡單控制系統的參數整定臨界比例度法必須讓被控變量達到等幅振蕩后，才能找出δK和TK，這對于工藝上不容許產生等幅振蕩的系統是不適用的。2.衰減曲線法衰減曲線法是通過使系統產生衰減振蕩來整定控制器參數值的，具體做法如下：在閉合的控制系統中，先將控制器變?yōu)榧儽壤饔?，比例度放在較大的數值上。在達到穩(wěn)定后，用改變給定值的辦法加入階躍干擾，觀察記錄曲線的衰減比，然后從大到小改變比例度，直至出現4∶1衰減比為止，如圖8-10所示，記下此時的比例度δS（叫4∶1衰減比例度），并從曲線上得出衰減周期TS，然后根據表8-2中的經驗公式，求出控制器的參數整定值。上一頁下一頁返回任務二簡單控制系統的參數整定采用衰減曲線法必須注意以下幾點：（1）加的干擾幅值不能太大，要根據生產操作要求來定，一般為額定值的5%左右，也有例外的情況。（2）必須在工藝參數穩(wěn)定情況下才能施加干擾，否則得不到正確的δS、TS。（3）對于反應快的系統，如流量、管道壓力和小容量的液位控制等，要在記錄曲線上嚴格得到4∶1衰減曲線比較困難，一般以被控變量來回波動兩次達到穩(wěn)定，就可以近似地認為達到4∶1衰減過程了。衰減曲線法比較簡便，適用于一般情況下的各種參數的控制系統。但對于干擾頻繁，記錄曲線不規(guī)則，不斷有小擺動時，由于不易得到正確的衰減比例度δS和衰減周期TS，使得這種方法難于應用。上一頁下一頁返回任務二簡單控制系統的參數整定3.經驗湊試法經驗湊試法是在長期的生產實踐中總結出來的一種整定方法。它是根據經驗先將控制器參數放在一個數值上，直接在閉合的控制系統中，通過改變給定值施加干擾，在記錄儀上觀察過渡過程曲線，按照規(guī)定順序對比例度δ、積分時間TI和微分時間TD逐個整定，直到獲得滿意的過渡過程為止。各類控制系統中控制器參數的經驗數據列于表8-3中，供整定時參考選擇。表中給出的只是一個大體范圍，有時變動較大。例如，流量控制系統的δ值有時需在200%以上；有的溫度控制系統，由于容量滯后大，TI往往在15min以上。另外，選取δ值時應注意測量部分的量程和調節(jié)閥的尺寸。如果量程范圍小或調節(jié)閥尺寸選大了，δ應選得適當大一些。先用純比例作用進行湊試，待過渡過程基本穩(wěn)定并符合要求后，再加積分作用消除余差，最后加入微分作用是為了提高控制質量。按此順序觀察過渡過程曲線進行整定工作，具體做法如下。上一頁下一頁返回任務二簡單控制系統的參數整定根據經驗并參考表8-3的數據，選出—個合適的δ值作為起始值，去掉積分和微分作用，將系統投入自動。改變給定值，觀察記錄曲線形狀。如曲線不是4∶1衰減（這里假定要求過渡過程是4∶1衰減振蕩的），例如衰減比大于4∶1，說明選的δ值偏大，適當減小δ值再看記錄曲線，直到為4∶1衰減為止。注意，當把控制器比例度盤撥小后，如無干擾就看不出衰減振蕩曲線，一般都要改變一下給定值才能看到，若工藝上不允許改變給定值，那只好等候工藝本身出現較大干擾時再看記錄曲線。δ值調整好后，如要求消除余差，則要引入積分作用。一般積分時間可先取為衰減周期的一半值，并在積分作用引入的同時，將比例度增加10%~20%，看記錄曲線的衰減比和消除余差的情況，如不符合要求，再適當改變δ和TI值。如果是三作用控制器，則在已調整好δ和TI的基礎上再引入微分作用，而在引入微分作用后，允許把δ值縮小一點，把TI值也再縮小一點。微分時間TD也要湊試，以使過渡過程時間短，超調量小，控制質量滿足生產要求。上一頁下一頁返回任務二簡單控制系統的參數整定經驗湊試法的關鍵是“看曲線，調參數”。因此，必須弄清楚控制器參數值變化對過渡過程曲線的影響關系。一般來說，在整定中，觀察到曲線振蕩很頻繁，需把比例度增大以減小振蕩；當曲線最大偏差大且趨于非周期過程，需把比例度減小。當曲線波動較大時，應增大積分時間；曲線偏離給定值后，長時間回不來，則需減小積分時間，以加快消除余差的過程。如果曲線振蕩得厲害，需把微分作用減到最小，或者暫時不加微分作用，以免加劇振蕩；曲線最大偏差大而衰減慢，需把微分時間加長。經過反復湊試，一直調到過渡過程振蕩兩個周期后基本達到穩(wěn)定，品質指標達到工藝要求為止。經驗湊試法的特點是方法簡單，適用于各種控制系統，因此應用非常廣泛。特別是外界干擾作用頻繁，記錄曲線不規(guī)則的控制系統，采用此法最為合適。但是此法主要是靠經驗，在缺乏實際經驗或過渡過程本身較慢時，往往費時較多。上一頁下一頁返回任務二簡單控制系統的參數整定在自動控制系統投運時，控制器的參數必須整定，才能獲得滿意的控制質量。此外，在生產進行的過程中，如果工藝操作條件改變，或負荷有很大變化，被控對象的特性就要改變，因此，控制器的參數也必須重新整定。由此可見，整定控制器參數是經常要做的工作，對工藝人員與儀表人員來說，都是需要掌握的。二、控制系統運行中的常見問題控制系統在投運及運行一個時期以后，可能會出現各種各樣的問題，這時通常要從自動化裝置和工藝兩方面去尋找原因，只要工藝人員和儀表人員密切配合，認真檢查，是不難發(fā)現問題并找出處理辦法的。顯然，工藝人員要學習儀表自動化知識，自動化人員要學習工藝知識，這是十分重要的。上一頁下一頁返回任務二簡單控制系統的參數整定這里僅就控制系統可能出現的幾個主要問題，以及解決的措施作簡單的介紹。1.控制系統間的相互干擾及克服辦法圖8-11是壓力和流量兩個控制系統之間相互干擾的示意圖。如果在一條管道上既要控制壓力，又要控制流量，兩者必然存在相互干擾。例如，當管道壓力低于給定值時，壓力控制器要去關小閥門l，這將導致管道流量下降，于是流量控制器要去打開閥門2，這又會導致壓力下降，如此反復，可能會造成兩個控制系統都無法正常工作。一些并聯運行的設備相互之間關聯也很大，例如一個負荷分配系統（見圖8-12），主管道與三個支管道是連通的，各支管上均有控制閥門。改變任一閥的開度都會影響主管道內的壓力變化，而這又會影響進入其他分支管內的流量，當主管道口徑越小時，這種影響越明顯。消除控制系統間相互干擾的辦法可以從工藝上考慮，也可以從控制系統方面考慮。上一頁下一頁返回任務二簡單控制系統的參數整定對于圖8-11的管道壓力與流量控制系統，如不希望改變控制方案，可以通過控制器參數整定，將兩個控制系統的動態(tài)聯系削弱，使其能正常工作。假如壓力系統是主要的，可以把流量控制器的比例度與積分時間適當加大。當受到干擾時，壓力控制系統立即起作用，把壓力調回給定值，而流量控制系統慢慢起作用，經過一段時間才能回復到給定值。這樣，削弱了流量系統對壓力系統的影響。采取這種措施后，保證了主要被控變量——壓力的穩(wěn)定，而流量的控制質量會有所降低，但這是必須付出的代價。2.測量系統的故障及判別方法自動控制系統在運行過程中，有時測量系統會出現各種故障。這時工藝人員若誤認為是工藝有問題而對設備進行誤操作，結果就會影響生產，甚至導致生產事故，所以在發(fā)現工藝參數的記錄曲線出現異常情況時，首先要分析情況，判別其原因，這是正常操作的前提之一。判別的方法可歸納為如下三點。上一頁下一頁返回任務二簡單控制系統的參數整定（1）記錄曲線的分析比較。記錄曲線的異常情況一般有下列幾種，仔細分析比較，是不難找出其原因的。①記錄曲線突變。一般來說，工藝參數的變化是比較緩慢的，有規(guī)律的。如果記錄曲線突然變化到“最大”或“最小”兩個極端位置上，則可能是儀表發(fā)生故障。②記錄曲線突然大幅度變化。各個工藝參數往往是互相關聯的。一個參數的大幅度變化一般總要引起其他參數的明顯變化，如果其他參數并沒有變化，則這個指示參數大幅度變化的儀表或有關裝置可能有故障。③記錄曲線出現不規(guī)則變化。一般說來，控制閥存在干摩擦或死區(qū)，記錄曲線產生圖8-13中a的現象；儀表記錄筆卡住，記錄曲線往往出現b的現象；控制閥定位器用得不當，產生跳動，記錄曲線產生有規(guī)律的自持振蕩，如圖8-13曲線c所示。上一頁下一頁返回任務二簡單控制系統的參數整定④記錄曲線出現等幅振蕩。除了由于控制器參數整定不合適出現臨界振蕩外，其他因素也會使記錄曲線出現等幅振蕩。一般說來，控制閥閥桿滯澀，閥芯特性不好，閥門尺寸太大，工作在全行程的三分之一以下，會引起記錄曲線呈現狹窄的鋸齒狀的并有較小時間間隔的振蕩變化，如圖8-14中曲線a所示；往復泵的脈沖，引起控制過程曲線呈現較寬的連續(xù)的有較大時間間隔的振蕩變化，如圖8-14曲線b所示；有的控制系統在比例度還很大的時候，就產生虛假的臨界振蕩變化，如圖8-14曲線c所示。這種振蕩是緊跟著直接有關的其他工藝參數的波動而產生的，這時，不要被假象所迷惑。它說明控制作用還很微弱，應把比例度大幅度減小。⑤記錄曲線不變化，呈直線狀（或圓狀）。目前大多數較靈敏的儀表，對工藝參數的微小變化，多少總能反映出來一些。如果在較長的時間內，記錄曲線是直線狀，或原來有波動的曲線突然變成直線形（或圓形），就要考慮儀表可能有故障。這時可以人為地改變一點工藝條件，看儀表有無反應，如果沒有反應，則儀表有故障。

上一頁下一頁返回任務二簡單控制系統的參數整定（2）控制室儀表與現場同位儀表比較。對控制室儀表指示有懷疑時，可以觀察現場同位置（或相近位置）安裝的各種直觀儀表（如彈簧管壓力表、玻璃溫度計等）的指示，看兩者指示值是否相近（不一定要完全相等），如果差別很大，則儀表有故障。