第2章 第2章 过程装备控制基础 §2-1被控对象的特性 §22单回路控制系统 §23复杂控制系统
1 第2章 第2章 §2-1 被控对象的特性 §2-2 单回路控制系统 §2-3 复杂控制系统 过程装备控制基础
2.2 单回路控制系统 简单控制系统是最基本的、应用最广泛的系统，同时， 简单控制系统是复杂控制系统的基础，学会了简单控制系统 的分析，将会给复杂控制系统的分析和研究提供很大的方便。 单回路控制系统（简单控制系统）： 一个被控对象： 一个检测元件及变送器： 一个调节器； 一个执行器 ∫干扰作用 参比信号（设定点） (干扰变量) 控制信号 操纵变量 被控变置 偏差e 调节器 执行器一被控过程 y 测量元件及变送器
简单控制系统是最基本的、应用最广泛的系统，同时， 简单控制系统是复杂控制系统的基础，学会了简单控制系统 的分析，将会给复杂控制系统的分析和研究提供很大的方便。 2.2 单回路控制系统 单回路控制系统（简单控制系统）： 一个被控对象； 一个检测元件及变送器; 一个调节器； 一个执行器
单回路控制系统方框图 f干扰作用 一个被控对象： 参比信号（设定点） (干扰变量) ● 控制信号 操纵变量 被控变 一个检测元件及变送器； 偏差e 调节器】“执行器一m薇控过程 ·一个调节器； 测量元件及变送器 一个执行器； 载热体 换热器 冷流体
单回路控制系统方框图 • 一个被控对象； • 一个检测元件及变送器； • 一个调节器； • 一个执行器；
单回路控制系统的设计 >设计控制系统前，应全面了解被控对象。 a.工艺过程、生产设备： b.被控对象的动、静态特性。 确定正确的控制方案，包括： a.选择被控变量与操纵变量， b.选择检测变送元件及检测位置， c.选用执行器、调节器和控制规律。 >将调节器的参数整定到最佳值
一．单回路控制系统的设计 设计控制系统前，应全面了解被控对象。 a.工艺过程、生产设备； b.被控对象的动、静态特性。 确定正确的控制方案，包括： a.选择被控变量与操纵变量， b.选择检测变送元件及检测位置， c.选用执行器、调节器和控制规律。 将调节器的参数整定到最佳值
1.被控变量的选择 被控变量：生产过程中希望保持在定值的过程参数。 作为被控变量，应是对提高产品质量和产量、促进安 全生产、提高劳动生产率、节能等具有决定作用的工艺变 量。 被控变量选择不当，不管组成什么形式的控制系统， 也不管配上多么精密先进的工业自动化装置，都不能达到 预期的控制效果
1．被控变量的选择 被控变量：生产过程中希望保持在定值的过程参数。 作为被控变量，应是对提高产品质量和产量、促进安 全生产、提高劳动生产率、节能等具有决定作用的工艺变 量。 被控变量选择不当，不管组成什么形式的控制系统， 也不管配上多么精密先进的工业自动化装置，都不能达到 预期的控制效果
蒸馏过程是利用被分离物各组分的挥发 度不同，把混合物中的各组分进行分离。 冷却水 工艺质量指标一精馏塔的操作是要使塔 进料 流 塔项产品 顶（或塔底）馏出物达到规定的纯度。 蒸汽 塔顶馏出物的组分JD 塔底产品 塔底馏出物的组分W 被控变量 笨一甲苯精馏过程的示意图 结论：检测JD或JW滞后太大或有困难，不能直接以JD(JW)作 为被控变量。选择与JD(JW)有关的变量作为被控变量，进行 间接指标控制
蒸馏过程是利用被分离物各组分的挥发 度不同，把混合物中的各组分进行分离。 工艺质量指标—精馏塔的操作是要使塔 顶(或塔底)馏出物达到规定的纯度。 笨—甲苯精馏过程的示意图 塔顶馏出物的组分JD 被控变量 塔底馏出物的组分JW 结论：检测JD或JW滞后太大或有困难，不能直接以JD(JW)作 为被控变量。选择与JD(JW)有关的变量作为被控变量，进行 间接指标控制
在二元系统的精馏中，当气液两相并存时，塔顶易挥组分苯的百分含 量XD、塔顶温度TD、压力p三者之间有一定的关系。 0.125 0,10 当压力恒定时，组分XD 0075 和温度TD之间存在有单值 0.0 冷却水 对应的关系： 0.02 20406080100 苯的百分含量/% 进料 回流塔项产品 120 当温度TD恒定时，组分 XD和压力p之间也存在着 9100 单值对应关系。 90 蒸 0 塔底产品 20406080 100 苯的百分含登/% 在组分、温度、压力三个变量中，只要固定温度或压力中的一 个，另一个变量即可作为被控变量
在二元系统的精馏中，当气液两相并存时，塔顶易挥组分苯的百分含 量XD、塔顶温度TD、压力p三者之间有一定的关系。 当压力恒定时，组分XD 和温度TD之间存在有单值 对应的关系； 当温度TD恒定时，组分 XD和压力p之间也存在着 单值对应关系。 在组分、温度、压力三个变量中，只要固定温度或压力中的一 个，另一个变量即可作为被控变量
从工艺合理性考虑一选择温度作为被控变量 1.在精馏塔操作中，压力需要固定。塔只有在规定的压力下，才能保证塔 的分离纯度、效率和经济性。如塔压波动，会破坏原来的气液平衡，影响 相对挥发度，使塔处于不良工况。同时，随着塔压的变化，往往还会引起 与之相关的其他物料量的变化，影响塔的物料平衡，引起负荷的波动。 2.在塔压固定的情况下，精馏塔各层塔板上的压力基本上是不变的，这样 各层塔板上的温度与组分之间就有一定的单值对应关系。 结论：固定压力，选择温度作为被控变量是合理的
从工艺合理性考虑—选择温度作为被控变量 1.在精馏塔操作中，压力需要固定。塔只有在规定的压力下，才能保证塔 的分离纯度、效率和经济性。如塔压波动，会破坏原来的气液平衡，影响 相对挥发度，使塔处于不良工况。同时，随着塔压的变化，往往还会引起 与之相关的其他物料量的变化，影响塔的物料平衡，引起负荷的波动。 2.在塔压固定的情况下，精馏塔各层塔板上的压力基本上是不变的，这样 各层塔板上的温度与组分之间就有一定的单值对应关系。 结论：固定压力，选择温度作为被控变量是合理的
选择被控变量的基本原则： (1)工艺过程中重要的变量。被控变量应能代表一定的工艺 操作指标或能反映工艺操作状态。 (2)可以频繁调节的变量。在工艺操作过程中经常要受到一 些干扰影响而变化。为维持被控变量的恒定，需要进行频繁 的调节。 (3)采用直接指标作为被控变量。当无法获得直接指标信号， 或其测量和变送信号滞后很大时，可选择与直接指标有单值 对应关系的间接指标作为被控变量。 (4)被控变量应能被测量出来，并具有足够大的灵敏度。 (⑤)考虑工艺合理性以及是否满足国内仪表产品现状。 (6)被控变量应是独立可控的
选择被控变量的基本原则： (1) 工艺过程中重要的变量。被控变量应能代表一定的工艺 操作指标或能反映工艺操作状态。 (2) 可以频繁调节的变量。在工艺操作过程中经常要受到一 些干扰影响而变化。为维持被控变量的恒定，需要进行频繁 的调节。 (3) 采用直接指标作为被控变量。当无法获得直接指标信号， 或其测量和变送信号滞后很大时，可选择与直接指标有单值 对应关系的间接指标作为被控变量。 (4) 被控变量应能被测量出来，并具有足够大的灵敏度。 (5) 考虑工艺合理性以及是否满足国内仪表产品现状。 (6) 被控变量应是独立可控的
2.操纵变量的选择 操纵变量：在控制系统中，用来克服干扰对被控变 量的影响，实现控制作用的变量。 在化工和炼油生产过程中，最常见的操纵变量有 流量，压力、转速等。 选择操纵变量时应考虑以下问题： (1)工艺的合理性 (2)被控对象的特性
2．操纵变量的选择 操纵变量：在控制系统中，用来克服干扰对被控变 量的影响，实现控制作用的变量。 在化工和炼油生产过程中，最常见的操纵变量有 流量，压力、转速等。 选择操纵变量时应考虑以下问题： ⑴工艺的合理性 ⑵被控对象的特性