第11章简单控制系统 简单控制系统的结构与组成这一章主要回答三个问题 口控制的目的、被控变量的选择 1.控制什么? 口对象特性、控制变量的选择 2.拿什么来控制? 口测量滞后、测量信号处理 3.通过什么方式控制? 负荷变化、调节阀选择 口控制规律的选择 控制系统的投运与参数整定
第11章 简单控制系统 ❑ 简单控制系统的结构与组成 ❑ 控制的目的、被控变量的选择 ❑ 对象特性、控制变量的选择 ❑ 测量滞后、测量信号处理 ❑ 负荷变化、调节阀选择 ❑ 控制规律的选择 ❑ 控制系统的投运与参数整定 这一章主要回答三个问题 1.控制什么? 2.拿什么来控制? 3.通过什么方式控制?
第一个问题:控制什么? 答:控工艺要求的指标 具体分为两种情况: 1工艺要求的指标可以直接在线测量 直接控制这个指标就可以了〔直接指标控制) 2工艺要求的指标不可以直接在线测量 寻找一个于工艺指标有明显的对于关系,且可以测量的另一个间接指标,通 过控制间接指标来达到控制工艺指标的目的(间接指标控制) 例如:精馏塔的组分是不能直接在线测量的,通过分析可以发现,当压力恒 定的时候,组分与温度存在单值对应关系;或者温度恒定的时候,组分与压 力存在单值对应关系,根据P173中的分析,最终可以确定 固定压力,通过控制温度来间接控制组分是合理的
第一个问题:控制什么? 答:控工艺要求的指标 具体分为两种情况: 1.工艺要求的指标可以直接在线测量 直接控制这个指标就可以了(直接指标控制) 2.工艺要求的指标不可以直接在线测量 寻找一个于工艺指标有明显的对于关系,且可以测量的另一个间接指标,通 过控制间接指标来达到控制工艺指标的目的(间接指标控制) 例如:精馏塔的组分是不能直接在线测量的,通过分析可以发现,当压力恒 定的时候,组分与温度存在单值对应关系;或者温度恒定的时候,组分与压 力存在单值对应关系,根据P173中的分析,最终可以确定: 固定压力,通过控制温度来间接控制组分是合理的
第二个问题:拿什么控制? 答:拿一个对被控变量影响较 显著的变量来控。 K大一些,T小一些,τ最好为0 测量仪表的选用和安装: 量程、材质、精度等满足工艺要求 测量仪表本身要反应快 应选择有代表性位置进行安装 仪表安装时所用的辅助装置不应带来较大的测量滞后(至少要满足要求 执行器的选用和安装: 口径(流通能力)、材质、结构形式、正反作用、流量特性等满足要求 本身反应快(气信号不要进行远距离传输、必要时可以采用电气转换器、 阀门定位器) 阀门安装位置应尽可能靠近被控设备(二者中间不能有很长的工艺管路, 否则会人为增大广义对象的纯滞后)
第二个问题:拿什么控制? 答:拿一个对被控变量影响较 显著的变量来控。 K大一些,T小一些,τ最好为0 测量仪表的选用和安装: 量程、材质、精度等满足工艺要求 测量仪表本身要反应快 应选择有代表性位置进行安装 仪表安装时所用的辅助装置不应带来较大的测量滞后(至少要满足要求) 执行器的选用和安装: 口径(流通能力)、材质、结构形式、正反作用、流量特性等满足要求 本身反应快(气信号不要进行远距离传输、必要时可以采用电气转换器、 阀门定位器) 阀门安装位置应尽可能靠近被控设备(二者中间不能有很长的工艺管路, 否则会人为增大广义对象的纯滞后)
第三个问题:以什么方式控制? 答:没有标准答案 (选择合适的调节规律) 最常用的调节规律: 位式控制、P、PI、PD、PID (需要充分理解眢种调节规律的特点和适用场合) 后续问题:如何整定PID参数? 答:临界比例度法+经验 衰减曲线法十经验 经验凑试法 最好的方法就是“经验
第三个问题:以什么方式控制? 答:没有标准答案 (选择合适的调节规律) 最常用的调节规律: 位式控制、P、PI、PD、PID (需要充分理解各种调节规律的特点和适用场合) 后续问题:如何整定PID参数? 答:临界比例度法+经验 衰减曲线法+经验 经验凑试法 最好的方法就是“经验
第一节概述 概述 选择被控变量 四个基本环节: 选择操纵变量 >测量变送环节 >控制器 处理测量信号 >执行器 被控对象 选择调节阀 干扰 选择控制规律/氵设定值 偏差 被控变量 控制器执行器 被控对象 系统投运 参数整定 测量变送环节
第一节 概述 四个基本环节: ➢ 测量变送环节 ➢ 控制器 ➢ 执行器 ➢ 被控对象 被控变量 控制器 执行器 被控对象 测量变送环节 干扰 设定值 偏差 + - 选择被控变量 选择操纵变量 处理测量信号 选择调节阀 选择控制规律 系统投运 参数整定 概述
常见的两种简单控制系统: 液位控制系统 温度控制系统 冷流体 换热器 干扰 被控变量 (液位或温度 设定值偏差「控制器 执行器 被控对象 (LC或TOH+(控制阀) (液位储槽或换热器 测量、变送环节 (LT或TT) ←广义对象 简单控制系统方块图
控制器 (LC或TC) 执行器 (控制阀) 被控对象 (液位储槽或换热器 ) 测量、变送环节 (LT或TT) 被控变量 (液位或温度) 干扰 设定值 偏差 + - 广义对象 简单控制系统方块图 载 热 体 冷流体 换热器 液位控制系统 温度控制系统 常见的两种简单控制系统:
第二节被控变量的选择 概述 选择被控变量 选择被控变量 选择操纵变量 明确 使生产过程自动按照预定的目标进行,并使 控制目的工艺参数保持在预先规定的数值上(或按预 定规律变化) 处理测量信号 分析 “关键”变量:对产品的产量、质量以及生 生产工艺产过程的安全具有决定作用的变量 选择调节阀 两种控制类型:直接指标控制和间接指标控制 选择控制规律 确定 当质量指标信号缺少检测手段、信号微弱、滞 被控变量后很大时,可选取与直接质量指标有单值对应 关系而反应又快的变量做为间接控制指标 系统投运 参数整定
第二节 被控变量的选择 明确 控制目的 使生产过程自动按照预定的目标进行,并使 工艺参数保持在预先规定的数值上(或按预 定规律变化) 分析 生产工艺 “关键”变量:对产品的产量、质量以及生 产过程的安全具有决定作用的变量 确定 被控变量 两种控制类型:直接指标控制和间接指标控制 当质量指标信号缺少检测手段、信号微弱、滞 后很大时,可选取与直接质量指标有单值对应 关系而反应又快的变量做为间接控制指标。 选择被控变量 选择被控变量 选择操纵变量 处理测量信号 选择调节阀 选择控制规律 系统投运 参数整定 概述
精馏塔系统的被控变量选择泽 冷却水 进料 回流F塔顶产品 苯一二甲苯的Tx图 Ox, XA T 0.125 P MPa 0.075 蒸汽 塔底产品 苯一二甲苯的P-x图 精馏过程示意图 塔顶易挥发组分纯度X、塔顶温度T、塔顶压力P三者 之间的关系为:X=f(TD,P),两个独立变量
精馏过程示意图 冷却水 TD p 进料 Q入,X入,T入 回流F 塔底产品 塔顶产品 QZ 蒸汽 TH 苯-二甲苯的T-x图 TD ℃ XD% 苯-二甲苯的P-x图 P MPa XD% 塔顶易挥发组分纯度XD、塔顶温度TD、塔顶压力P三者 之间的关系为: XD= f (TD,P),两个独立变量。 精馏塔系统的被控变量选择
被控变量选择的一般原则 ◇要有代表性。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,一般都是工艺过程中比较重要的变量。 ◇应该独立可控。简单控制系统的被控变量应避免和其他控制 系统的被控变量有关联(耦合)关系。 ◇滞后要小。采用直接指标作为被控变量最直接也最有效。当 无法获得直接指标信号,或其测量和变送环节滞后很大时,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。 ◇灵敏度要高。被控变量应能被测量出来,并具有足够大的灵 敏度。 ◇成本要低。选择被控变量时,必须考虑工艺的合理性和国内 仪表产品现状
要有代表性。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,一般都是工艺过程中比较重要的变量。 应该独立可控。简单控制系统的被控变量应避免和其他控制 系统的被控变量有关联(耦合)关系。 滞后要小。采用直接指标作为被控变量最直接也最有效。当 无法获得直接指标信号,或其测量和变送环节滞后很大时,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。 灵敏度要高。被控变量应能被测量出来,并具有足够大的灵 敏度。 成本要低。选择被控变量时,必须考虑工艺的合理性和国内 仪表产品现状。 被控变量选择的一般原则
第三节操纵变量的选择 概述 选择被控变量 操纵变量与千扰变量 选择操纵变量 0 X 处理测量信号 被控变量D F 选择调节阀 影响塔顶温度的各种输入示意图 选择控制规律 原则上,在诸多影响被控变量的输入中选择一个对被控 变量影响显著而且可控性良好的输入作为控制变量后, 系统投运 其它所有未被选中的输入则成了为系统的干扰变量 参数整定
操纵变量与干扰变量 第三节 操纵变量的选择 Q入 T入 X入 QZ F TH 被控变量TD 影响塔顶温度的各种输入示意图 被 控 对 象 原则上,在诸多影响被控变量的输入中选择一个对被控 变量影响显著而且可控性良好的输入作为控制变量后, 其它所有未被选中的输入则成了为系统的干扰变量。 选择被控变量 选择操纵变量 处理测量信号 选择调节阀 选择控制规律 系统投运 参数整定 概述