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1、會計學1節(jié)節(jié) 簡單控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)2n n簡單控制系統(tǒng)的機構與組成簡單控制系統(tǒng)的機構與組成n n簡單控制系統(tǒng)的設計簡單控制系統(tǒng)的設計n n被控變量的選擇被控變量的選擇n n操縱變量的選擇操縱變量的選擇n n測量元件特性的影響測量元件特性的影響n n控制器控制規(guī)律的選擇控制器控制規(guī)律的選擇n n控制器參數的工程整定控制器參數的工程整定n n臨界比例度法臨界比例度法n n衰減曲線法衰減曲線法n n經驗湊試法經驗湊試法內容提要第1頁/共71頁37.1 7.1 簡單控制系統(tǒng)的機構與組成簡單控制系統(tǒng)的機構與組成簡單控制系統(tǒng)的機構與組成簡單控制系統(tǒng)的機構與組成 簡單控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)通常是指由一個測

2、量元件、變送器、一個控制器、一個控制閥和一個對象所構成的單閉環(huán)控制系統(tǒng)。圖7-1 液位控制系統(tǒng)圖7-2 溫度控制系統(tǒng) 在本課件以后的控制系統(tǒng)圖中，也將不再畫出測量、變送環(huán)節(jié)，但要注意在實際的系統(tǒng)中總是存在這一環(huán)節(jié)，只是在畫圖時被省略罷了。說明說明第2頁/共71頁4圖7-3簡單控制系統(tǒng)的方塊圖從從 圖圖 中中 可可知知 簡單控制系統(tǒng)由四個基本環(huán)節(jié)組成，即被控對象、測量變送裝置、控制器和執(zhí)行器。在該系統(tǒng)中有著一條從系統(tǒng)的輸出端引向輸入端的反饋路線，也就是說該系統(tǒng)中的控制器是根據被控變量的測量值與給定值的偏差來進行控制的。第3頁/共71頁57.2 7.2 簡單控制系統(tǒng)的設計簡單控制系統(tǒng)的設計簡單控制

3、系統(tǒng)的設計簡單控制系統(tǒng)的設計7.2.17.2.1被控變量的選擇被控變量的選擇 生產過程中希望借助自動控制保持恒定值（或按一定規(guī)律變化）的變量稱為被控變量。被控變量的界定被控變量的界定 它們對產品的產量、質量以及安全具有決定性的作用，而人工操作又難以滿足要求的；人工操作雖然可以滿足要求，但是，這種操作是既緊張而又頻繁的。第4頁/共71頁6被控變量的分類（按照與生產過程的關系）被控變量的分類（按照與生產過程的關系）直接指標控制；間接指標控制。第5頁/共71頁7圖7-4精餾過程示意圖1精餾塔；2蒸汽加熱器圖7-5苯-甲苯溶液的T-x圖圖7-6 苯-甲苯溶液的p-x圖舉例第6頁/共71頁8從工藝合理性

4、考慮，常常選擇從工藝合理性考慮，常常選擇溫度溫度作為作為被控變量。被控變量。在精餾塔操作中，壓力往往需要固定。只有將塔操作在規(guī)定的壓力下，才易于保證塔的分離純度，保證塔的效率和經濟性。在塔壓固定的情況下，精餾塔各層塔板上的壓力基本上是不變的，這樣各層塔板上的溫度與組分之間就有一定的單值對應關系。所選變量有足夠的靈敏度。原因原因第7頁/共71頁9選擇被控變量的原則選擇被控變量的原則:（1）被控變量應能代表一定的工藝操作指標或能反映工藝操作狀態(tài)，一般是工藝過程中較重要的變量。（2）被控變量在工藝操作過程中經常要受到一些干擾影響而變化。為維持其恒定，需要較頻繁的調節(jié)。（3）盡量采用直接指標作為被控變

5、量。當無法獲得直接指標信號，或其測量和變送信號滯后很大時，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。第8頁/共71頁10（4）被控變量應能被測量出來，并具有足夠大的靈敏度。（5）選擇被控變量時，必須考慮工藝合理性和國內儀表產品現狀。（6）被控變量應是獨立可控的。第9頁/共71頁117.2.2 7.2.2 操縱變量的選擇操縱變量的選擇(1)(1)操縱變量操縱變量 在自動控制系統(tǒng)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。最常見的操縱變量是介質的流量。操作變量系統(tǒng)的干擾通過工藝分析確定第10頁/共71頁12舉例舉例圖7-7精餾塔流程圖 如果根據工藝要求，選擇提餾

6、段某塊塔板（一般為靈敏板）的溫度作為被控變量。第11頁/共71頁13圖7-8影響提餾段溫度的各種因素示意圖影響提餾段靈敏板溫度影響提餾段靈敏板溫度T T靈靈的因素主要有：的因素主要有：進料的流量（Q入）、成分（x入）、溫度（T入）、回流的流量（Q回）、回流液溫度（T回）、加熱蒸汽流量（Q蒸）、冷凝器冷卻溫度及塔壓等等。通過工藝分析，選擇蒸汽流量作為操縱變量。通過工藝分析，選擇蒸汽流量作為操縱變量。第12頁/共71頁14(2)(2)對象特性對選擇操縱變量的影響對象特性對選擇操縱變量的影響圖7-9干擾通道與控制通道的關系 干擾變量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；

7、操縱變量操縱變量由控制通道施加到對象上，使被控變量回復到給定值，起著校正作用。第13頁/共71頁15（A A）對象靜態(tài)特性的影響）對象靜態(tài)特性的影響 一般希望控制通道的放大系數KO要大些，對象干擾通道的放大系數Kf小些。（B B）對象動態(tài)特性的影響）對象動態(tài)特性的影響 控制通道時間常數的影響控制通道時間常數的影響 控制通道的時間常數不能過大，否則會使操縱變量的校正作用遲緩、超調量大、過渡時間長。要求對象控制通道的時間常數T小一些，從而獲得良好的控制質量。第14頁/共71頁16 控制通道純滯后控制通道純滯后 00的影響的影響 控制通道的物料輸送或能量傳遞都需要一定的時間。這樣造成的純滯后0對控制

8、質量是有影響的。圖7-10所示為純滯后對控制質量影響的示意圖。圖7-10 純滯后0對控制質量的影響 在選擇操縱變量構成控制系統(tǒng)時，應使對象控制通道的純滯后時間0盡量小。第15頁/共71頁17 干擾通道時間常數的影響干擾通道時間常數的影響 干擾通道的時間常數Tf越大，表示干擾對被控變量的影響越緩慢，越有利于控制。干擾通道純滯后干擾通道純滯后 ff的影響的影響 如果干擾通道存在純滯后f，控制作用也推遲了時間f，使整個過渡過程曲線推遲了時間f，要控制通道不存在純滯后，通常是不會影響控制質量的，如圖7-11所示。圖7-11干擾通道純滯后f的影響第16頁/共71頁18(3)(3)操縱變量的選擇原則操縱變

9、量的選擇原則 操縱變量應是可控的，即工藝上允許調節(jié)的變量。操縱變量一般應比其他干擾對被控變量的影響更加靈敏。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。第17頁/共71頁197.2.37.2.3測量元件特性的影響測量元件特性的影響 測量、變送裝置是控制系統(tǒng)中獲取信息的裝置，也是系統(tǒng)進行控制的依據。要求它能正確地、及時地反映被控變量的狀況。測量、變送裝置是控制系統(tǒng)中獲取信息的裝置，也是系統(tǒng)進行控制的依據。要求它能正確地、及時地反映被控變量的狀況。(1)(1)測量元件的時間常數測量元件的時間常數圖7-12測量元件時間常數的影響 測量元件，特別是測溫元件，由于存在熱

10、阻和熱容，它本身具有一定的時間常數，易造成測量滯后。慢有偏差失真第18頁/共71頁20 測量元件的時間常數越大，測量滯后現象愈加顯著?？刂葡到y(tǒng)中的測量元件時間常數不能太大，最好選用惰性小的快速測量元件。當測量元件的時間常數Tm小于對象時間常數的110時，對系統(tǒng)的控制質量影響不大。測量元件安裝是否正確，維護是否得當，也會影響測量與控制。結論結論第19頁/共71頁21(2)(2)測量元件的純滯后測量元件的純滯后當測量存在純滯后時，會嚴重地影響控制質量。圖7-13pH值控制系統(tǒng)示意圖有時，測量的純滯后是由于測量元件安裝位置引起的。有時，測量的純滯后是由于測量元件安裝位置引起的。延遲時間0 這一純滯后

11、使測量信號不能及時反映中和槽內溶液pH值的變化，因而降低了控制質量。第20頁/共71頁22(3)(3)信號的傳送滯后信號的傳送滯后信號傳送滯后信號傳送滯后 測量信號傳送滯后測量信號傳送滯后 控制信號傳送滯后控制信號傳送滯后 由現場測量變送裝置的信號傳送到控制室的控制器所引起的滯后。由控制室內控制器的輸出控制信號傳送到現場執(zhí)行器所引起的滯后。信號的傳送滯后，應盡量減小。信號的傳送滯后，應盡量減小。第21頁/共71頁23n n合理選擇測量點()n n選擇惰性小的測量元件()n n加裝電氣轉換裝置()n n引入微分作用()減少滯后的方法：第22頁/共71頁247.2.47.2.4控制器控制規(guī)律的選擇

12、控制器控制規(guī)律的選擇(1)(1)控制器控制規(guī)律的確定控制器控制規(guī)律的確定圖7-14簡單控制系統(tǒng)簡化方塊圖（A A）比例控制器）比例控制器 比例控制器是具有比例控制規(guī)律的控制器。對于單元組合儀表適用于適用于 控制通道滯后較小、負荷變化不大、工藝上沒有提出無差要求的系統(tǒng)。第23頁/共71頁25 控制器的輸出與偏差成比例。當負荷變化時，比例控制器克服干擾能力強、控制及時、過渡時間短。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。純比例控制系統(tǒng)在過渡過程終了時存在余差。負荷變化越大，余差就越大。特點特點第24頁/共71頁26（B B）比例積分控制器）比例積分控制器比

13、例積分控制器是具有比例積分控制規(guī)律的控制器。比例放大系數KP（或比例度）和積分時間TI?？刂仆ǖ罍筝^小、負荷變化不大、工藝參數不允許有余差的系統(tǒng)。適用于適用于可調整參數可調整參數第25頁/共71頁27 由于在比例作用的基礎上加上積分作用，而積分作用的輸出是與偏差的積分成比例，只要偏差存在，控制器的輸出就會不斷變化，直至消除偏差為止。積分作用會使穩(wěn)定性降低，雖然在加積分作用的同時，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，過渡過程的時間也加長。特點特點第26頁/共71頁28（CC）比例積分微分控制器）比例積分微分控制器 比例積分微分控制器是具有比例積分微分控制規(guī)律

14、的控制器，常稱為三作用（PID）控制器。理想的三作用控制器，存在比例放大系數KP（或比例度）、積分時間TI和微分時間TD?？烧{整參數可調整參數第27頁/共71頁29 微分作用使控制器的輸出與輸入偏差的變化速度成比例，它對克服對象的滯后有顯著的效果。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。所以，適當調整、TI、TD參數，可以使控制系統(tǒng)獲得較高的控制質量。容量滯后較大、負荷變化大、控制質量要求較高的系統(tǒng)，應用最普遍的是溫度、成分控制系統(tǒng)。特點特點適用于適用于第28頁/共71頁30 目前生產的模擬式控制器一般都同時具有比例、積分、微分三種作用。只要將其中的微分時間TD置于

15、，就成了比例積分控制器，如果同時將積分時間TI置于無窮大，便成了比例控制器。注意！注意！第29頁/共71頁31(2)(2)控制器正、反作用的確定控制器正、反作用的確定 控制器的正反作用是關系到控制系統(tǒng)能否正常運行與安全操作的重要問題。要通過改變控制器的正、反作用，以保證整個控制系統(tǒng)是一個具有負反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。作用的方向作用的方向輸入變化后，輸出的變化方向。正作用方向正作用方向反作用方向反作用方向當某個環(huán)節(jié)的輸入增加時，其輸出也增加，則稱該環(huán)節(jié)為“正作用”方向。當環(huán)節(jié)的輸入增加時，輸出減少的稱“反作用”方向。第30頁/共71頁32測量元件及變送器測量元件及變送器作用方向一般是“正”的。執(zhí)行器執(zhí)行

16、器作用方向取決于是氣開閥還是氣關閥。被控對象被控對象作用方向隨具體對象的不同而各不相同?？刂破骺刂破?當給定值不變，被控變量測量值增加時，控制器的輸出也增加，稱為“正作用”方向，或者當測量值不變，給定值減小時，控制器的輸出增加的稱為“正作用”方向。反之，如果測量值增加時，控制器的輸出減小的稱為“反作用”方向。第31頁/共71頁33 在一個安裝好的控制系統(tǒng)中，對象的作用方向由工藝機理可以確定，執(zhí)行器的作用方向由工藝安全條件可以選定，而控制器的作用方向要根據對象及執(zhí)行器的作用方向來確定，以使整個控制系統(tǒng)構成負反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。在一個安裝好的控制系統(tǒng)中，對象的作用方向由工藝機理可以確定，執(zhí)行器的作用方

17、向由工藝安全條件可以選定，而控制器的作用方向要根據對象及執(zhí)行器的作用方向來確定，以使整個控制系統(tǒng)構成負反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。結論結論第32頁/共71頁34舉例舉例一個簡單的加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)。對象對象加熱爐 操作變量操作變量燃料氣流量 被控變量被控變量被加熱的原料油出口溫度被加熱的原料油出口溫度 圖7-15加熱爐出口溫度控制第33頁/共71頁35 當操縱變量燃料氣流量增加時，被控變量是增加的，故對象是“正”作用方向。如果從工藝安全條件出發(fā)選定執(zhí)行器是氣開閥（停氣時關閉），以免當氣源突然斷氣時，控制閥大開而燒壞爐子。那么這時執(zhí)行器便是“正”作用方向。為了保證由對象、執(zhí)行器與控制器所組成的系統(tǒng)是負反

18、饋的，控制器就應該選為“反”作用。第34頁/共71頁36圖7-16液位控制一個簡單的液位控制系統(tǒng) 執(zhí)行器是“正”方向。對象是“反”方向?？刂破鳛椤罢狈较?。圖7-17控制器正、反作用開關示意圖 控制器的正、反作用可以通過改變控制器上的正、反作用開關自行選擇。一臺正作用的控制器，只要將其測量值與給定值的輸入線互換一下，就成了反作用的控制器。第35頁/共71頁377.3 7.3 控制器參數的工程整定控制器參數的工程整定控制器參數的工程整定控制器參數的工程整定7.3.17.3.1臨界比例度法臨界比例度法控制器參數的整定控制器參數的整定 按照已定的控制方案，求取使控制質量最好的控制器參數值。即確定最合

19、適的控制器比例度、積分時間TI和微分時間TD。方法方法理論計算的方法和工程整定法。幾種常用的工程整定法幾種常用的工程整定法 先通過試驗得到臨界比例度k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。第36頁/共71頁38圖7-18 臨界振蕩過程控制作用控制作用比例度比例度/%積分時間積分時間TI/min微分時間微分時間TD/min比例比例比例比例+積分積分比例比例+微分微分比例比例+積分積分+微微分分2 k2.2k1.8k1.7k0.85 Tk0.5 Tk0.1 Tk0.125 Tk表 7-1臨界比例度法參數計算公式表 比較簡單方便，容易掌握和判斷，適用于一般的控制系統(tǒng)。對于臨界

20、比例度很小的系統(tǒng)不適用。對于臨界比例度很小的系統(tǒng)不適用。對于工藝上不允許產生等幅振蕩的系統(tǒng)本方法亦不適用。對于工藝上不允許產生等幅振蕩的系統(tǒng)本方法亦不適用。特點特點第37頁/共71頁39臨界整定應用多，純臨界整定應用多，純P P運轉減參數；運轉減參數；等幅振蕩出現時，等幅振蕩出現時，KK值值T TKK值為臨界值為臨界；按照公式乘系數，按照公式乘系數，PIDPID序不能錯；序不能錯；靜觀運行勤調整，細心尋求最佳值。靜觀運行勤調整，細心尋求最佳值。臨界比例度法整定口訣：臨界比例度法整定口訣：第38頁/共71頁407.3.27.3.2衰減曲線法衰減曲線法通過使系統(tǒng)產生衰減振蕩來整定控制器的參數值。圖

21、7-1941和101衰減振蕩過程控制作用控制作用/%/%TI/minTD/min比例比例s s比例比例+積分積分1.21.2s s 0.5 0.5 TS比例比例+積分積分+微分微分0.80.8s s 0.3 0.3 TS0.1 0.1 TS控制作用控制作用/%/%TI/minTD/min比例比例s s 比例比例+積分積分1.2s s 2T升升比例比例+積分積分+微分微分0.8 s s 1.2 T升升0.4T升升表7-241衰減曲線法控制器參數計算表表7-3101衰減曲線法控制器參數計算表第39頁/共71頁41 在閉環(huán)的控制系統(tǒng)中，先將控制器變?yōu)榧儽壤饔?，并將比例度預置在較大的數值上。在達到穩(wěn)

22、定后，用改變給定值的辦法加入階躍干擾，觀察被控變量記錄曲線的衰減比，然后從大到小改變比例度，直至出現在閉環(huán)的控制系統(tǒng)中，先將控制器變?yōu)榧儽壤饔?，并將比例度預置在較大的數值上。在達到穩(wěn)定后，用改變給定值的辦法加入階躍干擾，觀察被控變量記錄曲線的衰減比，然后從大到小改變比例度，直至出現4141或或10 110 1衰減比為止。通過比例度衰減比為止。通過比例度s 和衰減周期和衰減周期T TSS,得到控制器的參數整定值。得到控制器的參數整定值。第40頁/共71頁42（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

23、得不到正確的S 、TS或S和T升值。（3）對于反應快的系統(tǒng)，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41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41衰減過程了。注意！注意！第41頁/共71頁43衰減整定好處多，操作安全又迅速；衰減整定好處多，操作安全又迅速；純純P P降低比例度，找到衰減降低比例度，找到衰減4 4：1 1；按照公式來計算，按照公式來計算，PIDPID序加參數；序加參數；觀察運行細調整，直到找出最佳值。觀察運行細調整，直到找出最佳值。衰減曲線法整定口訣：衰減曲線法整定口訣：第42頁/共71頁447.3.37.3.3經驗湊試法經

24、驗湊試法 根據經驗先將控制器參數放在一個數值上，直接在閉環(huán)的控制系統(tǒng)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，運用、TI、TD對過渡過程的影響為指導，按照規(guī)定順序，對比例度、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。第43頁/共71頁45控制對象控制對象對象特征對象特征/%/%TI/minTD/min流量流量溫度溫度壓力壓力液位液位對象時間常數小，參數有波動，對象時間常數小，參數有波動，要大；要大；TI要短；不用微分要短；不用微分對象容量滯后較大，即參數受干擾對象容量滯后較大，即參數受干擾候變化遲緩；候變化遲緩；應??；應?。籘I要長；一要長；一般需加微分般需

25、加微分對象的容量滯后一般，不算大，一對象的容量滯后一般，不算大，一般不加微分般不加微分對象時間常數范圍較大。要求不高對象時間常數范圍較大。要求不高時，時，可在一定范圍內選取，一般可在一定范圍內選取，一般不用微分不用微分4010020 6030 7020 800.3 13 100.4 30.5 3表7-4 控制器參數的經驗數據表第44頁/共71頁46整定的步驟整定的步驟（1 1）先用純比例作用進行湊試，待過渡過程已基本穩(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。）先用純比例作用進行湊試，待過渡過程已基本穩(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

26、提高控制質量?？辞€，調參數。看曲線，調參數。關鍵關鍵第45頁/共71頁47圖7-20三種振蕩曲線比較圖圖7-21比例度過大、積分時間過大時兩種曲線比較圖a積分時間過小b比例度過小c微分時間過大如果比例度過大或積分時間過大，過渡過程變化緩慢的情形。第46頁/共71頁48控制閥故障引起的震蕩控制閥故障引起的震蕩控制閥在極限位置控制閥在極限位置定位器使用不當定位器使用不當控制閥的摩擦、間隙引起控制閥的摩擦、間隙引起第47頁/共71頁49（2）先按表7-4中給出的范圍把TI定下來，如要引入微分作用，可取TD(1/31/4)TI，然后對進行湊試，湊試步驟與前一種方法相同。方法簡單，適用于各種控制系統(tǒng)。

27、特別是外界干擾作用頻繁，記錄曲線不規(guī)則的控制系統(tǒng)，采用此法最為合適。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，往往較為費時。特點特點第48頁/共71頁50 對于同一個系統(tǒng)，不同的人采用經驗湊試法整定，可能得出不同的參數值。在一個自動控制系統(tǒng)投運時，控制器的參數必須整定，才能獲得滿意的控制質量。同時，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，控制器的參數必須重新整定。注意！注意！第49頁/共71頁51參數經驗整定法，先參數經驗整定法，先P P次次I I、DD后加；后加；看曲線調參數，振蕩頻繁看曲線調參數，振蕩頻繁 加大；加大；曲線偏離周

28、期長，減小積分消偏差；曲線偏離周期長，減小積分消偏差；溫度滯后加微分，其它系統(tǒng)少用它；溫度滯后加微分，其它系統(tǒng)少用它；理想曲線兩個波，調節(jié)品質為最佳。理想曲線兩個波，調節(jié)品質為最佳。經驗法整定口訣：經驗法整定口訣：第50頁/共71頁52三種整定方法的比較：優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點應用應用經驗法經驗法簡單、方便簡單、方便整定質量不一定高，整定質量不一定高，花費時間多，對曲線花費時間多，對曲線沒有統(tǒng)一的標準，同沒有統(tǒng)一的標準，同一種曲線是由多種因一種曲線是由多種因素組成，不同的人看素組成，不同的人看法有差異。法有差異。較廣泛，特別是較廣泛，特別是在對于干擾頻繁在對于干擾頻繁的系統(tǒng)更合適。的系統(tǒng)更合適。臨界

29、比例度法臨界比例度法較簡單易掌握較簡單易掌握易判定整定質易判定整定質量量對臨界比例度小的系對臨界比例度小的系統(tǒng)不適用，在尋找臨統(tǒng)不適用，在尋找臨界狀態(tài)時如不小心會界狀態(tài)時如不小心會造成事故。造成事故。較廣泛，多數系較廣泛，多數系統(tǒng)可使用。統(tǒng)可使用。衰減曲線法衰減曲線法整定質量較高整定質量較高較準確可靠、較準確可靠、安全安全時間常數小的對象，時間常數小的對象，不易判斷，干擾頻繁不易判斷，干擾頻繁的系統(tǒng)不便使用。的系統(tǒng)不便使用。廣泛，是在總結廣泛，是在總結臨界比例度法的臨界比例度法的經驗中提出來的，經驗中提出來的，可靠安全。可靠安全。第51頁/共71頁537.4 7.4 控制系統(tǒng)的投運及操作中的常

30、見問題控制系統(tǒng)的投運及操作中的常見問題7.4.1 7.4.1 控制系統(tǒng)的投運控制系統(tǒng)的投運（1 1）準備工作）準備工作 熟悉：工藝設備、控制方案、控制回路熟悉：工藝設備、控制方案、控制回路 檢查：儀表、線路檢查：儀表、線路 確定：控制器作用方向確定：控制器作用方向第52頁/共71頁54（2）投運n n測量元件變送器投運n n控制閥投運n n控制器投運控制閥的投運控制閥安裝示意圖第53頁/共71頁55步驟如下：步驟如下：步驟如下：步驟如下：n n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；n n用手動定值器或其他手動操作器調整控制閥上的氣壓P，使它等于某一中間數值或已有的經驗數值

31、；n n先開上游閥l，再逐漸開下游閥2，同時逐漸關閉旁路閥3(也可開下游閥2)；n n觀察儀表指示值，改變手動輸出，使被控變量接近給定值。第54頁/共71頁56（3）可能出現的問題：）可能出現的問題：對象特性變化、測量系統(tǒng)故障、控制閥故障(a)控制系統(tǒng)間的相互干擾及克服辦法 由于化工過程常常是用管道將一系列單元設備連接而成的，流經設備和管道的物料又常是連續(xù)的。所以，隨著生產過程的強化和反應速度的加快，必將使過程中參數之間的聯系更加密切，相互之間的影響和依賴關系也就越大。在工藝操作中常會看到，當改變某一參數(例如壓力或流量等)后，很快會影響另外幾個參數都發(fā)生變化。參數之間這種關聯程度越強，控制系

32、統(tǒng)間的相互干擾也就越嚴重。當幾個控制系統(tǒng)間相互干擾時，通常需要采取措施加以處理，否則不能正常運行。第55頁/共71頁57精餾塔控制系統(tǒng)之間的干擾 由于精餾塔在操作過程中是一個整體，通過控制回流量來控制塔頂溫度時，必然會影響塔底溫度。同樣，通過控制加熱蒸汽量來控制塔底溫度時，必然會影響塔頂溫度，第56頁/共71頁58n n由于塔頂系統(tǒng)的操縱變量是回流量，影響塔頂溫度較快，而塔底系統(tǒng)的操縱變量是加熱蒸汽，要通過再拂器換熱過程才能影響塔底溫度。所以塔底溫度控制系統(tǒng)的動作本來就比塔頂溫度控制系統(tǒng)侶，如果再通過參數整定，將塔底溫度控制器的比例度加大一些，這樣就可以進一步削弱兩個溫度控制系統(tǒng)之間的動態(tài)聯系

33、，從面使兩套系統(tǒng)比較正常的工作。另外，從自動化角度出發(fā)，尚可設計較為復雜一些的去關聯控制系統(tǒng)，通過引入一些特殊的去關聯環(huán)節(jié)來消除相互間的影響。第57頁/共71頁59第58頁/共71頁60(b)測量系統(tǒng)的故障及判別方法測量系統(tǒng)的故障及判別方法n n錄曲線突變-可能是儀表發(fā)生故障n n記錄曲線突然大幅度變化-儀表或有關裝置可能有故障n n記錄曲線出現不規(guī)則變化-控制閥存在干摩擦或死區(qū),儀表記錄筆卡住，控制閥定位器用得不當n n記錄曲線不變化，呈直線狀-儀表可能有故障記錄曲線的分析比較第59頁/共71頁61 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(彈簧管壓力表，

34、玻璃管溫度計等)的指示，看兩者指示值是否相近(不一定要完全相)，如果差別很大，則儀表有故障?？刂剖覂x表與現場同位儀表比較兩臺儀表之間的比較 對一些重要的工藝參數，往往都是用兩臺儀表同時進行檢測顯示，以確保測量準確，又便于對比檢查。如果兩臺儀表的指示值不是同時變化，且相差較大，則儀表有故障。第60頁/共71頁62n n造成測量系統(tǒng)故障的原因很多，必須仔細分析，認真檢查。例如開車時測量正常，但開車一段時間后發(fā)現測量不準確，或被控變量指示值變化不大，反應不靈敏，則必須檢查測量元件是否被結晶或粘性物包??；孔板和引壓管是否被結晶或粉末局部堵塞；儀表本身靈敏度是否變化等。n n另外，若引壓管中不是單相介質

35、，如液中帶氣或氣中帶液，而末及時排放，會造成測量信號失真。n n當由于長期高溫或受局部損壞，致使熱電偶或熱電阻斷開，記錄曲線就會突變，指針會移向最大值或最小值，這是比較容易判斷和處理的。第61頁/共71頁63（c c）控制系統(tǒng)運行中的常見問題）控制系統(tǒng)運行中的常見問題）控制系統(tǒng)運行中的常見問題）控制系統(tǒng)運行中的常見問題n n控制系統(tǒng)在正常投運以后，經過長期的運行，可能會出現各種問題。要注意被控對象特性的變化以及控制閥特性變化的可能性，要從儀表和工藝兩個方面去找原因。n n首先要考慮對象的特性在運行中有無發(fā)生變化。例如所用催化劑是否老化或中章?換熱對象的管壁有無結垢而增大熱阻降低傳熱系數?設備內

36、是否由于工藝波動等原因使結晶不斷析出或聚合物不斷產生。n n對象特性改變，控制器參數也必須改變。n n工藝操作的不正常，生產負荷的大幅度變化，不僅會影響對象的特性，面且會使控制閥的特性發(fā)生變化。n n控制閥本身在使用時的特性變化也會影響控制系統(tǒng)的工作。如有的閥，由于受介質腐蝕，使閥芯、閥座形狀發(fā)生變化，閥的流通面積變大，特性變壞，也易造成系統(tǒng)不能穩(wěn)定的工作。嚴重時應關閉截止閥，人工操作旁路閥，更換控制閥。其他如氣壓信號管路漏氣，閥門堵塞等也是常見故障，可按維修規(guī)程處理。第62頁/共71頁64例例1 1：某列管式蒸汽加熱器，工藝要求出口物料溫度穩(wěn)定、無余差、超調量小。試設計一簡單控制系統(tǒng)，要求：

37、某列管式蒸汽加熱器，工藝要求出口物料溫度穩(wěn)定、無余差、超調量小。試設計一簡單控制系統(tǒng)，要求：a)a)指出系統(tǒng)中被控對象、被控變量、操縱變量及干擾各是什么？指出系統(tǒng)中被控對象、被控變量、操縱變量及干擾各是什么？b)b)畫出該控制系統(tǒng)的方案圖及方塊圖；畫出該控制系統(tǒng)的方案圖及方塊圖；c)c)試分析當冷物料的流量突然增加時，系統(tǒng)的控制過程及信號的變化情況。試分析當冷物料的流量突然增加時，系統(tǒng)的控制過程及信號的變化情況。d)d)假定介質溫度不允許過高，否則易分解。試確定控制閥的氣開、氣關形式及控制器的正、反作用。假定介質溫度不允許過高，否則易分解。試確定控制閥的氣開、氣關形式及控制器的正、反作用。第6

38、3頁/共71頁65（1 1）被控對象：物料出口管段，被控變量：物料出口溫度，操縱變量：蒸汽的流量，主要干擾：物料的流量及溫度、蒸汽壓力波動等；）被控對象：物料出口管段，被控變量：物料出口溫度，操縱變量：蒸汽的流量，主要干擾：物料的流量及溫度、蒸汽壓力波動等；（2 2）方塊圖如下：）方塊圖如下：TC控制閥管段TTTf fx x方案圖方案圖第64頁/共71頁66（3 3）當冷物料的流量突然增大時，會使物料的出口溫度）當冷物料的流量突然增大時，會使物料的出口溫度T T下降，這時由于溫度控制器下降，這時由于溫度控制器TCTC是反作用的，故當測量值是反作用的，故當測量值Z Z下降時，控制器的輸出信號下降

39、時，控制器的輸出信號P P上升，即控制閥膜頭上的壓力上升，由于閥是氣開式的，故閥的開度增加，通過閥的蒸汽流量也相應增加，于是會使物料的出口溫度上升，起到因物料的流量增加而使溫度下降相反的作用，故為負反饋作用，所以該系統(tǒng)由于控制作用的結果，能自動克服干擾對被控變量的影響，使被控變量維持在恒定的數值上。上升，即控制閥膜頭上的壓力上升，由于閥是氣開式的，故閥的開度增加，通過閥的蒸汽流量也相應增加，于是會使物料的出口溫度上升，起到因物料的流量增加而使溫度下降相反的作用，故為負反饋作用，所以該系統(tǒng)由于控制作用的結果，能自動克服干擾對被控變量的影響，使被控變量維持在恒定的數值上。（4 4）由于被加熱物料過

40、熱易分解，為避免過熱，當控制閥上氣源中斷時，應使閥處于關閉狀態(tài)，所以控制閥選氣開形式。）由于被加熱物料過熱易分解，為避免過熱，當控制閥上氣源中斷時，應使閥處于關閉狀態(tài)，所以控制閥選氣開形式。由于加熱蒸汽的流量增加時，被加熱物料的出口溫度是增加的，故該系統(tǒng)中對象是屬于由于加熱蒸汽的流量增加時，被加熱物料的出口溫度是增加的，故該系統(tǒng)中對象是屬于“+”+”作用方向的，閥是氣開式，也屬于作用方向的，閥是氣開式，也屬于“+”+”作用方向。為使系統(tǒng)具有負反饋作用，控制器應選作用方向。為使系統(tǒng)具有負反饋作用，控制器應選“-”-”作用的，即反作用方向的。作用的，即反作用方向的。第65頁/共71頁67例例2 2

41、：如圖為一液體貯槽，需要對液位加以自動控制。為安全起見，貯槽內液體嚴格禁止溢出，試在下述兩種情況下，分析控制閥的氣開、氣關形式及控制器的正反作用。：如圖為一液體貯槽，需要對液位加以自動控制。為安全起見，貯槽內液體嚴格禁止溢出，試在下述兩種情況下，分析控制閥的氣開、氣關形式及控制器的正反作用。（1 1）選擇流入量）選擇流入量QQii為操縱變量；為操縱變量；（2 2）選擇流出量）選擇流出量QQ00為操縱變量；為操縱變量；第66頁/共71頁68解：分兩種情況：解：分兩種情況：（1 1）當選擇流入量）當選擇流入量QQii為操縱變量時，控制閥安裝在流入管線上，這時，為了防止液體溢出，在控制閥膜頭上氣源突

42、然中斷時，控制閥應處于關閉狀態(tài)，所以控制閥選氣開形式，為為操縱變量時，控制閥安裝在流入管線上，這時，為了防止液體溢出，在控制閥膜頭上氣源突然中斷時，控制閥應處于關閉狀態(tài)，所以控制閥選氣開形式，為“+”+”作用方向。作用方向。這時，操縱變量即流入量這時，操縱變量即流入量QQii增加時，被控變量液位是上升的，故對象為增加時，被控變量液位是上升的，故對象為“+”+”作用方向。由于控制閥與對象都是作用方向。由于控制閥與對象都是“+”+”作用方向，為使系統(tǒng)具有負反饋作用，控制器應選作用方向，為使系統(tǒng)具有負反饋作用，控制器應選“-”-”作用的，即反作用方向的。作用的，即反作用方向的。（2 2）當選擇流出量

43、）當選擇流出量QQ00為操縱變量時，控制閥安裝在流出管線上，這時，為了防止液體溢出，在控制閥膜頭上氣源突然中斷時，控制閥應處于全開狀態(tài)，所以控制閥選氣關形式，為為操縱變量時，控制閥安裝在流出管線上，這時，為了防止液體溢出，在控制閥膜頭上氣源突然中斷時，控制閥應處于全開狀態(tài)，所以控制閥選氣關形式，為“-”-”作用方向。作用方向。這時，操縱變量即流出量這時，操縱變量即流出量QQ00增加時，被控變量液位是下降的，故對象為增加時，被控變量液位是下降的，故對象為“-”-”作用方向。由于控制閥與對象都是作用方向。由于控制閥與對象都是“-”-”作用方向，為使系統(tǒng)具有負反饋作用，控制器應選作用方向，為使系統(tǒng)具

44、有負反饋作用，控制器應選“-”-”作用的，即反作用方向的。作用的，即反作用方向的。第67頁/共71頁69例3如圖是鍋爐的壓力和液位控制系統(tǒng)的示意圖，試確定系統(tǒng)中控制閥的氣開、氣關型式及控制器的正反作用。鍋爐控制第68頁/共71頁70解：在液位控制系統(tǒng)中，如果從安全角度出發(fā)，主要是要保證鍋爐水位不能太低，則控制閥應選擇氣關型，以便當氣源中斷時，能保證繼續(xù)供水，防止鍋爐燒壞。如果要保證蒸汽的質量，汽中不能帶液，那么就要選擇氣開閥，以便氣源中斷時，不再供水，以免水位太高。本題我們假定是屬于前者的情況控制閥應選擇氣關型，為“一”方向；當供水流量增加時，液位是升高的，故對象為“十”方向，測量變送器一般都是“十,故在這種情況下，也位控制器LC為正作用方向。在蒸汽壓力控制系統(tǒng)中，為了保證氣源中斷時，能停止燃料供給，以防止燒壞鍋爐，故控制閥應選擇氣開閥，為“十”方向，當燃料量增加時，蒸汽壓力是增加的，故對象為“十”方向；測量變送器為“十”方向，故壓力控制器PC應為反作用方向。第69頁/共71頁71n nP166:2P166:2n nP167P167：6 11 13 14 156 11 13 14 15本章作業(yè)：第70頁/共71頁