化工仪表及自动化第6章解析.ppt

化工仪表及自动化 内容提要 简单控制系统的机构与组成 简单控制系统的设计 被控变量的选择 操纵变量的选择 测量元件特性的影响 控制器控制规律的选择 控制器参数的工程整定 临界比例度法 衰减曲线法 经验凑试法 第一节 简单控制系统的机构与组成 第二节 简单控制系统的设计 一、被控变量的选择 第二节 简单控制系统的设计 二、操纵变量的选择 三、测量元件特性的影响 第二节 简单控制系统的设计 四、控制器控制规律的选择 第二节 简单控制系统的设计 第二节 简单控制系统的设计 第二节 简单控制系统的设计 第三节 控制器参数的工程整定 一、临界比例度法 二、衰减曲线法 三、经验凑试法 第三节 控制器参数的工程整定 测量元件及变送器 作用方向一般是“正”的。 执行器 作用方向取决于是气开阀还是气关阀。 被控对象 作用方向随具体对象的不同而各不相同。 控制器 当给定值不变，被控变量测量值增加时，控制器的输出也增加，称为“正作用”方向，或者当测量值不变，给定值减小时，控制器的输出增加的称为“正作用”方向。反之，如果测量值增加时，控制器的输出减小的称为“反作用”方向。 30 31 在一个安装好的控制系统中，对象的作用方向由工艺机理可以确定，执行器的作用方向由工艺安全条件可以选定，而控制器的作用方向要根据对象及执行器的作用方向来确定，以使整个控制系统构成负反馈的闭环系统。 结论 32 举例 一个简单的加热炉出口温度控制系统。 对象 加热炉 操作变量 燃料气流量 被控变量 被加热的原料油出口温度 图7-15　加热炉出口温度控制 当操纵变量燃料气流量增加时，被控变量是增加的，故对象是“正”作用方向。如果从工艺安全条件出发选定执行器是气开阀（停气时关闭），以免当气源突然断气时，控制阀大开而烧坏炉子。那么这时执行器便是“正”作用方向。为了保证由对象、执行器与控制器所组成的系统是负反馈的，控制器就应该选为“反”作用。 33 34 图7-16　液位控制 一个简单的液位控制系统 执行器是“正”方向。 对象是“反”方向。 控制器为“正”方向。 图7-17　控制器正、反作用开关示意图 控制器的正、反作用可以通过改变控制器上的正、反作用开关自行选择。 一台正作用的控制器，只要将其测量值与给定值的输入线互换一下，就成了反作用的控制器。 35 控制器参数的整定 按照已定的控制方案，求取使控制质量最好的控制器参数值。即确定最合适的控制器比例度δ、积分时间TI和微分时间TD。 方法 理论计算的方法和工程整定法。 几种常用的工程整定法 先通过试验得到临界比例度δk和临界周期Tk，然后根据经验总结出来的关系求出控制器各参数值。 36 图7-18 临界振荡过程 0.1 Tk 0.125 Tk 0.85 Tk 0.5 Tk 2 δk 2.2δk 1.8δk 1.7δk 比例 比例+积分 比例+微分 比例+积分+微分 微分时间TD/min 积分时间TI/min 比例度/% 控制作用 表 7-1　临界比例度法参数计算公式表 特点 比较简单方便，容易掌握和判断，适用于一般的控制系统。 对于临界比例度很小的系统不适用。 对于工艺上不允许产生等幅振荡的系统本方法亦不适用。 37 通过使系统产生衰减振荡来整定控制器的参数值。 图7-19　4∶1和10∶1衰减振荡过程 0.1 TS 0.3 TS 0.8δs 比例+积分+微分 0.5 TS 1.2δs 比例+积分 δs 比例 TD/min TI/min δ/% 控制作用 0.4T升 1.2 T升 0.8 δs ′ 比例+积分+微分 2T升 1.2δs ′ 比例+积分 δs ′ 比例 TD/min TI/min δ/% 控制作用 表7-2　4∶1衰减曲线法控制器参数计算表 表7-3　10∶1衰减曲线法控制器参数计算表 在闭环的控制系统中，先将控制器变为纯比例作用，并将比例度预置在较大的数值上。在达到稳定后，用改变给定值的办法加入阶跃干扰，观察被控变量记录曲线的衰减比，然后从大到小改变比例度，直至出现4∶1或10∶ 1衰减比为止。通过比例度δs 和衰减周期TS,得到控制器的参数整定值。 38 39 （1）加的干扰幅值不能太大，要根据生产操作要求来定，一般为额定值的5％左右，也有例外的情况。 （2）必须在工艺参数稳定情况下才能施加干扰，否则得不到正确的δS 、TS或δS′和T升值。 （3）对于反应快的系统，如流量、管道压力和小容量的液位控制等，要在记录曲线上严格得到4∶1衰减曲线比较困难。一般以被控变量来回波动两次达到稳定，就可以近似地认为达到4∶1衰减过程了。 注意！ 根据经验先将控