2012热工仪表第7章简单控制系统.ppt

热工仪表第7章 简单控制系统 第二节 被控变量的选择 第三节 操纵变量的选择 —化工仪表以自动化— * 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 偏差 设定值 ＋ － 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 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 偏差 设定值 ＋ － 广义对象 简单控制系统方块图 载热体 冷流体 换热器 温度控制系统 液位控制系统 常见的两种简单控制系统： 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 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 操纵变量与干扰变量 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 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 不可控 进料成分X入 不可控 进料温度T入 可控 回流流量F 不可控 回流温度TH 可控 加热蒸汽流量QZ 不可控 冷凝器冷却温度 不可控 塔压P 不可控 进料流量Q入 精馏塔系统的操纵变量选择 控制通道 干扰通道 干扰变量 控制变量 被控变量 干扰作用与控制作用之间的关系 被控对象 控制质量 系统的过渡过程形式——超调量、衰减比、 余差、过渡时间、振荡周期 对象特性 系统的输入输出关系 分为对象静态性质和对象动态性质 考察对象特性对控制质量的影响，用以选择操 纵变量 对象特性对控制质量的影响 放大系数 绝对放大系数 ?Y ?X ?Y/(YMAX-YMIN) ?X/(XMAX-XMIN) 相对放大系数 控制通道的稳态特性由控制通道放大系数K0表征 从控制有效性考虑，K0应适当的大一些 干扰通道的稳态特性由干扰通道放大系数Kf表征 希望Kf小一些，Kf越小干扰变量对被控变量的影响就越小 操纵变量选择的原则一：当多个输入变量都影响被控变量时，从稳态性质考虑，应该选择其中放大系数大的可控变量作为操纵变量。 对象稳态性质对控制质量的影响 对象动态性质对控制质量的影响 控制通道时间常数 T0 控制通道滞后时间τ0 T0小一点好，不能过大，否则会使控制变量的校正作用迟缓，超调量增大，过渡时间增长 在选择操纵变量构成控制回路时，应尽量避免控制通道纯滞后τ0的