化工仪表自动化第六章幻灯片.pptx

1 第3篇 过程控制系统 过程控制系统: 采用自动检测仪表、自动控制及执行装置、以及计算机等自动化工具实现工业生产过程高效稳定生产的自动化操作系统。 本篇主要内容： 第6章 简单控制系统 第7章 复杂控制系统 第8章 先进控制系统 2 第6章 简单控制系统 简单控制系统(单回路反馈控制系统) 由一个测量变送器、一个控制器、一个执行器和一个被控对象组成的单回路闭环负反馈控制系统。 1）单回路控制系统构成 构成（四个环节）: 1：罐，被控对象 2：HT(TT)，测量变送单元 3：HC(TC)，控制单元 4：调节阀门，执行单元 单回路控制系统例 单回路控制系统方框图 信号变量： 被控变量(Y)、测量变量(z)、设定值(r)、偏差(e)、 控制变量(u)、操纵变量(q)、扰动变量(f) 5 简单（单回路）控制系统特点： 工程控制中简单（单回路）控制系统是按负反馈的原理，根据偏差进行工作的。 结构简单、工作可靠； 所需自动化工具少、投资成本低； 便于操作和维护； 控制能力较弱；适用于控制精度要求不高、干扰平缓且幅值较小、不存在大滞后的系统操作控制。 单回路控制系统是目前应用最多也是最为成熟的过程控制系统。 6 2）简单（单回路）控制系统设计 影响通道及参数： 对象特性通道： 控制通道：控制作用到被控变量间的信号连接关系 干扰通道：干扰到被控变量间的信号连接关系 通道特性参数： 静态放大倍数，Kp 时间常数，T 滞后时间，τ 7 由控制理论可知，闭环系统的输出与输入的关系式为： 其中：第一项为设定值变化对被控量的影响； 第二项为扰动对被控量的影响。 输入输出特性 8 控制规律及作用方式选择 控制系统设计中须解决的几个问题： 操纵变量选择 被控变量选择 测量变送应用问题 执行器特性及开关形式选择 9 问题一： 被控变量的选择问题 被控变量类型： 直接参数作为被控变量 间接参数作为被控变量 10 ① 选择直接参数作为被控变量 选能直接反映生产过程产量和质量的工艺参数作为被控变量。 主要被控变量:温度、液位、流量、压力等控制 例如： 选取直接变量参数作为被控变量无中间转换环节，可以直接、快速、准确地获取被控变量参数的变化并实施控制。 11 ② 选择间接参数作为被控变量 当不能用直接参数作为被控变量时，选用间接参数作为被控变量。 主要应用：成分控制、质量控制 例： 注意： 当选用间接参数作为被控变量时，应选用与直接参数具有单值关系，且具有足够灵敏度，易于快速、可靠测量的间接参数作为间接被控变量。 12 被控变量选择原则： 尽可能选用直接参数作为被控变量。 选用与直接参数具有单值关系、具有足够灵敏度，易于快速、可靠测量的间接参数作为被控变量。 所选用的被控变量应是独立变量。 独立变量判断： 自由度 F = C – P + 2 F：自由度， C：组分数， P：相数 例：饱和蒸汽系统自由度： F = C – P + 2 = 1 – 2 + 2 = 1 过热蒸汽系统自由度： F = C – P + 2 = 1 – 1 + 2 = 2 应注意选用的被控变量与可能的操作变量之间的动、静态影响关系特性。 要考虑工艺合理性以及控制仪表生产水平。 13 问题二：操纵变量的选择问题 选择操纵变量的目的： 保证控制质量 使控制过程快速、平稳 注意： 操纵变量的选择直接影响到控制通道特性； 操纵变量选择目的是通过它克服干扰对工艺操作的影响，因此，它的选择应考虑控制通道与干扰通道间的参数关系。 14 选择操纵变量的原则： 选择的操纵变量必须是可控制的 操纵变量一般应比其他干扰对被控变量的影响更加灵敏。 控制通道放大倍数应大于干扰通道放大倍数 控制通道时间常数应适当小一些，干扰通道时间常数应大一些 控制通道纯滞后时间应尽可能小 应保证工艺的合理性，一般不选择生产负荷作为操纵变量 15 问题三：测量仪表选择、安装 关键问题：测量变送中的滞后问题（純滞后、容量滞后） 造成测量滞后的主要原因： 1）测量元件安装位置不当，远离被控变量的灵敏变化区； 2）受到工艺条件的限制，无法将测量元件安装在理想的测量点； 3）测量