第3章(上)过程控制课件.ppt

第三章 单回路控制系统 3-1 概述 单回路反馈控制系统简称单回路控制系统又称简单 控制系统, 是所有过程控制系统中最简单﹑最基本﹑应 用最广范和成熟的一种, 适合于被控对象滞后时间较小, 负荷和干扰变化不大, 对控制质量要求不是很高的场合. 其虽简单, 却能解决生产过程中的大量控制问题, 生产 过程中70%以上的控制系统是单回路控制系统.单回路控 制系统的方案设计和控制器的参数整定方法是各类复杂 控制系统设计和整定的基础. 下面通过一个生产中常用到的装置来说明单回路控制 系统的结构组成. 下图是一个生产上常用的液体储槽. 流入量和流出量分别是 对液位控制系统的结构组成示意图可画出相应的结构框 图. 要实现一个生产过程控制工程, 主要有以下四部分内容: 1. 自动控制系统的方案设计 这是关键的一步, 包括: 合理选择被控量和操纵量 以构成反馈回路, 被控量的获取和变送, 执行器的选择, 控制器的选型. 2. 工程设计 在方案设计的基础上进行. 包括: 仪表选型, 控制室 及仪表控制盘设计, 仪表供电供气系统设计, 信号系统 设计和仪表防护设计. 3. 工程安装和仪表单校及系统联校. 4. 控制器的参数整定. 当被控对象的特性通过第二章所述方法已确定后, 控制 系统质量的好坏主要决定于控制器特性与被控对象的特 性的配合. 控制器的参数整定就是设法满足这一要求, 而尽可能获得最佳效果. 因此, 当控制方案一经确定, 控制器的参数整定就成为提高控制系统质量的关键. 3-2 被控量和操纵量的选择 一﹑被控量的选择 被控变量的选择是控制系统设计的核心问题, 其选 择正确与否, 将直接关系到生产的稳定操作﹑产品产量 和质量的提高以及生产安全与劳动条件的改善等. 被控量应是那些对产品的产量和质量, 以及安全生 产都具有决定意义, 能最好地反映生产工艺状态变化的 那些参数, 而这些参数往往又是人工控制难以满足要求 或虽能满足要求但人工操作十分紧张而频繁. 因此设计 人员必须深入生产实际, 进行调查研究, 只有在熟悉生 产工艺的基础上才能正确地选择好被控变量. 被控变量的选择方法有两种. 一是选直接参数作为被控变量. 所谓直接参数是指 能直接反映生产过程产品产量和质量, 以及安全运行的 参数. 例如对于以温度﹑压力﹑流量﹑液位为质量指标的 生产过程, 就选择温度﹑压力﹑流量﹑液位为被控量. 质量指标是产品质量的直接反映, 显然, 选择质量 指标作为被控变量应是首先要进行考虑的. 但选用质量指标作为被控变量, 有时会涉及到产品 成分和物性参数(如密度﹑粘度等)的测量问题, 这需用 到成分分析仪表和物性参数测量仪表. 而这些参数的测量 问题目前尚未得到很好的解决, 主要是难于在线测量和 变送或测量滞后较大, 不能及时反映产品质量变化的情 况. 二是选间接参数作为被控变量. 当直接选择质量指标作为被控变量比较困难或不可 能时, 则可选择那些能够间接反映产品产量和质量, 以 及安全运行的参数作为被控变量. 但必须考虑生产工艺 的合理性, 国内仪表的生产现状, 间接参数与直接参数 有某种单值的函数关系, 要有足够的灵敏度, 保证能代 替直接参数的控制. 补充:下面以石化工业中精馏苯﹑甲苯为例. 在精馏塔中 苯﹑甲苯在气﹑液两相并存时, 塔顶易挥发组分的浓度 如成分分析仪表不好解决, 或因成分测量滞后太大, 控 制效果差, 达不到质量要求, 则可考虑选择一间接指标 参数: 塔顶温度或塔压作为被控量, 组成相应的控制系 统. 问题是选择塔顶温度还是塔压作为被控量? 这需由 生产工艺的具体情况给以考虑. 到底选哪一个为被控变量还需视生产工艺上的合理性. 在精馏操作中, 往往希望塔压保持恒定, 因只有塔压保 持在规定的数值下, 才能保证分离纯度及塔的效率与经 济性. 如塔压波动, 塔内原来的气﹑液平衡关系就会遭 到破坏, 导致相对挥发度发生变化 塔将处于不良工况 而塔压的变化, 塔的进料和出料相应地也会受到影响, 原先的物料平衡会遭到破坏. 另外, 只有当塔压固定时 精馏塔各层塔板上的压力才近乎恒定, 各层塔板上的温 度与组分之间才有单值对应