液位自动控制系统设计.pdfVIP

液位自动控制系统设计

第一章液位自动控制系统原理

液位自动控制是通过控制投料阀来控制液位的高低，当传感器检测到液位设定值

时，阀门关闭，防止物料溢出；当检测液位低于设定值时，阀门打开，使液位上升，从而

达到控制液位的目的。在制浆造纸工厂常见有两种方式的液位控制：常压容器和压力容器

的液位控制，例如浆池和蒸汽闪蒸罐。液位自动控制系统由液位变送器（或差压变送器）、

电动执行机构和液位自动控制器构成。根据用户需要也可采用控制泵启停或改变电机频率

方式来进行液位控制。结构简单，安装方便，操作简便直观，可以长期连续稳定在无人监

控状态下运行。

应用范围

在制浆造纸过程中涉及的所有池、罐、槽体液位自动控制。

图1.1

中，是控制器的传递函数，是执行机构的传递函数，是测量变送器的传

递函数，是被控对象的传递函数。图5.1中，控制器，执行机构、测量变送器都属

于自动化仪表，他们都是围绕被控对象工作的。也就是说，一个过程控制的控制系统，是

围绕被控现象而组成的，被控对象是控制系统的主体。因此，对被控对象的动态特性进行

深入了解是过程控制的一个重要任务。只有深入了解被控对象的动态特性，了解他的内在

规律，了解被控辩量在各种扰动下变化的情况，才能根据生产工艺的要求，为控制系统制

定一个合理的动态性能指标，为控制系统的设计提供一个标准。性能指标顶的偏低，可能

会对产品的质量、产量造成影响。性能指标顶的过高，可能会成不必要的投资和运行费用，

甚至会影响到设备的寿命。性能指标确定后，设计出合理的控制方案，也离不开对被控动

态特性的了解。不顾被控对象的特点，盲目进行设计，往往会导致设计的失败。尤其是一

些复杂控制方案的设计，不清楚被控对象的特点根本就无法进行设计。有了正确的控制方

案，控制系统中控制器，测量变送器、执行器等仪表的选择，必须已被控对象的特性为依

据。在控制系统组成后，合适的控制参数的确定及控制系统的调整，也完全依赖与对被控

对象动态特性的了解。由此可见，在控制工程中，了解被控制的对象是必须首先做好的一

项工作。

1

液位自动控制系统设计

过程控制的被控对象设计的范围很广。被控对象不一定是指一个具体的设备，不少情况下

被控对象是指一个过程。有些过程可能涉及好几种设备，而在有些设备内部可能包括了几

个过程。

过程控制被控对象的内在机理较为复杂，由简单过程，又存在严重非线性的过程，有

多变量过程，有些被控对象的特性随时间或工作条件而变化。对被控对象动态特性的了解，

一种方法是通过分析被控对象的工作机理，建立被控对象的数学模型。但由于连续生产过

程的复杂性，完全从机理上揭示其内在规律，获得精确的数学模型还有较大的困难。另一

种方法是工程上经常使用的方法，它采用实验法来获得被控对象的数学模型。这种方法通

过测量被控对象的阶跃相应曲线（称为飞升曲线），近似确定被控对象的数学模型，研究

被控对象的动态特性。

2

液位自动控制系统设计

第二章系统元件的选择

2.1有自平衡能力的单容元件

如果被控对象在扰动作用下偏离了原来的平衡状态，在没有外部干预的情况下（指没

有自动控制或人工控制参与），被控变量依靠被控对象内部的反馈机理，能自发达到新的

平衡状态，我们称这类对象是有自平衡能力的被控对象。

具有自平衡能力的单容对象的传递函数为

(2.1)

这是个一阶惯性环节。描述这类对象的参数是时间常数T和放大系数K。

图2.1单容水箱

图2.1是单容水箱的示意图。我们已经推导过水箱的传递函数为

其中T=RC，C为水箱的横截面积，R为输出管道阀门的阻力。T称为水箱的时间常数。K称

为水箱的放大系数。一阶系统的特性我们已经在时域分析中进行了详细的讨论，所

有结论都适用于单容对象。作为过程控制