化工仪表及自动化(厉玉鸣)(第三版)第12章简单控制系统

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化工仪表及自动化第十二章 简单控制系统

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内容提要 概述 被控变量的选择 操纵变量的选择

控制器控制规律的选择及参数整定 控制规律的选择 控制器参数的工程整定

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内容提要

控制系统的投运及操作中的常见问题 控制系统的投运 控制系统操作中的常见问题

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第一节 概述简单控制系统通常是指由一个测量元件、变送器、一个 控制器、一个控制阀和一个对象所构成的单闭环控制系统。

图12-1 液位控制系统

图12-2 温度控制系统

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表1-2 被测变量和仪表功能的字母代号字母A C D E F I K L M P Q R S T V W Y Z

第一位字母 被测变量分析 电导率 密度 电压 流量 电流 时间或时间程序 物位 水分或湿度 压力或真空 数量或件数 放射性 速度或频率 温度 黏度 力 供选用 位置

后继字母 修饰词 功能报警 控制(调节)

差检测元件 比(分数) 指示 自动-手动操作器

积分、累积 安全

积分、累积 记录或打印 开关、联锁 传送 阀、挡板、百叶窗 套管 继动器或计算器 驱动、执行或未分类的终端执行机构

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第一节 概述

图12-3 简单控制系统的方块图

从图中可知 简单控制系统由四个基本环节组成，即被控对象、 测量变送装置、控制器和执行器。

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第二节 被控变量的选择生产过程中希望借助自动控制保持恒定值(或按 一定规律变化)的变量称为被控变量。

被控变量的界定 它们对产品的产量、质量以及安全具有决定性的 作用，而人工操作又难以满足要求的； 人工操作虽然可以满足要求，但是，这种操作是 既紧张而又频繁的。

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第二节 被控变量的选择

被控变量的分类(按照与生产过程的关系) 直接指标控制； 间接指标控制。

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第二节 被控变量的选择举例

图12-4 精馏过程示意图 1—精馏塔；2—蒸汽加热器

图12-5 苯-甲苯溶液 的T-x图

图12-6 苯-甲苯溶液的 p-x图

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第二节 被控变量的选择从工艺合理性考虑，常常选择温度作为被控变量。 原因 在精馏塔操作中，压力往往需要固定。只有将塔操 作在规定的压力下，才易于保证塔的分离纯度，保证 塔的效率和经济性。 在塔压固定的情况下，精馏塔各层塔板上的压力基 本上是不变的，这样各层塔板上的温度与组分之间就 有一定的单值对应关系。 所选变量有足够的灵敏度。

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第二节 被控变量的选择选择被控变量的原则

① 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，一般是工艺过程中较重要的变量。 ② 被控变量在工艺操作过程中经常要受到一些干扰影 响而变化。为维持其恒定，需要较频繁的调节。③ 尽量采用直接指标作为被

控变量。当无法获得直 接指标信号，或其测量和变送信号滞后很大时，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。

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第二节 被控变量的选择④ 被控变量应能被测量出来，并具有足够大的 灵敏度。 ⑤ 选择被控变量时，必须考虑工艺合理性和国 内仪表产品现状。 ⑥ 被控变量应是独立可控的。

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第三节 操纵变量的选择在自动控制系统中，把用来克服干扰对被控变量的 影响，实现控制作用的变量称为操纵变量。 最常见的操纵变量是介质的流量。 操作变量 通过工艺分析确定

系统的干扰

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第三节 操纵变量的选择举例

如果根据工艺要求， 选择提馏段某块塔板 (一般为灵敏板)的温 度作为被控变量。

图12-7 精馏塔流程图

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第三节 操纵变量的选择影响提馏段灵敏板温度T灵 的因素主 要有：进料的流量(Q入)、成分(x入)、 温度(T入)、回流的流量(Q回)、 回流液温度(T 回 )、加热蒸汽流量 (Q蒸 )、冷凝器冷却温度及塔压等 等。

图12-8 影响提馏段温度各种 因素示意图

通过工艺分析，选择蒸汽流量作为操纵变量。

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第三节 操纵变量的选择

干扰变量由干扰通道施加 在对象上，起着破坏作用， 使被控变量偏离给定值； 操纵变量由控制通道施加 到对象上，使被控变量回复 到给定值，起着校正作用。

图12-9 干扰通道与控制通道 示意图

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第三节 操纵变量的选择操纵变量的选择原则 ① 操纵变量应是可控的，即工艺上允许调节的变量。 ② 操纵变量一般应比其他干扰对被控变量的影响更加灵敏。 ③ 在选择操纵变量时，除了从自动化角度考虑外，还要 考虑工艺的合理性与生产的经济性。

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第四节 控制器控制规律的原则及参数整定 一、控制规律的选择 目前工业上常用的控制器主要有三种控制规律:比 例控制规律P、比例积分控制规律PI和比例积分微 分控制规律PID。

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第四节 控制器控制规律的原则及参数整定三种控制器性能比较表 特点 比例控 制器 适用于 控制器的输出与偏差成比例,阀门位置 调节通道滞后较小、负 与偏差之间有一一对应关系。当负荷 荷变化不大、工艺上没 变化时,比例控制器克服干扰能力强, 有提出无差要求的系统。 过渡过程时间短。纯比例控制器在过 渡过程终了时存在余差。 积分作用使控制器输出与偏差的积分 成比例, 过渡过程结束时无余差。但 使稳定性降低。 调节通道滞后较小、负 荷变化不大、工艺参数 不允许有余差的系统。

比例积 分控制 器 比例积 分微分 控制器

微分作用使控制器的输出与偏差变化 容量滞后较大、负荷变 速度成比例。它对克服

容量滞后有显 化大、控制质量要求较 著效果。在比例的基础上加上微分作 高的系统 用能提高稳定性,再加上积分作用可以 消除余差。18

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