化工仪表总结工艺10级.ppt

总结,第一章 自控系统概述,自控系统的组成环节:被控对象、检测仪表(测量变送环节)、控制器、执行器 自控系统的变量:被控变量 ,控制变量（操纵变量） ,干扰（扰动） 自控系统方框图:,自动控制系统的分类 按设定值的不同情况，将自动控制系统分为三类: 定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。 定值控制系统 设定值保持不变（为一恒定值）的反馈控制系统称为定值控制系统。 随动控制系统 设定值不断变化，且事先是不知道的，并要求系统的输出（被控变量）随之而变化。 程序控制系统 设定值也是变化的，但它是一个已知的时间函数，即根据需要按一定时间程序变化,自控系统的过渡过程和品质指标,控制系统的过渡过程： 在阶跃干扰作用下，过渡过程的几种形式：,控制系统的品质指标：,1、最大偏差或超调量A 2、衰减比n,3、余差C 4、过渡时间 5、振荡周期或频率,通道：输入变量对输出变量的作用途径 控制通道：操纵变量q(t)对被控变量c(t)的作用途径 扰动通道：扰动变量f(t)对被控变量c(t)的作用途径,第二章 过程特性,过程特性的类型：,有自衡的非振荡过程,无自衡的非振荡过程,有自衡的振荡过程,具有反向特性的过程,一阶被控过程控制通道的动态方程为：,一阶被控过程扰动通道的动态方程为：,有纯滞后,2.3 过程特性的一般分析,描述有自衡非振荡过程的特性参数有放大系数K、时间常数T和时滞。对自动控制系统的影响 ?,放大系数K,控制通道的放大系数Ko 希望Ko稍大.,扰动通道的放大系数Kf 希望Kf小一些.,（1）控制通道时间常数To对控制系统的影响 在相同的控制作用下，过程的时间常数To越大，被控变量的变化越缓慢。 To越小，被控变量的变化越快。 希望To适当小,（2）扰动通道时间常数Tf 对控制系统的影响 过程的时间常数Tf 越大越好，相当于对扰动信号进行滤波。 希望Tf大,（1）纯滞后对控制通道的影响,希望o小 （2）纯滞后对扰动通道的影响 对f 无要求。,容量滞后是多容量过程的固有特性，是由于物料或能量的传递需要通过一定的阻力而引起的。,容量滞后,2.4 过程特性的实验测定方法,阶跃扰动法（反应曲线法）,放大系数 K=B/A 时间常数 T 纯滞后 ,一阶系统,放大系数K: K=c(t)-c(0)/A 时间常数T: T=2、3之间的距离 纯滞后 : =1、2之间的距离,二阶系统,仪表性能指标,1、精确度（简称精度）： 精度等级：允许误差去掉“”号及“%”后，系列化圆整后的数值。 允许误差,第三章 检测变送,温度检测,热电偶温度计 测温原理 常用热电偶 补偿导线及其作用 冷端温度的补偿 热电阻温度计 测温原理 常用热电阻 三线制接法,弹性式压力表 弹性元件 目前广泛使用的弹性元件有弹簧管、波纹管和膜片等。,流量检测,差压式流量计,开方器,标准节流装置 孔板、喷嘴、文丘里管 转子流量计- 测量原理及应用 椭圆齿轮流量计： 涡轮流量计 电磁流量计 旋涡流量计（涡街流量计）,差压式物位仪表：,物位检测,差压式液位变送器 零点迁移问题,静压式物位检测,零点迁移 取压口（零液位）与压力（差压）检测仪表的入口不在同一水平高度，会产生附加静压误差。在这种情况下，可通过对压力（差压）变送器进行零点调整，使它在只受附加 静压（静压差）时输出为“零”，这种方法称为“零点迁移”。 零点迁移有无迁移、负迁移和正迁移三种情况 。,变送器的一些共性问题,零点调整和零点迁移,线性化,变送器信号传输方式,量程调整,零点迁移,使变送器的输出信号下限值ymia与测量范围的下限值xmin相对应，在xmin=0时，称为零点调整，在xmin0时，称为零点迁移,当测量的起始点由零变为某一正值，称为正迁移； 当测量的起始点由零变为某一负值，称为负迁移,零点调整使变送器的测量起始点为零,零点迁移是把测量的起始点由零迁移到某一数值:,xmin,xmax,xmin,xmax,零点迁移的方法 模拟变送器：调Z0,第四章 显示仪表,自动平衡式显示仪表-与测量元件配合使用 自动电子电位差计-热电偶(较高温度) 自动电子平衡电桥-热电阻(较低温度) 工作原理,第五章 执行器,气动执行器的组成 执行机构 控制机构 气动执行器的气开、气关型式 气开式：信号压力增大，流通截面积增大，阀开度增大，失气时阀全关； 气关式：信号压力增大，流通截面积减小，阀开度减小，失气时阀全开。,执行机构 正作用形式: 信号压力增大,推杆向下。 反作用形式: 信号压力增大,推杆向上。,控制机构 正作用：阀芯向下，阀杆向下，流通面积减少。 反作用：阀芯向上，阀杆向下，流通面积增大。,执行器由执行机构和控制（调节）机构两个部分构成,执行机构,调节机构,PO,IO,F l,M,流通截面积,操纵变量的流量,执行机构根据控制信号产生推力(薄膜、活塞、马达)。 它是执行器的推动装置，它按控制信号的大小产生相应的推力，推动控制机构动作，所以它是将信号的大小转换为阀杆位移的装置 控制机构根据推力产生位移或转角，改变开度。 它是执行器的控制部分，它直接与被控介质接触，控制流体的流量。所以它是将阀杆的位移转换为流过阀的流量的装置,理想流量特性,所谓理想流量特性，就是在阀前后压差为一定的情况下（p常量）得到的流量特性。 理想流量特性取决于阀芯的形状，不同的阀芯曲面可以得到不同的理想流量特性。,理想流量特性,理想流量特性 有三种形式：直线、等百分比（对数）及快开等。由阀芯的形状决定。,(1)串联管道时,* 流量特性发生畸变 直线特性快开特性 等百分比特性直线特性,* 可调比减小, 工作流量特性 (P 变化),控制阀的选择：,调节阀结构型式的选择 气开、气关型式的选择 流量特性的选择,调节阀在串联管道时的工作流量特性与S值的大小有关，即与工艺配管情况有关。因此，在选择其特性时，还必须考虑工艺配管情况。,1.根据系统的特点选择所需要的工作流量特性,2.考虑工艺配管情况确定相应的理想流量特性,具体做法:,第六章 控制器,基本控制规律及其对系统过渡过程的影响 （1）比例控制器：,可调整参数是比例度。 特点：控制器的输出与偏差成比例；克服干扰能力强、控制及时、过渡时间短；但存在余差，负荷变化越大，余差就越大。,（2）比例积分控制器：,可调整参数是比例度和积分时间TI。 特点：积分作用的输出是与偏差的积分成正比，只要偏差存在，控制器的输出就会不断变化，直至消除偏差为止；过渡过程结束时是无余差的；但加上积分作用，会使稳定性降低，虽然在加积分作用的同时，可通过加大比例度，使稳定性基本保持不变，但超调量和振荡周期都相应增大，过渡过程的时间也加长。,（3）比例积分微分控制器：,比例积分微分控制器,可调整参数是比例度、积分时间TI和微分时间TD。 特点：微分作用使控制器的输出与输入偏差的变化速度成比例，它对克服对象的滞后有显著的效果；在比例的基础上加入微分作用能提高稳定性，再加上积分作用可以消除余差；适当调整、 TI、 TD三个参数，可使控制系统获得较高的控制质量。,基本控制规律,PI,实际的PD,实际的PID,DDZ- 型电动单元控制器： 构成方框图 调节器的正反作用: 调节器的工作状态: 无扰动切换：切换的瞬间，调节器的输出不发生突变。,调节器的工作状态:,控制器的工作状态有“自动”、“软手动”、“硬手动”及“保持”四种,第七章 简单控制系统,1、被控变量的选择； 直接指标： 间接指标：,选取被控参数的一般原则,尽量选择能直接反映产品质量的变量作为被控变量； 所选被控变量能满足生产工艺稳定安全高效的要求 必须考虑自动化仪表及装置的现状。,2、操纵变量的选择，控制方案的确定； 找出影响被控变量的所有因素，根据对象控制通道特性和扰动通道特性对控制质量的影响，正确选择可控性良好的变量作为操纵变量。,根据过程特性选择控制参数 的一般原则,操纵变量必须是工艺上允许调节的变量； 操纵变量应该是系统中所有被控变量的输入变量中的对被控变量影响最大的一个。控制通道的放大系数要尽量大一些，时间常数适当小些，滞后时间尽量小。 不宜选择代表生产负荷的变量作为操纵变量，以免产量受到波动。,选择控制规律的原则可归纳为以下几点： (1)当广义过程控制通道的时间常数大，或多容量引起的容量滞后大时，采用微分作用有良好效果，积分作用可以消除余差，因此，可选用PID或PD控制规律，如温度过程，此时若选用PI控制规律则因积分作用有滞后，控制质量差。 (2)当广义过程控制通道存在纯滞后时，若用微分作用来改善控制质量是无效的。也就是说，微分作用对克服纯滞后是无能为力的。,(3)当广义过程控制通道的时间常数较小，系统负荷变化也较小时，为了消除余差，可以采用PI控制规律，如流量过程。 (4)当广义过程控制通道时间常数较小，而负荷变化很大时，这时采用微分作用和积分作用都易引起振荡。如果控制通道时间常数很小时，可采用反微分作用来提高控制质量。 (5)当广义过程控制通道的时间常数或时滞很大，而负荷变化又很大时，简单控制系统无法满足要求，可以设计复杂控制系统来提高控制质量。,确定控制器的正、反作用方式,控制器有正作用和反作用两种方式，其确定原则是使整个单回路构成负反馈系统。 根据负反馈准则，要求控制系统开环总静态放大系数为正。 单回路由被控过程、检测变送装置、执行器和控制器组成，要构成负反馈，则要求KoKmKvKc0。,确定控制器的正、反作用的步骤,由于大多数检测变送装置的静态放大系数Km0，一般情况下无须判别。 确定控制器正、反作用方式的步骤一般为： 1.根据生产工艺安全等原则确定调节阀的气开、气关形式。 2.按被控过程特性，确定其正、反作用。 3.根据组成系统各环节的静态放大系数乘积必须为正的原则来确定调节器的静态放大系数的符号，据此再确定控制器的正、反作用方式。,4、控制器参数整定的方法： 临界比例度法： 衰减曲线法： 经验凑试法：,如图加热炉温度控制系统，试确定控制器的正、反作用。,加热炉温度控制带控制点的流程图,解： (1)确定控制阀的气开、气关特性 因：供气中断时，应使燃料阀全关，停止供应燃料油，不致使加热炉温度过高烧坏炉子。 故：选气开阀。,(2)确定调节器的正、反作用 Kv0, Ko0, 则Kc0,所以：控制器应选反作用,设某时刻燃料压力(扰动作用)燃料流量炉温出料温度TC输入(测量值) TC输出阀关小(控制作用)炉温出料温度,8.1什么是串级控制系统,将原被控对象分解为两个串联的被控对象。 以分解后的两个被控对象的中间变量作为副被控变量，构成一个副回路（简单控制系统）。 将原被控变量作为主被控变量构成主回路。 主控制系统控制器的输出信号作为副控制系统控制器的设定值，副控制系统的输出信号作为主被控对象的输入信号。,8.2 比值控制系统,比值控制基本概念 定义：实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统，称为比值控制系统。 类型： 单闭环比值控制系统 双闭环比值控制系统 变比值控制系统,从动量控制系统既是一个随动控制系统又是一个定值控制系统。 单闭环比值控制系统能克服从动量的波动，使其随主动量的变化而变化，使它们保持比值关系。,单闭环比值控制系统-,8.3均匀控制的特点(目的)： 表征前后供求矛盾的两个变量在控制过程中都应该是缓慢变化的。 前后互相联系又互相矛盾的两个变量应保持在所允许的范围内波动。,均匀控制的实现方法： 通过控制器的参数整定来实现。,简单均匀控制系统,参数整定：要按照均匀控制思想进行。一般采用P控制，且先放在较大(大于100%). ，然后同时观察两个被控变量的过渡过程，达到均匀的目的。,8.4 前馈控制的特点： 前馈控制器是按是按照干扰的大小进行控制的， 称为“扰动补偿”。如果补偿精确，被调变量不会变化，能实现“不变性”原理的控制。 前馈控制是开环控制，控制作用几乎与干扰同步产生，是事先调节，速度快。 前馈控制器的控制规律不是PID控制，是由对象特性决定的。 前馈控制只对特定的干扰有控制作用，对其它干扰无效。,采用前馈控制的条件（适用场合）,扰动变化频繁而幅值又较大时； 主要扰动可测不可控； 扰动对被控变量影响显著，单纯用反馈控制难以达到控制要求。,8.5选择性控制系统,选择性控制系统-当生产操作趋向限制条件时，一个用于控制不安全工况的控制方案将取代正常情况下的控制方案，直到生产操作重新回到安全范围以内恢复原控制方案为止。,8.6分程控制系统的特点：,分程的实现： 是通过阀门定位器或电气阀门定位器来实现的，将调节器的输出信号分为几段，每段控制一个阀门动作。,分程控制系统：一个控制器的输出信号同时控制几个工作范围不同的调节阀,为此，可设计以反应器内温度为被控参数、以热水流量和冷却水流量为控制变量的分程控制系统，调节阀A、B分别控制冷却水和热水。,分程控制的应用,(1)提高控制阀的可调比 (2)满足生产过程不同阶段的需要,10.5精馏塔的控制目标(工艺要求),质量指标 对于仅有塔顶、塔底出料的简单精馏塔，其质量指标可用塔顶与塔底料中关键组分的纯度来表示。 产品产量和能量消耗 在保证产品质量的前提下，尽可能提高产品的产品并设法降低装置的能耗。,精馏塔质量指标的选取,