项目3简单自控系统

1、过程控制系统过程控制系统过程控制系统过程控制系统电子信息系自动化教研室电子信息系自动化教研室过程控制系统过程控制系统项目三项目三 简单自动化过程控制系统简单自动化过程控制系统3.1简单控制系统结构与组成简单控制系统结构与组成3.2简单控制系统的方案实施简单控制系统的方案实施3.3简单控制系统投运与整定简单控制系统投运与整定过程控制系统过程控制系统3.1简单控制系统结构与组成简单控制系统结构与组成 通常是指由一个测量元件、变送器、一个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。控制器、一个控制阀和一个对象所构成的单闭环控制系统。过程控制系统过程控制系统

2、3.1.1简单控制系统常用术语简单控制系统常用术语被控对象被控对象压力变送器压力变送器控制器控制器执行器执行器过程控制系统过程控制系统图简单控制系统的方块图图简单控制系统的方块图过程控制系统过程控制系统控制系统的有关术语控制系统的有关术语（1）检测元件和变送器）检测元件和变送器用于检测被控变量，并将检测到的信用于检测被控变量，并将检测到的信号转换为标准信号输出。号转换为标准信号输出。（2）控制器）控制器用于将检测变送单元的输出信号与设定值进行比用于将检测变送单元的输出信号与设定值进行比较，按一定的控制规律对其偏差信号进行运算，运算结果输较，按一定的控制规律对其偏差信号进行运算，运算结果输出到执

3、行器。出到执行器。（3）执行器）执行器是控制系统回路中的最终元件，直接用于控制操是控制系统回路中的最终元件，直接用于控制操纵变量变化。纵变量变化。（4）被控对象）被控对象是以被控变量表现其特征的装置、设备或过程。是以被控变量表现其特征的装置、设备或过程。过程控制系统过程控制系统1.被控变量被控变量y：需要控制的工艺参数，过程控制中的常见被控需要控制的工艺参数，过程控制中的常见被控变量有温度、压力、流量、液位、组分、变量有温度、压力、流量、液位、组分、PH值等。值等。2.给定值给定值r：生产过程中被控变量需要保持的值。生产过程中被控变量需要保持的值。 3.操纵变量操纵变量m：受控于调节阀，用于改

4、变被控变量大小的物理量受控于调节阀，用于改变被控变量大小的物理量称为操纵变量。称为操纵变量。 4.4.干扰干扰f：除操纵变量外，作用于被控对象并对被控变量影响较除操纵变量外，作用于被控对象并对被控变量影响较大的输入作用为干扰。大的输入作用为干扰。 5.偏差信号偏差信号e：设定值设定值r减去反馈信号减去反馈信号z之差。控制器根据偏差信之差。控制器根据偏差信号的大小去控制操纵变量。号的大小去控制操纵变量。 过程控制系统过程控制系统6. 控制系统的负反馈原则控制系统的负反馈原则环节的输出信号随输入信号增加而增加为环节的输出信号随输入信号增加而增加为正作用正作用环节；环节；环节的输出信号随输入信号增加

5、而减少为环节的输出信号随输入信号增加而减少为反作用反作用环节。环节。各环节增益的正负根据稳态条件下输出增量与输入增各环节增益的正负根据稳态条件下输出增量与输入增量之比确定。量之比确定。 该环节输入增加时，输出增加，增益为正，该环节输入增加时，输出增加，增益为正，输出减少，增益为负。输出减少，增益为负。 过程控制系统过程控制系统控制系统运行的重要原则控制系统运行的重要原则负反馈原则负反馈原则（控制器（控制器）（调节阀（调节阀）（被控对象（被控对象）=（负反馈）（负反馈）KC KV KP KM=K开开（0）过程控制系统过程控制系统7.控制通道：控制通道：操纵变量到被控变量的通道操纵变量到被控变量的

6、通道8.8.扰动通道：扰动通道：扰动变量到被控变量的通道扰动变量到被控变量的通道 扰动影响被控变量或设定变化时，通过控制通道的调节扰动影响被控变量或设定变化时，通过控制通道的调节改变操纵变量，克服扰动对被控变量的影响或跟随设定改变操纵变量，克服扰动对被控变量的影响或跟随设定变化。变化。过程控制系统过程控制系统被控变量被控变量管道压力管道压力P P操纵变量操纵变量介质流量介质流量控制器的正作用：控制器的正作用：正偏差增加，调节器输出也增加；正偏差增加，调节器输出也增加；控制器的反作用：控制器的反作用：正偏差增加，调节器输出减小；正偏差增加，调节器输出减小；控制器控制器过程控制系统过程控制系统调节

7、阀调节阀气动调节阀气动调节阀电动调节阀电动调节阀流量特性流量特性气开、气关气开、气关20200KPa信号信号420mA电信号电信号过程控制系统过程控制系统使生产过程自动按照预定的目标进行，使生产过程自动按照预定的目标进行，并使工艺参数保持在预先规定的数值上并使工艺参数保持在预先规定的数值上（或按预定规律变化）（或按预定规律变化）“关键关键”变量：对产品的产量、质量以变量：对产品的产量、质量以及生产过程的安全具有决定作用的变量及生产过程的安全具有决定作用的变量两种类型：两种类型：和和当质量指标信号缺少检测手段、信号微弱、当质量指标信号缺少检测手段、信号微弱、滞后很大时，可选取与直接质量指标有单滞

8、后很大时，可选取与直接质量指标有单值对应关系而反应又快的变量做为间接控值对应关系而反应又快的变量做为间接控制指标。制指标。选择被控变量：选择被控变量：3.1.2过程控制系统被控变量与操纵变量的选择过程控制系统被控变量与操纵变量的选择过程控制系统过程控制系统精馏过程示意图精馏过程示意图冷却水冷却水TDp进料进料 Q入入，X入入，T入入回流回流F FQZ蒸汽蒸汽TH过程控制系统过程控制系统精馏过程示意图精馏过程示意图冷却水冷却水TDp进料进料 Q入入，X入入，T入入回流回流F FQZ蒸汽蒸汽TH苯二甲苯的苯二甲苯的T-x图图TDXD%苯二甲苯的苯二甲苯的P-x图图PMPaXD%过程控制系统过程控制

9、系统 在精馏塔操作中，压力往往需要固定。只有将塔在精馏塔操作中，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。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。就有一定的单值对应关系。 所选变量有足够的灵敏度。所选变量有足够的灵敏度。过程控制系统过程控制系统 。被控变量应能代表一定的工艺操作指标或能。被控变量应能代表一定的工艺操作指标

10、或能反映工艺操作状态，一般都是工艺过程中比较重要的变量。反映工艺操作状态，一般都是工艺过程中比较重要的变量。 。被控变量应避免和其他控制系统的被控变。被控变量应避免和其他控制系统的被控变量有关联（耦合量有关联（耦合) )关系。关系。 。采用直接指标作为被控变量最直接也最有效。采用直接指标作为被控变量最直接也最有效。当无法获得直接指标信号，当无法获得直接指标信号，或其测量环节滞后很大时或其测量环节滞后很大时，可选，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。择与直接指标有单值对应关系的间接指标作为被控变量。 。被控变量应能被测量出来，并具有足够大的。被控变量应能被测量出来，并具有足够大

11、的灵敏度。灵敏度。 。必须考虑工艺的合理性和国内仪表产品现状。必须考虑工艺的合理性和国内仪表产品现状。 过程控制系统过程控制系统在自动控制系统中，把用来克服干扰对被控变量的影在自动控制系统中，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响，实现控制作用的变量称为。 最常见的操纵变量是介质的流量。最常见的操纵变量是介质的流量。操作变量操作变量系统的干扰系统的干扰通过工艺分析通过工艺分析确定确定过程控制系统过程控制系统 Q入入T入入X入入QZFTH被控变量被控变量TD 影响塔顶温度的各种输入示意图影响塔顶温度的各种输入示意图被控对象被控对象原则上，原则上，在诸多影响被控变量的输入中选择一

12、个在诸多影响被控变量的输入中选择一个对被控变量对被控变量而且而且的输入作为的输入作为后，其它所有未被选中的输入则成了为后，其它所有未被选中的输入则成了为系统的系统的。 过程控制系统过程控制系统精馏过程示意图精馏过程示意图冷却水冷却水p进料进料 Q Q入入，X X入入，T T入入回流回流F F塔顶产品塔顶产品 XD QZ蒸汽蒸汽TH如果根据工艺要求，选择提馏段某块塔板（一般为如果根据工艺要求，选择提馏段某块塔板（一般为灵敏板）的温度作为被控变量。灵敏板）的温度作为被控变量。 进料的流量（进料的流量（Q入入）、）、成分（成分（x入入）、温度）、温度（T入入）、回流的流）、回流的流量（量（Q回回）、

13、回流液）、回流液温度（温度（T回回）、加热）、加热蒸汽流量（蒸汽流量（Q蒸蒸）、）、冷凝器冷却温度及冷凝器冷却温度及塔压等等。塔压等等。 过程控制系统过程控制系统 精馏过程示意图精馏过程示意图冷却水冷却水p进料进料 Q Q入入，X X入入，T T入入回流回流F F塔顶产品塔顶产品 XD QZ蒸汽蒸汽TH 不可控不可控( (可调节可调节) ) 不可控不可控( (可调节可调节) ) 不可控不可控不可控不可控不可控不可控不可控不可控可可 控控可可 控控过程控制系统过程控制系统 系统的过渡过程形式：超调量、衰减比、系统的过渡过程形式：超调量、衰减比、 余差、余差、 过渡时间、振荡周期过渡时间、振荡周期

14、 系统的输入输出关系；系统的输入输出关系； 分为对象静态性质和对象动态性质；分为对象静态性质和对象动态性质； 考察对象特性影响，用以选择操纵变量。考察对象特性影响，用以选择操纵变量。由干扰通道施加由干扰通道施加在对象上，起着破坏作用，在对象上，起着破坏作用，使被控变量偏离给定值；使被控变量偏离给定值；由控制通道施加由控制通道施加到对象上，使被控变量回复到对象上，使被控变量回复到给定值，起着校正作用。到给定值，起着校正作用。 过程控制系统过程控制系统 绝对放大系数绝对放大系数 Y X Y/(Ymax-Ymin) X/(Xmax-Xmin) 相对放大系数相对放大系数 制通道的静态特性由控制通道放大

15、系数制通道的静态特性由控制通道放大系数K K0 0表征；表征；从从控制有效性控制有效性考虑，考虑，K K0 0应适当的大一些。应适当的大一些。过程控制系统过程控制系统T T0 0 不能过大，否则会使操纵变量的校正作用迟缓，不能过大，否则会使操纵变量的校正作用迟缓， 超调量增大，过渡时间增长。超调量增大，过渡时间增长。T T0 0 小一点好，使之反应灵敏，控制及时小一点好，使之反应灵敏，控制及时。控制器的作用：通过控制通道施加于对象去影响被控变量的。控制器的作用：通过控制通道施加于对象去影响被控变量的。前例：精馏塔温度控制前例：精馏塔温度控制过程控制系统过程控制系统 过程控制系统过程控制系统T

16、Tf f 越大越好，干扰对被控变量的影响越缓慢，越大越好，干扰对被控变量的影响越缓慢，越有利于改善控制质量。越有利于改善控制质量。 干扰通道纯滞后干扰通道纯滞后 f f 的影响的影响无纯滞后无纯滞后有纯滞后有纯滞后 干扰通道的纯滞后干扰通道的纯滞后 f f 不会影不会影响控制质量。响控制质量。 过程控制系统过程控制系统 过程控制系统过程控制系统选择被控变量选择被控变量选择操纵变量选择操纵变量选择调节阀选择调节阀系统投运系统投运参数整定参数整定概概 述述用于对控制质量要求不高，滞后较小、负荷变化不大用于对控制质量要求不高，滞后较小、负荷变化不大 也不太激烈，工艺允许被控变量波动范围较宽的场合。也

17、不太激烈，工艺允许被控变量波动范围较宽的场合。maxmine(t)0( ) e(t)0 uu tu当 打开当关闭u 被控变量被控变量 时间时间 e(t)umaxumin控制器控制器过程控制系统过程控制系统选择被控变量选择被控变量选择操纵变量选择操纵变量处理测量信号处理测量信号选择调节阀选择调节阀系统投运系统投运参数整定参数整定概概 述述 优点：克服干扰能力强、控制及时、过渡时间短。优点：克服干扰能力强、控制及时、过渡时间短。 缺点：在过渡过程终了时存在余差。缺点：在过渡过程终了时存在余差。l 适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、工艺允适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、工艺允 许被控变量存

18、在余差的场合。许被控变量存在余差的场合。 puK e e(t)u(t)KPu(t)e(t)z(t)+_x(t)过程控制系统过程控制系统 （应用最普遍）（应用最普遍） 优点：系统在过渡过程结束时无余差。优点：系统在过渡过程结束时无余差。 缺点：系统的超调量、振荡周期、过渡时间增加缺点：系统的超调量、振荡周期、过渡时间增加 l 适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、工艺适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、工艺 不允许被控变量存在余差的场合。不允许被控变量存在余差的场合。 uI(t)e(t)IAtT1( ) ( )( )piu tKe te t dtTKPIu(t)e(t)z(t)+_x(t)选择

19、被控变量选择被控变量选择操纵变量选择操纵变量处理测量信号处理测量信号选择调节阀选择调节阀系统投运系统投运参数整定参数整定概概 述述过程控制系统过程控制系统 优点：利用微分超前的作用，克服滞后，改善优点：利用微分超前的作用，克服滞后，改善 控制质量。控制质量。 缺点：有可能会使系统产生振荡，严重时使系缺点：有可能会使系统产生振荡，严重时使系 统失控而发生事故。统失控而发生事故。 选择被控变量选择被控变量选择操纵变量选择操纵变量处理测量信号处理测量信号选择调节阀选择调节阀系统投运系统投运参数整定参数整定概概 述述l微分作用适用于微分作用适用于过渡滞后强的对象过渡滞后强的对象，如：温度对象。，如：温

20、度对象。l微分作用微分作用对高频噪声非常敏感对高频噪声非常敏感。( )( ) ( )pdde tu tKe tTdte(t) A u(t) t0+KpAKPDu(t)e(t)z(t)+_x(t)过程控制系统过程控制系统PIDPID控制：控制：控制质量高；无余差；参数整定麻烦控制质量高；无余差；参数整定麻烦。l 适用于容量滞后较大、负荷变化大、控制要求适用于容量滞后较大、负荷变化大、控制要求 高的场合。高的场合。 选择被控变量选择被控变量选择操纵变量选择操纵变量处理测量信号处理测量信号选择调节阀选择调节阀系统投运系统投运参数整定参数整定概概 述述dtteTdttdeTteKtudp)(1)()(

21、)(uPIDtKPIDu(t)e(t)z(t)+_x(t)过程控制系统过程控制系统1.1.有关各种控制规律对控制质量的影响有关各种控制规律对控制质量的影响当当对象调节通道和测量元件的时间常数较大而纯滞后很小对象调节通道和测量元件的时间常数较大而纯滞后很小，即即0 0/T/T0 0很小时，很小时，应用微分作用应用微分作用可以获得相当良好的调节结可以获得相当良好的调节结果。果。当对象当对象调节通道和测量元件的时间常数较小，纯滞后较大调节通道和测量元件的时间常数较小，纯滞后较大，0 0TT0 0/2/2很小时，应用微分作用不可能产生较好的调节结果。很小时，应用微分作用不可能产生较好的调节结果。当当对

22、象调节通道时间常数较小，系统负荷变化较小时对象调节通道时间常数较小，系统负荷变化较小时，为，为了消除干扰引起的余差，应采用了消除干扰引起的余差，应采用积分积分作用。作用。过程控制系统过程控制系统当当对象调节通道时间常数较小，系统负荷变化很快对象调节通道时间常数较小，系统负荷变化很快时，应时，应采用采用反微分作用反微分作用。当对象调节通道滞后很大，系统负荷变化很大时，应采用当对象调节通道滞后很大，系统负荷变化很大时，应采用更复杂的控制加强抗干扰能力。更复杂的控制加强抗干扰能力。过程控制系统过程控制系统2.2.控制规律对控制质量的影响控制规律对控制质量的影响过程控制系统过程控制系统3.1.4过程控

23、制系统调节阀的选择过程控制系统调节阀的选择1.调节阀口径大小的选择调节阀口径大小的选择根据计算所得到的流量系数选择根据计算所得到的流量系数选择后，还应后，还应对所选控制阀开度和可调节比进行验算，以保证所选控制阀对所选控制阀开度和可调节比进行验算，以保证所选控制阀的口径能满足控制要求。的口径能满足控制要求。 PQK10依据流量系数依据流量系数过程控制系统过程控制系统2.气开、气关方式的选择气开、气关方式的选择 有信号压力输入时阀打开；有信号压力输入时阀打开； 无信号压力时阀全关。无信号压力时阀全关。 有信号压力时阀关闭；有信号压力时阀关闭； 无信号压力时阀全开。无信号压力时阀全开。 信号压力中断

24、时信号压力中断时，应保证设备和操作人员的发全，应保证设备和操作人员的发全，如阀门处于打开位置时危害性小，则应选用气关式；如阀门处于打开位置时危害性小，则应选用气关式； 反之，则用气开式。反之，则用气开式。 过程控制系统过程控制系统过程控制系统过程控制系统气开气关的选择原则：气开气关的选择原则：安全原则安全原则 （信号中断时，应保证设备和人员的安全）（信号中断时，应保证设备和人员的安全）若无气源时若无气源时, 希望阀全关希望阀全关, 则应选择气开阀则应选择气开阀; 若无气源时若无气源时,希望希望阀全开阀全开,则应选择气关阀则应选择气关阀.实际应用：实际应用：当气源中断或电源中断时，当气源中断或电

25、源中断时，进入装置的原料、热源应切断进入装置的原料、热源应切断: 进料阀选进料阀选气开气开切断装置向外输出产品切断装置向外输出产品: 出料阀选出料阀选气开气开精馏塔回流应打开精馏塔回流应打开: 回流阀选回流阀选气关气关过程控制系统过程控制系统主要依据是主要依据是：（1 1） 如流体种类、粘度、腐蚀性、是否含悬浮颗粒如流体种类、粘度、腐蚀性、是否含悬浮颗粒（2 2） 如温度、压力、流量、压差、泄漏量如温度、压力、流量、压差、泄漏量（3 3） 控制系统精度、可调比、噪音控制系统精度、可调比、噪音 根据以上各点进行综合考虑，并参照各种控制机构的根据以上各点进行综合考虑，并参照各种控制机构的特点及其适

26、用场合，同时兼顾经济性，来选择满足工艺特点及其适用场合，同时兼顾经济性，来选择满足工艺要求的控制机构。要求的控制机构。3.结构形式的选择结构形式的选择过程控制系统过程控制系统3.3.2简单控制系统投运与参数整定简单控制系统投运与参数整定3.3.13.3.1系统投运前的准备工作系统投运前的准备工作1.1.熟悉工艺过程熟悉工艺过程2.2.熟悉控制方案熟悉控制方案3.3.熟悉仪表情况熟悉仪表情况4.4.投运前全面检查投运前全面检查5.5.构成具有被控变量负反馈的闭环系统构成具有被控变量负反馈的闭环系统过程控制系统过程控制系统（控制器（控制器）（调节阀（调节阀）（被控对象（被控对象）=（负反馈）（负反

27、馈）过程控制系统过程控制系统过程控制系统过程控制系统举例举例加热炉出口温度控制系统加热炉出口温度控制系统图 加热炉出口温度控制为了在控制阀气源突然断气为了在控制阀气源突然断气时时, ,炉温不继续升高炉温不继续升高, ,采用了采用了气开阀气开阀 ( (停气时关闭停气时关闭) ,) ,是是“正正”方向。炉温是随燃料方向。炉温是随燃料的增多而升高的的增多而升高的, ,以炉子也是以炉子也是“正正”方向作用的。变送器方向作用的。变送器是随炉温升高是随炉温升高, ,输出增大输出增大, ,也也是是“正正”方向。所以控制器方向。所以控制器必须为必须为“反方向反方向”, ,才能当炉才能当炉温升高时温升高时, ,

28、使阀门关小使阀门关小, ,炉温炉温下降。下降。 过程控制系统过程控制系统TC被控变量：原料油出口温度被控变量：原料油出口温度被控对象：加热炉被控对象：加热炉操纵变量：燃料气流量操纵变量：燃料气流量燃料气燃料气加热炉出口温度控制加热炉出口温度控制出口温度出口温度被控变量被控变量控制器控制器执行器执行器被控对象被控对象测量变送环节测量变送环节干扰干扰偏差偏差设定值设定值广义对象广义对象过程控制系统过程控制系统图 液位控制控制阀采用了气开阀控制阀采用了气开阀, ,在一旦在一旦停止供气时停止供气时, ,阀门自动关闭阀门自动关闭, ,以以免物料全部流走免物料全部流走, ,故控制阀是故控制阀是“正正”方向

29、。当控制阀打开时方向。当控制阀打开时, ,液位是下降的液位是下降的, ,所以对象的作所以对象的作用方向是用方向是“反反”的。变送器为的。变送器为“正正”方向。这时控制器的作方向。这时控制器的作用方向必须为用方向必须为“正正”才行。才行。 过程控制系统过程控制系统液液 位位 控控 制制被控变量：液位被控变量：液位被控对象：储罐被控对象：储罐操纵变量：出料流量操纵变量：出料流量被控变量被控变量控制器控制器执行器执行器被控对象被控对象测量变送环节测量变送环节干扰干扰偏差偏差设定值设定值广义对象广义对象举例举例液位控制系统液位控制系统过程控制系统过程控制系统作业：试确定图作业：试确定图 所示两个系统中

30、执行器的正、所示两个系统中执行器的正、反作用及控制器的正、反作用。反作用及控制器的正、反作用。 过程控制系统过程控制系统答：图答：图 7-237-23（a a）为一加热器出口物料温度控制系统。）为一加热器出口物料温度控制系统。由于物料温度需要控制，当控制阀上气源突然中断时，由于物料温度需要控制，当控制阀上气源突然中断时，应使加热剂的阀门处于关闭状态，以避免大量加热剂流应使加热剂的阀门处于关闭状态，以避免大量加热剂流入加热器，所以应入加热器，所以应 选择气开阀型式。当加热剂流量增大选择气开阀型式。当加热剂流量增大时，会使被加热物料出口温度升高，故该对象为时，会使被加热物料出口温度升高，故该对象为

31、“+” +” 作用方向的，而气开阀是作用方向的，而气开阀是“+”+”作用方向的，为使整个系作用方向的，为使整个系统能起负反馈作用，温度控制器应统能起负反馈作用，温度控制器应 选反作用的。选反作用的。图图 7-237-23（b b）为一冷却器出口物料温度控制系统。由于）为一冷却器出口物料温度控制系统。由于物料温度需要控制，当控制阀上物料温度需要控制，当控制阀上 气源突然中断时，应使气源突然中断时，应使冷剂的阀门处于关闭状态，以避免大量冷剂进入冷却器，冷剂的阀门处于关闭状态，以避免大量冷剂进入冷却器，所以应选择所以应选择 气开阀型式。当冷剂流量增大时，会使被冷气开阀型式。当冷剂流量增大时，会使被冷

32、却物料出口温度降低，故该对象为却物料出口温度降低，故该对象为“”作用方作用方 向的，向的，而气开阀是而气开阀是“+”+”作用方向的，为使整个系统能起负反馈作用方向的，为使整个系统能起负反馈作用，温度控制器应选正作作用，温度控制器应选正作 用的。用的。过程控制系统过程控制系统控控制制器器P P测测P P给给正、反作用开关正、反作用开关制器正、反作用可以通过改变控制器上的正、反制器正、反作用可以通过改变控制器上的正、反 作用开关自行选择。作用开关自行选择。 过程控制系统过程控制系统1.1.过程控制系统的投运过程控制系统的投运（1）检测系统的投运）检测系统的投运（2）控制系统的投运）控制系统的投运2

33、.2.控制系统的维护控制系统的维护过程控制系统过程控制系统选择被控变量选择被控变量选择操纵变量选择操纵变量处理测量信号处理测量信号选择调节阀选择调节阀选择控制规律选择控制规律概概 述述3.3.2过程控制系统的投运、运行与维护过程控制系统的投运、运行与维护过程控制系统过程控制系统3.3.33.3.3控制器参数的工程整定控制器参数的工程整定 u 就是按照已定的控制方案，求取使控制质量最好的控制就是按照已定的控制方案，求取使控制质量最好的控制器参数值。即确定最合适的控制器器参数值。即确定最合适的控制器 、T TI I和和T TD D，使控制质量，使控制质量能满足工艺生产的要求。能满足工艺生产的要求。

34、u 对于简单控制系统来说，一般希望过渡过程呈对于简单控制系统来说，一般希望过渡过程呈4:14:1至至10:110:1的衰减振荡过程。的衰减振荡过程。 yt4:1yt10:1过程控制系统过程控制系统为临界比例度法、衰减曲线法、经验凑试法）为临界比例度法、衰减曲线法、经验凑试法）算繁琐、工作量大、与实际情况不符。少用算繁琐、工作量大、与实际情况不符。少用过程控制系统过程控制系统1.1.经验法经验法（长期的生产实践中总结出来的一种整定方法）（长期的生产实践中总结出来的一种整定方法）方法方法 根据经验先将控制器参数放在某些数值上，根据经验先将控制器参数放在某些数值上，直接在闭合的控制系统中通过改变给定

35、值以施加干扰，直接在闭合的控制系统中通过改变给定值以施加干扰，看输出曲线的形状，以看输出曲线的形状，以%、T TI I、T TD D，对控制过程的规，对控制过程的规律为指导，调整相应的参数进行凑试，直到合适为律为指导，调整相应的参数进行凑试，直到合适为止止 。过程控制系统过程控制系统过程控制系统过程控制系统图三种振荡曲线比较图比例度过大、积分时间过大时两种曲线比较比例度过小、积分比例度过小、积分时间过小或微分时时间过小或微分时间过大，产生的周间过大，产生的周期性激烈振荡。期性激烈振荡。 如果比例度过大或积分时如果比例度过大或积分时间过大，过渡过程变化缓间过大，过渡过程变化缓慢的情形。慢的情形。

36、过程控制系统过程控制系统（2 2）先按表中给出的范围把）先按表中给出的范围把T TI I定下来，如要引入微定下来，如要引入微分作用，可取分作用，可取T TD D(1/3(1/31/4)1/4)T TI I，然后对，然后对进行凑试，进行凑试，凑试步骤与前一种方法相同。凑试步骤与前一种方法相同。 方法简单，适用于各种控制系统。方法简单，适用于各种控制系统。 特别是外界干扰作用频繁，记录曲线不规特别是外界干扰作用频繁，记录曲线不规则的控制系统，采用此法最为合适。则的控制系统，采用此法最为合适。 此法主要是靠经验，在缺乏实际经验或过此法主要是靠经验，在缺乏实际经验或过渡过程本身较慢时，往往较为费时。渡

37、过程本身较慢时，往往较为费时。 过程控制系统过程控制系统 对于同一个系统，不同的人采用经验凑试法整定，对于同一个系统，不同的人采用经验凑试法整定，可能得出不同的参数值。可能得出不同的参数值。 在一个自动控制系统投运时，控制器的参数必须整在一个自动控制系统投运时，控制器的参数必须整定，才能获得满意的控制质量。同时，在生产进行的定，才能获得满意的控制质量。同时，在生产进行的过程中，如果工艺操作条件改变，或负荷有很大变化，过程中，如果工艺操作条件改变，或负荷有很大变化，被控对象的特性就要改变，因此，控制器的参数必须被控对象的特性就要改变，因此，控制器的参数必须重新整定。重新整定。 过程控制系统过程控

38、制系统2.2.临界比例度法临界比例度法先通过试验得到临界比例度先通过试验得到临界比例度k k和临界周期和临界周期T Tk k，然后根据，然后根据经验总结出来的关系求出控制器各参数值。经验总结出来的关系求出控制器各参数值。 （1 1）临界状态和临界参数）临界状态和临界参数在外界干扰或设定作用下，在外界干扰或设定作用下，自控系统出现一种既不衰减自控系统出现一种既不衰减也不发散的等幅振荡过程，也不发散的等幅振荡过程，称为临界状态或临界过程。称为临界状态或临界过程。决定临界过程的参数，称为决定临界过程的参数，称为临界参数，即临界比例度临界参数，即临界比例度k k和临界周期和临界周期T Tk k，图图

39、临界振荡过程临界振荡过程过程控制系统过程控制系统（2 2）临界比例度工程整定方法）临界比例度工程整定方法等幅振荡比例度法等幅振荡比例度法，不需要求得控制对象特性，直接在闭合，不需要求得控制对象特性，直接在闭合的控制系统中进行整定。当系统投入运行后，在的控制系统中进行整定。当系统投入运行后，在纯比例调节纯比例调节作用下作用下，从大到小逐渐改变从大到小逐渐改变调节器过程的周期调节器过程的周期TK，代入经代入经验公式验公式，计算出计算出调节器各个调节器各个参数整定值参数整定值，最后经过实际调整，最后经过实际调整稍作修改即可得到较好的参数。稍作修改即可得到较好的参数。过程控制系统过程控制系统整定步骤如

40、下：整定步骤如下：在系统闭环下，将调节器的在系统闭环下，将调节器的TI置最大，置最大，TD置置0，比例度适当，比例度适当（一般为（一般为100）。在干扰作用下，逐步将调节器比例度减小，细心观察在干扰作用下，逐步将调节器比例度减小，细心观察被控量变化情况。如果过渡过程是衰减的，则应把比例被控量变化情况。如果过渡过程是衰减的，则应把比例度继续减小；如果是发散的，则增大比例度，直至出现度继续减小；如果是发散的，则增大比例度，直至出现等幅振荡。等幅振荡。读出临界比例度读出临界比例度K，TK，由经验公式求出调节器的，由经验公式求出调节器的、TI、TD。求出各参数数值后，先把比例度放在比计算值稍大一求出各

41、参数数值后，先把比例度放在比计算值稍大一些（约些（约20），），再依次放再依次放TI、TD，最后再把比例度放回，最后再把比例度放回计算值即可。给系统加一阶跃信号，观察过渡过程，再计算值即可。给系统加一阶跃信号，观察过渡过程，再根据此曲线加以修正，直至过渡过程满意为止。根据此曲线加以修正，直至过渡过程满意为止。过程控制系统过程控制系统（3 3）特点）特点K K过小，系统接近双位调节，对生产不利。对于临界比过小，系统接近双位调节，对生产不利。对于临界比例度很小的系统不适用。例度很小的系统不适用。 对于工艺上不允许产生等幅振荡的系统本方法亦不适用。对于工艺上不允许产生等幅振荡的系统本方法亦不适用。

42、比较简单方便，容易掌握和判断，适用于一般的控制系比较简单方便，容易掌握和判断，适用于一般的控制系统。统。过程控制系统过程控制系统在闭合的控制系统中，先将在闭合的控制系统中，先将控制器变为纯比例作用控制器变为纯比例作用，比，比例度放在较大的数值上，在例度放在较大的数值上，在达到稳定后，用达到稳定后，用改变给定值改变给定值的办法加入阶跃干扰的办法加入阶跃干扰，观察，观察记录曲线的衰减比，然后从记录曲线的衰减比，然后从大到小改变比例度，大到小改变比例度，直至出直至出现现4:1衰减比为止，记下此衰减比为止，记下此时的比例度时的比例度S，并从曲线上，并从曲线上的粗衰减周期的粗衰减周期TS，然后根据，然后

43、根据经验公式，求出控制器的参经验公式，求出控制器的参数整定值数整定值。过程控制系统过程控制系统表表4141衰减曲线法控制器参数计算表衰减曲线法控制器参数计算表过程控制系统过程控制系统表表101101衰减曲线法控制器参数计算表衰减曲线法控制器参数计算表过程控制系统过程控制系统（1 1）加的干扰幅值不能太大，要根据生产操作要求来定，）加的干扰幅值不能太大，要根据生产操作要求来定，一般为额定值的一般为额定值的5 5左右，也有例外的情况。左右，也有例外的情况。（2 2）必须在工艺参数稳定情况下才能施加干扰，否则得）必须在工艺参数稳定情况下才能施加干扰，否则得不到正确的不到正确的S、TS或或S和和T升升

44、值。值。（3 3）对于反应快的系统，如流量、管道压力和小容量的）对于反应快的系统，如流量、管道压力和小容量的液位控制等，要在记录曲线上严格得到液位控制等，要在记录曲线上严格得到4141衰减曲线比衰减曲线比较困难。一般以被控变量来回波动两次达到稳定，就可较困难。一般以被控变量来回波动两次达到稳定，就可以近似地认为达到以近似地认为达到4141衰减过程了。衰减过程了。 过程控制系统过程控制系统控制系统操作中的常见问题控制系统操作中的常见问题图 精馏塔控制系统之间的干扰过程控制系统过程控制系统图 压力和流量控制系统之间的干扰图 负荷分配系统过程控制系统过程控制系统 过程控制系统过程控制系统记录曲线突变。记录曲线突然大幅度变化。记录曲线出现不规则变化。记录曲线出现等幅振荡。记录曲线不变化,呈直线状 (或圆状)。过程控制系统过程控制系统图 不规则变化的记录曲线图 记录曲线的等幅振荡过程控制系统过程控制系统过程控制系统过程控制系统 出现问题时，除了要考虑前面所讲的测量系统可能出出现问题时，除了要考虑前面所讲的测量系统可能出现的故障以外现的故障以外, ,特别要注意被控对象特性的变化以及控制特别要注意被控对象特性的变化以及控制阀特性变化的可能性阀特性变化的可能性, ,要结合仪表和工艺两个方面去找原要结合仪表和工艺两个