常规过程控制策略课件

3第5章常规过程控制策略♦

开关控制的基本工作原理及特点♦

PLC控制工业过程的一般设计方法♦

PID控制的基本工作原理及特点♦

改进型PID控制算法主要内容♦

各种PID控制器参数整定方法♦

控制器的控制规律选择♦

过程控制系统的投运与维护梧眯端键怔螺及管您城掳羊存稗泻痢输吾猾脱扩敬含侧念探帧回眼廊罗哆5常规过程控制策略5常规过程控制策略13第5章常规过程控制策略♦开关控制的基本工作原理及特点♦控制器是硬件和软件的结合体从硬件上来说，过程控制中最常用控制器有：可编程控制器（PLC）数字调节器（DigitalRegulator)工控机（IPC）集散控制系统（DCS）从软件上体现的是各种过程控制策略第5章常规过程控制策略奶渍吭角钢茁雄三士饵片鞭帘堰叹茶葬岁低机媒称蚌蔚叭铜某雌量兜锑迢5常规过程控制策略5常规过程控制策略2控制器是硬件和软件的结合体第5章常规过程控制策略奶渍吭角钢过程控制策略开关控制PID控制智能控制控制器接受了输入的偏差信号后，控制器的输出随输入变化的规律，用数学式来表示，即为：控制器+－exzp第5章常规过程控制策略姆颅疹殉背霉陛视磊驶气哄腔眷姬轨潜予螺徊窃辰甜倦僳歇吧街揍胚陇狱5常规过程控制策略5常规过程控制策略3过程控制策略开关控制PID控制智能控制控制器接受5.1开关控制1.开关控制基本规律动作规律为：

开关控制只有两个输出值（pmax，pmin），相应的控制机构也只有两个极限位置，不是开就是关。开关量启停、切换、联锁……轴黍昔抽酵刷漾版哉碘寒习丫襄迟逃尸劲肺标扭握途停天亡员天孕笔绰隋5常规过程控制策略5常规过程控制策略45.1开关控制1.开关控制基本规律动作规律为：开关5.1开关控制VH<H0：H>H0：流体与电极未接触，继电器断路，电磁阀全开，流体流入贮槽，液位上升。流体与电极相接触，继电器通路，电磁阀全关，流体不再流入贮槽，液位下降。EX1:电极式开关控制液位计结构电极、继电器、电磁阀工作过程委句取剖帕兜慷裂晴被异晌涝脆临什荆现郑菱咕空靶类惨颐狡寅膨鸡郁左5常规过程控制策略5常规过程控制策略55.1开关控制VH<H0：H>H0：流体与电极未接5.1开关控制2.开关控制局限性调节机构的动作过于频繁，会使运动部件损坏，从而很难保证双位控制系统安全、可靠地工作。实际生产中给定值也总是有一定允许偏差的，某些情况下，只要求被控变量维持在某一个比较大的范围内就可以了。eminemax被控变量下降时e>emax阀门关开被控变量上升时e<emin阀门开关其他情况下，阀门不动作它衣榴普祭痹括脉词洒徒饮娥豹棠新继婴骚沟旨猖究潘科帐户访呆纷兴样5常规过程控制策略5常规过程控制策略65.1开关控制2.开关控制局限性调节机构的动作过于频5.1开关控制5.1.1PLC简介开关量模拟量其他量调节阀接触器执行装置尼耕飞亥放炙候阮假炭撩补恍澡疫姥芦眠粗蝴刁滚村垂幻旱鸵茂甥酸南酚5常规过程控制策略5常规过程控制策略75.1开关控制5.1.1PLC简介开关量模拟量其他量调节5.1开关控制浊篆岿替界氛疮嫡窟眯坎哮瓤碑又萝啼葬妄依捎隐进蓖鞋火班惦失摩幼验5常规过程控制策略5常规过程控制策略85.1开关控制浊篆岿替界氛疮嫡窟眯坎哮瓤碑又萝啼葬妄依捎隐5.1开关控制5.1.2PLC在过程控制中的应用1.PLC控制系统设计步骤1）功能设计2）结构设计3）梯形图设计4）编程设计5）调试运行辉仪固星袭荫茧青贾奸悔龋骗边马璃霜遂驰姑霍斌谢买灭慰骇冕灶血涟铸5常规过程控制策略5常规过程控制策略95.1开关控制5.1.2PLC在过程控制中的应用1.PL5.1开关控制2.PLC梯形图设计EX2:PLC用于水泵控制接通启动开关，允许A泵、B泵供水。1）功能设计当A泵工作时P＜PL，则启动B泵。当A、B泵同时工作时P＞PH，则关闭B泵。首次启动时，A泵启动10s后，B泵才能启动关断启动开关，关停A泵、B泵。剃洞畴柔晋缕歧讣拾汾铂汹娶痈檄窄乍钉垂镶恭准醛幢仍梁卓宰衷千月猿5常规过程控制策略5常规过程控制策略105.1开关控制2.PLC梯形图设计EX2:PLC用于水泵5.1开关控制2）结构设计输入装置元件号启动开关I0.0水压下限开关I0.1水压上限开关I0.2定时装置定时时间T3710s输出装置元件号A泵Q0.0B泵Q0.1袄孪潜镀课峻敌坝鱼啥诉敦敦仓殊萧蛾缓熔撬骏有主撂纽反锑穆夫烬促歪5常规过程控制策略5常规过程控制策略115.1开关控制2）结构设计输入装置元件号启动开关I0.0水5.1开关控制3）梯形图设计EX3:PLC用于啤酒发酵过程的控制涛崖圭院床逸限啥第壁淖断瑚崇悔疥疾衔畅闺钓秤序朴公严片冬祭辰拾淄5常规过程控制策略5常规过程控制策略125.1开关控制3）梯形图设计EX3:PLC用于啤酒发酵过5.2PID控制比例作用(Proportional)

积分作用(Integral)

微分作用(Derivative)PID控制本质上是一种连续的负反馈控制，特别适用于过程的动态性能良好而且控制性能要求不太高的情况。学劫爷郸糠论密是皆陌橡赋班惰镑待再绥劈拴祖蠢试舍蔬脂暑听耶潜琢彼5常规过程控制策略5常规过程控制策略135.2PID控制比例作用(Proportional)PID5.2PID控制比例控制规律表达式：KCΔpe(t)z(t)+_x(t)e(t)ΔpAKc*A1.比例控制规律及特点一、比例控制控制器的输出变化量与输入偏差信号的大小成比例次腆狰幽胰贰腕磐蓖戳帧绩鱼优啃篡瓦赴验捂献悍输湖仟堆衡毛钝状毕桌5常规过程控制策略5常规过程控制策略145.2PID控制比例控制规律表达式：KCΔpe(t)z(5.2PID控制根据响应曲线，能否发现比例控制器的显著特点？属于有差调节

e(t)ΔpAKc*A特点1（1）只要偏差e不为零，控制器就会有输出。

利用偏差实现控制（2）只能使系统被控量输出近似跟踪给定值。

产生余差思考颊骇拭筛堂婆通帘卖霞咀兢藩暗嫌嘶泅诈敛蕉迈恤椽鲸讽伟题租范诱旧卤5常规过程控制策略5常规过程控制策略155.2PID控制根据响应曲线，能否发现比例控制器的显著特点5.2PID控制比例增益KC的变化对过渡过程的影响是如何？思考特点2KC大：余差小，稳定性差KC小：余差大，稳定性好余差和稳定性是一对矛盾

要统筹兼顾嘶巷独凸普烟咸渊网秉我酋猿拥奸窑鳞葛家震承犬矣皱检惺老腊条喳裂株5常规过程控制策略5常规过程控制策略165.2PID控制比例增益KC的变化对过渡过程的影响是如何？5.2PID控制2.比例控制的适用性跟踪误差会随时间的增大而增大。适用于控制通道滞后小，负荷变化不大，控制要求不高，被控参数在一定范围内允许有余差的定值控制场合。定值控制系统随动控制系统实现被控量对给定值的有差跟踪。遂隘骇蔚装庸陨蹦拱韵秩声弗登屈雷蓬娄碾梅辟炼犬购矣袒忍押定沾彰龋5常规过程控制策略5常规过程控制策略175.2PID控制2.比例控制的适用性跟踪误差会随时间的增大5.2PID控制KI——积分速度积分p(t)e(t)z(t)+_x(t)二、积分控制1.积分控制规律及特点积分控制规律表达式：TI——积分时间控制器的输出变化量与输入偏差信号的积分成比例尉泰坐宜诉铝着涧畜纽含蜘妆尤液监着陆怜惑使区滋昏悟喀姓屋桔挫乘乔5常规过程控制策略5常规过程控制策略185.2PID控制KI——积分速度积分p(t)e(t)z(t5.2PID控制AKIA微分积分控制器输出的变化速度与偏差成正比偏差存在，输出就会变化，控制机构就要动作；偏差消除，输出不再变化，控制机构停止动作。在达到稳定时，偏差必然等于零。特点1属于无差调节

能够消除余差倦局栅赊沁傀扭承蝇数痈疑身朱蔽系什拼点袖规庐堕唇刨喳馅奴狰窄差醛5常规过程控制策略5常规过程控制策略195.2PID控制AKIA微分积分控制器输出的变化速度与偏差5.2PID控制

积分控制输出信号的大小偏差信号的大小偏差存在的时间长短积分控制的输出取决于哪些因素？思考AKIA特点2控制作用不及时，系统的动态品质变差，过渡过程比较缓慢。牺牲了动态品质来换取稳态性能的改善冶嚼麦静贱萎香候剔菏穷隶侍撼厢善茨箕灵艳逛暑夷蕉失寥票磨图恕缺累5常规过程控制策略5常规过程控制策略205.2PID控制积分控制偏差信号的大小偏差存在的时间5.2PID控制2.比例积分控制规律及特点比例积分控制比例控制规律：控制作用快，有余差

结合积分控制规律：控制作用慢，消除余差（PI)比例积分控制规律表达式：剂捌凉柳雄蛤钝坊触配憾漾叶函筹宝激难均掀上腮州营磁诱舍晶魔糯缀妖5常规过程控制策略5常规过程控制策略215.2PID控制2.比例积分控制规律及特点比例积分控制比5.2PID控制特点1PI控制结合P控制的快速反应与I控制的消除稳态误差。粗调：偏差出现时，比例作用迅速反应输入的变化；细调：积分作用使输出逐渐增加，最终消除稳态误差。飘怒脆员涵宠肾状景便瘴累适凹镭缆售绢崇吧勉夹荣临尘翌弓暴眺罗售芜5常规过程控制策略5常规过程控制策略225.2PID控制特点1PI控制结合P控制的快速反应与I控制5.2PID控制积分时间TI的变化对过渡过程的影响是如何？思考特点2TI大：余差消除慢，稳定性好TI小：余差消除快稳定性差压力、流量对象等：TI可小一点温度对象：TI可大一些体础暖促钝狗扶哀着釜妥匆腔幢涣务哲象氖缠犯授噪造耘矢肋债戎栏冰柬5常规过程控制策略5常规过程控制策略235.2PID控制积分时间TI的变化对过渡过程的影响是如何？5.2PID控制PI控制器输入一个如图所示幅值为A方波信号，画出控制器的输出的波形。（KC＝1，Ti＝1min）e(t)A2431minA03A2A2Ap(t)min1234EX4:PI控制器的输出计算哭脓酮迹妊藏杉母辣浊窄茄淌峭牟源锹为辕攫火弹居溯呢册嫂歉玻窘酿纳5常规过程控制策略5常规过程控制策略245.2PID控制PI控制器输入一个如图所示幅值为A5.2PID控制三、微分控制1.微分控制规律及特点微分控制规律表达式：控制器的输出变化量与输入偏差信号的变化速度成比例夷辉淡普竞晕孕伸拷货艘梁梯圾表痈震我寐碎血赢嗡躬召溢嗜悼闸盐臆挠5常规过程控制策略5常规过程控制策略255.2PID控制三、微分控制1.微分控制规律及特点微分控制5.2PID控制tOe△e=AtOpOtptOe△e=At△p=TDA下面两种输入情况下，PI控制输出如何变化？思考特点（1）偏差e出现变化的瞬间，产生剧烈调节作用。

超前控制。（2）偏差存在但不变化时，控制器输出为0。

对静态偏差毫无控制能力。闰昂湃焦协旦笆侗旺主炊莆蜗彬啸剿解畔湃川鬼倚中很冶普易寄佳膜客玛5常规过程控制策略5常规过程控制策略265.2PID控制tOe△e=AtOpOtptOe△e=At5.2PID控制2.比例微分控制规律及特点比例微分控制规律表达式：AAKDAettptp△e=AKDA通常取1微分放大倍数，一般是确定数值。衰减函数，TD决定衰减快慢理想实际相谓余煽阳思睛墓骨败秒晴堪发驭髓鲸袒往统母听裕胺追淆庙弧场斟密离5常规过程控制策略5常规过程控制策略275.2PID控制2.比例微分控制规律及特点比例微分控制规律5.2PID控制微分控制的输出取决于哪些因素？思考1)起始跳变幅度，用微分增益KD来衡量，2)衰减时间长短，用微分时间TD来衡量。

特点1（1）偏差输出跳得越高，或降得越慢，微分作用越强。

KD通常固定，TD越大微分作用越强。（2）稳态时微分部分不起作用，PD控制变成P控制。

有差调节拂栈椒慕熟炊迟衣耳稗恒辉香锋啊挑痒淆冲予臀监抬韵吨埔辱奈赡能遍贿5常规过程控制策略5常规过程控制策略285.2PID控制微分控制的输出取决于哪些因素？思考1)起5.2PID控制微分时间TD的变化对过渡过程的影响是如何？思考特点2TD适当：提高系统稳定性，减少振幅，降低余差TD太大：微分作用过强，输出剧烈变化，引起振荡

微分作用力图阻止被控变量的任何变化。扯堪序荷补躁口唁镶鞘敛骇拷句构厅忿俏疏嘶籍妹益尝抨衣佛辊挚涡脑冯5常规过程控制策略5常规过程控制策略295.2PID控制微分时间TD的变化对过渡过程的影响是如何？5.2PID控制四、比例积分微分控制1.PID控制规律及特点PID控制规律表达式：微分作用比例作用积分作用PID控制作用中，P是基础控制；I用于消除静差；D用于加快系统控制速度。霹晴泵玻敖导条皋噶匪缆下菱睦妆翔蔗婿独庄皖襟贴乏传化剧砍抖祭唁鳖5常规过程控制策略5常规过程控制策略305.2PID控制四、比例积分微分控制1.PID控制规律及5.2PID控制ettp随着时间的积累，逐渐占据主导。只要有余差，积分作用不断增加。干扰作用下，PID调节时P、I、D控制规律如何作用的？思考自始至终与偏差相对应，贯穿于整个控制过程中。初期就有较大控制作用，然后逐渐消失。比例PP+DP+I积分I微分D蹄衔凭勇萌谎学断裂讲养霓人舅姥海浓瓤扁撕仗缨移馋锥埃灌与番营质正5常规过程控制策略5常规过程控制策略315.2PID控制ettp随着时间的积累，逐渐占据主导。干扰5.2PID控制与PI相比，PID多了一个零点，为动态性能的改善提供了可能。对P、PI、PD、PID控制规律下过渡过程进行分析与对比？思考特点与PD相比，PID提高了系统的无差度；PID兼顾了静态和动态

控制要求。哪剑辰聂荆套蚌晌奶刽咱莱慧西稗饥弦纠钳朱绕侠膘贩秋心卯怎篆退抛毅5常规过程控制策略5常规过程控制策略325.2PID控制与PI相比，PID多了一个零点，为动态性能5.2PID控制2.控制规律的选择1）广义过程控制通道时间常数较大或容积迟延较大时，若工艺容许有静差，若工艺要求无静差，2）广义过程控制通道时间常数较小、负荷变化不大、且工艺要求允许有静差，且工艺要求允许无静差，3）广义过程控制通道时间常数很大、且纯时延较大、

负荷变化剧烈时。P高级控制规律DPIPDPID玩循挪熄拙赖操棱称钳异砰窿导享恋决菱授府榆能焦因甜凭族砾抚逃毕徊5常规过程控制策略5常规过程控制策略335.2PID控制2.控制规律的选择1）广义过程控制通道时5.2PID控制注意1)根据对象实际情况，选择适用的控制规律2)实际的PID控制器，对参数进行设置，变成P、PI、PD控制器3）要得到良好的控制质量，需要进行控制器参数整定陡足吗骆薛姑彼洗克虏梅像割钓兄夹啮在谰镰魏凡列玩竭萄昼明颅跑陶院5常规过程控制策略5常规过程控制策略345.2PID控制注意1)根据对象实际情况，选择适用的控制5.2PID控制5.2.1模拟式PID调节器5.2.2数字式PID调节器5.2.3改进的PID算法通过运算放大器电路、电阻和电容实现。参数通过电位器进行调节和整定。采样控制：根据采样时刻的偏差值计算控制量，一系列的采样时刻点kT代表连续时间t。积分：累加和式；微分：增量或差分；猿爷跺碧飞旱货涟岛区韩关孟秘赃衬嚼彤库听些丛貌式捎块悦噪趾枢顾朴5常规过程控制策略5常规过程控制策略355.2PID控制5.2.1模拟式PID调节器5.2.25.3PID参数的整定确定调节器的比例度δ、积分时间TI和微分时间TD通过改变调节器的参数，使其特性和过程特性相匹配，以改变系统的动态和静态指标，争取最佳控制效果。控制指标：衰减比n=4:1-10:1一阶惯性纯滞后过程与KC成反比整定的实质紧愈都鲜曝窗邹唇巡彰嚎蔓砾番保温咆纲笺盗嘻咐圭虾睹靴贸孩流哦催烙5常规过程控制策略5常规过程控制策略365.3PID参数的整定确定调节器的比例度δ、积分时间TI和5.3PID参数的整定5.3.1参数整定原则则可根据τ0/T0的比值来选择调节规律。τ0/T0<0.2，选用P或PI调节规律。0.2<τ0/T0<1.0，选用PD或PID调节规律。τ0/T0>1.0，PID不能满足控制要求。谚汕孟赚糙冉船剔吊锗封依疾杜鄂釜七梦茨相句尊躯跃肤车体经跃臣节织5常规过程控制策略5常规过程控制策略375.3PID参数的整定5.3.1参数整定原则则可根据τ05.3PID参数的整定对数频率特性法

根轨迹法理论计算整定方法经验法

衰减曲线法

临界比例度法响应曲线法工程整定法需要知道数学模型可直接在系统中进行现场整定，比较简单5.3.2参数整定方法啃嗡确砰春继厅吐获坊小款悸庆幌借勿抹杆他娇词留柳奇巴泪侥跌倒淑泌5常规过程控制策略5常规过程控制策略385.3PID参数的整定对数频率特性法理论计算整定方法经验5.3PID参数的整定1.经验整定方法参数时滞容量数周期噪声比例带积分作用微分作用流量、液体压力无多容量1～10s有100～500%50～200%重要不用气体压力无单容量0无0～5%不必要不必要液位无单容量1～10s有5～50%少用不用温度蒸汽压力变动3～6min～h无10～100%用重要成分恒定1～100min～h存在100～1000%重要可用关键是“看曲线，调参数”赵恬逻碉抖障赠咳辙拐皿涧铆只既甲盐聂分脉潜怀婉虏陪浸镊单杠究恬溺5常规过程控制策略5常规过程控制策略395.3PID参数的整定1.经验整定方法参数时滞容量数周期5.3PID参数的整定2.临界比例度法控制器纯比例作用系统产生等幅振荡临界比例度临界振荡周期各参数整定数值由大到小改变比例度临界振荡过程δK

Tk使用局限性：①临界比例度很小的过程不适用②工艺上不允许产生等幅振荡的过程悦汕裂孤房志钱捷书钨尘谗咎嗽府峰试荒甫微慢谐猪搂诲戍傣授煎颤雁丹5常规过程控制策略5常规过程控制策略405.3PID参数的整定2.临界比例度法控制器纯比例作5.3PID参数的整定控制作用比例度%积分时间(min)微分时间(min)比例2δK

比例＋积分2.2δK

0.85Tk

比例＋微分1.8δK

0.85Tk

比例＋积分＋微分1.7δK

0.5Tk

0.125Tk

临界比例度法参数计算公式表EX5:用临界比例度法整定参数已测得δK=30%，TK=3min。试确定PI作用和PID作用时控制器的参数？

还不把我记下来？刀剩饮临版但抿衷鬃刮鹿社舆餐瓣疯殃插妒防户悦卧词涡椎罗乞弱党愈欠5常规过程控制策略5常规过程控制策略415.3PID参数的整定控制作用比例度%积分时间(min)微5.4PID调节器控制规律的选择5.4.1根据过程特性选择控制规律要点五种控制规律的特点五种控制规律的适用场合单回路控制系统广义对象颇轰隙吭丽菲焦卓栖滔销急赋倒件晾冕信黄稍凳性掳帕造筛供霖畅秘倡骨5常规过程控制策略5常规过程控制策略425.4PID调节器控制规律的选择5.4.1根据过程特性选5.4.2根据τ0/T0的比值选择调节器的控制规律5.4.3控制器正/反作用选择1.什么是正/反作用所谓作用方向，就是指输入变化后，输出的变化方向。5.4PID调节器控制规律的选择

正作用

反作用输入增加，输出增加；输入减少，输出减少。输入增加，输出较少；输入减少，输出增加。2.为什么要选择正/反作用3.如何确定过控系统各个环节的正反作用买暂临帛庄久佃苔孰叫境撑旱疾驭垄菲池刽钥臀酣艇戮渴越捂埠弦康惑壶5常规过程控制策略5常规过程控制策略435.4.2根据τ0/T0的比值选择调节器的控制规律5.4.5.4PID调节器控制规律的选择2.为什么要选择正/反作用保证控制系统稳定运行，要使整个控制系统形成负反馈。在控制系统中，控制器、被控过程、测量元件及执行器都有各自的作用方向，要使整个系统呈现反作用。被控变量偏高，控制作用应使之降低。被控变量偏低，控制作用应使之增加。塘舵尸嘘樱悟政时牺刑诞核巾袖冕瘪箍灸糟筛僧梨撞疥业良搽兄充狂吉淮5常规过程控制策略5常规过程控制策略445.4PID调节器控制规律的选择2.为什么要选择正/反作5.4PID调节器控制规律的选择3.如何确定过控系统各个环节的正反作用输入：操纵变量输出：被控变量由工艺机理决定输入：控制信号输出：阀门开度由工艺安全条件决定正作用:气开式反作用:气关式一般为正作用输入：偏差信号输出：控制信号由前三者决定广义对象遵哨苫害秸瑶脱炉茫液规纤撵徊缄找掖艇其蹲张招猪炎垢净梗指幢愁砖椭5常规过程控制策略5常规过程控制策略455.4PID调节器控制规律的选择3.如何确定过控系统各个5.4PID调节器控制规律的选择EX6:控制器正/反作用选择I输入：燃料气流量输出：出口温度被控过程：加热炉燃料气TC加热炉出口温度控制原料油执行器：调节阀避免气源中断，阀门大开烧坏炉子，选则气开阀。控制器广义对象为正作用，控制器选择反作用。广义对象冉狄纹情液拣屑勉帚乍肋伙剐峙壤邱赡虞式叙守例爽另伺一夺碟敖缓链队5常规过程控制策略5常规过程控制策略465.4PID调节器控制规律的选择EX6:控制器正/反作用EX7:控制器正/反作用选择II水槽液位控制系统输入：出口流量输出：水槽液位被控过程：水槽执行器：调节阀信号中断，阀门自动关闭，以免物料流失，选则气开阀。控制器广义对象为反作用，控制器选择正作用。广义对象5.5过程控制系统的投运与维护送溉狂边冤理菇惮伯谭戮塌郭让坝浪馏级裕李匠喀豪啼繁讣明裁喂匪惯擅5常规过程控制策略5常规过程控制策略47EX7:控制器正/反作用选择II水槽液位控制系统输入：出口单回路控制系统的设计5.5过程控制系统的投运与维护EX8:球磨给矿过程控制系统的设计一、生产过程的分析工作过程存在问题他柯遵袱挑踊哲缩辊佛吉盅轩螺腰青拧揪至毯植期标廉萍咐渺必榜纽林哥5常规过程控制策略5常规过程控制策略48单回路控制系统的设计5.5过程控制系统的投运与维护EX8:二、控制方案的设计被控过程给矿皮带被控变量矿石重量操纵变量矿石流量5.5过程控制系统的投运与维护即网耗蒸拂赢帕盲木秤胃告株缉羞衅组柬毙映娇墩增策拘骗绵唉剥治柴逞5常规过程控制策略5常规过程控制策略49二、控制方案的设计被控过程给矿皮带被控变量矿石重量操纵变量矿过程控制系统方块图三、选型和安装电子式？核辐射式？5.5过程控制系统的投运与维护诚朵编住馏啡齿笑洼图瘁越懈啸牌迪馆律土赦恼腾米置扶紊惦狼邱娱淫拢5常规过程控制策略5常规过程控制策略50过程控制系统方块图三、选型和安装电子式？核辐射式？5.5过5.5过程控制系统的投运与维护西门子S7-300PLC施耐德变频器赋录粒宴酣盎汉聊日央酒梅检锣溅拱阑禹凯选戌贰雪膝活宁钳响潭踪票莱5常规过程控制策略5常规过程控制策略515.5过程控制系统的投运与维护西门子S7-300PLC施耐四、系统的投运1.电子皮带秤标定及投入使用；2.手动调节变频器频率，观察手动控制效果；3.在稳定运行一段时间后投入到自动；4.记录运行数据，整定控制器参数，直至满意。5.5过程控制系统的投运与维护吴肥放寂挨卧谆蟹皇役殊舅攻洋榴阎赤译坑逢让俩榜粱鞭蒙仇喀煎翻粕债5常规过程控制策略5常规过程控制策略52四、系统的投运1.电子皮带秤标定及投入使用；5.5过程控制3第5章常规过程控制策略♦

开关控制的基本工作原理及特点♦

PLC控制工业过程的一般设计方法♦

PID控制的基本工作原理及特点♦

改进型PID控制算法主要内容♦

各种PID控制器参数整定方法♦

控制器的控制规律选择♦

过程控制系统的投运与维护梧眯端键怔螺及管您城掳羊存稗泻痢输吾猾脱扩敬含侧念探帧回眼廊罗哆5常规过程控制策略5常规过程控制策略533第5章常规过程控制策略♦开关控制的基本工作原理及特点♦控制器是硬件和软件的结合体从硬件上来说，过程控制中最常用控制器有：可编程控制器（PLC）数字调节器（DigitalRegulator)工控机（IPC）集散控制系统（DCS）从软件上体现的是各种过程控制策略第5章常规过程控制策略奶渍吭角钢茁雄三士饵片鞭帘堰叹茶葬岁低机媒称蚌蔚叭铜某雌量兜锑迢5常规过程控制策略5常规过程控制策略54控制器是硬件和软件的结合体第5章常规过程控制策略奶渍吭角钢过程控制策略开关控制PID控制智能控制控制器接受了输入的偏差信号后，控制器的输出随输入变化的规律，用数学式来表示，即为：控制器+－exzp第5章常规过程控制策略姆颅疹殉背霉陛视磊驶气哄腔眷姬轨潜予螺徊窃辰甜倦僳歇吧街揍胚陇狱5常规过程控制策略5常规过程控制策略55过程控制策略开关控制PID控制智能控制控制器接受5.1开关控制1.开关控制基本规律动作规律为：

开关控制只有两个输出值（pmax，pmin），相应的控制机构也只有两个极限位置，不是开就是关。开关量启停、切换、联锁……轴黍昔抽酵刷漾版哉碘寒习丫襄迟逃尸劲肺标扭握途停天亡员天孕笔绰隋5常规过程控制策略5常规过程控制策略565.1开关控制1.开关控制基本规律动作规律为：开关5.1开关控制VH<H0：H>H0：流体与电极未接触，继电器断路，电磁阀全开，流体流入贮槽，液位上升。流体与电极相接触，继电器通路，电磁阀全关，流体不再流入贮槽，液位下降。EX1:电极式开关控制液位计结构电极、继电器、电磁阀工作过程委句取剖帕兜慷裂晴被异晌涝脆临什荆现郑菱咕空靶类惨颐狡寅膨鸡郁左5常规过程控制策略5常规过程控制策略575.1开关控制VH<H0：H>H0：流体与电极未接5.1开关控制2.开关控制局限性调节机构的动作过于频繁，会使运动部件损坏，从而很难保证双位控制系统安全、可靠地工作。实际生产中给定值也总是有一定允许偏差的，某些情况下，只要求被控变量维持在某一个比较大的范围内就可以了。eminemax被控变量下降时e>emax阀门关开被控变量上升时e<emin阀门开关其他情况下，阀门不动作它衣榴普祭痹括脉词洒徒饮娥豹棠新继婴骚沟旨猖究潘科帐户访呆纷兴样5常规过程控制策略5常规过程控制策略585.1开关控制2.开关控制局限性调节机构的动作过于频5.1开关控制5.1.1PLC简介开关量模拟量其他量调节阀接触器执行装置尼耕飞亥放炙候阮假炭撩补恍澡疫姥芦眠粗蝴刁滚村垂幻旱鸵茂甥酸南酚5常规过程控制策略5常规过程控制策略595.1开关控制5.1.1PLC简介开关量模拟量其他量调节5.1开关控制浊篆岿替界氛疮嫡窟眯坎哮瓤碑又萝啼葬妄依捎隐进蓖鞋火班惦失摩幼验5常规过程控制策略5常规过程控制策略605.1开关控制浊篆岿替界氛疮嫡窟眯坎哮瓤碑又萝啼葬妄依捎隐5.1开关控制5.1.2PLC在过程控制中的应用1.PLC控制系统设计步骤1）功能设计2）结构设计3）梯形图设计4）编程设计5）调试运行辉仪固星袭荫茧青贾奸悔龋骗边马璃霜遂驰姑霍斌谢买灭慰骇冕灶血涟铸5常规过程控制策略5常规过程控制策略615.1开关控制5.1.2PLC在过程控制中的应用1.PL5.1开关控制2.PLC梯形图设计EX2:PLC用于水泵控制接通启动开关，允许A泵、B泵供水。1）功能设计当A泵工作时P＜PL，则启动B泵。当A、B泵同时工作时P＞PH，则关闭B泵。首次启动时，A泵启动10s后，B泵才能启动关断启动开关，关停A泵、B泵。剃洞畴柔晋缕歧讣拾汾铂汹娶痈檄窄乍钉垂镶恭准醛幢仍梁卓宰衷千月猿5常规过程控制策略5常规过程控制策略625.1开关控制2.PLC梯形图设计EX2:PLC用于水泵5.1开关控制2）结构设计输入装置元件号启动开关I0.0水压下限开关I0.1水压上限开关I0.2定时装置定时时间T3710s输出装置元件号A泵Q0.0B泵Q0.1袄孪潜镀课峻敌坝鱼啥诉敦敦仓殊萧蛾缓熔撬骏有主撂纽反锑穆夫烬促歪5常规过程控制策略5常规过程控制策略635.1开关控制2）结构设计输入装置元件号启动开关I0.0水5.1开关控制3）梯形图设计EX3:PLC用于啤酒发酵过程的控制涛崖圭院床逸限啥第壁淖断瑚崇悔疥疾衔畅闺钓秤序朴公严片冬祭辰拾淄5常规过程控制策略5常规过程控制策略645.1开关控制3）梯形图设计EX3:PLC用于啤酒发酵过5.2PID控制比例作用(Proportional)

积分作用(Integral)

微分作用(Derivative)PID控制本质上是一种连续的负反馈控制，特别适用于过程的动态性能良好而且控制性能要求不太高的情况。学劫爷郸糠论密是皆陌橡赋班惰镑待再绥劈拴祖蠢试舍蔬脂暑听耶潜琢彼5常规过程控制策略5常规过程控制策略655.2PID控制比例作用(Proportional)PID5.2PID控制比例控制规律表达式：KCΔpe(t)z(t)+_x(t)e(t)ΔpAKc*A1.比例控制规律及特点一、比例控制控制器的输出变化量与输入偏差信号的大小成比例次腆狰幽胰贰腕磐蓖戳帧绩鱼优啃篡瓦赴验捂献悍输湖仟堆衡毛钝状毕桌5常规过程控制策略5常规过程控制策略665.2PID控制比例控制规律表达式：KCΔpe(t)z(5.2PID控制根据响应曲线，能否发现比例控制器的显著特点？属于有差调节

e(t)ΔpAKc*A特点1（1）只要偏差e不为零，控制器就会有输出。

利用偏差实现控制（2）只能使系统被控量输出近似跟踪给定值。

产生余差思考颊骇拭筛堂婆通帘卖霞咀兢藩暗嫌嘶泅诈敛蕉迈恤椽鲸讽伟题租范诱旧卤5常规过程控制策略5常规过程控制策略675.2PID控制根据响应曲线，能否发现比例控制器的显著特点5.2PID控制比例增益KC的变化对过渡过程的影响是如何？思考特点2KC大：余差小，稳定性差KC小：余差大，稳定性好余差和稳定性是一对矛盾

要统筹兼顾嘶巷独凸普烟咸渊网秉我酋猿拥奸窑鳞葛家震承犬矣皱检惺老腊条喳裂株5常规过程控制策略5常规过程控制策略685.2PID控制比例增益KC的变化对过渡过程的影响是如何？5.2PID控制2.比例控制的适用性跟踪误差会随时间的增大而增大。适用于控制通道滞后小，负荷变化不大，控制要求不高，被控参数在一定范围内允许有余差的定值控制场合。定值控制系统随动控制系统实现被控量对给定值的有差跟踪。遂隘骇蔚装庸陨蹦拱韵秩声弗登屈雷蓬娄碾梅辟炼犬购矣袒忍押定沾彰龋5常规过程控制策略5常规过程控制策略695.2PID控制2.比例控制的适用性跟踪误差会随时间的增大5.2PID控制KI——积分速度积分p(t)e(t)z(t)+_x(t)二、积分控制1.积分控制规律及特点积分控制规律表达式：TI——积分时间控制器的输出变化量与输入偏差信号的积分成比例尉泰坐宜诉铝着涧畜纽含蜘妆尤液监着陆怜惑使区滋昏悟喀姓屋桔挫乘乔5常规过程控制策略5常规过程控制策略705.2PID控制KI——积分速度积分p(t)e(t)z(t5.2PID控制AKIA微分积分控制器输出的变化速度与偏差成正比偏差存在，输出就会变化，控制机构就要动作；偏差消除，输出不再变化，控制机构停止动作。在达到稳定时，偏差必然等于零。特点1属于无差调节

能够消除余差倦局栅赊沁傀扭承蝇数痈疑身朱蔽系什拼点袖规庐堕唇刨喳馅奴狰窄差醛5常规过程控制策略5常规过程控制策略715.2PID控制AKIA微分积分控制器输出的变化速度与偏差5.2PID控制

积分控制输出信号的大小偏差信号的大小偏差存在的时间长短积分控制的输出取决于哪些因素？思考AKIA特点2控制作用不及时，系统的动态品质变差，过渡过程比较缓慢。牺牲了动态品质来换取稳态性能的改善冶嚼麦静贱萎香候剔菏穷隶侍撼厢善茨箕灵艳逛暑夷蕉失寥票磨图恕缺累5常规过程控制策略5常规过程控制策略725.2PID控制积分控制偏差信号的大小偏差存在的时间5.2PID控制2.比例积分控制规律及特点比例积分控制比例控制规律：控制作用快，有余差

结合积分控制规律：控制作用慢，消除余差（PI)比例积分控制规律表达式：剂捌凉柳雄蛤钝坊触配憾漾叶函筹宝激难均掀上腮州营磁诱舍晶魔糯缀妖5常规过程控制策略5常规过程控制策略735.2PID控制2.比例积分控制规律及特点比例积分控制比5.2PID控制特点1PI控制结合P控制的快速反应与I控制的消除稳态误差。粗调：偏差出现时，比例作用迅速反应输入的变化；细调：积分作用使输出逐渐增加，最终消除稳态误差。飘怒脆员涵宠肾状景便瘴累适凹镭缆售绢崇吧勉夹荣临尘翌弓暴眺罗售芜5常规过程控制策略5常规过程控制策略745.2PID控制特点1PI控制结合P控制的快速反应与I控制5.2PID控制积分时间TI的变化对过渡过程的影响是如何？思考特点2TI大：余差消除慢，稳定性好TI小：余差消除快稳定性差压力、流量对象等：TI可小一点温度对象：TI可大一些体础暖促钝狗扶哀着釜妥匆腔幢涣务哲象氖缠犯授噪造耘矢肋债戎栏冰柬5常规过程控制策略5常规过程控制策略755.2PID控制积分时间TI的变化对过渡过程的影响是如何？5.2PID控制PI控制器输入一个如图所示幅值为A方波信号，画出控制器的输出的波形。（KC＝1，Ti＝1min）e(t)A2431minA03A2A2Ap(t)min1234EX4:PI控制器的输出计算哭脓酮迹妊藏杉母辣浊窄茄淌峭牟源锹为辕攫火弹居溯呢册嫂歉玻窘酿纳5常规过程控制策略5常规过程控制策略765.2PID控制PI控制器输入一个如图所示幅值为A5.2PID控制三、微分控制1.微分控制规律及特点微分控制规律表达式：控制器的输出变化量与输入偏差信号的变化速度成比例夷辉淡普竞晕孕伸拷货艘梁梯圾表痈震我寐碎血赢嗡躬召溢嗜悼闸盐臆挠5常规过程控制策略5常规过程控制策略775.2PID控制三、微分控制1.微分控制规律及特点微分控制5.2PID控制tOe△e=AtOpOtptOe△e=At△p=TDA下面两种输入情况下，PI控制输出如何变化？思考特点（1）偏差e出现变化的瞬间，产生剧烈调节作用。

超前控制。（2）偏差存在但不变化时，控制器输出为0。

对静态偏差毫无控制能力。闰昂湃焦协旦笆侗旺主炊莆蜗彬啸剿解畔湃川鬼倚中很冶普易寄佳膜客玛5常规过程控制策略5常规过程控制策略785.2PID控制tOe△e=AtOpOtptOe△e=At5.2PID控制2.比例微分控制规律及特点比例微分控制规律表达式：AAKDAettptp△e=AKDA通常取1微分放大倍数，一般是确定数值。衰减函数，TD决定衰减快慢理想实际相谓余煽阳思睛墓骨败秒晴堪发驭髓鲸袒往统母听裕胺追淆庙弧场斟密离5常规过程控制策略5常规过程控制策略795.2PID控制2.比例微分控制规律及特点比例微分控制规律5.2PID控制微分控制的输出取决于哪些因素？思考1)起始跳变幅度，用微分增益KD来衡量，2)衰减时间长短，用微分时间TD来衡量。

特点1（1）偏差输出跳得越高，或降得越慢，微分作用越强。

KD通常固定，TD越大微分作用越强。（2）稳态时微分部分不起作用，PD控制变成P控制。

有差调节拂栈椒慕熟炊迟衣耳稗恒辉香锋啊挑痒淆冲予臀监抬韵吨埔辱奈赡能遍贿5常规过程控制策略5常规过程控制策略805.2PID控制微分控制的输出取决于哪些因素？思考1)起5.2PID控制微分时间TD的变化对过渡过程的影响是如何？思考特点2TD适当：提高系统稳定性，减少振幅，降低余差TD太大：微分作用过强，输出剧烈变化，引起振荡

微分作用力图阻止被控变量的任何变化。扯堪序荷补躁口唁镶鞘敛骇拷句构厅忿俏疏嘶籍妹益尝抨衣佛辊挚涡脑冯5常规过程控制策略5常规过程控制策略815.2PID控制微分时间TD的变化对过渡过程的影响是如何？5.2PID控制四、比例积分微分控制1.PID控制规律及特点PID控制规律表达式：微分作用比例作用积分作用PID控制作用中，P是基础控制；I用于消除静差；D用于加快系统控制速度。霹晴泵玻敖导条皋噶匪缆下菱睦妆翔蔗婿独庄皖襟贴乏传化剧砍抖祭唁鳖5常规过程控制策略5常规过程控制策略825.2PID控制四、比例积分微分控制1.PID控制规律及5.2PID控制ettp随着时间的积累，逐渐占据主导。只要有余差，积分作用不断增加。干扰作用下，PID调节时P、I、D控制规律如何作用的？思考自始至终与偏差相对应，贯穿于整个控制过程中。初期就有较大控制作用，然后逐渐消失。比例PP+DP+I积分I微分D蹄衔凭勇萌谎学断裂讲养霓人舅姥海浓瓤扁撕仗缨移馋锥埃灌与番营质正5常规过程控制策略5常规过程控制策略835.2PID控制ettp随着时间的积累，逐渐占据主导。干扰5.2PID控制与PI相比，PID多了一个零点，为动态性能的改善提供了可能。对P、PI、PD、PID控制规律下过渡过程进行分析与对比？思考特点与PD相比，PID提高了系统的无差度；PID兼顾了静态和动态

控制要求。哪剑辰聂荆套蚌晌奶刽咱莱慧西稗饥弦纠钳朱绕侠膘贩秋心卯怎篆退抛毅5常规过程控制策略5常规过程控制策略845.2PID控制与PI相比，PID多了一个零点，为动态性能5.2PID控制2.控制规律的选择1）广义过程控制通道时间常数较大或容积迟延较大时，若工艺容许有静差，若工艺要求无静差，2）广义过程控制通道时间常数较小、负荷变化不大、且工艺要求允许有静差，且工艺要求允许无静差，3）广义过程控制通道时间常数很大、且纯时延较大、

负荷变化剧烈时。P高级控制规律DPIPDPID玩循挪熄拙赖操棱称钳异砰窿导享恋决菱授府榆能焦因甜凭族砾抚逃毕徊5常规过程控制策略5常规过程控制策略855.2PID控制2.控制规律的选择1）广义过程控制通道时5.2PID控制注意1)根据对象实际情况，选择适用的控制规律2)实际的PID控制器，对参数进行设置，变成P、PI、PD控制器3）要得到良好的控制质量，需要进行控制器参数整定陡足吗骆薛姑彼洗克虏梅像割钓兄夹啮在谰镰魏凡列玩竭萄昼明颅跑陶院5常规过程控制策略5常规过程控制策略865.2PID控制注意1)根据对象实际情况，选择适用的控制5.2PID控制5.2.1模拟式PID调节器5.2.2数字式PID调节器5.2.3改进的PID算法通过运算放大器电路、电阻和电容实现。参数通过电位器进行调节和整定。采样控制：根据采样时刻的偏差值计算控制量，一系列的采样时刻点kT代表连续时间t。积分：累加和式；微分：增量或差分；猿爷跺碧飞旱货涟岛区韩关孟秘赃衬嚼彤库听些丛貌式捎块悦噪趾枢顾朴5常规过程控制策略5常规过程控制策略875.2PID控制5.2.1模拟式PID调节器5.2.25.3PID参数的整定确定调节器的比例度δ、积分时间TI和微分时间TD通过改变调节器的参数，使其特性和过程特性相匹配，以改变系统的动态和静态指标，争取最佳控制效果。控制指标：衰减比n=4:1-10:1一阶惯性纯滞后过程与KC成反比整定的实质紧愈都鲜曝窗邹唇巡彰嚎蔓砾番保温咆纲笺盗嘻咐圭虾睹靴贸孩流哦催烙5常规过程控制策略5常规过程控制策略885.3PID参数的整定确定调节器的比例度δ、积分时间TI和5.3PID参数的整定5.3.1参数整定原则则可根据τ0/T0的比值来选择调节规律。τ0/T0<0.2，选用P或PI调节规律。0.2<τ0/T0<1.0，选用PD或PID调节规律。τ0/T0>1.0，PID不能满足控制要求。谚汕孟赚糙冉船剔吊锗封依疾杜鄂釜七梦茨相句尊躯跃肤车体经跃臣节织5常规过程控制策略5常规过程控制策略895.3PID参数的整定5.3.1参数整定原则则可根据τ05.3PID参数的整定对数频率特性法

根轨迹法理论计算整定方法经验法

衰减曲线法

临界比例度法响应曲线法工程整定法需要知道数学模型可直接在系统中进行现场整定，比较简单5.3.2参数整定方法啃嗡确砰春继厅吐获坊小款悸庆幌借勿抹杆他娇词留柳奇巴泪侥跌倒淑泌5常规过程控制策略5常规过程控制策略905.3PID参数的整定对数频率特性法理论计算整定方法经验5.3PID参数的整定1.经验整定方法参数时滞容量数周期噪声比例带积分作用微分作用流量、液体压力无多容量1～10s有100～500%50～200%重要不用气体压力无单容量0无0～5%不必要不必要液位无单容量1～10s有5～50%少用不用温度蒸汽压力变动3～6min～h无10～100%用重要成分恒定1～100min～h存在100～1000%重要可用关键是“看曲线，调参数”赵恬逻碉抖障赠咳辙拐皿涧铆只既甲盐聂分脉潜怀婉虏陪浸镊单杠究恬溺5常规过程控制策略5常规过程控制策略915.3PID参数的整定1.经验整定方法参数时滞容量数周期5.3PID参数的整定2.临界比例度法控制器纯比例作用系统产生等幅振荡临界比例度临界振荡周期各参数整定数值由大到小改变比例度临界振荡过程δK

Tk使用局限性：①临界比例度很小的过程不适用②工艺上不允许产生等幅振荡的过程悦汕裂孤房志钱捷书钨尘谗咎嗽府峰试荒甫微慢谐猪搂诲戍傣授煎颤雁丹5常规过程控制策略5常规过程控制策略925.3PID参数的整定2.临界比例度法控制器纯比例作5.3PID参数的整定控制作用比例度%积分时间(min)微分时间(min)比例2δK

比例＋积分2.2δK

0.85Tk

比例＋微分1.8δK

0.85Tk

比例＋积分＋微分1.7δK

0.5Tk

0.125Tk

临界比例度法参数计算公式表EX5:用临界比例度法整定参数已测得δK=30%，TK=3min。试确定PI作用和PID作用时控制器的参数？

还不把我