《DCS系统入门培训》

DCS系统入门培训浙江中控技术股份周学美目录过程控制根本原理DCS系统简介DCS系统操作及维护PID原理及整定DCS系统简介什么是DCS？现代化工厂的控制室-1现代工厂控制室集散控制系统〔DistributedControlSystem〕：以微处置器为根底，对消费过程进展集中监视、操作、管理和控制，简称DCS系统实现管理、操作和显示集中，功能、负荷和危险分散由PLC开展而来，1975年Honeywell公司推出了第一套DCS系统TDC2000DCS概念…………………………………………现场控制级过程控制级通讯系统操作站DCS组成现场控制如何实现?现场控制如何实现？DCS现场调理现场显示中央控制室中进展变量显示、计算以及支配阀门电缆，能够有几百米长现场控制如何实现？Input(AnologInput、DigitalInput)Output(AnologOutput、DigitalOutput)控制器处置：线性转换、限幅、滤波、小信号切除等现场仪表：4-20mA、0-5V、Pt100、TC(mV)、开关量信号…I/O卡件：A/D转换I/O卡件：D/A转换现场调理阀、电池阀、电机等：4-20mA、DO….传感器、变送器控制器执行器DCS输入信号热电阻；热电偶；0～10mA、4～20mA电流；0～5V、1~5V电压；开关量〔数字量〕输入；即现场干触点或电平信号；其他信号；DCS输出信号开关量〔数字量〕输出；即对外提供触点，DCS经过触点的通断控制现场设备。4～20mA输出；过程控制根本原理DCS控制简单实例加热炉温度控制系统温度变送器控制器气动调理阀方框图负反响Gc(s)：控制器；Gv(s)：调理阀；Gm(s)：丈量变送Gp(s)：控制通道；Gd(s)：干扰通道几个术语被控变量操作变量被控对象PV:ProcessValue/PresentValue，实时丈量值SV:SetPoint(SP)/SetPointValue，目的值/设定值MV:ManipulatedValue，操作输出值

目的目的经过调理燃料流量〔支配变量〕，使进料温度〔被控变量〕坚持在其设定值；平安性：确保消费过程中人身及设备平安，维护或减少消费过程对环境的影响；稳定性：确保产质量量及产品的长期稳定，抑制外部的干扰；经济性：实现效益最大化及本钱最小化。过程控制系统的分类反响控制系统-----反响控制系统是根据系统被控量与给定位的偏向进展任务的，最后到达消除或减小偏向的目的，偏向值是控制的根据。又称闭环控制系统。是过程控制系统中最根本的一种；前馈控制系统-----直接根据扰动量的大小进展任务的，扰动是控制的根据。不构成闭合回路，故也称为开环控制系统。由于前馈控制是一种开环控制，无法检查控制的效果，所以在实践消费过程中是不能单独运用的；前馈-反响控制系统(复合控制系统)主要优点：能针对主要扰动迅速及时抑制对被控量的影响。反响控制的主要优点：抑制其他扰动，使系统在稳态时能准确地使被控量控制在给定值上。构成的前馈—反响控制系统可以提高控制质量。最常用普通不单独运用特殊情况运用前馈与反响几个概念正作用/反作用：当被控变量的丈量值增大时，控制器的输出也增大，那么该控制器为“正作用〞；否那么，当丈量值增大时，控制器输出反而减少，那么该控制器为“反作用〞。气开阀/气关阀：根据缺点平安来确定，缺点开为气关阀(4-20mA对应0%-100%)，缺点关为气开阀〔4-20mA对应100%-0%〕根据控制阀的“气开气关〞的选择原那么，应选“气开阀〞〔+〕，假设温度控制器为正作用〔+〕，即Tm↑→u↑；那么调理阀的气开气关？结论：该控制器的作用方向不能为正作用，而应为反作用〔-〕.如何构成负反响回路判别法的要点：〔1〕反响回路中负增益环节〔包括比较器〕数为奇数；〔2〕对控制器而言，“正作用〞是指Tm↑→u↑。PID概念及整定几个含义u(t)：控制器输出e(t)：控制器输入与设定值偏向Kc：比例增益P：比例度，1/KcTi：积分时间Td：微分时间〔一〕PID控制原理水箱液位的自动控制丈量器：液位计+人眼控制器：大脑执行机构：手+手动阀丈量器：差压变送器控制器：电动调理器执行机构：自动调理阀流程图和控制构造框图从人工控制到自动控制假设液位计提供了信息：(1)当前液位比期望设定值低50cm(2)液位还在继续走低“人〞如何调理阀门？需求关小出口阀，但还需思索：(1)关多少？(2)继续多少时间？(3)封锁速度为多少？(4)…从人工控制到自动控制操作人员：经过长期实际，积累阀门调理的阅历自动控制专家：将这些阅历转化为数学言语，让计算机〔DCS主控卡〕替代人脑调理阀门。——经过编程，使计算机具有了一定的智能PID的角色PID〔比例、积分、微分〕定量地处理了：(1)关多少？(2)继续多少时间？(3)封锁速度为多少？(4)…PID控制器P：Propotional,比例控制器I：Intergral,积分控制器D：Derivative,微分控制器是负反响控制系统的一种算法，将设定值和丈量值的偏向做为输入，经过PID算法，计算出输出值PID控制器比例控制器比例增益比例度比例增益对控制性能的影响比例作用：弱->强调理速度：超调量：余差：稳定性：慢->快小->大大->小好->差纯比例作用下，会有余差！比例积分控制器积分时间积分作用〔I〕积分作用：弱->强与比例共同作用，消除余差稳定性：好->差比例积分微分控制器微分时间Td对系统性能的影响 微分作用的加强〔即Td增大〕，从实际上讲使系统的超前作用加强，稳定性得到加强；微分作用主要适宜于一阶滞后较大的对象，如温度、成份等。微分作用〔D〕原理：根据未来趋势调理提高稳定性，使比例和积分强度可以添加，提高控制性能。虽然实际上很完美，但受搞频噪声影响严重，实践中除了惯性大的对象〔温度〕以外，用得较少控制器增益Kc或比例度PB 增益增大(即Kc增大或比例度PB下降)，调理作用加强，但稳定性下降；积分时间Ti 积分作用加强〔即Ti下降〕，使系统消除余差的才干加强，但控制系统的稳定性下降；微分时间Td 微分作用加强〔即Td增大〕，可使系统的超前作用加强，稳定性得到加强，主要适宜于特性滞后较大的广义对象，如温度对象等。PID对控制性能影响比例积分微分主要功能消除扰动消除余差改进控制性能指标比例度P积分时间Ti微分时间Td强度关系P越大，比例越弱Ti越大，积分越弱Td越大，微分越强被控对象特性分类流量：普通呼应速度较快，宜用PI压力：呼应速度既有快的，也有慢的，PI液位：普通精度要求不高，可用P温度：典型的慢对象，控制精度要求高，建议采用PIDPID整定方法阅历法临界比例度法呼应曲线法PID整定方法1-阅历法针对被控变量类型的不同，选择不同的PID参数初始值，投运后再作调整。虽然简单，但即使对于同一类型的被控变量，如温度系统，其控制通道的动态特性差别能够很大，因此阅历法属最为“粗糙〞的整定法。温度T:

P=20～60%,T=180～600s,D=3～180s。压力P:

P=30～70%,T=24～180s。液位L:

P=20～80%,T=60～300s。流量F:

P=40～100%,T=6～60s。PID整定方法2-临界比例度法1、先切除PID控制器中的积分与微分作用〔即将积分时间设为无穷大，微分时间取为0〕，并令比例度P为一个较大值，并投入闭环运转；2、将设定值作小幅度的阶跃变化，察看丈量值的呼应变化情况；3、逐渐减小P的取值，对于每个P值反复步骤2中的过程，直至产生等幅振荡；4、设等幅振荡的振荡周期为Pu、产生等幅振荡的控制器增益为Kcmax。PID整定方法2-临界比例度法PID整定方法2-临界比例度法根据等幅振荡曲线得到的振荡周期Pu和产生等幅振荡的控制器增益Kcmax，对所选择的控制规律查表得到控制器参数。控制规律KcmaxTiTdP0.5KcmaxPI0.45Kcmax0.83PuPID0.6Kcmax0.5Pu0.12PuPID整定方法2-临界比例度法临界比例度法的局限性： 消费过程有时不允许出现等幅振荡，或者无法产生正常操作范围内的等幅振荡。呼应曲线法PID参数整定步骤：(1)将回路切换至手动形状〔开环〕，坚持MV在一个固定值坚持不变，等待PV值稳定。〔前提是工况允许〕(2)改动MV值，然后坚持不变，即产生一个阶跃信号，等待PV值稳定。------在控制实际中，此时PV的变化曲线就是一个阶跃呼应。(3)朝MV相反方向做同样的阶跃测试。PID整定方法3-呼应曲线法PID整定方法3-呼应曲线法PV变量的单位阶跃呼应〔沿着拐点作切线〕增益时间常数纯滞后时间PID整定方法3-呼应曲线法PID整定方法3-呼应曲线法注：给出了PID参数的参考初始值，普通需求根据控制效果进展细调呼应曲线法例子求Kp：ΔMV=70-50=20(%)ΔPV=(525-375)/1000=15(%)Kp=ΔPV/ΔMV=0.75求τ和Tp：τ=3s Tp=6sPV量程上下限：0～1000kPaPVMV呼应曲线法例子规范式下的PI参数：比例：P=100×Kp×τ/(0.9×Tp)=41.67(%)积分：Ti=3.3τ=9.9(s)根据实践曲线的细调在现场调理中，根据相应曲线，对PID参数进展细调P=33.33%，Ti=10s〔参考值〕PID参数调理例〔1〕P=16.7%，Ti=80s积分强度不够，比例过强PID参数调理例〔2〕P=33.33%，Ti=30s积分强度不够PID参数调理例〔3〕P=100%，Ti=20s积分强度不够，比例太弱PID参数调理例〔4〕积分或比例太强，看详细MV的变化PID参数调理例〔4〕P=25%，Ti=4.5sMV变化与PV根本同步，比例太强PID参数调理例〔4〕P=333.3%，Ti=0.6sMV变化滞后于PV变化，积分太强PID参数调理例〔5〕积分足够，比例太弱P=166.7%，Ti=5sPID参数调理例〔6〕添加微分作用抵消比例、积分加强的不利影响，改善控制性能P=14.3%，Ti=40sPID参数调理例〔6〕P=14.3%，Ti=40s,Td=7.5sPID并非万能影响控制性能的要素：丈量仪表精度、速度调理阀精度、速度控制器的数据处置精度被控对象、扰动的特性PID参数。。。多角度分析，查找主因位置式输出VS增量式输出位置式输出当前计算得到的增量dMV加到前一次输出的计算值之上，作为当前的MV输出。存在积分饱和问题,不利于手自动切换，对工艺影响较大。增量式输出当前计算得到的增量dMV加到前一次输出的反响值之上，作为当前的MV输出。不存在积分饱和问题，更利于手自动切换，对工艺影响较小防积分饱和积分饱和问题MV到达100%时，在积分的作用下，MV输出值继续上升超越100%，实践阀位坚持不动。当需求回调时，由于MV的值先从(100+)%降至100%，然后再调理，存在滞后，影响控制效果。处理方法采用增量式PID不完全微分理想微分过于灵敏，容易引起振荡普通采用不完全微分滤波时间Kd的值：在BSCX模块中无法改动，在VF的PID操作界面中可以更改比例、微分先行E=SV-PV，设定值改动时，比例和微分作用下，MV会跳变，对工况稳定不利比例微分先行，比例、微分项的E改成PV串级控制正作用？反作用？支配变量：冷却剂流量被控变量：反响温度扰动变量：冷却剂温度D2以及工艺介质流量D1控制规律：PID单回路曲线单回路分析问题：从扰动开场至调理器动作，调理滞后较大，特别对于大容量的反响槽，调理滞后更大。冷却水入口温度↑夹套内水温T2↑槽壁温度↑反响槽温度T1↑冷却水量↑扰动分析干扰变量的影响：冷却水入口温度变化→夹套内冷却水温度变化→槽壁温度变化→反响槽温度变化控制变量的影响：冷却水调理阀开度变化→冷却水流量变化→夹套内冷却水温度变化→槽壁温度变化→反响槽温度变化处理方案夹套冷却水温度T2比反响槽温度T1能更快地感遭到来自干扰〔冷却水入口温度〕以及来自控制的影响。因此可设计夹套水温单回路控制系统TC2以尽快地抑制冷却水方面的扰动。但TC2的设定值应根据T1的控制要求作相应的变化〔这一要求可用温度调理器TC1来自动实现〕。“串级控制〞串级控制特点：两个调理器串在一同任务。调理器TC2经过调理冷却剂量以抑制冷却水方面的扰动；调理器TC1经过调理夹套内水温的设定值以保证反响温度维持在工艺希望的给定值。串级控制呼应曲线串级控制方框图讨论:主副调理器的“正反作用〞选择。D1、D2综合反映了一次扰动、二次扰动对控制系统副参数与主参数的动态影响；主回路〔外环〕是指：副回路闭合形状下等效的单回路〔将副回路看成是一个等效的控制阀〕。副回路〔内环〕：副回路的设定是主回路的输出串级控制的特点特点：改善时间常数，提高呼应速度副回路〔内环〕能迅速的客服二次扰动，调理及时串级控制选择原那么单回路控制不能满足性能要求；有反映系统主要干扰的可测副参数；调理阀与副参数之间具有因果关系；副参数的选择应使副对象的时间常数比主对象的时间常数小，调理通道短，反响灵敏；尽能够将带有非线性或时变特性的环节包含于副回路中。串级控制的PID参数副调理器常选择PI控制器缘由：副回路为随动系统，其设定值变化频繁，普通不宜加微分作用〔？〕；另外，副回路的主要目的是快速抑制内环中的各种扰动，为加大副回路的调理才干，理想上不用加积分作用。但实践运转中，串级系统有时会断开主回路，因此，通常需求参与积分作用。但积分作用要求较弱以保证副回路较强的抗干扰才干。主调理器常选择PI或PID控制器 缘由：主回路的义务是满足主参数的定值控制要求。因此对于主参数为温度的串级系统，主调理器必需参与积分作用〔除主参数为液位的串级均匀控制系统以外〕。当主对象的调理滞后较大，而主参数变化较平缓时，可参与通常大小的微分作用。串级控制的PID参数串级控制PID整定方法Step1:先断开主回路，按单回路方式整定副调理器的PID参数。Step2:在主调理器为“手动〞、副回路闭环的情况下，测试得到主回路广义对象的动态特性与相应特征参数。Step3:采用单回路调理参数的工程整定法〔如呼应曲线法〕，确定主回路的PID参数。将主、副控制器的切换开关都置于手动；用副手操器支配调理阀使消费处于要求的工况；修正主手操器使副偏向为0，将副控制器切换到自动；修正主控制器的设定值使主控制器的偏向为0，然后将主控制器切换到自动。串级控制回路的投运其他控制前馈控制：在扰动未改动输出之前，直接改动操作变量，以使输出不受或少受扰动影响；分程控制：一个控制器同时控制两个调理阀比值控制三冲量控制〔锅炉汽包水位调理，串级+前馈〕DCS系统操作及维护操作员职责1)监视DCS系统运转，预防能够产生的危险。2)随时干涉系统运转，确保平安、正常消费。3)系统授权运转参数的更改。4)维持控制室次序、维护设备，文明操作，坚持清洁，防灰防水。操作员本卷须知1)系统的开启与停顿、操作人员口令等系统维护任务由专职维护人员完成，未经授权人员不得进展此操作。2)操作节点和效力器计算机、键盘和鼠标为公用设备，严禁挪用。特别留意：为保证系统正常运转，不许在操作节点和效力器计算机上运转任何其它非本公司系统所提供的软件，否那么将能够呵斥严重后果。3)系统供电用的UPS为DCS系统公用设备，只能用于系统的各操作节点和控制站供电，不能用于其它用途。4)制止越权操作，操作人员不得退出监控系统!!!不可越权修正有关参数，如PID参数，相应的其它参数等，以免引起不用要的费事。5)操作画面翻页时，不能太快，延续翻页间隔时间应在1秒以上，否那么系统画面不能及时更新，严重时将引起电脑死机。手自动切换时尽量确保无扰动切换。6)修正工艺参数时必需在输入确实无误时再按确认键，以免误操作呵斥危险或损失。7)工艺参数改动过大时应逐渐接近，不能一次性的做大改动，呵斥控制失调或设备损坏。8〕操作画面上的工艺数据如长时间没有变动，应及时报知维护人员〔能够是通讯不畅或系统死机〕。。1)DCS操作界面数据不刷新(正常情况数据每0.5秒刷新一次)，手自动切换无法操作等情况，应联络DCS维护人员进展维护，同时立刻到现场操作。2