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§2 简单控制系统设计 一、控制系统设计概述 2、基本内容 二、被控变量的选择 （1） 三、操纵变量的选择 （3） 四、控制器及控制规律选择 四、控制器及控制规律选择 1、控制规律选择 （2）比例控制 （3）比例积分控制 （4）比例微分 （5）比例积分微分 控制规律选择原则 控制规律选择原则 控制规律选择原则 2、控制作用方向选择 2、控制作用方向选择 因此，控制系统中，只 (3)正作用控制器与反作用控制器 五、执行器的选择 2、控制阀气开、气关形式的选择 （2）从保证产品质量出发 （3）从降低原料、成品 （4）从介质特点考虑 3、控制阀流量特性选择 3、控制阀流量特性选择 3、控制阀流量特性选择 4、控制阀口径大小的选择 （3）从降低原料、成品、动力损耗来考虑 如控制精馏塔进料的控制阀就常采用气开式，一旦控制阀失去能源就处于气关状态，不再给塔进料，以免造成浪费。 （4）从介质特点考虑 精馏塔釜加热蒸汽控制阀一般选用气开式，以保证控制阀在失去能源时处于关闭状态，从而避免能源浪费。但如果釜液是易凝、易结晶、易聚合的物料时，控制阀应选用气关式以防控制阀失去能源时阀门关闭，停止蒸汽进入而导致釜内液体的结晶和凝聚。 控制阀的流量特性直接影响到系统的控制质量和稳定性，需要进行选择。选择控制阀的流量特性时，既要依据过程特性，还要结合系统配管情况。 控制阀的工作特性应根据过程特性来选择，其目的是使广义过程为线性。 若变送器的特性为线性，过程特性也近似线性，应选择线性工作特性的控制阀。 若变送器的特性为线性，而过程特性的放大倍数K是随操纵变量的增加而减小，则应选对数工作特性。 * 1、基本要求 控制系统设计人员有全面的自动化知识，同时熟悉工艺装置对象。 自动化与工艺人员相互交流，确定控制方案。 切忌盲目追求系统先进性和仪表装置先进性。 设计要遵守有关的标准、行规。 2、基本内容 （1）确定控制方案 这是整个设计工作的核心，包括：被控变量的选择和确认、操纵变量的选择与确认、检测点的选择、绘制带控制点的工艺流程图，写出初步控制方案设计说明等文档。 （2）仪表和装置选型 根据已经确定的控制方案进行选型，考虑因素：产品质量、价格、可靠性、精度、供货方便程度、技术支持、维护等。 （3）相关工程内容设计 包括控制室设计、供电和供气系统设计、仪表配管和配线设计及连锁保护系统设计等，提供相关图表。 3、基本步骤 （1）初步设计：目的是上报审批，并为订货作准备。 （2）施工图设计：项目和方案批准后，为工程施工提供有关内容详细的设计资料。 （3）设计文件和责任签字：包括设计、校核、审核、审定、各相关负责人签字等。 （4）参与施工与试车。 （5）设计回访。 被控变量选择是控制系统设计中关键问题。应该以工艺人员为主（因为对控制要求是从工艺要求提出的），并与自控人员讨论。 为了实现预期的工艺目标，往往有多个工艺变量或参数可以选择，此时应遵循以下原则： （1）尽量选择能直接反映产品质量的变量作为被控变量 （2）所选被控变量能满足生产工艺稳定、安全和高效的要求。 （3）必须考虑自动化仪表及装置的现状。 选定被控变量后，要进一步确定控制系统的操纵变量（调节变量）。实际上，被控变量与操纵变量是要求一起综合考虑的。操纵变量选择应该遵循一些原则： （1）操纵变量必须是工艺上允许调节的变量 （2）操纵变量应该是系统中所有被控对象的输入变量中对被控变量影响最大的一个，控制通道的放大倍数K要尽量大，时间常数T适当小，滞后时间尽量小。 （3）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。 如对于换热器，通常选择蒸汽流量作为操纵变量。如果不控制蒸汽流量，而是控制冷流体的流量，理论上可以使得出口温度稳定，但冷流体流量是生产负荷，一般不宜进行控制。 控制系统中，仪表选型确定后： 对象特性是固定的，不好改变。 测量及变送器的特性比较简单，一般也不 好改变。 执行器加上阀门定位器可有一定程度的调 整，但灵活性不大。 能够改变的参数就是控制器，系统设置控制器目的，是通过它改变整个控制系统的动态特性，达到控制的目的。 控制器的控制规律对控制质量影响很大。根据不同过程特性和要求，选择相应的控制规律，以获得较高的控制质量。 确定控制器的作用方向，以满足系统要求，也是系统设计的重要内容。 控制规律主要根据过程特性和要求来选： （1）位式控制 常见的位式控制有双位和三位两种。一般适用于滞后较小，负荷变化不大也不