化工仪表及自动化 教学课件 作者 厉玉鸣 主编 化工仪表及自动化 第6章.pptVIP

尚辅网 尚辅网 尚辅网 第二节 简单控制系统的设计 测量元件及变送器 作用方向一般是“正”的。 执行器 作用方向取决于是气开阀还是气关阀。 被控对象 作用方向随具体对象的不同而各不相同。 控制器 当给定值不变，被控变量测量值增加时，控制器的输出也增加，称为“正作用”方向，或者当测量值不变，给定值减小时，控制器的输出增加的称为“正作用”方向。反之，如果测量值增加时，控制器的输出减小的称为“反作用”方向。 30 尚辅网 第二节 简单控制系统的设计 31 在一个安装好的控制系统中，对象的作用方向由工艺机理可以确定，执行器的作用方向由工艺安全条件可以选定，而控制器的作用方向要根据对象及执行器的作用方向来确定，以使整个控制系统构成负反馈的闭环系统。 结论 尚辅网 第二节 简单控制系统的设计 32 举例 一个简单的加热炉出口温度控制系统。 对象 加热炉 操作变量 燃料气流量 被控变量 被加热的原料油出口温度 图6-15　加热炉出口温度控制 尚辅网 第二节 简单控制系统的设计 当操纵变量燃料气流量增加时，被控变量是增加的，故对象是“正”作用方向。如果从工艺安全条件出发选定执行器是气开阀（停气时关闭），以免当气源突然断气时，控制阀大开而烧坏炉子。那么这时执行器便是“正”作用方向。为了保证由对象、执行器与控制器所组成的系统是负反馈的，控制器就应该选为“反”作用。 33 尚辅网 第二节 简单控制系统的设计 34 图6-16　液位控制 一个简单的液位控制系统 执行器是“正”方向。 对象是“反”方向。 控制器为“正”方向。 图6-17　控制器正、反作用开关示意图 控制器的正、反作用可以通过改变控制器上的正、反作用开关自行选择。 一台正作用的控制器，只要将其测量值与给定值的输入线互换一下，就成了反作用的控制器。 尚辅网 第二节 简单控制系统的设计 五、简单控制系统设计实例 简单控制系统设计主要包括被控变量的选择、操纵变量的选择、执行器的选择、控制器控制规律及作用方式的选择等。 下面以喷雾式干燥设备控制系统设计为例，介绍简单控制系统设计。 35 尚辅网 第二节 简单控制系统的设计 干燥塔 图6-18 乳化物干燥过程工艺流程示意图 36 尚辅网 第二节 简单控制系统的设计 1．被控变量与控制变量选择 (1)被控变量选择 产品水分含量精确测量困难(精度不高)，由生产工艺可知，产品质量(水分含量)与干燥温度密切相关，因而选干燥塔的温度为被控变量(间接参数)。 (2)控制变量选择 经分析影响干燥塔温度的主要因素有乳液流量f1(t)、旁路空气流量f2(t)、加热蒸汽流量f3(t)，所以有三个变量可作为控制变量。图6-23中，分别以三个变量作为控制变量构成三种不同的控制方案。 37 尚辅网 第二节 简单控制系统的设计 换热器 混合过程 风 管 干燥塔 控制器 控制阀 f1(t) f3(t) f2(t) x(t) + - y(t) (a) 乳化物流量作为控制变量的控制系统方框图 换热器 风管 干燥塔 控制器 混合过程 f1(t) f3(t) f2(t) x(t) + - y(t) 控制阀 (b) 风量作为控制变量的控制系统方框图 换热器 风管 干燥塔 控制器 混合过程 f1(t) f3(t) f2(t) x(t) + - y(t) 控制阀 (c) 蒸汽量作为控制变量的控制系统方框图 图 6-23 干燥塔温度控制方案比较示意图 38 尚辅网 第二节 简单控制系统的设计 比较三种控制方案，图6-23 (a)采用乳液流量作控制变量，乳液直接进入干燥塔，控制通道滞后最小，对干燥温度的校正作用最迅速，而且扰动通道延时较大，从控制品质方面考虑，应当选此方案。但乳液流量是生产负荷(亦是产量)，若作为控制变量，则它不可能始终在最大的(而且是稳定的)负荷点工作，从而限制了装置的生产能力。此外如果在乳液管线上安装了控制阀，容易使浓缩乳液结块，降低产品质量。因而选乳液流量为控制变量工艺上不合理。综合考虑，一般不采用此控制方案。 39 尚辅网 第二节 简单控制系统的设计 比较分析图6-23 (b)与(c)，在这两种控制方案中，乳液流量f1(t)作为扰动量，其对控制系统的影响(扰动通道)是相同的，差别在于控制通道与另一扰动通道不同。由于换热器时间常数较大，因而采用风量为控制变量时，图6-23 (b)控制系统的控制通道时间常数较小，扰动通道时间常数较大；图6-23 (c)采用蒸汽量为控制变量，控制通道时间常数较大，扰动通道时间常数反而较小。因此选择旁路空气量为控制变量的方案为最佳。 40 尚辅网 第二节 简单控制系统的设计 2．过