浙江师范大学-《化工仪表及自动化》第6章.pptVIP

内容提要 简单控制系统的结构与组成 简单控制系统的设计 被控变量的选择 操纵变量的选择 测量元件特性的影响 控制器控制规律的选择 简单控制系统设计实例 控制器参数的工程整定 临界比例度法 衰减曲线法 经验凑试法 第一节 简单控制系统的结构与组成 第二节 简单控制系统的设计 一、被控变量的选择 二、操纵变量的选择 三、测量元件特性的影响 (1)特点：抗干扰能力强，过渡过程时间短，但有余差。 (2)适用：控制通道滞后较小，负荷变化不大，允许被控量在一定范围内变化的系统。 第三节 控制器参数的工程整定 * * * * 第六章 简单控制系统 简单控制系统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。 图6-1 液位控制系统 图6-2 温度控制系统 图6-3　简单控制系统的方块图 从图中可知 简单控制系统由四个基本环节组成，即被控对象、测量变送装置、控制器和执行器。 在该系统中有着一条从系统的输出端引向输入端的反馈路线，也就是说该系统中的控制器是根据被控变量的测量值与给定值的偏差来进行控制的。 生产过程中希望借助自动控制保持恒定值（或按一定规律变化）的变量称为被控变量。 被控变量的界定 它们对产品的产量、质量以及安全具有决定性的作用，而人工操作又难以满足要求的； 人工操作虽然可以满足要求，但是，这种操作是既紧张而又频繁的。 被控变量的分类（按照与生产过程的关系） 直接指标控制； 间接指标控制。 图6-4　精馏过程示意图 1—精馏塔；2—蒸汽加热器 图6-5　苯-甲苯溶液的T-x图 图6-6 苯-甲苯溶液的p-x图 举例 从工艺合理性考虑，常常选择温度作为被控变量。 原因 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。 所选变量有足够的灵敏度。 选择被控变量的原则 （1）被控变量应能代表一定的工艺操作指标或能反映工艺操作状态，一般是工艺过程中较重要的变量。 （2）被控变量在工艺操作过程中经常要受到一些干扰影响而变化。为维持其恒定，需要较频繁的调节。 （3）尽量采用直接指标作为被控变量。当无法获得直接指标信号，或其测量和变送信号滞后很大时，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。 （4）被控变量应能被测量出来，并具有足够大的灵敏度。 （5）选择被控变量时，必须考虑工艺合理性和国内仪表产品现状。 （6）被控变量应是独立可控的。 1.操纵变量 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操纵变量。 最常见的操纵变量是介质的流量。 操纵变量 系统的干扰 通过工艺分析 确定 举例 图6-7　精馏塔流程图 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。 影响提馏段灵敏板温度T灵的因素主要有：进料的流量（Q入）、成分（x入）、温度（T入）、回流的流量（Q回）、回流液温度（T回）、加热蒸汽流量（Q蒸）、冷凝器冷却温度及塔压等等。 通过工艺分析，选择蒸汽流量作为操纵变量。 2.对象特性对选择操纵变量的影响 图6-9　干扰通道与控制通道的关系 干扰变量由干扰通道施加在对象上，起着破坏作用，使被控变量偏离给定值； 操纵变量由控制通道施加到对象上，使被控变量回复到给定值，起着校正作用。 3.操纵变量的选择原则 ① 操纵变量应是可控的，即工艺上允许调节的变量。 ② 操纵变量一般应比其他干扰对被控变量的影响更加灵敏。 ③ 在选择操纵变量时，除了从自动化角度考虑外，还要考 虑工艺的合理性与生产的经济性。 测量、变送装置是控制系统中获取信息的装置，也是系统进行控制的依据。要求它能正确地、及时地反映被控变量的状况。 1.测量元件的时间常数 测量元件，特别是测温元件，由于存在热阻和热容，它本身具有一定的时间常数，易造成测量滞后。 2.测量元件的纯滞后 当测量存在纯滞后时，会严重地影响控制质量。 图6-13　pH值控制系统示意图 测量的纯滞后有时是由于测量元件安装位置引起的。 延迟时间τ0 这一纯滞后使测量信号不能及时反映中和槽内溶液pH值的变化，因而降低了控制质量。 3.信号的传送滞后 信号传送滞后 测量信号传送滞后 控制信号传送滞后 由现场测量变送装置的信号传送到控制室的控制器所引起的滞后。 由控制室内控制器的输出控制信号传送到现场执