课题6 化工简单控制系统

基本概念,仪器仪表,调节系统,计算机控制系统(系统构成、接口与转换)。

—化工仪表以自动化—

第7章 简单控制系统

简单控制系统的结构与组成

控制的目的、被控变量的选择对象特性、控制变量的选择 测量滞后、测量信号处理

负荷变化、调节阀选择控制规律的选择 控制系统的投运与参数整定

这一章主要回答三个问题 1.控制什么？ 2.拿什么来控制？ 3.通过什么方式控制？

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第一节概述

概述

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选择被控变量

四个基本环节： 测量变送环节 控制器

选择操纵变量

处理测量信号

执行器 被控对象

选择调节阀设定值+ -

干扰 偏差 被控变量

选择控制规律

控制器

执行器

被控对象

系统投运 参数整定

测量变送环节

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常见的两种简单控制系统：液位控制系统 温度控制系统载 热 体

冷流体

换热器

干扰被控变量 (液位或温度) 设定值+ -

偏差

控制器 (LC或TC)

执行器 (控制阀)

被控对象 (液位储槽或换热器 )

测量、变送环节 (LT或TT)

广义对象 简单控制系统方块图

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第二节 被控变量的选择概述

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选择被控变量

选择被控变量明确 控制目的 使生产过程自动按照预定的目标进行，并使 工艺参数保持在预先规定的数值上(或按预 定规律变化) “关键”变量：对产品的产量、质量以及生 产过程的安全具有决定作用的变量

选择操纵变量

处理测量信号

分析 生产工艺选择调节阀

选择控制规律

确定 被控变量

两种控制类型：直接指标控制和间接指标控制 当质量指标信号缺少检测手段、信号微弱、滞 后很大时，可选取与直接质量指标有单值对应 关系而反应又快的变量做为间接控制指标。

系统投运 参数整定

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精馏塔系统的被控变量选择p TD TD ℃ TH 冷却水

XD% 进料 Q入，X入，T入 P MPa QZ 蒸汽 塔底产品 XD% 回流F 塔顶产品

苯-二甲苯的T-x图

精馏过程示意图

苯-二甲苯的P-x图

塔顶易挥发组分纯度XD、塔顶温度TD、塔顶压力P三者之 间的关系为： XD= f (TD,P),两个独立变量。

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被控变量选择的一般原则 要有代表性。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，一般都是工艺过程中比较重要的变量。 应该独立可控。简单控制系统的被控变量应避免和其他控 制系统的被控变量有关联(耦合)关系。

滞后要小。采用直接指标作为被控变量最直接也最有效。 当无法获得直接指标信号，或其测量和变送环节滞后很大时， 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。 灵敏度要高。被控变量

应能被测量出来，并具有足够大的 灵敏度。 成本要低。选择被控变量时，必须考虑工艺的合理性和国 内仪表产品现状。

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第三节 操纵变量的选择概述

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选择被控变量

操纵变量与干扰变量选择操纵变量Q入 T入 被 控 对 象 被控变量TD

处理测量信号

X入 QZ F

选择调节阀

TH

影响塔顶温度的各种输入示意图

选择控制规律

系统投运 参数整定

原则上，在诸多影响被控变量的输入中选择一个对被控 变量影响显著而且可控性良好的输入作为控制变量后， 其它所有未被选中的输入则成了为系统的干扰变量。

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精馏塔系统的操纵变量选择p TD

TH 冷却水

进料流量Q入 进料成分X入 进料温度T入

不可控 不可控 不可控 可控 不可控 可控

进料 Q 入 ，X 入 ，T入

回 流 F

塔顶产品

回流流量F 回流温度TH 加热蒸汽流量QZ

QZ 蒸汽 塔底产品

冷凝器冷却温度塔压P

不可控不可控

精馏过程示意图

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对象特性对控制质量的影响被控对象

干扰变量控制变量

干扰通道

被控变量

控制通道

干扰作用与控制作用之间的关系

控制质量

系统的过渡过程形式——超调量、衰减比、 余差、过渡时间、振荡周期 系统的输入输出关系 分为对象静态性质和对象动态性质 考察对象特性对控制质量的影响，用以选择操 纵变量

对象特性

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对象稳态性质对控制质量的影响放大系数 绝对放大系数 Y X Y/(YMAX-YMIN) X/(XMAX-XMIN)

相对放大系数

控制通道的稳态特性由控制通道放大系数K0表征 从控制有效性考虑，K0应适当的大一些 干扰通道的稳态特性由干扰通道放大系数Kf表征 希望Kf小一些，Kf越小干扰变量对被控变量的影响就越小 操纵变量选择的原则一：当多个输入变量都影响被控变 量时，从稳态性质考虑，应该选择其中放大系数大的可 控变量作为操纵变量。

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对象动态性质对控制质量的影响控制通道时间常数 T0

T0小一点好，不能过大，否则会使控制变量的校正作 用迟缓，超调量增大，过渡时间增长控制通道滞后时间τ0A: 无纯滞后时的校正作用 B: 有纯滞后时的校正作用 C: 不受控下的输出曲线 D: 无纯滞后时的输出曲线

E: 有纯滞后时的输出曲线

在选择操纵变量构成控制回路时，应尽量避免控制 通道纯滞后τ0的存在，无法避免时应使之尽可能小。

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—化工仪表以自动化—干扰通道时间常数 Tf Tf越大越好，干扰对被控变量的影响越缓慢，越有利 于改善控制质量 干扰通道滞后时间τf 干扰通道的纯滞后τf不会影 响控制质量无纯滞后

有纯滞后

干扰通道纯滞后τ f的影响

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操纵变量的选择原则 操纵变量应是可控的，即工艺上允许调节的变量。 操纵变量一般应比其他干扰对被控变量的影响更加灵敏。 为此，应通过合理选择操纵变量，使控制通道的放大倍数适 当大、时间常数适当小(但不宜过小，否则易引起振荡)、纯 滞后时间尽量小。为使其他干扰对被控变量的影响尽可 …… 此处隐藏：2410字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……