单回路控制系统PPT讲稿.ppt

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1、单回路控制系统第1页，共17页，编辑于2022年，星期五第一节 概述一、单回路控制系统组成与工作原理 由一个测量变送器、一个调节器、一个执行器和对象组成，仅由一个测量变送器、一个调节器、一个执行器和对象组成，仅有一个闭合回路的系统叫有一个闭合回路的系统叫单回路控制系统。单回路控制系统。在选择控制方案时，只有在简单在选择控制方案时，只有在简单控制系统不能满足生产过程控制的要控制系统不能满足生产过程控制的要求时，才考虑采用两个回路以上组成求时，才考虑采用两个回路以上组成的复杂控制系统。的复杂控制系统。检测检测/变送变送控制器控制器执行器执行器对象对象实际值实际值期望值期望值SP方框图方框图第2页，

2、共17页，编辑于2022年，星期五二、如何确定控制方案 控制系统的设计就是在了解工艺要求基础上，选控制系统的设计就是在了解工艺要求基础上，选择合适的控制方案、确定相应的控制装置，以使被控择合适的控制方案、确定相应的控制装置，以使被控量按预期自动运行。设计时主要考虑以下几个环节：量按预期自动运行。设计时主要考虑以下几个环节：(1)被控量被控量(输出输出)和操纵量和操纵量(输入输入)的确定；的确定；(2)检测变送环节的考虑检测变送环节的考虑(信息的获取与变送信息的获取与变送)；(3)控制作用和控制阀的选择；控制作用和控制阀的选择；(4)控制系统的工程整定和投运。控制系统的工程整定和投运。第3页，共

3、17页，编辑于2022年，星期五第二节 被控量和操纵量的选择一、一、被控量的选择原则被控量的选择原则 作为被控量，必须能够获得检测信号并有足够大的灵敏度，滞后要作为被控量，必须能够获得检测信号并有足够大的灵敏度，滞后要小。小。必须考虑工艺生产的合理性和仪表的现状，检测点的选取必须考虑工艺生产的合理性和仪表的现状，检测点的选取必须合适必须合适。被控量的选择方法被控量的选择方法 (1)选直接参数选直接参数。即能直接反映生产过程产品产量和质量，以。即能直接反映生产过程产品产量和质量，以及安全运行的参数及安全运行的参数(如锅炉水位控制如锅炉水位控制)。(2)选间接参数选间接参数。当选直接参数有困难时采

4、用，间接指标与直接指。当选直接参数有困难时采用，间接指标与直接指标之间必须是一一对应的函数关系标之间必须是一一对应的函数关系(如锌精矿沸腾炉的炉温控制，炉如锌精矿沸腾炉的炉温控制，炉温是反映焙砂质量的一个间接指标温是反映焙砂质量的一个间接指标)。第4页，共17页，编辑于2022年，星期五二、操纵量的选择 操纵量是克服扰动影响、使系统重新恢复平稳运行的积极因素。操纵量是克服扰动影响、使系统重新恢复平稳运行的积极因素。应该遵循快速、有效地克服干扰的原则去选择操纵量。应该遵循快速、有效地克服干扰的原则去选择操纵量。操纵量的选择原则(1)控制通道对象放大系数适当地大些，时间常数适中，纯滞后越控制通道对

5、象放大系数适当地大些，时间常数适中，纯滞后越小越好；小越好；(2)扰动通道对象的放大系数应尽可能小，时间常数应尽可能大；扰动通道对象的放大系数应尽可能小，时间常数应尽可能大；(3)扰动作用点应尽量靠近控制阀或远离检测元件，增大扰动通道的容扰动作用点应尽量靠近控制阀或远离检测元件，增大扰动通道的容量滞后，可减少对被控量的影响；量滞后，可减少对被控量的影响；(4)操纵量的选择不能单纯从自动控制的角度出发，还必需考虑生操纵量的选择不能单纯从自动控制的角度出发，还必需考虑生产工艺的合理性产工艺的合理性、经济性经济性。第5页，共17页，编辑于2022年，星期五第三节 检测及变送环节的考虑 一、检测及变送

6、环节任务、作用及要求一、检测及变送环节任务、作用及要求v任务：任务：对被控量进行正确测量，并将其转换为标准对被控量进行正确测量，并将其转换为标准 信号。信号。v要求：要求：能能正确、及时正确、及时地反映被控量的状况，提供操地反映被控量的状况，提供操 作人员判断生产工况和系统进行控制作用的作人员判断生产工况和系统进行控制作用的 依据。依据。二、检测变送环节特性二、检测变送环节特性 通常等效为带滞后的一阶惯性特性通常等效为带滞后的一阶惯性特性【理想特性为比例理想特性为比例环节环节】。三、选型注意事项三、选型注意事项 应应尽量减少其时间常数与滞后时间尽量减少其时间常数与滞后时间。第6页，共17页，编

7、辑于2022年，星期五 (1)流量特性流量特性(实际上就是选线性还是对数特性，因为抛物线特实际上就是选线性还是对数特性，因为抛物线特性阀通常用的很少，而蝶阀当导通角为性阀通常用的很少，而蝶阀当导通角为0-70o时近似为对数特性时近似为对数特性)；(2)结构形式结构形式；(3)开闭形式开闭形式；(4)口径计算口径计算。ZXP(ZJHP)型新系列型新系列气动薄膜直通单座阀气动薄膜直通单座阀 ZAZN型电动双座阀型电动双座阀 第四节 控制阀的选择第7页，共17页，编辑于2022年，星期五一、控制阀的流量特性选择第8页，共17页，编辑于2022年，星期五二、控制阀结构形式的选择控制阀选用时需注意两点：

8、控制阀选用时需注意两点：(1)被控介质的工艺条件，如温度、压力、流量；被控介质的工艺条件，如温度、压力、流量；(2)被控介质的流量特性，如黏度、腐蚀性、毒性、是否含被控介质的流量特性，如黏度、腐蚀性、毒性、是否含悬浮颗粒、液态还是气态等。悬浮颗粒、液态还是气态等。(a)单座控制阀单座控制阀 (b)双座控制阀双座控制阀 (c)角形控制阀角形控制阀 (d)套筒控制阀套筒控制阀1-阀杆；阀杆；2-上阀盖；上阀盖；3-填料；填料；4-阀芯；阀芯；5-阀座；阀座；6-阀体阀体部分控制阀结构部分控制阀结构第9页，共17页，编辑于2022年，星期五控制阀结构形式特点及适用场所直通单直通单座阀座阀结构简单，装

9、配方便，泄漏小，但受流体冲击不平衡力大。适结构简单，装配方便，泄漏小，但受流体冲击不平衡力大。适用于小口径用于小口径Dg25mm 的场合。的场合。直通双直通双座阀座阀 受流体冲击不平衡力影响小，但关不严渗漏较大，适用于大口受流体冲击不平衡力影响小，但关不严渗漏较大，适用于大口径管道的场合。径管道的场合。角形阀角形阀 阀体受流体的冲击小，体内不易结污，对粘度高、有悬浮物和阀体受流体的冲击小，体内不易结污，对粘度高、有悬浮物和颗粒物的流体尤为适用，并且调节稳定性较好。颗粒物的流体尤为适用，并且调节稳定性较好。蝶阀蝶阀 流阻小，适用于低差压大流量的气体及含有固体悬浮物的介质，流阻小，适用于低差压大流

10、量的气体及含有固体悬浮物的介质，通常流量特性与等百分比相似。通常流量特性与等百分比相似。隔膜阀隔膜阀 用于强腐蚀性粘度高带悬浮物或带纤维的介质，但不耐高温和用于强腐蚀性粘度高带悬浮物或带纤维的介质，但不耐高温和高压。高压。三通阀三通阀 分三通合流阀和三通分流阀，适用于介质三个方向的流通。对分三通合流阀和三通分流阀，适用于介质三个方向的流通。对于三个系统的分合流控制非常有效。于三个系统的分合流控制非常有效。第10页，共17页，编辑于2022年，星期五三、控制阀开闭(作用)形式的选择 控制阀的开控制阀的开(信号增大时阀开大信号增大时阀开大)闭闭(信号压力增大阀关小信号压力增大阀关小)形式选择形式选

11、择主要基于以下几点考虑：主要基于以下几点考虑：安全角度：安全角度：出现意外，保证人员、设备安全；出现意外，保证人员、设备安全；质量角度：出现意外事故，考虑产品质量；质量角度：出现意外事故，考虑产品质量；消耗角度：消耗角度：考虑考虑原料、成品及动力原料、成品及动力等的因素等的因素；介质特点：特殊介质，考虑结晶、蒸发等因素；介质特点：特殊介质，考虑结晶、蒸发等因素；控制阀作用方式的选择要和控制器作用方式的选择匹配以控制阀作用方式的选择要和控制器作用方式的选择匹配以满足控制通道作用方向的要求。满足控制通道作用方向的要求。正正反反p0p0正反反正p0p0气关阀气关阀 气开阀气开阀第11页，共17页，编

12、辑于2022年，星期五控制阀开闭选择之安全原则：控制阀开闭选择之安全原则：控制阀开闭形式的选择主要从生产安全角度考虑，控制阀开闭形式的选择主要从生产安全角度考虑，一般在控制阀气一般在控制阀气/电源中断时，应切断进入被控设备的原料电源中断时，应切断进入被控设备的原料或热源，停止向设备外输出产品。或热源，停止向设备外输出产品。第12页，共17页，编辑于2022年，星期五四、控制阀口径计算 调调节节阀阀的的口口径径选选择择是是由由调调节节阀阀流流通通能能力力C(或或称称流流量量系系数数)决决定定的的。调调节节阀阀口口径径的的选选择择实实质质上上就就是是根根据据特特定定的的工工艺艺条条件件(即即给给定

13、定的的介介质质流流量量与与物物性性参参数数及及阀阀前前后后的的压压差差等等)进进行行Cmax值值的的计计算算，然然后后按按调调节节阀阀生生产产厂厂家家的的产产品品目目录录，选选出出相相应应的的调调节节阀阀口口径径，使使得得通通过过调调节节阀的流量满足工艺要求的最大流量且留有一定的裕度，但裕度不宜过大。阀的流量满足工艺要求的最大流量且留有一定的裕度，但裕度不宜过大。第13页，共17页，编辑于2022年，星期五第五节 控制器控制规律及作用方向的选择一、控制器控制规律的选择一、控制器控制规律的选择 控制系统品质主要取决于控制器控制作用的选择。选择控制控制系统品质主要取决于控制器控制作用的选择。选择控

14、制规律时，需根据对象特点以及控制要求来进行。规律时，需根据对象特点以及控制要求来进行。基本的控制作用主要有位式、比例基本的控制作用主要有位式、比例(P)、比例积分、比例积分(PI)、比例微分、比例微分(PD)和比例积分微分和比例积分微分(PID)等几种，下表列出了它们各自特点以及使等几种，下表列出了它们各自特点以及使用场合以供选择。用场合以供选择。第14页，共17页，编辑于2022年，星期五二、控制器正、反作用方式的选择原则原则：使整个单回路构成负反馈系统：使整个单回路构成负反馈系统第六节 控制器参数整定 控制器参数整定，就是确定控制器参数。控制器参控制器参数整定，就是确定控制器参数。控制器参

15、数的整定方法有数的整定方法有理论计算整定法理论计算整定法【通过理论计算通过理论计算(微分方微分方程、频率特性、根轨迹法等程、频率特性、根轨迹法等)求取控制器参数求取控制器参数】和和工程整定工程整定法法【从工程的实际出发，直接在控制系统中进行整定从工程的实际出发，直接在控制系统中进行整定】两两种。种。工程上主要采用工程整定工程上主要采用工程整定线线法（法（经验凑试法、临界比例经验凑试法、临界比例带法、衰减曲线法、响应曲法带法、衰减曲线法、响应曲法）。）。第15页，共17页，编辑于2022年，星期五PID参数整定经验参数整定经验参数整定找最佳，从小到大顺序查；参数整定找最佳，从小到大顺序查；先是比

16、例后积分，最后再把微分加；先是比例后积分，最后再把微分加；曲线振荡很频繁，比例度盘要放大；曲线振荡很频繁，比例度盘要放大；曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳；曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳；曲线偏离回复慢，积分时间往下降；曲线偏离回复慢，积分时间往下降；曲线波动周期长，积分时间再加长；曲线波动周期长，积分时间再加长；曲线振荡频率快，先把微分降下来；曲线振荡频率快，先把微分降下来；动差大来波动慢，微分时间应加长；动差大来波动慢，微分时间应加长；理想曲线两个波，前高后低比；理想曲线两个波，前高后低比；一看二调多分析，调节质量不会低。一看二调多分析，调节质量不会低。第16页，共17页，编辑于2022年，星期五第七节 自动系统的投运第八节 单回路控制系统设计举例Q1Q2LTLCAhQ1Q2LTLCAh(a)调流入量调流入量 (b)调流出量调流出量图图12-B 12-B 液位控制系统方案液位控制系统方案第17页，共17页，编辑于2022年，星期五