化工仪表及自动化第四章 自动控制仪表精选PPT.ppt
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1、化工仪表及自动化课件第四章 自动控制仪表第1页,此课件共55页哦本本章章内内容容第一节第一节第一节第一节概述概述概述概述第二节第二节 基本控制规律及其对系基本控制规律及其对系统过渡过程影响统过渡过程影响第三节模拟式控制器第三节模拟式控制器第2页,此课件共55页哦回忆回忆 控制器作用控制器作用 被控对象被控对象被控对象被控对象 测量变送测量变送测量变送测量变送控制器控制器控制器控制器执行器执行器执行器执行器被控变量被控变量被控变量被控变量设定值设定值设定值设定值扰动扰动第一章第一章 概概 述述 第3页,此课件共55页哦一、控制系统按被调参数的变化规律分类:一、控制系统按被调参数的变化规律分类:v
2、定值控制系统:给定值为常数;定值控制系统:给定值为常数;v随动控制系统:给定值为变数,要求跟随变化;随动控制系统:给定值为变数,要求跟随变化;v程序控制控制系统:按预定时间顺序控制参数程序控制控制系统:按预定时间顺序控制参数。二、控制目的的实现:二、控制目的的实现:v通过人为设定或计算机程序直接给出一定的输出通过人为设定或计算机程序直接给出一定的输出简单;简单;v将将设设定定值值与与实实测测值值进进行行比比较较,以以其其差差值值大大小小控控制制控控制制器器动动作,直至差值达到允许的误差范围。作,直至差值达到允许的误差范围。第4页,此课件共55页哦气动控制仪表的特点气动控制仪表的特点结结构构简简
3、单单,性性能能稳稳定定可可靠靠,维维护护方方便便,价价格格便便宜宜,并并且且具具有有本本质质安安全全防防爆爆性性能能,特特别别适适用用于于石石油油、化化工工等等有有爆爆炸炸危危险险的场所的场所。三、控制仪表的分类三、控制仪表的分类按按使使用用的的能能源源不不同同分分为为气气动动控控制制仪仪表表和和电电动动控控制制仪仪表。表。第5页,此课件共55页哦电动控制仪表的特点电动控制仪表的特点可以实现无滞后的远距离传送,同时又具有能可以实现无滞后的远距离传送,同时又具有能源简单、便于和计算机配合的特点。由于采取安全源简单、便于和计算机配合的特点。由于采取安全火花防爆措施解决了防爆问题,电动仪表同样也能火
4、花防爆措施解决了防爆问题,电动仪表同样也能应用于易燃易爆的危险场所,因此在工业生产过程应用于易燃易爆的危险场所,因此在工业生产过程中得到越来越广泛的应用。中得到越来越广泛的应用。第6页,此课件共55页哦v一般与检测装置、显示装置一起组装在一一般与检测装置、显示装置一起组装在一个整体之内个整体之内v同时具有检测、控制与显示的功能同时具有检测、控制与显示的功能v结构简单、价格低廉、使用方便结构简单、价格低廉、使用方便v通用性差,信号不易传递通用性差,信号不易传递v一般应用于简单控制系统中。一般应用于简单控制系统中。基地式仪表基地式仪表 从控制仪表的发展来看,大体经历了从控制仪表的发展来看,大体经历
5、了基地式控制仪基地式控制仪表、单元组合式仪表的控制单元和以微处理器为基元表、单元组合式仪表的控制单元和以微处理器为基元的控制系统的控制系统 第7页,此课件共55页哦单元组合式仪表的控制单元单元组合式仪表的控制单元 按各组成环节的不同功能和使用要求,将整套仪按各组成环节的不同功能和使用要求,将整套仪表分为若干单元,各单元能独立实现某种功能,使用表分为若干单元,各单元能独立实现某种功能,使用时可以按生产工艺的不同要求挑选需要的单元加以组时可以按生产工艺的不同要求挑选需要的单元加以组合,其特点是应用灵活,通用性强,使用维护方便,合,其特点是应用灵活,通用性强,使用维护方便,特别适用于中、小企业的过程
6、控制系统;特别适用于中、小企业的过程控制系统;第8页,此课件共55页哦 单元组合仪表的基础上发展起来的一种成套单元组合仪表的基础上发展起来的一种成套仪表装置,结构上包括控制机柜和显示操作盘两仪表装置,结构上包括控制机柜和显示操作盘两部分,它的主要特点是功能分离,结构组件化,部分,它的主要特点是功能分离,结构组件化,特别适用于要求组成各种复杂控制和集中显示操特别适用于要求组成各种复杂控制和集中显示操作的大、中型企业的过程控制系统。作的大、中型企业的过程控制系统。组件组装式仪表组件组装式仪表第9页,此课件共55页哦 它以微型计算机为核心,功能它以微型计算机为核心,功能完善,性能优越,能解决模拟式完
7、善,性能优越,能解决模拟式仪表难以解决的问题,满足现代仪表难以解决的问题,满足现代生产过程的高质量控制要求。它生产过程的高质量控制要求。它可实现连续生产过程、断续生产可实现连续生产过程、断续生产过程的控制,也可以通过在过程的控制,也可以通过在PLCPLC中中加入加入PIDPID等控制功能,实现批量控制。等控制功能,实现批量控制。微处理器为基元的控制装置微处理器为基元的控制装置第10页,此课件共55页哦第二节第二节 基本控制规律及其对系基本控制规律及其对系统过渡过程影响统过渡过程影响 信信号号制制-指指在在成成套套仪仪表表系系列列中中,各各个个仪仪表表的的输输入入输输出出间间采采用何种统一联络信
8、号来进行信号传输的问题。用何种统一联络信号来进行信号传输的问题。气动控制仪表:气动控制仪表:0.020.1MPa电动控制仪表,电动控制仪表,0 010mA 10mA 电流信号作为电动电流信号作为电动型仪表型仪表 4 420mA 20mA 电流信号电流信号 1 15V 5V 电压信号电压信号 电动电动型仪表型仪表传输方式传输方式 进进出出控控制制室室的的传传输输信信号号采采用用电电流流信信号号,控控制制室室内内部部各各仪仪表表间间联联络络信号采用电压信号信号采用电压信号 第11页,此课件共55页哦v控制规律:控制系统输入与输出之间的关系。控制规律:控制系统输入与输出之间的关系。v按控制目标分类:
9、按控制目标分类:位式控制:在输出超出设定的上下限时控制器改位式控制:在输出超出设定的上下限时控制器改变输出状态;变输出状态;连续控制:根据测量值与设定值的差异(差值)连续控制:根据测量值与设定值的差异(差值)连续调整输出(控制参数)。连续调整输出(控制参数)。被控对象被控对象被控对象被控对象 测量变送测量变送测量变送测量变送控制器控制器控制器控制器执行器执行器执行器执行器被控变量被控变量被控变量被控变量第12页,此课件共55页哦控制规律控制规律控制规律是指控制器的输出信号与输入信号之间随时间控制规律是指控制器的输出信号与输入信号之间随时间变化的规律。通常是在控制器的输入端加入一个阶跃信号变化的
10、规律。通常是在控制器的输入端加入一个阶跃信号,研研究其输出信号变化情况。研究控制器的控制规律时是把控制究其输出信号变化情况。研究控制器的控制规律时是把控制器和系统断开,即只单独研究控制器本身的特性。器和系统断开,即只单独研究控制器本身的特性。被控对象被控对象被控对象被控对象 测量变送测量变送测量变送测量变送控制器控制器控制器控制器执行器执行器执行器执行器被控变量被控变量被控变量被控变量设定值设定值设定值设定值扰动扰动第13页,此课件共55页哦 在在控控制制系系统统中中,由由于于扰扰动动作作用用的的存存在在,会会使使被被控控变变量量对对给给定定值值产产生生偏偏差差,此此偏偏差差数数值值上上等等于
11、于被被控控变变量量测测量量值值与与给给定定值之差。即:值之差。即:控控制制器器的的控控制制规规律律就就是是指指控控制制器器的的输输出出信信号号p p与与e e之之间的函数关系。间的函数关系。p=f(e)=f(z-x)第14页,此课件共55页哦 在在研研究究控控制制器器的的控控制制规规律律时时,经经常常是是假假定定控控制制器器的的输输入入信信号号e是是一一个个阶阶跃跃信信号号,然然后后来来研研究究控控制制器器的的输输出出信号信号p随时间的变化规律。随时间的变化规律。控控制制器器的的基基本本控控制制规规律律有有位位式式控控制制、比比例例控控制制(p)、积分控制(积分控制(I)、微分控制()、微分控
12、制(D)及它们的组合形式。)及它们的组合形式。第15页,此课件共55页哦不同的控制规律适应不同的生产要求,必须根据生产不同的控制规律适应不同的生产要求,必须根据生产要求来选用适当的控制规律,要选用合适的控制器,首要求来选用适当的控制规律,要选用合适的控制器,首先必须了解常用的几种常用控制规律的特点与使用条件,先必须了解常用的几种常用控制规律的特点与使用条件,然后,根据过渡过程品质指标要求,结合具体对象特性,然后,根据过渡过程品质指标要求,结合具体对象特性,才能做出正确的选择。才能做出正确的选择。第16页,此课件共55页哦双双位位控控制制系系统统的的规规律律是是当当测测量量值值大大于于给给定定值
13、值时时,控控制制器器输输出出为为最最大大(或或最最小小),而而当当测测量量值值小小于于给给定定值值时时,则则输输出出为为最最小小(或或最最大大),即即控控制制器器只只有有两个输出值。两个输出值。一、双位控制一、双位控制ep第17页,此课件共55页哦 实实际际应应用用的的双双位位控控制制器器具具有有一一个个中中间间区区,被被控控参参数数在在中中间间区区时时,控控制制机机构构不不工工作作,当当参参数数上上升升至至测测量量值值高高于于给给定定值值某某一一数数值值后后,控控制制机机构构才才关关;当当参参数数下下降降至至测测量量值值低低于于给给定定值值某某一一数数值值后后,控控制制机机构构才才开开,这这
14、样样,控控制制机机构构开开关关的的频频率率程程度度大大为为降降低低,从从而而起起到到保保护的作用。护的作用。第18页,此课件共55页哦v控制规律控制规律AB断开,低位,开启阀门;断开,低位,开启阀门;AC导通,高位,关闭阀门。导通,高位,关闭阀门。控控v控制结果:控制结果:将液位限制在将液位限制在BC之间。之间。ABC断开断开第19页,此课件共55页哦双位控制的过渡曲线双位控制的过渡曲线ptytyHyL第20页,此课件共55页哦双位控制器电路举例双位控制器电路举例24VDC0ABC控控ABCAB断开断开阀门开启阀门开启;AC接通接通阀门关闭阀门关闭CB电磁阀电磁阀第21页,此课件共55页哦二、
15、连续控制二、连续控制PID控制控制v根据输入量与设定值差异的大小根据输入量与设定值差异的大小连续连续调整调整输出量的大小。输出量的大小。v分类:分类:P控制控制比例控制比例控制PI控制控制比例积分控制比例积分控制PD控制控制比例微分控制比例微分控制PID控制控制比例微分积分控制比例微分积分控制第22页,此课件共55页哦p在该控制系统中,阀门开度的改变量与被控变在该控制系统中,阀门开度的改变量与被控变量的偏差值成比例。量的偏差值成比例。即:即:1、比例控制、比例控制第23页,此课件共55页哦具有比例控制规律的控制具有比例控制规律的控制器称为比例控制器,其输出信器称为比例控制器,其输出信号变化量号
16、变化量P与偏差信号与偏差信号e之间之间成比率关系。成比率关系。即:Kp为放大倍数为放大倍数工业上常用比例度工业上常用比例度代替代替第24页,此课件共55页哦仪表量程仪表量程控制器的输出范围控制器的输出范围比例度比例度-指控制器输入的变化相对值与相应的输出指控制器输入的变化相对值与相应的输出变化相对值之比的百分数。变化相对值之比的百分数。即:即:第25页,此课件共55页哦若输出与输入都为标准对象,则若输出与输入都为标准对象,则即:第26页,此课件共55页哦tQ2t0tt0htt0ptt0Q1tt0e第27页,此课件共55页哦比例控制的特点:反应快,控制及时,控制结比例控制的特点:反应快,控制及时
17、,控制结果有余差。有偏差信号输入时,输出立刻与它成果有余差。有偏差信号输入时,输出立刻与它成比例地变化,偏差越大,输出的控制作用越强。比例地变化,偏差越大,输出的控制作用越强。即:第28页,此课件共55页哦比比例例度度对对控控制制过过程程的的影影响响比例度的选择原则比例度的选择原则 若若对对象象的的滞滞后后较较小小,时时间间常常数数较较大大以以及及放放大大倍倍数数较较小小,那那么么可可以以选选择择小小的的比比例例度度来来提提高高系系统统的的灵灵敏敏度度,从从而而使使过过渡渡过过程程曲曲线线的的形形状状较较好好。反反之之,为为保保证证系系统统的的稳稳定定性性,就就要要选选择择大大的的比比例例度度
18、来保证稳定。来保证稳定。第29页,此课件共55页哦KP()值的影响)值的影响vKP值过大(值过大(值过小)值过小)系统反应过于灵敏,容系统反应过于灵敏,容易造成过度控制,产生易造成过度控制,产生大幅振荡。大幅振荡。vKP值过小(值过小(值过大)值过大)系统反应过于迟钝,控系统反应过于迟钝,控制时间长,余差大。制时间长,余差大。vKP值(值(值)适中值)适中经过少数几个减幅振荡经过少数几个减幅振荡后,逐渐趋于稳定,有后,逐渐趋于稳定,有一定的余差。一定的余差。第30页,此课件共55页哦积分控制作用的输出变量积分控制作用的输出变量p与输入与输入偏差偏差e的积分成正比。的积分成正比。2、积分控制(、
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