化工仪表及自动化课件第六章--简单控制系统.ppt

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1、控制器操纵变量被控变量测量元件变送器控制阀对象给定值x偏差e控制器输出pqy测量值z_干扰作用f第六章简单控制系统本章内容简单控制系统简单控制系统的设计原则控制器参数的工程整定由一个被控对象、一个测量变送器、一个控制器和一个执行机构（控制阀）所组成的闭环控制系统。简单控制系统（单回路控制系统）控制器操纵变量被控变量测量元件变送器控制阀对象给定值x偏差e控制器输出pqy测量值z_干扰作用f说明：在本系统中绘出的变送器LT及TT等，按自控设计规范，可以省略不画，所以在本书以后的控制系统图中，也将不再画出测量、变送环节，但要注意在实际的系统中总是存在这一环节，只是在画图时被省

2、略罢了。图7—3是简单控制系统的典型方块图。简单控制系统由四个基本环节组成，即被控对象(简称对象)、测量变送装置、控制器和执行器。对于不同对象的简单控制系统，尽管其具体装置与变量不相同，但都可以用相同的方块图来表示，这就便于对它们的共性进行研究。本章将介绍组成简单控制系统的基本原则；被控变量及操纵变量的选择；控制器控制规律的选择及控制器参数的工程整定等。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。根据被控变量与生产过程的关系，可分为两种类型的控制型式：直接指标控制与间接指标控制。一、被控变量的选择直接指标控制被控变量本身就是需要控制的工艺

3、指标(温度、压力、流量、液位、成分等)；间接指标控制如果工艺是按质量指标进行操作的，照理应以产品质量作为被控变量进行控制，但有时缺乏各种合适的获取质量信号的检测手段，或虽能检测，但信号很微弱或滞后很大，这时可选取与直接质量指标有单值对应关系而反应又快的另一变量，如温度、压力等作为间接控制指标。在二元系统的精馏中，当气液两相并存时，塔顶易挥发组分的浓度xD、塔顶温度TD、压力p三者之间有一定的关系。当压力恒定时，组分xD和温度TD之间存在有单值对应的关系。由此可见，在组分、温度、压力三个变量中，只要固定温度或压力中的一个，另一个变量就可以代替xD作为被控变量。在温度和压力

4、中，究竟应选哪一个参数作为被控变量呢?第一在精馏塔操作中，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。如塔压波动，就会破坏原来的汽液平衡，影响相对挥发度，使塔处于不良工况。同时、随着塔压的变化，往往还会引起与之相关的其他物料量的变化，影响塔的物料平衡，引起负荷的波动。从工艺合理性考虑，常常选择温度作为被控变量。由此可见，固定压力，选择温度作为被控变量是可能的，也是合理的。第二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。在选择被控变量时，还必须使所选变量有足

5、够的灵敏度。在上例中，当xD变化时，温度TD的变化必须灵敏，有足够大的变化，容易被测量元件所感受．且使相应的测量仪表比较简单、便宜。此外，还要考虑简单控制系统被控变量间的独立性。假如在精馏操作中，塔顶和塔底的产品纯度都需要控制在规定的数值，则在塔顶温度与塔底温度之间互相影响，存在关联问题。因此，以两个简单控制系统分别控制塔顶温度与塔底温度，势必造成相互干扰。使两个系统都不能正常工作。所以采用简单控制系统时，通常只能保证塔顶或塔底一端的产品质量。工艺要求保证塔顶产品质量，则选塔顶温度为被控变量；若工艺要求保证塔底产品质量，则选塔底温度为被控变量。如果工艺要求塔顶和塔底产品

6、纯度都要保证，则通常需要组成复杂控制系统，增加解耦装置，解决相互关联问题。被控变量的选择原则选择对产品的产量和质量、安全生产、经济运行和环境保护具有决定性作用的、可直接测量的工艺参数为被控变量。当不能用直接参数作为被控变量时，可选择一个与直接参数有单值函数关系并满足如下条件的间接参数为被控变量。⑴满足工艺的合理性⑵具有尽可能大的灵敏度且线形好⑶测量变送装置的滞后小。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。二、操纵变量的选择被控变量（输出量）扰动变量（输入量）操纵变量（输入量）从诸多影响被

7、控变量的输入参数中选择一个对被控变量影响显著而且可控性良好的输入参数根据工艺要求，选择提馏段某块塔板(一般为温度变化最灵敏的板，称为灵敏板)的温度作为被控变量。那么，自动控制系统的任务就是通过维持灵敏板上温度恒定，来保证塔底产品的成分满足工艺要求。这些影响因素可分为两大类，即可控的和不可控的。从工艺角度看，本例中只有回流量和蒸汽流量为可控因素，其他一般为不可控因素。在两个可控因素中．蒸汽流量对提馏段温度影响比起回流量对提馏段温度影响来说更及时、更显著。同时，从节能角度来讲，控制蒸汽流量比控制回流量消耗的能量要小，所以通常应选择蒸汽流量作为