简单控制系统课件.ppt

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1、第十一章简单控制系统第一节系统的结构与组成第二节被控变量的选择第三节调节变量的选择第四节测量元件特性的影响第五节控制器控制规律的选择第六节控制系统的投运与参数整定随着生产过程自动化水平的日益提高，控制系统的类型越来越多，复杂程度的差异也越来越大。本章所述的简单控制系统是使用最普遍（占85%左右）、结构最简单的一种自动控制系统。第一节系统的结构与组成自动控制系统是由被控对象和自动化装置两大部分组成。由于构成自动控制系统的这两大部分（主要是指自动化装置）的数量、连接方式及其目的不同，自动控制系统可以有许多类型。所谓简单控制系统，通常是指由一个测量元件和变送器、一个控制器、一个控制

2、阀及一个对象所构成的单闭环控制系统，因此也称为单回路控制系统。系统组成原理图7－l是一个典型的简单控制系统，它包括一个调节器TC、一个测量变送器TT、一个执行器（调节阀）和一个被控制的物理对象。图7－2是该系统的方块图。该控制系统的信号流只有一个回路，所以叫单回路控制系统。在图7－l中，T表示被加热介质的出口温度，是该控制系统的被调参数。该控制系统的目的就是使T被控制在工艺条件所要求的某个固定的数值上；TT表示温度测量仪表，并将其测量值变换为TC可接受的信号；TC表示用来控制温度的调节器，气动调节阀是执行器；换热器是被控物理对象；它们一起组成了换热器温度控制系统。第二节被控变

3、量的选择我们已知，生产过程中希望借助自动控制保持恒定值的变量称为被控变量。在构成一个自动控制系统时，被控变量的选择十分重要，它关系到系统能否达到稳定操作、增加产量、提高质量、改善劳动条件、保证安全等目的，关系到控制方案的成败。如果被控变量选择不当，不管组成什么型式的控制系统，也不管配上多么精密先进的工业自动化装置，都不能达到预期的控制效果。被控变量的选择是与生产工艺密切相关的，而影响一个生产过程正常操作的因素是很多的，但并非所有影响因素都要加以自动控制。所以，必须深入实际，调查研究，分析工艺，找出影响生产的关键变量作为被控变量。所谓“关键”变量，是指这样一些变量：它们对产品的

4、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；或者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。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。如果被控变量本身就是需要控制的工艺指标（如温度、压力、流量、液位、成分等），则称为直接指标控制；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，进行间接指标控制。被控变量的选择

5、，有时是一件十分复杂的工作，除了前面所说的要找出关键变量外，还要考虑许多其他因素，下面先举一个例子来略加说明，然后再归纳出选择被控变量的一般原则。图7－4是精馏过程的示意图。它的工作原理是利用被分离物各组分的挥发度不同，把混合物中的各组分进行分离。假定该精馏塔的操作是使塔顶（或塔底）馏出物达到规定的纯度，那么塔顶（或塔底）馏出物的组分xD（或xW）应作为被控变量，因为它就是工艺上的质量指标。如果检测塔顶馏出物的组分xD（或xW）尚有困难，或滞后太大，那么就不能直接以xD（或xW）作为被控变量进行直接指标控制。这时可以在与xD（xw）有关的参数中找出合适的变量作为被控变量，进行

6、间接指标控制。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。图7-5所示为苯、甲苯二元系统中易挥发组分苯的百分浓度与温度之间的关系。易挥发组分的浓度越高，对应的温度越低；相反，易挥发组分的浓度越低，对应的温度越高。当温度TD恒定时，组分xD和压力p之间也存在着单值对应关系，如图7－6所示。易挥发组分浓度越高，对应的压力也越高；反之，易挥发组分的浓度越低，对应的压力也越低。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x

7、D作为被控变量。在温度和压力中，究竟应选哪一个参数作为被控变量呢？从工艺合理性考虑，常常选择温度作为被控变量。这是因为：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。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