过程控制与自动化仪表-第五章-单回路控制系统设计实例
过程控制与自动化仪表-第五章-单回路控制系统设计实例方案
乳液流量为生产负荷，工艺要求必须稳定
控制参数的选择
加热蒸汽流量为控制参数时的系统框图：
控制通道滞后较大，干扰较强
ห้องสมุดไป่ตู้
控制参数的选择
旁路空气流量为控制参数时的系统框图：
相对于加热蒸汽流量，控制通道滞后较小，干扰较弱 选择旁路空气流量为控制参数。
仪表的选择
测温元件的选择
方案设计
测量元件的选择
选用差压式传感器与 DDZ-Ⅲ型差压式变送器
调节阀的选择
选用气开式调节阀。 选用对数流量特性的调节阀。 选择相应的公称直径和阀座直径。
方案设计
调节器的选择
若储槽只为了起缓冲作用，则控制精度 不高，可选用简单的P调节规律。 若储槽作为计量槽使用，则需要精确控 制液位，即需要消除稳态误差，可选用 PI或PID调节规律。 液体流入增加时，液位上升，Ko为正； 调节阀为气开，Kv为正； 测量变送器Km一般为正； 故调节器Kc为正，选用反作用调节器。
方案设计
被控参数的选择
根据生产工艺，水分含量 与干燥温度密切相关。选用干 燥的温度为被控参数，水分与 温度一一对应。将温度控制在 一定数值上。
控制参数的选择
经过对装置的分析，可知 影响干燥器温度的因素有乳液 流量、旁路空气流量和加热蒸 汽流量任选一个作控制参数， 均可构成温度控制系统。
控制参数的选择
储槽液位过程控制系统设计
工艺要求
为了保证生产的正常进行， 生产工艺要求贮槽内的液位常 常需要维持在某个设定值上， 或只允许在某一小范围内变化。 同时，为确保生产过程的安全， 还要绝对保证液体不产生溢出。
方案设计
被控参数的选择
根据工艺要求，选择贮槽的液位为 直接被控参数。
过程控制与自动化仪表(单回路系统设计)
F ( s)
(1) 控制通道 K 0 的影响
在调节器增益 K c 一定的条件下，当控制通道静态增益 K 0 越强，克服干扰的能力也越强，系统的稳态误差就越小；与此同时当
K 0 越大
，被控参数对控制作用的反应就越灵敏，响应越迅速。但是，当调节器静态增 益 K c 一定 K 0越大时，系统的开环增益也越大，这对系统的闭环稳定性是不利 的。因此，在系统设计时，应综合考虑系统的稳定性、快速性和稳态误差三方 面的要求。
第5章 简单控制系统的设计与参数整定 过程控制系统与仪表 第5章
本章要点
被控过程特性对控制质量的影响，掌握被控参 数、控制参数的设计原则；
3）了解调节规律对控制质量的影响，熟悉调节规律的 选择方法； 4）掌握调节器作用方式的选择
5）熟悉执行器的选择方法及注意的问题；
可见，控制通道偏差和干扰通道偏差的传函 K oG (s)代入： 分母是一样的。将Gc(s)、 o Go ( s ) To s 1 Ko Gc ( s ) K c Go ( s ) To s 1 Kf Gf (s) Gc ( s ) K c
在控制系统中，测量变送环节的作用是将被控参数转换为统一的标准信号 反馈给调节器。该环节的特性可近似表示为
Km s Y ( s) e m X ( s) Tm s 1
其中 Y (s) 为测量及变送环节的输出， (s ) 为被控参数信号 X
m 分别为测量及变送环节的静态增益、时间常数和纯时延时间。 测量及变送环节是一个带有纯时延的惯性环节，因而当 Tm m 不为零时
K m Tm
它的输出不能及时地反映被测信号的变化，二者之间必然存在动态偏差。 而且这种动态偏差并不会因为检测仪表的精度等级的提高而减小或消除。 下图是测量变送环节在阶跃信号作用和速度信号作用时的响应曲线: 从图中可以看到只要
过程控制第5章简单控制系统设计
b、连线 c、仪表符号
通用的仪表信号线均以细实线表示 仪表的图形符号是一个细实线圆圈，直径约10mm
就地 安装 仪表
就地 安装 仪表 嵌在 管道 中
集中 仪表 盘面 安装 仪表
就地 仪表 盘面 安装 仪表
仪表符号除了图形之外，圆圈之中还应有一串有字母和数字组成的代号 例如：
载热体
TC 01
温度控制系统流程图 温度控制系统
控制系统方框图： q:载热体流量
Gpd(s):扰动通道
f u Gv(s) Gm(s) q
Gpd(s) Gpc(s)
r +
－
e z
Gc(s)
+ y:加热器出口温度 y +
Gpc(s):控制通道
自控设备
受控对象
被控变量：要求保持一定数值（或按某一规律变化的）物理量。 控制变量：受执行器控制，用以使被控变量保持一定数值的物料或能量。
干扰通道纯滞后τ f的影响
总结：控制变量的选择原则
1、 控制变量应是可控的，即工艺上允许调节的变量。 2、 控制变量一般应比其他干扰对被控变量的影响更加灵敏。 为此，应通过合理选择控制变量，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能小，应使干扰通道的 放大系数尽可能小、时间常数尽可能大。 3、 考虑工艺的合理性与生产的经济性。 一般说来不宜选择生产负荷作为控制变量，因为生产负荷 直接关系到产品的产量，是不宜经常波动的。
过程控制
第五章 简单控制系统设计 与参数整定
5.1 简单控制系统的构成
过程控制系统单回路控制系统
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2.1.2开环控制系统与闭环控制系统 ➢开环控制系统/Open-loop control system
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2.1.3 闭环控制系统的组成和基本环 节
1-给定环节(Set Point)；2-比较环节(Comparator)；3-校正
环节(Adjustor)；4-放大环节(Amplifier)；
5-执行机构(Actuator)；6-被控对象(Plant)；7-检测装置
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近20年来，随着计算机技术的发展，已将计算机用于过程控 制系统，称之为计算机过程控制系统。计算机过程控制是当 代大型机械设备自动化控制的基本形式。
➢计算机过程控制系统/Computer Process control system
计算机过程控制系统主要由 被控对象、 传感变 送器 、计算机装置和 执行机构四部分组成。
不失一般性，设系统的单位阶跃响应如图：(BP15~16)
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综上所述，对于稳定的系统，对于一个有界的输入，当时 间趋于无穷大时，微分方程的全解将趋于一个稳态的函数，使 系统达到一个新的平衡状态。工程上称为进入稳态过程。
系统达到稳态过程之前的过程称为瞬态过程。瞬态分析是 分析瞬态过程中输出响应的各种运动特性。理论上说，只有当 时间趋于无穷大时，才进入稳态过程，但这在工程上显然是无 法进行的。在工程上只讨论输入作用加入一段时间里的瞬态过 程，在这段时间里，反映了主要的瞬态性能指标。
第5章 简单控制系统的设计及参数调整方法
第五章 简单控制系统的设计
2. 控制参数的选择（重要选择）
依据过程特性对控制质量的影响，不难归纳选择控制参数的 一般原则：
K P越大越好 ， TP 适当小一些 ； （a）
（b） P 越小越好 ， P
/ TP 0.3
(c)K f 尽可能小， T f 尽可能大，尽可能多，尽可能将大的纯滞 后置于干扰通道，干扰进入系统的位置尽可能远离被控参数。
由此可见，时间常数越错开，K 0 越大，对系统稳定性越有 利，在保持一定稳定性的条件下，对保持质量越有利。
小结
控制通道的K P 越大越好，TP适当减小， P 越小越好，多个 时间常数的大小越错开越好。
第五章 简单控制系统的设计
（三）控制方案的确定
1、系统被控参数选取的一般原则 （a）应选取对产品的产量、质量、安全生产、经济运行、环 境保护有决定性作用、又可直接进行测量的工艺参数作为被 控参数（直接参数）； （b）选取与上述直接参数有单值对应关系的间接参数作为被 控参数； （c）间接参数对产品质量应有足够的灵敏性； （d）应考虑工艺的合理性及仪表的性能价格比等； 特别说明：被控参数一般由工艺工程师确定，控制工程师无 多大选择余地。
第五章 简单控制系统的设计
c）按下表计算出P、I、D调节器的参数
（2）优缺点：
a）该法可直接在闭环状态下进行，且无需测试过程的动态特性； b）方法简单，使用方便；
第五章 简单控制系统的设计
第五章 简单控制系统的设计
（2）P调节对系统质量的影响：
a）比例调节是一种有差调节？ b）比例调节系统的静差随比例带的增大而增大？比例带 的减少，意味着系统稳定性降低？ c）比例调节不适合给定值随时间变化的情况；
d）增大 K C（即减小比例带），可以减少系统的静差，加 快系统的响应速度？这是因为： KP KC KC K P TP s 1 C (s) K KP R( s) TP s 1 K C K P Ts 1 1 KC TP s 1 KC K P TP K ,T (惯性减小） 1 KC K P 1 KC K P
过程控制与自动化仪表(第3版) 第5章 思考题与习题
第5章 思考题与习题1．基本练习题（1）过程控制系统方案设计的主要内容有哪些？一般应怎样选择被控参数？答：1）主要内容有:熟悉控制系统的技术要求和性能指标；建立控制系统的数学模型；确定控制方案；根据系统的动态和静态特性进行分析与综合；系统仿真与实验研究；工程设计；工程安装；控制器参数整定。
2）被控参数的选择：对于具体的生产过程，应尽可能选取对产品质量和产量、安全生产、经济运行以及环境保护等具有决定性作用的、可直接进行测量的工艺参数作为被控参数。
当难以用直接参数作为被控参数时，应选取直接参数有单值函数关系的所谓间接参数作为被控参数。
当采用间接参数时，该参数对产品质量应该具有足够高的控制灵敏度，否则难以保证对产品质量的控制效果。
被控参数的选择还应考虑工艺上的合理性和所用测量仪表的性能、价格、售后服务等因素。
（2）控制通道0/T τ的大小是怎样反映控制难易程度的？举例说明控制参数的选择方法？答：1）一般认为，当/0.3o T τ≤时，系统比较容易控制；而当/0.5o T τ>时，则较难控制，需要采取特殊措施，如当τ难以减小时，可设法增加o T 以减小/oT τ的比值，否则很难收到良好的控制效果。
2）控制参数的选择方法：选择结果应使控制通道的静态增益o K 尽可能大，时间常数o T 选择适当。
控制通道的纯时延时间o τ应尽可能小，o τ与o T 的比值一般应小于03。
干扰通道的静态增益f K 应尽可能小；时间常数f T 应尽可能大，其个数尽可能多；扰动进入系统的位置应尽可能远离被控参数而靠近调节阀（执行器）。
当广义被控过程（包括被控过程、调节阀和测量变送环节）由几个一阶惯性环节串联而成时，应尽量设法使几个时间常数中的最大与最小的比值尽可能大，以便尽可能提高系统的可控性。
在确定控制参数时，还应考虑工艺操作的合理性、可行性与经济性等因素。
（3）调节器正反作用方式的定义是什么？在方案设计中应怎样确定调节器的正反作用方式？1）定义：当被控过程的输入量增加（或减少）时，过程（即被控对象）的输出量也随之增加（或减少），则称为正作用被控过程；反之称为反作用被控过程。
过程控制简单(单回路)控
过程静态特性对控制品质的影响
F(s) X(s) －
Gf(s) Go(s)
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 的工艺参数为被控参数。直接法 当不能用直接参数作为被控参数时，应该选择 一个与直接参数有单值函数关系的间接参数作 为被控参数。间接法 被控参数必须具有足够大的灵敏度。（检测信 号不能很微弱或滞后很大） 被控参数的选择必须考虑工艺过程的合理性和 所用仪表的性能。
衰减曲线法
调节器置为纯比例：Ti=∞，Td=0， 比例度P放到最大，将系统投入自动 状态 逐步减小比例度，直到系统出现衰减 率为0.75的衰减震荡，如图所示记录 下此时的比例度Ps和震荡周期Ts
y(t)
o
Tr
Ts
t
衰减比为4：1时，衰减曲线法整定参数表
整定参数 调节规律 P PI PID P(%) Ps 1.2Ps 0.8Ps Ti -0. 5Ts 0.3Ts Td --0.1Ts
调节规律对控制品质的影响与 调节规律选择
fi x －
Gc(s)
u
Gv(s)
Go(s)
y
Gm(s)
y
调节规律的选择
比例调节：适合对象调节通道滞后/时间常数小、负荷 扰动小、工艺要求不高允许有静差的系统。 积分调节：动态偏差大、调节时间长。只能用于自衡 对象，很少单独使用。 比例积分调节：适合调节通道容量滞后小，负荷变化 不大的调节系统，如流量调节压力调节系统和要求比 较严格的液位调节系统（使用较多） 比例微分调节：由于对系统干扰敏感，Td不能太大， 否则影响系统的正常工作，不适合高频干扰或存在周 期干扰的场合。
过程控制与自动化仪表_第二版_课后答案__机械工业出版社_(潘永湘_杨延西_赵跃_编着_着)
7.992 Y (s ) = 2 F ( s ) 12.5s + 2.5s + 11.96
⎧ ⎪Y1 ( s ) = G ( s ) ⋅ F1 ( s ) ⎪ ⎨Y2 ( s ) = G ( s ) ⋅ F2 ( s ) ⎪ 7.992 10 79.92 ⎪TF = ∆Y = Y1 − Y2 = G ( s )( F1 − F2 ) = G ( s ) ⋅ ∆F = ⋅ = 2 3 ⎩ 12.5s + 2.5s + 11.96 s 12.5s + 2.5s + 11.96s
ρ=
3.(1) 解: 1、 被控参数：热水温度 2、 控制参数：蒸汽流量 3、 测温元件及其变送器选择：选取热电阻，并配上相应温度变送器。 4、 调节阀的选择：根据实际生产需要与安全角度的考虑，选择气开阀；调节器选 PID 或 PD 类型的调节器；由于调节阀为气开式（无信号时关闭） ，故 K v 为正，当被控过 程输入的蒸汽增加时，水温升高，故 K 0 为正，测量变送 K m 为正，为使整个系统中 各环节静态放大系数乘积为正，调节器 K c 应为正，所以选用反作用调节器。 第 6 章 常用高性能过程控制系统 1.(12) 解: 1）画出控制系统的框图 温度控制器 流量控制器 调节阀 蒸汽管道 再沸器 精馏塔
图为液位控制系统由储水箱被控过程液位检测器测量变送器液位控制器调节阀组成的反馈控制系统为了达到对水箱液位进行控制的目的对液位进行检测经过液位控制器来控制调节阀从而调节q1流量来实现液位控制的作用
第一章 绪论 2.（1） 解： 图为液位控制系统，由储水箱（被控过程） 、液位检测器（测量变送器） 、液位控制器、 调节阀组成的反馈控制系统，为了达到对水箱液位进行控制的目的，对液位进行检测，经过 液位控制器来控制调节阀，从而调节 q1 （流量）来实现液位控制的作用。 系统框图如下：
单回路控制系统实验(过程控制实验指导书)
单回路控制系统实验单回路控制系统概述实验三单容水箱液位定值控制实验实验四双容水箱液位定值控制实验实验五锅炉内胆静（动）态水温定值控制实验实验三实验项目名称：单容液位定值控制系统实验项目性质：综合型实验所属课程名称：过程控制系统实验计划学时：2学时一、实验目的1．了解单容液位定值控制系统的结构与组成。
2．掌握单容液位定值控制系统调节器参数的整定和投运方法。
3．研究调节器相关参数的变化对系统静、动态性能的影响。
4．了解P、PI、PD和PID四种调节器分别对液位控制的作用。
5．掌握同一控制系统采用不同控制方案的实现过程。
二、实验内容和（原理）要求本实验系统结构图和方框图如图3-4所示。
被控量为中水箱（也可采用上水箱或下水箱）的液位高度，实验要求中水箱的液位稳定在给定值。
将压力传感器LT2检测到的中水箱液位信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制电动调节阀的开度，以达到控制中水箱液位的目的。
为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的调节器应为PI或PID控制。
三、实验主要仪器设备和材料1．实验对象及控制屏、SA-11挂件一个、计算机一台、万用表一个；2．SA-12挂件一个、RS485/232转换器一个、通讯线一根；3．SA-44挂件一个、CP5611专用网卡及网线、PC/PPI通讯电缆一根。
四、实验方法、步骤及结果测试本实验选择中水箱作为被控对象。
实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-2、F1-7、F1-11全开，将中水箱出水阀门F1-10开至适当开度，其余阀门均关闭。
具体实验内容与步骤按二种方案分别叙述。
（一）、智能仪表控制1．按照图3-5连接实验系统。
将“LT2中水箱液位”钮子开关拨到“ON”的位置。
图3-4 中水箱单容液位定值控制系统(a)结构图(b)方框图图3-5 智能仪表控制单容液位定值控制实验接线图2．接通总电源空气开关和钥匙开关，打开24V开关电源，给压力变送器上电，按下启动按钮，合上单相Ⅰ、Ⅲ空气开关，给智能仪表及电动调节阀上电。
化工仪表及自动化第5章
可编程序控制器
概论 可编程序控制器的基本组成 可编程序控制器的编程语言 OMRON C 系列 PLC 应用实例
第一节 概论
液位自动控制系统方块图
自动控制仪表的主要作用： 将被控变量的测量值与给定值相比较，产生一定的偏差，控 制仪表根据该偏差进行一定的数学运算，并将运算结果以一 定的信号形式送往执行器，以实现对被控变量的自动控制。
第二节 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响
把比例与积分组合起来，这样控制 既及时，又能消除余差。 比例积分控制规律可用下式表示
p K P e K I edt
或
1 p K P e edt T I
若偏差是幅值为A的阶跃干扰
(TI =1/KI为积分时间)
结论
双位控制过程中一般采用振幅与周期作为品质指标 被控变量波动的上、下限在允许范围内，使周期长些比较 有利。 双位控制器结构简单、成本较低、易于实现，因而 应用很普遍。
缺点：被控变量会产生持续的等幅振荡过程。
为了避免这种情况，应该使控制阀的开度与被控变量的偏差成 比例，根据偏差的大小，控制阀可以处于不同的位臵，这样就 有可能获得与对象负荷相适应的操纵变量，从而使被控变量趋 于稳定，达到平衡状态。
第一节 概论
自动控制仪表还要具有以下功能： 偏差显示：大小和正负 输出显示： 输出显示表也称为阀位表 提供内给定信号和内、外给定的选择： 当控制器用于单回路 定值控制系统时，给定信号由控制器内部提供，称为内给定 信号；在随动控制系统中，给定信号来自控制器的外部，称 为外给定信号。 正、反作用的选择： 控制器的输入信号增大，输出增大，称 为正作用；控制器的输入信号增大，输出减小，称为反作用。 通过正、反作用开关来选择。 手动操作与手动/自动双向切换： 通过控制器的手动/自动切 换开关来切换。
仪表控制图例完整
仪表控制图例(可以直接使用，可编辑实用优秀文档，欢迎下载）图1.1 单回路控制系统方框图图1.2 双容液位定值控制系统(a)结构图 (b)方框图图1.3 三容液位定值控制系统(a)结构图 (b)方框图图1.4 锅炉夹套水温定值控制系统(a)结构图 (b)方框图图1.5 单闭环流量定值控制系统图1.6 锅炉内胆温度位式控制系统(a)结构图 (b)方框图图2.1 串级控制系统方框图R-主参数的给定值； C1-被控的主参数； C2-副参数；f1(t)-作用在主对象上的扰动； f2(t)-作用在副对象上的扰动。
图2.2 水箱液位串级控制系统(a)结构图 (b)方框图图2.3 三闭环液位控制系统(a)结构图 (b)方框图图2.4 锅炉夹套与内胆温度串级控制系统(a)结构图 (b)方框图图2.5 锅炉内胆水温与循环水流量串级控制系统(a)结构图 (b)方框图图2.6 盘管出口水温与锅炉内胆水温串级控制系统(a)结构图 (b)方框图图2.7 盘管出口水温与热水流量串级控制系统(a)结构图 (b)方框图图2.8 下水箱液位与进水流量串级控制系统(a)结构图 (b)方框图(a)(b)图3.1（1）管式加热炉温度流量串级控制系统（燃油流量Q为副参数）(a)方框图 (b)结构图D1:原料油流量,初始温度表，D2:燃油压力(流量)，D3:喷油蒸汽压力,配风,炉膛漏风,环境温度.燃油成分等（2）管式加热炉温度压力串级控制系统（燃料压力为副参数）（3）管式加热炉温度串级控制系统（炉膛温度T1为副参数）图3.2 加热炉三变量控制系统图3.3 脱硫加热器流量比值控制系统图3.4 换热器温度串级控制系统(a)出口温度-加热蒸汽流量串级控制(b)出口温度-加热蒸汽压力串级控制图3.5 换热器温度前馈-比值控制系统图3.6 反应器温度串级控制系统控制装置与仪表课程设计课程设计报告( 2021-- 2021年度第二学期)名称：控制装置与仪表课程设计题目：炉膛压力系统死区控制系统设计院系：班级：学号：学生姓名：指导教师：设计周数：一周成绩：日期：2021年7 月5日一、课程设计(综合实验)的目的与要求1.1 目的与要求（1）认知控制系统的设计和控制仪表的应用过程。
简单过程控制系统单回路控制系统的工程设计
简单过程控制系统单回路控制系统的工程设计引言：过程控制系统是指对工业过程中的物理参数如压力、温度、液位等进行自动检测和调节的一种系统。
而单回路控制系统是过程控制系统中的一种基本形式，其通过反馈的方式对控制量进行调节，以达到设定值的目标。
一、系统的需求分析在进行工程设计之前，需要对控制系统的需求进行分析，并制定相关的技术要求和性能指标。
需求分析包括对过程控制的目标、控制对象、控制范围等的明确，以及系统实时性、稳定性、可靠性、可控性等性能指标的确定。
二、系统的架构设计系统的架构设计是指基于需求分析的基础上，确定系统的组成和功能模块，并进行模块化的设计。
对于简单过程控制系统单回路控制系统而言，一般包括传感器模块、执行器模块、控制器模块、反馈模块等。
1.传感器模块：用于检测和采集控制对象的物理参数，如温度传感器、压力传感器、液位传感器等。
2.执行器模块：根据控制器的指令，对控制对象进行调节和控制，如电动调节阀、电动执行器等。
3.控制器模块：根据传感器模块采集到的数据和设定值，通过算法计算出控制器的输出，以达到控制对象的目标。
4.反馈模块：根据控制器的输出和执行器的反馈信号，对系统的控制效果进行实时调整和反馈。
三、系统的算法设计在系统的架构设计的基础上，需要设计系统控制算法，以实现对控制对象的控制。
常见的控制算法有比例控制、积分控制、微分控制和PID控制等。
根据不同的过程要求和控制对象的特性，选择合适的控制算法进行设计。
四、系统硬件的选型和布置根据系统的设计要求和控制对象的特性，选择合适的硬件设备进行控制系统的搭建。
硬件的选型包括传感器、执行器、控制器、数据采集卡等设备。
在设计过程中，需要考虑硬件设备的性能和适用范围，确保其能够满足实际应用的需要。
同时，需要进行合理的硬件设备布置，保证信号的准确传输和系统的稳定运行。
五、系统软件的编程和调试根据系统的架构设计和算法设计，进行系统软件的编程和调试。
常见的编程语言有C语言、Java等。
过程控制单回路控制系统设计
过程控制单回路控制系统设计设计流程：1.确定控制目标：首先，需要确定控制的目标，即需要控制的变量。
在温度控制系统中，控制目标是温度。
2.选择传感器：根据控制目标选择合适的传感器。
在温度控制系统中，可以选择温度传感器。
3.选择执行器：根据控制目标选择合适的执行器。
在温度控制系统中，可以选择加热器或制冷器作为执行器。
4.设计控制器：根据传感器和执行器的特性设计控制器。
常用的控制器包括比例控制器、积分控制器和微分控制器。
5.信号处理：将传感器获取到的数据进行处理，使其适合控制器的输入。
常见的信号处理操作包括放大、滤波和变换等。
6.反馈控制：将控制器的输出与传感器的反馈信号进行比较，并根据比较结果进行调节。
常见的反馈控制算法包括比例反馈控制、积分反馈控制和模糊反馈控制等。
7.参数调节：根据实际情况对控制器的参数进行调节，使得系统达到最佳性能。
8.系统集成：将传感器、执行器、控制器和信号处理器等各部分组装成一个完整的系统，并进行功能测试和性能评估。
关键要素：1.传感器：传感器用于将被控变量转换成电信号，常见的传感器有温度传感器、压力传感器和流量传感器等。
2.执行器：执行器用于根据控制信号调节被控变量，常见的执行器有阀门、电机和加热器等。
3.控制器：控制器根据传感器信号和设定值，计算出控制信号，并将其发送给执行器，常见的控制器有PID控制器和模糊控制器等。
4.信号处理器：信号处理器用于对传感器输出的信号进行放大、滤波和变换等处理，以提高控制系统的稳定性和抗干扰能力。
5.反馈控制：反馈控制通过比较传感器输出和设定值，根据比较结果调整控制信号，以实现控制目标。
6.参数调节：控制器的性能和稳定性很大程度上取决于其参数的选择和调节，通过对控制器参数的调节，可以提高控制系统的响应速度和稳定性。
过程控制单回路控制系统设计需要结合具体的应用场景和要求进行，根据控制目标选择合适的传感器、执行器和控制器，并通过信号处理和反馈控制等措施来提高系统的性能和稳定性。
单回路控制
一、单回路控制系统1一个简单控制系统由那几部分组成？各有什么作用？2 什么是简单控制系统？试画出简单控制系统典型方块图。
答：所谓简单控制系统，通常是指由一个被控对象、一个检测元件及传感器（或变送器）、一个调节器和一个执行器所构成单闭环控制系统，有时也称为单回路控制系统。
简单控制系统典型方块图如下图所示。
题2 方块图3在石油化工生产过程中，常常利用液态丙烯汽化吸收裂解气体热量，使裂解气体温度下降到规定数值上。
下图是一个简化丙烯冷却器温度控制系统。
被冷却物料是乙烯裂解气，其温度要求控制在（15±1.5）℃。
如果温度太高，冷却后气体会包含过多水分，对生产造成有害影响；如果温度太低，乙烯裂解气会产生结晶析出，杜塞管道。
题3 图丙烯冷却器（１）指出系统中被控对象、被控变量和操作变量各是什么？（２）试画出该控制系统组成方块图。
答：（１）被控对象为丙烯冷却器；被控变量为乙烯裂解气出口温度；操作变量为气态丙烯流量。
（３）该系统方块图：题3 方块图4反应温度控制系统示意图。
Ａ、Ｂ两种物料进入反映，通过改变进入夹套冷却水流量来控制反应器内温度保持不变。
图中ＴＴ表示温度变送器，ＴＣ便是温度控制器。
试画出该温度控制系统方块图，并指出该控制系统中被控对象、被控变量、操作变量及可能影响被控变量变化扰动各是什么？题4图反应器温度控制系统答：反应器温度控制系统中被控对象为反应器；被控变量为反应器内温度；操作变量为冷却水流量；干扰为Ａ、Ｂ物料流量、温度、浓度、冷却水温度、压力及搅拌器转速。
反应器温度控制系统方块图：题4方块图5 乙炔发生器是利用电石和水来产生乙炔气装置。
为了降低电石消耗量，提高乙炔收率，确保生产安全，设计了如图所示温度控制系统。
工艺要求发生器温度控制在（８０±１）℃。
试画出该温度控制系统方块图，并指出图中被控对被控变量、操作变量及可能存在扰动。
题5图乙炔发生器分别为乙炔答：乙炔发生器温度控制系统方块图如下图所示（图中T、TO 发生器温度及其设定值）。
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乳液流量为生产负荷，工艺要求必须稳定
控制参数的选择
加热蒸汽流量为控制参数时的系统框图：
控制通道滞后较大，干扰较强
控制参数的选择
旁路空气流量为控制参数时的系统框图：
相对于加热蒸汽流量，控制通道滞后较小，干扰较弱 选择旁路空气流量为控制参数。
仪表的选择
测温元件的选择
课堂习题
如图所示换热器，用蒸汽将进入其中的冷水加热到一定温度，
工艺要求热水温度维持在±1℃，试设计一个简单温度控制系统。
课堂习题
如图所示由锅炉汽包产生的饱和蒸汽经过热器加热成过热蒸汽，而 过热蒸汽是保证电厂的汽轮机组正常运行的重要参数，必须对其进行严 格的控制，在过热器前串接一个减温器，通过改变减温水流量的大小来 控制过热蒸汽的温度，试设计一个简单的温度控制系统。
是液体的流入量，一个是液体的流出量。
这两个参数对被控参数的影响一样，但 从保证液体不产生溢出的要求考虑，选
择液体的流入量作为控制参数则更为合
理。
方案设计
测量元件的选择
选用差压式传感器与
DDZ-Ⅲ型差压式变送器
调节阀的选择
选用气开式调节阀。 选用对数流量特性的调节阀。 选择相应的公称直径和阀座直径。
方案设计
被控参数的选择
根据生产工艺，水分含量 与干燥温度密切相关。选用干 燥的温度为被控参数，水分与 温度一一对应。将温度控制在 一定数值上。
控制参数的选择
经过对装置的分析，可知 影响干燥器温度的因素有乳液 流量、旁路空气流量和加热蒸 汽流量任选一个作控制参数， 均可构成温度控制系统。
控制参数的选择
方案设计
调节器的选择
若储槽只为了起缓冲作用，则控制精度
不高，可选用简单的P调节规律。 若储槽作为计量槽使用，则需要精确控
制液位，即需要消除稳态误差，可选用
PI或PID调节规律。 液体流入增加时，液位上升，Ko为正；
调节阀为气开，Kv为正；
测量变送器Km一般为正； 故调节器Kc为正，选用反作用调节器。
被控温度600°以下， 选用热电阻温度计。 采用三线制接法。
调节阀的选择
选用气关式调节阀。 选用对数流量特性的调节阀。 选择相应的公称直径和阀座直径。
调节器的选择
选用PID控制规律。 被控过程输入的空气流量增加时，干燥器温度降低，Ko为负；
调节阀为气关，Kv为负；
测量变送器Km一般为正； 故调节器Kc为正，选用反作用调节器。
单回路控制系统设计实例
干燥过程控制系统设计
工艺要求
由于乳化物属于胶体物质，激 烈搅拌易固化，也不能用泵抽 送，因而采用高位槽的办法。 由于需要蒸发掉乳液中的水分， 使之成为粉状物，并随湿空气 一起送出进行分离。生产工艺 对干燥后的产品质量要求很高， 水分含量不能波动太大，因而 需要对干燥的温度进行严格控 制。试验证明，若温度波动在 ±2℃以内，则产品质量符合要 求。
储槽液位过程控制系统设计
工艺要求
为了保证生产的正常进行， 生产工艺要求贮槽内的液位常 常需要维持在某个设定值上， 或只允许在某一小范围内变化。 同时，为确保生产过程的安全计
被控参数的选择
根据工艺要求，选择贮槽的液位为 直接被控参数。
控制参数的选择
影响贮槽液位的参数有两个，一个