过程控制系统设计 PPT

QV A
1
p p
设C为包含
A 在内的比例系数，则
QV c
p p
C n A
式中
( n 5 . 09 )
2. 流量系数的定义 （1）温度为5~10℃的水，在105Pa的压降下，每 小时流过调节阀水量的立方米数。以符号Kv表示。
(2)温度为60℉的水，在1psi(磅/平方英寸）的压降 下，每分钟流过调节阀水量的加仑数。以符号Cv 表示。
用于过程控制的计算机控制设备多采用DCS （集散控制系统）或PLC（可编程序控制器）。
模拟量控制回路较多，开关量较少的过程控 制系统宜采用DCS控制；
模拟量控制回路较少，开关量较多的过程控 制系统宜采用PLC控制。
2、测量仪表和传感器的选型原则
检测部件一般宜采用定型产品，设计过程控制 系统时，根据控制方案选择测量仪表和传感器。
在过程控制系统中，最常用的执行机构是调节 阀。
调节阀是按照控制器（调节器或操作器）所给 定的信号大小和方向，改变阀的开度，以实现调节 流体流量的装置。
把控制器比喻为自动调节系统中的“头脑”,则 调节阀就是自动调节系统的“手脚”。
3.5.1 调节阀计算基础
1．调节阀的工作原理和流量方程式
调节阀是一节流元件。设流体是不可压缩的，且 充满管道，则根据能量不灭定律（Bernoulli方程式） 和流体的连续性定律可知：通过阀的体积流量QV与阀 的有效流通截面积A和通过阀前后的压降 的平方根成 正比，与流体的密度和阀的阻力系数的平方根成反比， 即
1．控制结构有两种： （1） 反馈控制
利用被控变量的直接测量值，调节控制变量， 使被控变量保持在预期值。
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交流
（2） 前馈控制
利用扰动量的直接测量值，调节控制变量，使被控变 量保持在预期值。
2．控制算法
控制方案确定以后，需要选择合适的控制 算法，根据控制算法进行控制器设计。
选型原则
（1） 可靠性原则 可靠性是指产品在一定的条件下，能长期而稳
定地完成规定功能的能力。是测量仪表和传感器的 最重要选型原则。 （2） 实用性原则
完成具体功能要求的能力和水平。根据工艺要 求考虑实用性，既要保证功能的实现，又应考虑经 济 性，并非功能越强越好。 （3） 先进性原则
应该尽量采用先进的设备。
根据叶轮转速与流体流速成正比的关系来计量。
（3）容积式流量计：流体连续通过一定容积之后，进 行流量累计的原理来计量。 （4） 其他类型流量计：如电磁流量计、超声波流量
计等。
用节流元件测流量
1、原理：
OV a 2p
2、取压方式：
（1）径距取压； （2）法兰取压； （3）角接取压。
3.5 调节阀选择
3.3 过程控制系统硬件选择
根据过程控制的输入输出变量以及控制要求， 可以选定系统硬件，包含控制装置、测量仪表、传 感器、执行机构和报警、保护、连锁等部件。
过程控制系统硬件选择的原则:保证控制目标和 控制方案的实施。
1、控制装置
简单的过程控制系统可以选择单回路控制器， 对于比较复杂的系统需要用计算机控制。
3.2 确定控制变量与控制方案
3.2.1 确定控制目标:
根据稳定性、安全性和经济性原则。
1．被控变量
❖ 在定性地确定目标以后，需要用工业过程
的被控变量来定量地表示控制目标。
❖ 被控变量也是工业过程的输出变量。
选择的基本原则
（1）对控制目标起重要影响的输出变量作为被 控变量； （2）可直接控制目标质量的输出变量作为被控 变量； （3）选择与控制（或操作）变量之间的传递函 数比较简单、动态和静态特性较好的输出变量作 为被控变量 （4）有些系统存在控制目标不可测的情况，则 可测量其它能够可靠测量、与控制目标有一定关 系的输出变量，作为辅助被控变量。
Kv=0.8569Cv 或 Cv=1.167 Kv
3．阻塞流
在阀前压力 P1保持一定时，通过阀的流量随阀 上压降 p 的增大而增大，当达到某一临界状况
时，流量将不再随 p 变化，而是达到一个最大
的极限值，这种流动状况称为阻塞流。
阻塞流情况下，计算流量系数，对不可压缩流体、 低雷诺数流体尤其是可压缩流体，均需要修正。
在压差与流量的平方成正比的范围内，流体 的流动状态为紊流。
从层流到紊流的分界线不仅与流量有关，而 且与流体的密度、粘度和管道内径有关。
在流体力学中，此现象用雷诺实验可以验证， 并用雷诺数表征。
雷诺数是流体惯性力与粘性力之比。
流量计类型
主要几类： (1) 压差式流量计：流体通过管道内节流装置时，根
据流量与节流装置前后压差的关系来计量。 (2) 速度式流量计：管道内流体的速度推动叶轮旋转，
过程控制系统设计
3 过程控制系统设计
主要内容
➢过程控制的设计任务、步骤和系统设计 方法
➢流量计和调节阀的计算方法
3.1 过程控制系统设计步骤
➢过程控制的目标与任务:通过对系统的设计 来完成。
➢具体步骤:
1．根据工艺要求和控制目标确定系统变量 2．建立数学模型 3．确定控制方案 4．选择硬件设备 5．选择控制算法，进行控制器设计 6．软件设计 7. 设备安装、调试与整定、运行
2．输入变量
两类：控制（或操作）变量、扰动变量。 控制（或操作）变量：由操作者或控制机构调节的变量。 选择的基本原则为 ： (1) 选择对所选定的被控变量影响较大的输入变量作为控制变量 (2) 选择变化范围较大的输入变量作为控制变量，以便易于控制； (3) 在此的基础上选择对被控变量作用较快的输入变量作为控制 变量，使控制的动态响应较快；
3.4 节流元件
❖1．流量 ❖ 流体在单位时间内流过管道或设备某处 横断面的数量成为流量。 ❖ 流过的数量按体积计算称为体积流量； ❖ 按质量计算的称为质量流量。
2．雷诺数
管道内流量小时，压差与流量成正比；流量 变大后，压差大致与流量的平方成正比。
在压差与流量成正比的范围内，流体的流动 状态为层流；
(4) 在复杂系统中，存在多个控制回路，即存在多个控制变量和 多个被控变量。所选择的控制变量对相应的被控变量有直接影响， 而对其他输出变量的影响应该尽可能的小，以便使不同控制回路 之间的关联比较小。
3.2.2 确定控制方案
工业过程的控制目标以及输入输出变量确定 以后，控制方案就可以确定了 。
控制方案应该包括控制结构和控制算法。