化工自动化及仪表7简单控制系统
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变差。相反，时间常数T0较小时，反映灵敏，调节及时， 过渡时间短。但当T0太小时，容易引起调节作用过于频 繁而造成调节过程振荡，稳定性变差。因此，在T0太大
或太小的情况下，都比较难以控制，控制系统一般希望
控制通道的时间常数T0大小适当。
化工自动化及仪表7简单控制系统
C 纯滞后τ0的影响
控制通道纯滞后的存在，使控制作用落后于被控 变量的变化，容易引起超调和振荡，使被控变量的最大 偏差增大，过渡时间拉长，控制质量变差。 D 扰动通道
初步设计说明书包括设计指导思想、工艺流程和环 境特征、自动化水平和控制方案的确定、安全技术措施 等内容。
化工自动化及仪表7简单控制系统
B 工程设计 它包括仪表选型、控制室(和仪表盘设计)、仪表
供电气系统设计、信号及联锁保护系统设计等。 工程设计要提交自控设备汇总表、电气设备材
料表，以及仪表、电气设备接线图等详细资料。
大，过渡过程的余差也小，控制精度可得到提高。但是
K0过大，控制作用过于灵敏，易使调节过头，引起振荡。
因此，在工艺条件允许的情况下应选择控制通道放大系
数K0较大的作为操纵变量。
化工自动化及仪表7简单控制系统
B 时间常数T0的影响 控制通道时间常数T0越大，反应速度越慢，被控
变量变化越缓和，过渡过程较稳定；但控制作用不及时， 过渡过程的最大偏差加大，过渡时间加长，使控制质量
化工自动化及仪表7简单控制系统
过热蒸汽：由于蒸汽在过热状态下只存在一个气 相，则：
F=C（组分数）-P（相数）+2=1-1十2＝2 在这种情况下，把压力和温度都选作为被控变量则 是完全必要的。
化工自动化及仪表7简单控制系统
(3)必须注意控制系统之间的相互关联问题 当一个过程具有两个以上的独立变量，且又分别
扰动通道的放大系数越小，表示在同样阶跃扰动 Δƒ作用下，扰动被大大削弱，对被控变量的影响越小； 扰动通道的时间常数越大，相当于对扰动起到了一个滤 波作用，则控制系统的品质指标越好。纯滞后对于扰动
通道，相当于使扰动隔一段时间τo后再进入被控过程， 结果只是使调节过程推迟一段时间τo后再开始，而不影
响调节过程的品质。
组成控制系统，则容易产生系统间的相互关联。如， 流体输送中的流量与压力控制系统，它们之间就存在
着较严重的相互关联。若因扰动导致压力p1升高，PC 将控制阀A开大，加大回流量q1，与此同时，由于p1升 高，在阀B开度不变的情况下，将使q2增大，为此FC 将使阀B关小。但是q2的减小，进一步加剧了p1的上升。
这种关联会使控制系统无法运行。
化工自动化及仪表7简单控制系统
7.2.2 操纵变量的选择
扰动作用和控制作用都施加于被控过程，它们对被
控变量的影响都与过程特性有着密切的关系。因此，在 选择操纵变量时，要认真分析过程特性。
A 放大系数K0的影响
在选择操纵变量时，一般是希望控制通道的放大系
统数K0要大一些。因为K0大，表示操纵变量对被控变量 的影响大，控制作用灵敏，抑制扰动能力强；同时，K0
例如，在精馏过程中，要求产品达到规定的纯度。
理论上讲，塔顶馏出物或塔底残液的浓度应该选作为被
控变量。但由于缺乏直接测量产品浓度的工具，而且滞
后时间较大，因此，常用塔顶、塔底或塔中某点的温度
代替浓度作为被控变量。
化工自动化及仪表7简单控制系统
(2) 必须确定表征生产过程的独立变量数目 根据物理化学中的相律关系进行判定。例如，确定
化工自动化及源自文库表7简单控制系统
讨论：假设控制系统的被控过程由三个独立的单容 量环节GP1、GP2、GP3串联组成，扰动分别从三个不同 的位置进入系统。显然从扰动Fl到被控变量C通道的时 间常数个数最多，因而对扰动Fl的滤波效果最好，即对 被控变量的影响最小，F2次之，而F3的影响最大。
7.2.1 被控变量的选择 通过对过程分析，找出对产品产量、质量以及安
全生产和节能等方面具有决定性作用，而且是直接可测 量或通过间接计算可得到的变量作为被控变量。
选择原则： (1) 必须选择表征生产过程的质量指标作为被控变量
按质量指标进行直接控制并不多见。一般是采用温
度、压力等作为间接指标。间接指标与质量指标之间必 须具有单值对应关系和足够大小的测量信号。
化工自动化及仪表-7简 单控制系统
2020/11/12
化工自动化及仪表7简单控制系统
简单控制系统又称单回路反馈控制系统。由 一个被控过程、一个检测变送器、一个控制器和 一个执行器所组成，对一个被控变量进行控制的 单回路反馈闭环控制系统。
简单控制系统是实现生产过程自动化的基本 单元，其结构简单、投资少、易于调整和投运， 能满足一般工业生产过程的控制要求。尤其适用 于被控过程的纯滞后和惯性小、负荷和扰动变化 比较平缓，或者控制质量要求不太高的场合。
C 工程安装和仪表调校 仪表和电气装置的安装、信号线路的连接必须
正确，这是保证控制系统正常运行的前提。系统安 装完成后，还必须对每台仪表进行单独校验，对每 个控制回路进行联动校验。
D 调节器参数工程整定 必须将调节器参数整定合适，保证系统运行在
最佳状态。
化工自动化及仪表7简单控制系统
7.2 简单控制系统的设计
饱和蒸汽的温度和压力是否都是独立变量，可由下式求 得：
F=C-P+2 式中，F为独立变量数目，C为组分数，P为相数。 饱和蒸汽：实际上存在着气、液两相，从而：
F＝1-2十2＝1 上式表明，只要选取蒸汽温度或蒸汽压力就可以了。 一般以选取蒸汽压力为宜，因为压力测量元件的时间常 数小。 如果不遵循这个原则，设计出既有温度又有压力作 为被控变量的控制方案，则这种控制系统将是无法投运 的。
化工自动化及仪表7简单控制系统
7.1 过程控制系统设计的主要内容 7.1.1 过程分析
过程控制系统包括被控过程和控制仪表两 部分。
被控过程是由工艺要求决定的，因此，要 进行过程特性分析，明确：
被控变量 操纵变量 主要扰动
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7.1.2 过程控制系统设计的主要内容 A 控制方案的设计 控制方案包括带控制点的工艺流程图、设计说明 书等。 带控制点的工艺流程图是用自控字母和图形符号 在工艺流程图上描述生产过程控制系统的图纸文件。它 反映出被控变量、测量点的位置、控制手段的实现方法， 以及各个控制系统相互之间的关系。图纸上自控字母和 图形符号都要符合一定的设计规范。
或太小的情况下，都比较难以控制，控制系统一般希望
控制通道的时间常数T0大小适当。
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C 纯滞后τ0的影响
控制通道纯滞后的存在，使控制作用落后于被控 变量的变化，容易引起超调和振荡，使被控变量的最大 偏差增大，过渡时间拉长，控制质量变差。 D 扰动通道
初步设计说明书包括设计指导思想、工艺流程和环 境特征、自动化水平和控制方案的确定、安全技术措施 等内容。
化工自动化及仪表7简单控制系统
B 工程设计 它包括仪表选型、控制室(和仪表盘设计)、仪表
供电气系统设计、信号及联锁保护系统设计等。 工程设计要提交自控设备汇总表、电气设备材
料表，以及仪表、电气设备接线图等详细资料。
大，过渡过程的余差也小，控制精度可得到提高。但是
K0过大，控制作用过于灵敏，易使调节过头，引起振荡。
因此，在工艺条件允许的情况下应选择控制通道放大系
数K0较大的作为操纵变量。
化工自动化及仪表7简单控制系统
B 时间常数T0的影响 控制通道时间常数T0越大，反应速度越慢，被控
变量变化越缓和，过渡过程较稳定；但控制作用不及时， 过渡过程的最大偏差加大，过渡时间加长，使控制质量
化工自动化及仪表7简单控制系统
过热蒸汽：由于蒸汽在过热状态下只存在一个气 相，则：
F=C（组分数）-P（相数）+2=1-1十2＝2 在这种情况下，把压力和温度都选作为被控变量则 是完全必要的。
化工自动化及仪表7简单控制系统
(3)必须注意控制系统之间的相互关联问题 当一个过程具有两个以上的独立变量，且又分别
扰动通道的放大系数越小，表示在同样阶跃扰动 Δƒ作用下，扰动被大大削弱，对被控变量的影响越小； 扰动通道的时间常数越大，相当于对扰动起到了一个滤 波作用，则控制系统的品质指标越好。纯滞后对于扰动
通道，相当于使扰动隔一段时间τo后再进入被控过程， 结果只是使调节过程推迟一段时间τo后再开始，而不影
响调节过程的品质。
组成控制系统，则容易产生系统间的相互关联。如， 流体输送中的流量与压力控制系统，它们之间就存在
着较严重的相互关联。若因扰动导致压力p1升高，PC 将控制阀A开大，加大回流量q1，与此同时，由于p1升 高，在阀B开度不变的情况下，将使q2增大，为此FC 将使阀B关小。但是q2的减小，进一步加剧了p1的上升。
这种关联会使控制系统无法运行。
化工自动化及仪表7简单控制系统
7.2.2 操纵变量的选择
扰动作用和控制作用都施加于被控过程，它们对被
控变量的影响都与过程特性有着密切的关系。因此，在 选择操纵变量时，要认真分析过程特性。
A 放大系数K0的影响
在选择操纵变量时，一般是希望控制通道的放大系
统数K0要大一些。因为K0大，表示操纵变量对被控变量 的影响大，控制作用灵敏，抑制扰动能力强；同时，K0
例如，在精馏过程中，要求产品达到规定的纯度。
理论上讲，塔顶馏出物或塔底残液的浓度应该选作为被
控变量。但由于缺乏直接测量产品浓度的工具，而且滞
后时间较大，因此，常用塔顶、塔底或塔中某点的温度
代替浓度作为被控变量。
化工自动化及仪表7简单控制系统
(2) 必须确定表征生产过程的独立变量数目 根据物理化学中的相律关系进行判定。例如，确定
化工自动化及源自文库表7简单控制系统
讨论：假设控制系统的被控过程由三个独立的单容 量环节GP1、GP2、GP3串联组成，扰动分别从三个不同 的位置进入系统。显然从扰动Fl到被控变量C通道的时 间常数个数最多，因而对扰动Fl的滤波效果最好，即对 被控变量的影响最小，F2次之，而F3的影响最大。
7.2.1 被控变量的选择 通过对过程分析，找出对产品产量、质量以及安
全生产和节能等方面具有决定性作用，而且是直接可测 量或通过间接计算可得到的变量作为被控变量。
选择原则： (1) 必须选择表征生产过程的质量指标作为被控变量
按质量指标进行直接控制并不多见。一般是采用温
度、压力等作为间接指标。间接指标与质量指标之间必 须具有单值对应关系和足够大小的测量信号。
化工自动化及仪表-7简 单控制系统
2020/11/12
化工自动化及仪表7简单控制系统
简单控制系统又称单回路反馈控制系统。由 一个被控过程、一个检测变送器、一个控制器和 一个执行器所组成，对一个被控变量进行控制的 单回路反馈闭环控制系统。
简单控制系统是实现生产过程自动化的基本 单元，其结构简单、投资少、易于调整和投运， 能满足一般工业生产过程的控制要求。尤其适用 于被控过程的纯滞后和惯性小、负荷和扰动变化 比较平缓，或者控制质量要求不太高的场合。
C 工程安装和仪表调校 仪表和电气装置的安装、信号线路的连接必须
正确，这是保证控制系统正常运行的前提。系统安 装完成后，还必须对每台仪表进行单独校验，对每 个控制回路进行联动校验。
D 调节器参数工程整定 必须将调节器参数整定合适，保证系统运行在
最佳状态。
化工自动化及仪表7简单控制系统
7.2 简单控制系统的设计
饱和蒸汽的温度和压力是否都是独立变量，可由下式求 得：
F=C-P+2 式中，F为独立变量数目，C为组分数，P为相数。 饱和蒸汽：实际上存在着气、液两相，从而：
F＝1-2十2＝1 上式表明，只要选取蒸汽温度或蒸汽压力就可以了。 一般以选取蒸汽压力为宜，因为压力测量元件的时间常 数小。 如果不遵循这个原则，设计出既有温度又有压力作 为被控变量的控制方案，则这种控制系统将是无法投运 的。
化工自动化及仪表7简单控制系统
7.1 过程控制系统设计的主要内容 7.1.1 过程分析
过程控制系统包括被控过程和控制仪表两 部分。
被控过程是由工艺要求决定的，因此，要 进行过程特性分析，明确：
被控变量 操纵变量 主要扰动
化工自动化及仪表7简单控制系统
7.1.2 过程控制系统设计的主要内容 A 控制方案的设计 控制方案包括带控制点的工艺流程图、设计说明 书等。 带控制点的工艺流程图是用自控字母和图形符号 在工艺流程图上描述生产过程控制系统的图纸文件。它 反映出被控变量、测量点的位置、控制手段的实现方法， 以及各个控制系统相互之间的关系。图纸上自控字母和 图形符号都要符合一定的设计规范。