单回路仪表

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2.2 执行器的选择
在系统设计时，应根据生产过程的特点、被控 介质的情况（如高温、高压、剧毒、易燃易爆 、易结晶、强腐蚀、高粘度等）、安全运行和 推力等，选用气动执行器和电动执行器。
按生产安全原则，选取气开或气关式。根据被 控过程的特性、负荷变化的情况以及调节阀在 管道中的安装方式等，选择适当的流量特性。
在过程控制中，使用最多的是气动执行器，其 次是电动执行器。
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2.3 调节器控制规律的选择
1.调节器的控制规律的适用范围
➢ 比例控制器：比例控制器适用于过程通道容量较大，纯 延时时间较小，负荷变化不大，工艺要求不高的场合。
➢ 比例积分控制器：比例积分控制器适用于过程容量较小， 负荷变化较大，工艺要求无余差的场合。
过程控制系统框图
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（1）对象的正反作用形式 对象正作用：对象的输入量增加（或者减少），其输出量亦增加（或 者减少）， 对象反作用：对象的输入量增加（或者减少），其输出量亦减少（或 者增加）， （2）执行器正反作用形式 执行器正作用：执行器（调节阀）是气关式， KV 0
执行器反作用：执行器（调节阀）是气开式， KV 0 （3）控制器的正反作用形式 控制器正作用：控制器测量值增加（或者减少），其输出量亦增加（或 者减少）， 控制器反作用：控制器测量值增加（或者减少），其输出量亦减少（或 者增加）， （4）变送器的作用形式
T0
1） 0 / T0 <0.2 时，选择比例或比例积分控制器； 2） 当 0.2< 0 / T0 ≤0.1 时，选择比例微分或比例积分微分控制器； 3） 当 0 / T0 > 1.0 时，采用简单控制系统往往不能满足控制要求，应选用如串级、前
馈、预测控制等复杂控制系统。
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3．控制器控制规律的选择
补充 单回路控制系统设计
本章主要内容：
1 概述 2 单回路控制系统方案设计 3 单回路控制系统设计举例
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1 概述
➢过程控制系统从结构形式可以分为单回路系统和多回路系统（串级）。单 回路控制系统包含一个测量变送器、一个调节器、一个执行器和对象，对对 象的某一个被控制参数进行闭环负反馈控制。 ➢在系统分析、设计和整定中，单回路系统设计方法是最基本的方法，适用 于其他各类复杂控制系统的分析、设计、整定和投运。
f
x+
e 调节器 u
(控制器)
－
执行器 q 被控对象 y
z
测量变送环节
(传感器、变送器)
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1.1 一般要求
自动控制系统的一般要求： ➢1．过程控制系统必须是稳定的 ➢2．系统必须具有适当的稳定裕量 ➢3．系统应是一个衰减振荡过程（特殊生产要求例外），但过渡过程时间要 短，余差要小
1.2 控制方案
1.总体设计与系统布局的关系 ➢在进行总体设计和系统布局时，应该全面地考虑生产设备之间的相互联系， 综合各个生产操作之间的相互影响，合理设计各个控制系统。要从生产过程 去全面地分析问题和解决问题，从物料平衡和工艺流程去设计各个过程控制 系统，即要从整个生产工艺过程的自动化考虑所设计的过程控制系统应该包 含产品质量控制、物料或能量控制、限制条件控制等，以全局的设计方法来 正确处理整个系统的布局，统筹兼顾。
变送器的静态放大倍数通常为正，即 K m 0
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2．控制器作用形式的确定
（1）确定原则 过程内部各个环节的静态系数相乘为负。即
K m K 0 K v K c 0 ，计算 K c 正反作用形式。
（2）确定步骤 控制器正反形式确定的步骤： ①根据工艺安全确定执行器（调节阀）的气开、气关形式，从而 确定 KV ②根据过程特性确定对象的正反形式，确定 K 0 ③根据确定原则确定控制器的正、反作用形式。
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2 单回路控制系统方案设计
➢对于过程控制系统的设计和应用来说，控制方案 的设计是核心。 ➢单回路控制系统（控制方案）设计的基本原则， 包括合理选择被控参数和控制参数、信息的获取和 变送、调节阀的选择、调节器控制规律及其正、反 作用方式的确定等。
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2.1 被控参数的选择
选取被控参数的一般原则为： ➢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。 ➢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。 ➢被控参数必须具有足够大的灵敏度。 ➢被控参数的选取，必须考虑工艺过程的合理性和所用仪 表的性能。
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3 单回路控制系统设计举例 3.1 喷雾式干燥设备控制系统设计
1．生产工艺概况
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2．控制方案的设计
温度控制系统及其框图 a)控制系统流程图 b)控制系统组成框图
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3.2 贮槽液位控制系统设计
系统控制方案的设计
液位控制系统
a)进液流量Q为控制参数
b)出液流量Q1为控制参数
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过程控制仪表的选择

2.被控过程的特性 过程控制系统设计应根据不同过程特性，
确定控制方案与调节器的设计或选型以及调节 器参数的整定。
必须深入了解生产工艺情况，结合控制要 求，根据过程特性、扰动情况以及限制条件等 运用控制理论和控制技术才能设计一个工艺上 合理的正确控制方案。
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1.3 基本方法
在系统设计中，通常包括综合法和试探法，具体过程如下： ➢熟悉技术要求或性能指标，了解被控过程和过程检测控 制仪表的动态性能； ➢应用综合方法建立系统的数学模型并进行仿真，应用最 佳控制理论得出系统性能指标的上限； ➢对设计出来的系统在各种信号和扰动作用下进行响应测 试，若系统性能指标不能令人满意，则必须进行再设计， 直到获得满意的性能指标为止。此外，还需进行反复试探 测试实验，直到获得满意的性能指标要求为止。
➢ 广义对象控制通道时间常数较大或容积时延较大时，应引入微分 规律。如工艺容许有残差，可选用比例微分规律；如工艺要求无 残差时，则选用比例积分微分规律。如温度、成分、PH值控制 等。
➢ 当广义对象控制通道时间常数较小，负荷变化也不大，而工艺要 求无残差时，可选择比例积分规律。如管道压力和流量的控制。
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1.4 设计步骤
➢建立对象的数学模型 ➢选择控制方案 ➢建立系统方框图 ➢进行系统静态、动态特性分析计算进行系统静态、 动态特性分析计算 ➢实验和仿真 ➢系统投运
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1.5 主要内容
过程控制系统设计包括方案设计、工程设计、工程安装和 仪表调校、调节器参数整定等四个主要内容。 ➢控制方案设计是系统设计的核心 。 ➢工程设计包括仪表选型、控制室和仪表盘设计、仪表供 电供气系统设计、信号及联锁保护系统设计等。 ➢过程控制系统的正确安装是保证系统正常运行的前提。 系统安装完，还要对每台仪表进行单校和每个控制回路进 行联校。 ➢调节器参数整定是系统运行在最佳状态的重要保证 。
1） 选择DDZ-Ⅲ型差压变送器作为液位测量变送器； 2） 由于贮液罐为一阶惯性环节，可选择对数流量特性调节阀。对图a） 控制方案，为保证液体不溢出和根据生产工艺安全原则，应选择气开式 调节阀。 3） 若工艺要求系统无余差或余差较小，可选用PI控制规律调节器；否 则可选择P控制规律调节器。 由于变送器为 Km 正，气开阀的 Kv 为正；当输入量增加时，液位增加， 为正作用，故 K0 为正；为保证负反馈 Km Kc Kv K0 0 ，则 K c 为负，即 选择反作用方式调节器。
➢ 比例微分控制器：比例微分控制器适用于过程容量较大， 有延时的场合。
➢ 比例积分微分控制器：比例积分微分控制器是一种理想 的控制器，适用于不同的过程特性。
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2．根据过程特性选择控制规律
被控对象传递函数可近似为
Ke0s Wo(s)= TS 1
可根据对象的延时时间和对象自衡时间常数的比值 0
选择控制器的控制规律：
➢ 广义对象控制通道时间常数较小，负荷变化较小，工艺要求不高 时，可选择比例规律，如贮罐压力、液位的控制。
➢ 当广义对象控制通道时间常数或容积迟延很大，负荷变化亦很大 时，应设计复杂控制系统。
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2.4 调节器正、反作用的确定
1．广义过程的正、反作用的确定
控制器有正作用和反作用两种形式，其作用形式取决于被控制过 程、执行器、变送器等相关部分的作用形式。过程控制系统中相关部 分的作用形式取决于各部分的静态放大系数，如图6-9所示，过程控 制系统要能够正常工作，则组成系统的各个环节的静态系数相乘必须 为负，即形成负反馈。
调节器参数整定
由于该对象为单容过程，液位变化迅速，不宜采用临界比例度法和衰 减曲线法，故可采用反应曲线法整定调节器的参数。
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