化工仪表培训课程(PPT课件)
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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
例如，在按精质馏量过指程标中进，行要直求接产控品制达并到不规多定见的。纯一度般。是理采论用上温 讲度，、塔压顶力馏等出作物为或间塔接底指残标液。的间浓接度指应标该与选质作量为指被标控之变间量必。 但因须由此具于，有缺常单乏用值直塔对接顶应测、关量塔系产底和品或足浓塔够度中大的某小工点的具的测，温量而度信且代号滞替。后浓时度间作较为大被， 控变量。
(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
组成控制系统，则容易产生系统间的相互关联。如图 所示的流体输送中的流量与压力控制系统，存在着严
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升高将使 q2增大，为此FC将使阀B关小。这样会进一步加剧p1
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。
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。
系统安装完成后，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 控制器参数工程整定 整定控制器PID参数。
7.2 简单控制系统的设计
7.2.1 被控变量的选择 通过对过程分析，确定对产品产量、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 或通过间接计算可得到的变量作为被控变量。
另外，当广义过程的控制通道由几个一阶滞后环节 组成时，要避免各个时间常数相等或相接近的情况。需 考虑到工艺上的合理和方便。由于生产负荷直接关系到 产品的产量，不宜选择生产负荷作为操纵变量。
易引起调节过于频繁而造成被控变量振荡，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。一 般，要根据被控过程的特性来考虑控制通道时间常数T0
的大小。
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。
制精度可得到提高。但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。
B 时间常数T0的影响 控制通道时间常数T0越大，被控变量变化越缓慢，
恢复时间加长，控制作用不及时，过渡过程的最大偏差
将加大，使控制质量变差。相反，时间常数T0较小时， 反映灵敏，控制及时，恢复时间短。但当T0太小时，容
的上升。这样的两个控制系统都无法运行。
Leabharlann Baidu
7.2.2 操纵变量的选择 选定了操纵变量，实际上就确定了控制通道。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，抑制扰动能力强，过渡过程的余差也小，控
结论：扰动离被控变量越近，离调节阀越远，则对 被控变量的影响越大。
综上所述，设计控制系统时，操纵变量选择的原则是：
(1) 操纵变量应是控制通道放大系数K0较大者。
(2) 应使扰动通道的时间常数越大越好，而控制通 道的时间常数适当小一些。
(3) 控制通道纯滞后时间越小越好，并尽量使扰动 远离被控变量而靠近调节阀。
7 简单控制系统的设计、投运 及调节器参数的工程整定
本章先简要介绍过程控制系统的设计 方法及主要内容，然后介绍简单控制系统 的设计原则、系统投运的过程、调节器参 数的工程整定方法。
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。
D 扰动通道 放大系数Kf，越小表明在同样阶跃扰动Δƒ作用下，
扰动被大大削弱，对被控变量的影响越小。
时间常数Tf，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τf ，对于扰动通道来说，相当于扰动推迟
时间τf后进入被控过程，它的大小不影响控制的品质。
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。
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
7.1.2 过程控制系统设计的主要内容 A 控制方案的设计
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。
(2) 必须正确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
蒸汽的温度和压力是否都是独立变量，由下式求得：
F=C-P+2 F为独立变量数目，C为组分数，P为相数。 饱和蒸汽：存在着气、液两相，从而：
F=1（组分数）-2（相数）十2=1 上过式热表 蒸明 汽，：只由于要蒸选汽取在蒸过汽热温状度态或下蒸只汽存压在力气就相可，以则了：。 一般以选取F蒸=1汽（压组力分为数宜），-压1（力相测数量）元+件2=的2时间常数小。 如果在不这遵种循情这况个下原，则把，压设力计和出温既度有都温选度作又为有被压控力变作量为则被 控是变完量全的必控要制的方。案，则控制系统将是无法投运的。
初步设计说明书包括设计指导思想、工艺流程和环 境特征、自动化技术水平、安全措施等说明。
B 工程设计 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。 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。
C 工程安装和仪表调校 进行仪表和电气装备的安装、信号线路的连接。
例如，在按精质馏量过指程标中进，行要直求接产控品制达并到不规多定见的。纯一度般。是理采论用上温 讲度，、塔压顶力馏等出作物为或间塔接底指残标液。的间浓接度指应标该与选质作量为指被标控之变间量必。 但因须由此具于，有缺常单乏用值直塔对接顶应测、关量塔系产底和品或足浓塔够度中大的某小工点的具的测，温量而度信且代号滞替。后浓时度间作较为大被， 控变量。
(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
组成控制系统，则容易产生系统间的相互关联。如图 所示的流体输送中的流量与压力控制系统，存在着严
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升高将使 q2增大，为此FC将使阀B关小。这样会进一步加剧p1
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。
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。
系统安装完成后，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 控制器参数工程整定 整定控制器PID参数。
7.2 简单控制系统的设计
7.2.1 被控变量的选择 通过对过程分析，确定对产品产量、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 或通过间接计算可得到的变量作为被控变量。
另外，当广义过程的控制通道由几个一阶滞后环节 组成时，要避免各个时间常数相等或相接近的情况。需 考虑到工艺上的合理和方便。由于生产负荷直接关系到 产品的产量，不宜选择生产负荷作为操纵变量。
易引起调节过于频繁而造成被控变量振荡，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。一 般，要根据被控过程的特性来考虑控制通道时间常数T0
的大小。
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。
制精度可得到提高。但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。
B 时间常数T0的影响 控制通道时间常数T0越大，被控变量变化越缓慢，
恢复时间加长，控制作用不及时，过渡过程的最大偏差
将加大，使控制质量变差。相反，时间常数T0较小时， 反映灵敏，控制及时，恢复时间短。但当T0太小时，容
的上升。这样的两个控制系统都无法运行。
Leabharlann Baidu
7.2.2 操纵变量的选择 选定了操纵变量，实际上就确定了控制通道。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，抑制扰动能力强，过渡过程的余差也小，控
结论：扰动离被控变量越近，离调节阀越远，则对 被控变量的影响越大。
综上所述，设计控制系统时，操纵变量选择的原则是：
(1) 操纵变量应是控制通道放大系数K0较大者。
(2) 应使扰动通道的时间常数越大越好，而控制通 道的时间常数适当小一些。
(3) 控制通道纯滞后时间越小越好，并尽量使扰动 远离被控变量而靠近调节阀。
7 简单控制系统的设计、投运 及调节器参数的工程整定
本章先简要介绍过程控制系统的设计 方法及主要内容，然后介绍简单控制系统 的设计原则、系统投运的过程、调节器参 数的工程整定方法。
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。
D 扰动通道 放大系数Kf，越小表明在同样阶跃扰动Δƒ作用下，
扰动被大大削弱，对被控变量的影响越小。
时间常数Tf，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τf ，对于扰动通道来说，相当于扰动推迟
时间τf后进入被控过程，它的大小不影响控制的品质。
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。
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
7.1.2 过程控制系统设计的主要内容 A 控制方案的设计
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。
(2) 必须正确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
蒸汽的温度和压力是否都是独立变量，由下式求得：
F=C-P+2 F为独立变量数目，C为组分数，P为相数。 饱和蒸汽：存在着气、液两相，从而：
F=1（组分数）-2（相数）十2=1 上过式热表 蒸明 汽，：只由于要蒸选汽取在蒸过汽热温状度态或下蒸只汽存压在力气就相可，以则了：。 一般以选取F蒸=1汽（压组力分为数宜），-压1（力相测数量）元+件2=的2时间常数小。 如果在不这遵种循情这况个下原，则把，压设力计和出温既度有都温选度作又为有被压控力变作量为则被 控是变完量全的必控要制的方。案，则控制系统将是无法投运的。
初步设计说明书包括设计指导思想、工艺流程和环 境特征、自动化技术水平、安全措施等说明。
B 工程设计 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。 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。
C 工程安装和仪表调校 进行仪表和电气装备的安装、信号线路的连接。