化工仪表培训课程
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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。 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。
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
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，：只由要于选蒸取汽蒸在汽过温热度状或态蒸下汽只压存力在就气可相以，了则。： 一般以F选=取1（蒸组汽分压数力）为-1宜（，相压数力）测+2量=2元件的时间常数小。 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 是控完变全量必的要控的制。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。系
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 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。
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。
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 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
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。
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。
7.2.3 检测变送环节对控制系统的影响 检测变送环节在控制系统中起获取和传送信息的作用。 检测变送环节对控制系统的影响主要集中在检测元件
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Baidu Nhomakorabea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。 另外，当广义过程的控制通道由几个一阶滞后环节组
(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的 上升。这样的两个控制系统都无法运行。
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。
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
例如按，质在量精指馏标过进程行中直，接要控求制产并品不达多到见规。定的一纯般度是。采理用论温上度、 讲压，力塔等顶作馏为出间物接或指塔标底。残间液的接浓指度标应与该质选量作指为标被之控间变必量须。具 但因有此由单于，值缺常对乏用应直塔关接顶系测、和量塔足产底够品或大浓塔度中小的某的工点测具的量，温信而度号且代。滞替后浓时度间作较为大被， 控变量。
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
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。
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
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，：只由要于选蒸取汽蒸在汽过温热度状或态蒸下汽只压存力在就气可相以，了则。： 一般以F选=取1（蒸组汽分压数力）为-1宜（，相压数力）测+2量=2元件的时间常数小。 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 是控完变全量必的要控的制。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。系
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 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。
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。
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 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
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。
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。
7.2.3 检测变送环节对控制系统的影响 检测变送环节在控制系统中起获取和传送信息的作用。 检测变送环节对控制系统的影响主要集中在检测元件
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Baidu Nhomakorabea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。 另外，当广义过程的控制通道由几个一阶滞后环节组
(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的 上升。这样的两个控制系统都无法运行。
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。
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
例如按，质在量精指馏标过进程行中直，接要控求制产并品不达多到见规。定的一纯般度是。采理用论温上度、 讲压，力塔等顶作馏为出间物接或指塔标底。残间液的接浓指度标应与该质选量作指为标被之控间变必量须。具 但因有此由单于，值缺常对乏用应直塔关接顶系测、和量塔足产底够品或大浓塔度中小的某的工点测具的量，温信而度号且代。滞替后浓时度间作较为大被， 控变量。