6 典型的过程控制系统实例
自控典型环节
控制系统的典型环节控制系统的典型环节自动控制系统是由不同功能的元件构成的。
从物理结构上看，控制系统的类型很多，相互之间差别很大，似乎没有共同之处。
在对控制系统进行分析研究时，我们更强调系统的动态特性。
具有相同动态特性或者说具有相同传递函数的所有不同物理结构，不同工作原理的元器件，我们都认为是同一环节。
所以，环节是按动态特性对控制系统各部分进行分类的。
应用环节的概念，从物理结构上千差万别的控制系统中，我们就发现，他们都是有为数不多的某些环节组成的。
这些环节成为典型环节或基本环节。
经典控制理论中，常见的典型环节有以下六种。
比例环节比例环节是最常见、最简单的一种环节。
比例环节的输出变量y(t)与输入变量x(t)之间满足下列关系比例环节的传递函数为式中K为放大系数或增益。
杠杆、齿轮变速器、电子放大器等在一定条件下都可以看作比例环节。
例10 图是一个集成运算放大电路，输入电压为，输出电压为，为输入电阻，为反馈电阻。
我们现在求取这个电路的传递函数。
解从电子线路的知识我们知道这是一个比例环节，其输入电压与输出电压的关系是按传递函数的定义，可以得到式中，可见这是一个比例环节。
如果我们给比例环节输入一个阶跃信号，他的输出同样也是一个阶跃信号。
阶跃信号是这样一种函数式中为常量。
当时，称阶跃信号为单位阶跃信号。
阶跃输入下比例环节的输出如图所示。
比例环节将原信号放大了K倍。
图比例器图比例环节的阶跃响应（a）阶跃输入；（b）阶跃输出惯性环节惯性环节的输入变量X(t)与输出变量Y(t)之间的关系用下面的一阶微分方程描述惯性环节的传递函数为式中，T称为惯性环节的时间常数，K称为惯性环节的放大系数。
惯性环节是具有代表性的一类环节。
许多实际的被控对象或控制元件，都可以表示成或近似表示成惯性环节。
如我们前面举过的液位系统、热力系统、热电偶等例子，它们的传递函数都具有（）式的形式。
都属惯性环节。
当惯性环节的输入为单位阶跃函数是，其输出y(t)如图所示。
控制系统实例32个
开环控制系统方框图19例1、水泵抽水控制系统2、家用窗帘自动控制系统3、宾馆自动门控制系统4、楼道自动声控灯装置5、游泳池定时注水控制系统 控制量 控制量 控制量 控制量 控制量 控制量6、十字路口的红绿灯定时控制系统7、公园音乐喷泉自动控制系统8、自动升旗控制系统9、宾馆火灾自动报警系统10、宾馆自动叫醒服务系统11、活动猴控制系统12、公共汽车车门开关控制系统控制量控制量 控制量 控制量 控制量（压缩空控制量控制量13、家用缝纫机缝纫速度控制系统14、普通全自动洗衣机控制系统15、手电筒控制装置16、宾馆自动门加装压力传感器防意外事故自动控制系统17、可调光台灯控制系统18、电吹风控制系统控制量控制量 控制量输入量 （压力传感器是否测到压力异常信号） 控制量 控制量控制量19、普通电风扇控制系统----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------闭环控制系统方框图12例1、家用压力锅工作原理2、投篮控制量给定量给定量 被控量给定量3、供水水箱的水位自动控制系统4、加热炉的温度自动控制系统5、抽水马桶的自动控制系统6、花房温度控制系统被控量给定量被控量给定量被控量给定量给定量被控量控制量7、夏天房间温度控制系统8、家用电饭锅保温控制系统9、家用电冰箱温度控制系统10、宾馆使用多台热水器串联电辅助加热自动控制系统给定量被控量房内实被控量给定量 控制量被控量 冰箱实给定量 给定量被控量—80℃） 控制量11、粮库温、湿度自动控制系统12、自动保温电热水壶控制系统被控量 粮库内给定量（设定控制量 给定量控制量。
第10章 过程控制系统应用实例
过程控制系统与仪表 第10章
按照上述思路就构 成了双冲量控制系统， 系统中增加了针对主要 干扰——蒸汽流量扰动 的补偿通道，使调节阀 及时按照蒸汽流量扰动 进行水量补偿，而其它 干扰对水位的影响由反 馈控制回路克服，这是 一个前馈－反馈复合控 制系统。
蒸汽流量D
汽包 省煤器
FT LT LC
u
u1
c0
过程控制系统与仪表 第10章
在双冲量水位控制的基础
蒸汽流量D
上，将给水流量信号作为
副变量，就构成如图所示 的三冲量水位控制系统。
汽包
FT LT LC
汽包水位是主变量，也
u
u1
称主冲量；给水流量为 副变量，蒸汽流量是前 馈补偿的主要扰动，给
省煤器
c0
U
水流量与蒸汽流量也称
FT
FC
辅助冲量，这是一个前 馈－串级复合控制系统。
过程控制系统与仪表 第10章
常见的蒸汽锅炉如图所示：
锅炉系统主要的被 控变量有：汽包水
过热蒸汽压力PM
V-2
位、过热蒸汽压力、
V-1
过热蒸汽温度、炉 汽包
膛负压、燃－空比； 主要的控制变量有：送风F 炉膛 锅炉给水、燃料量、燃料M
过热器 省煤器
减温水流量、送风
量。
锅炉工艺流程图
过热蒸汽 流量D
炉墙 热空气送
3、燃烧控制系统 使燃料燃烧产生的热量适应锅炉负荷的需要；使燃料 量与空气量之间满足一定比例，以保证经济燃烧；使 引风量与送风量相适应，以保持炉膛负压稳定。
过程控制系统与仪表 第10章
10.2.1 锅炉汽包水位控制系统 锅炉汽包水位系统流程如图所示
水位控制的任务是使给
控制系统实例32个
开环控制系统方框图19例1、水泵抽水控制系统2、家用窗帘自动控制系统3、宾馆自动门控制系统4、楼道自动声控灯装置5、游泳池定时注水控制系统 控制量 控制量 控制量 控制量 控制量 控制量6、十字路口的红绿灯定时控制系统7、公园音乐喷泉自动控制系统8、自动升旗控制系统9、宾馆火灾自动报警系统10、宾馆自动叫醒服务系统11、活动猴控制系统12、公共汽车车门开关控制系统控制量控制量 控制量 控制量 控制量（压缩空控制量控制量13、家用缝纫机缝纫速度控制系统14、普通全自动洗衣机控制系统15、手电筒控制装置16、宾馆自动门加装压力传感器防意外事故自动控制系统17、可调光台灯控制系统18、电吹风控制系统控制量控制量 控制量输入量 （压力传感器是否测到压力异常信号） 控制量 控制量控制量19、普通电风扇控制系统----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------闭环控制系统方框图12例1、家用压力锅工作原理2、投篮控制量给定量给定量 被控量给定量3、供水水箱的水位自动控制系统4、加热炉的温度自动控制系统5、抽水马桶的自动控制系统6、花房温度控制系统被控量给定量被控量给定量被控量给定量给定量被控量控制量7、夏天房间温度控制系统8、家用电饭锅保温控制系统9、家用电冰箱温度控制系统10、宾馆使用多台热水器串联电辅助加热自动控制系统给定量被控量房内实被控量给定量 控制量被控量 冰箱实给定量 给定量被控量—80℃） 控制量11、粮库温、湿度自动控制系统12、自动保温电热水壶控制系统被控量 粮库内给定量（设定控制量 给定量控制量。
过程控制系举例
控制信号
操作量、控制参数（进水流量）
与输出量液位成正比的电压信号
f (t )-- 扰动信号
4– 调节阀
例2：液位控制系统
2、方框图
x(t ) z(t )
检测变送
f (t )
调节器
e(t )
u(t )
调节阀
q(t )
被控过程
y(t )
x(t )-- 输入量（与贮罐设定液位对应的电压量）
y(t )-- 输出量、被控量（贮罐的实际液位）
e(t ) -- 误差信号
q(t ) -z (t ) -u(t ) --
y(t )-- 输出量、被控量（过热蒸汽的实际温度）
e(t ) -- 误差信号（一般为电压量）
u(t ) --
控制信号
q(t ) --
操作量、控制参数
与输出量成正比的测量信号 f (t ) -- 扰动信号
z (t ) --
例2：液位控制系统
1、原理图 图中： 1– 贮罐 2– 差压变送器 3– 液位调节器
过程控制系统的举例
例1：发电厂锅炉过热蒸汽温度控制系统
1、原理图
图中：
1– 热电阻
2– 温度变送器 3– 温度调节器 4– 调节阀
例1：发电厂锅炉过热蒸汽温度控制系统
2、方框图
x(t ) z(t )
检测变送
f (t )
调节器
e(t ) )
被控过程
y(t )
x(t )-- 输入量（与过热蒸汽的设定温度对应）
第六章典型过程控制系统应用方案案例
按照图 6-5 分析可知，乳液直接进入干燥器，滞后最小，对于 干燥温度的校正作用最灵敏， 而且干扰进入装置最靠近调节阀 1， 似 乎控制方案最佳。但是，乳液流量即为生产负荷，一般要求能保证 产量稳定。若作为控制参数，则在工艺上不合理。所以不宜选乳液 流量为控制参数，该控制方案不能成立。 再对图 6-6 进行分析，可以发现，调节旁路空气流量与热风量 混合后，再经过较长的风管进行干燥器。如图 6-5 所示方案相比， 由于混合空气传输管道长， 存在管道传输滞后,故控制通道时间滞后 教大，对于干燥温度校正作用的灵敏度要差一些。若按照图 6-7 所 示调节换热器的蒸汽流量，以改变空气的温度，则由于换热器通常 为一双容过程，时间常数较大，控制通道的滞后最大，对干燥温度 的校正作用灵敏度最差。显然，选择旁路空气量作为控制参数的方 案最佳。 （1） 过程检测控制仪表的选用 根据生产工艺和用户的要求， 选用电动单元组合仪表（DDZ–Ⅲ型）
6.1 热交换器温度反馈-----静态前馈控制系统
6.2 单回路控制系统的应用
6.3 计算机数字控制的典型实例 6.4 流体输送设备的控制 6.5 反应器的控制 附录:思考题与习题
6.1 热交换器温度反馈——静态前馈控制系统 6.1.1 生产过程对系统设计的要求
在氮肥生产过程中有一个变换工段 ,把煤气发生炉来的一氧化 碳同水蒸汽的混合物转换成生产合成氨的原料七,在转换过程中释放 大量的热,使变换气体温度升高,变换气体在送至洗涤塔之前需要降 温,而进变换炉的混合物需要升温,因此通常利用变换气体来加热一 氧化碳与水蒸气的混合气体,这种冷热介质的热量交换是通过热交换 器来完成的。在许多工业生产过程中都用到热交换器设备，对热交 换器设备的控制就显得非常重要。 热交换器主要的被控制量是冷却介质出热交换器的温度。 图 6-1 表示一个进出热交换器的典型参数。其中加热介质是工厂生产过程 中产生的废热热源(成品、半成品或废气、废液),为了节省能量,这部 分热量要求最大限度的加以利用。所以通常不希望对其流量进行调 节,而被加热介质的温度一般是通过调节加热介质的流量来实现的。
过程控制第六章大时滞过程控制系统
6.3 预估补偿控制方案
X (s)
F(s) Wf (s)
Wc (s)
W0 (s)es
Y (s)
图6-9 单回路系统框图
Y (s) X (s)
TI
KC (TI sW01(s)
s 1)(TDs 1)es KC (TI s 1)(TDs 1)es
Y (s) F(s)
TI
sW01(s)
TI ses KC (TI s 1)(TDs
1)es
（6-3） （6-4）
由以上4个式子可见，微分先行控制方案和PID控制方案的特征方程完全相同。
X (s)
F(s) Wf (s)
Wc (s)
W0(s)es
W0 (s)
Y (s)
es
图6-10a) Smith预估补偿控制系统结构原理图
6.3 预估补偿控制方案
X (s)
Wc (s) U (s) W0(s)es Y (s)
Y1(s)
Y2
(s)
(1
es
6.1 大时滞过程概述
时滞现象在工业生产过程中是普遍存在的。时滞可分为两类，一类称为纯时滞，如 带式运输机的物料传输、管道输送、管道混合、分析仪表检测流体的成分等过程； 另一类为惯性时滞，又称为容积时滞。该类时滞主要来源于多个容积的存在，容积 的数量可能有几个甚至几十个，如分布参数系统可以理解为具有无穷多个微分容积。 因此，容积越大或数量越多，其滞后的时间就越长。
过程控制应用实例
6
5）高沸塔进料控制与低沸塔相同，以低沸塔底部液位为 ）高沸塔进料控制与低沸塔相同， 主回路，高沸塔进料流量为副回路， 主回路，高沸塔进料流量为副回路，构成串级均匀 控制系统 6）调节成品冷凝器冷却水的流量，以保持高沸塔顶部压 ）调节成品冷凝器冷却水的流量， 力恒定 7）调节进入高沸塔顶部冷凝器冷却水的流量， 7）调节进入高沸塔顶部冷凝器冷却水的流量，以维持顶 部温度不变， 部温度不变，从而保持氯乙烯烯气相采出量大小不 变 8）调节进入高沸塔再沸器热水流量以保持高沸塔顶部压 ） 力恒定 9）在热水供应塔中设置恒温控制，保证输出热水为 ）在热水供应塔中设置恒温控制， 70°C °
6
2、控制方案的选择 、
被控参数，必须逐个选定对应的控制回路： 被控参数，必须逐个选定对应的控制回路：
1）构成一串级的均匀控制回路，以液位为主回路，流量 ）构成一串级的均匀控制回路，以液位为主回路， 为副回路， 为副回路，控制进料流量 2）低沸塔顶部温度保持恒定是为了防止顶部排出气体中 ） 含氯乙烯量过高， 含氯乙烯量过高，温度的调节则由塔顶冷凝器冷冻 水流量的调整来实现 3）用尾气流量作为控制参数，保持低沸塔塔顶压力恒定 ）用尾气流量作为控制参数， 4）用低沸塔再沸器输入热水流量作为控制参数，保持再 ）用低沸塔再沸器输入热水流量作为控制参数， 沸器温度恒定， 沸器温度恒定，从而使分离度保持恒定值
1、精馏工艺简介 、
精馏工段流程
6
为了保证精馏过程连续正常进行，需要稳定若干个工艺参数： 为了保证精馏过程连续正常进行，需要稳定若干个工艺参数： 1、低沸塔进料流量 、 2、低沸塔塔顶温度，正常为 度 、低沸塔塔顶温度，正常为15度 3、低沸塔尾气排放压力 、 4、低沸塔恒分离度 、 5、高沸塔进料流量 、 6、高沸塔顶部压力 、 7、高沸塔塔顶氯乙烯气相采出量 、 8、高沸塔恒分离度 、 9、进入再沸器热水温度 、
生活中过程控制系统的例子
生活中过程控制系统的例子
1. 想想家里的空调不就是个典型嘛！夏天你设定个舒适的温度，它就努力工作保持室内恒温。
这就像你给它下达了命令，它就乖乖执行，让你一直能享受凉爽，多棒呀！
2. 还有咱每天用的电饭煲呀！你把米和水放进去，按下按钮，它就开始精确地控制煮饭过程啦。
这不就像一个小厨师，兢兢业业地给你煮出香喷喷的米饭来，难道不是很神奇？
3. 你知道吗，汽车的定速巡航也是呢！设定好速度后，它就稳定地控制着车速，让你轻松驾驶。
这就如同有个经验丰富的司机在帮你掌控着车子呀，岂不妙哉？
4. 再说说洗澡时的热水器，你调好温度，它就不断地进行过程控制，让水温始终合适。
这多像一个贴心的小管家，随时满足你的热水需求呀！
5. 小孩子玩的遥控汽车也有呀！你通过遥控器来控制它的速度和方向，这就是一个小小的过程控制系统呀，是不是很有意思？
6. 想想工厂里生产产品的那些机器设备，不也是在进行着复杂的过程控制吗？就像是一群不知疲倦的工人，精确地完成每一道工序，生产出高质量的产品呢！
7. 甚至公园里的自动浇灌系统也是哦！它按照设定的时间和水量来给花草浇水，多么智能呀！这就好比有个勤劳的园丁在默默照顾着那些植物呢。
结论：生活中处处都有过程控制系统，它们让我们的生活变得更加便利和高效呀！。
第6章过程控制系统的应用实例-Read
第6章 过程控制系统的应用实例6.1 精馏塔的控制精馏是石油化工、炼油生产过程中的一个十分重要的环节，其目的是将混合物中各组分分离出来，达到规定的纯度。
精馏过程的实质就是迫使混合物的气、液两相在塔体中作逆向流动，利用混合液中各组分具有不同的挥发度，在互相接触的过程中，液相中的轻组分逐渐转入气相，而气相中的重组分则逐渐进入液相，从而实现液体混合物的分离。
一般精馏装置由精馏塔、再沸器、冷凝器、回流罐等设备组成，如图6.1所示。
图6.1 简单精馏控制示意图进料流量F从精馏塔中段某一塔板上进入塔内，这块塔板称为进料板。
进料板将精馏塔分为上下两段，进料板以上部分称为精馏段，进料板以下部分称为提馏段。
溶液中组分的数目可以是两个或两个以上。
实际工业生产中，只有两个组分的溶液不多，大量需要分离的溶液往往是多组分溶液。
多组分溶液的精馏在基本原理方面和两组分溶液的精馏是一样的。
本节只讨论两组分溶液的精馏。
6.1.1 精馏原理在恒定压力下，单组分液体在沸腾时虽然继续加热，其温度却保持不变，即单组分液体的沸点是恒定的。
对于两组分的理想溶液来说，在恒定压力下，其沸点却是可变的。
例如对于A、B两种混合物的分馏，纯A的沸点是140℃，纯B的沸点是175℃。
如果两组分的混合比发生变化，混合溶液的沸点也随之发生变化，如图6.2中的液相曲线所示。
第6章 过程控制系统的应用实例·333··333·150140160170180020406080100100806040200A ：B ：组分/(％)温度/℃图6.2 A 、B 两组分混合物温度-浓度曲线设原溶液中A 占20%，B 占80%，此混合液的沸点是164.5℃，加热使混合液体沸腾。
这时，与液相共存的气相组分比是A 占45.8%，B 占54.2%。
这些气体单独冷凝后所形成的混合液体中，A 占45.8%，B 占54.2%；如果使此冷凝后的混合液体沸腾，其沸点是154.5℃。
程序控制系统的例子
程序控制系统的例子程序控制系统是一种通过编写和执行程序来控制和管理设备或系统的技术。
它可以应用于各个领域，例如工业自动化、交通运输、医疗设备等。
下面列举了十个程序控制系统的例子。
1. 工业生产控制系统：在制造业中，程序控制系统可以用来控制生产线上的各个设备，实现自动化生产。
例如，汽车制造厂的焊接机器人、装配线机械手等，都可以通过程序来控制其动作和操作。
2. 交通信号控制系统：城市交通信号灯的控制系统利用程序来控制红绿灯的切换和时序，以优化交通流量和减少交通拥堵。
3. 智能家居系统：智能家居系统通过程序控制各种家电设备，如灯光、温度控制、安防等，实现智能化的家居管理。
4. 医疗设备控制系统：医疗设备如手术机器人、心脏起搏器等，可以通过程序控制其运动和操作，以提高手术精确度和治疗效果。
5. 电力系统控制：电力系统控制系统可以通过程序来监控和控制电力网络中的发电机、变电站等设备，保障电力系统的稳定运行。
6. 水处理系统控制：水处理系统中的处理设备，如水泵、过滤器等，可以通过程序来自动控制其运行和参数调节，以实现高效的水处理效果。
7. 物流仓储管理系统：物流仓储管理系统通过程序控制仓库中的自动化设备，如输送线、堆垛机等，实现仓储物品的自动化管理和调度。
8. 气象监测与预报系统：气象监测与预报系统利用程序控制各种气象仪器，如气象雷达、气象卫星等，实时监测气象数据并进行预报分析。
9. 金融交易系统：金融交易系统通过程序控制交易平台的运行，实现证券交易、外汇交易等金融业务的自动化处理和管理。
10. 网络安全防护系统：网络安全防护系统通过程序控制网络设备和安全设备，监测和防御网络攻击，保护网络的安全和稳定。
总结起来，程序控制系统在各个领域都有广泛应用。
它通过编写和执行程序，实现对设备和系统的智能化控制和管理，提高了生产效率、安全性和便利性。
随着技术的不断发展，程序控制系统在未来将会有更多的应用和创新。
第10章 过程控制系统应用实例
D(s) D(s) D(s) s T2s 1
式中， f 为蒸汽流量作用下，阶跃响应曲线的斜率。
虚假水位变化大小与锅炉的工作压力和蒸发量有关。
过程控制系统与仪表 第10章
2、给水量对水位的影响 由于给水温度比汽包内
饱和水的温度低，进入汽包 的给水会从饱和水吸收一部 分热量，所以当给水量增大 后，汽包水面以下水中的气 泡总体积减少，导致水位下 降。
过程控制系统与仪表 第10章
按照上述思路就构 成了双冲量控制系统， 系统中增加了针对主要 干扰——蒸汽流量扰动 的补偿通道，使调节阀 及时按照蒸汽流量扰动 进行水量补偿，而其它 干扰对水位的影响由反 馈控制回路克服，这是 一个前馈－反馈复合控 制系统。
蒸汽流量D
汽包 省煤器
FT LT LC
u
u1
c0
过程控制系统与仪表 第10章
常见的蒸汽锅炉如图所示：
锅炉系统主要的被 控变量有：汽包水
过热蒸汽压力PM
V-2
位、过热蒸汽压力、
V-1
过热蒸汽温度、炉 汽包
膛负压、燃－空比； 主要的控制变量有：送风F 炉膛 锅炉给水、燃料量、燃料M
过热器 省煤器
减温水流量、送风
量。
锅炉工艺流程图
过热蒸汽 流量D
炉墙 热空气送
当锅炉蒸汽负荷突然大幅度增加时，由于虚假水位现 象，调节器不但不及时开大给水阀来增加给水量，反 而去关小调节阀的开度，减少给水量，等到虚假水位 消失后，汽包水位会严重下降。对于负荷变动较大的 大、中型锅炉，单冲量控制系统不能保证水位稳定， 难以满足水位控制要求和生产安全。
2、双冲量汽包水位控制系统
汽包水位的主要干扰是蒸汽流量变化。如果能利用 蒸汽流量变化信号对给水量进行补偿控制，就可以 消除或减少“假水位”对汽包水位的影响，控制效 果要比只按水位进行控制要好。
过程与控制的例子
过程与控制的例子
过程和控制是指在一个系统或过程中，通过一系列的步骤和措施来实现预期的结果。
以下是一些过程与控制的例子：
1. 制造过程：制造过程是一个将原材料转化为成品的过程。
在这个过程中，需要对生产过程进行控制，以确保产品的质量和产量。
例如，在制造汽车的过程中，需要对汽车的设计、原材料的采购、生产过程的控制、质量检测等进行严格的控制，以确保汽车的质量和安全性能。
2. 医疗过程：医疗过程是一个对病人进行诊断、治疗和护理的过程。
在这个过程中，需要对医疗过程进行控制，以确保病人的安全和治疗效果。
例如，在手术过程中，需要对手术器械的消毒、手术室的卫生、医生的操作等进行严格的控制，以确保手术的成功和病人的安全。
3. 教育过程：教育过程是一个对学生进行知识传授和能力培养的过程。
在这个过程中，需要对教育过程进行控制，以确保学生的学习效果和能力提升。
例如，在课堂教学中，需要对教学内容、教学方法、教学环境等进行严格的控制，以确保学生的学习效果和能力提升。
4. 金融过程：金融过程是一个对资金进行管理和运作的过程。
在这个过程中，需要对金融过程进行控制，以确保资金的安全和有效运作。
例如，在股票交易过程中，需要对股票的交易价格、交易量、交易时间等进行严格的控制，以确保股票交易的公正性和安全性。
总之，过程与控制是一个广泛的概念，它适用于各种不同的领域和行业。
在每个过程中，都需要对过程进行控制，以确保预期的结果得以实现。
过程控制系统设计实例概述43页PPT
1、纪律是管理关系的形式。——阿法 纳西耶 夫 2、改革如果不讲纪律，就难以成功。
3、道德行为训练，不是通过语言影响 ，而是 让儿童 练习良 好道德 行为， 克服懒 惰、轻 率、不 守纪律 、颓废 等不良 行为。 4、学校没有纪律便如磨房里没有水。 ——夸 美纽斯
5、教导儿童服从真理、服从集体，养 成儿童 自觉的 纪律性 ，这是 儿童道 德教育 最重要 的部分 。—— 陈鹤琴
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
6 典型的过程控制系统实例
双容水箱液位PID控制系统
双容水箱液位PID控制系统
双容水箱液位PID控制系统
流量PID控制系统
涡轮流量计
它主要由壳体、前导向架、 叶轮、后导向架、压紧圈和 带放大器的磁电感应转换器 等组成。当被测流体流经传 感器时，传感器的叶轮借助 于流体的动能而产生旋转， 叶轮周期性的改变磁电感应 系数中的磁阻值，从而使通 过线圈的磁通量周期性的发 生变化而产生电脉冲信号， 并经放大器放大后传送至相 应的流量积算仪表，进行量 或总量的计量。
流量控制系统方框图
负反馈控制系统的一个主要优点是输出量（被控制量） 经检测元件检测后反馈到系统的输入端与给定值相比 较，所得的偏差信号经调节器处理后变成一个对被控 过程控制的信号，从而实现被控制量排除系统内外扰 动的影响而保持基本不变的目的。
流量控制系统与液位控制系统一样，它的控制质 量完全取决于所用调节器的结构和参数。比例调 节器是调节比例度δ来实现对系统的控制。一般 言之，δ越小，系统的余差也越小，但超调量等 动态性能指标变差。反之，δ越大，系统的余差 也越大，系统的动态过程缓慢，超调量变小。比 例积分（PI）调节器产生的控制作用有2 个部分： 与偏差成比例部分和偏差的积分部分。由于积分 的作用，可使系统无余差产生，但积分时间常数 不能太小，否则会使系统的动态性能变差，甚至 会不稳定。 比例积分微分（PID）调节器既可以 实现系统无余差，又能改善系统的稳定度和响应 的快速性，其可调参数有3 个：δ、Ti 和Td。
PLC上、下水箱液位串级控制
安装在计算机上的PLC软件开发环境，可以开发出PLC应用程序；开发完成 后，下载到PLC中；界面可以开发触摸屏软件，下载到触摸屏，然后启动 PLC和触摸屏即可。
随着水温T的升高，Vi也不断增大，当增大到大于设定上限值时，即 Vi≥Vmax时，则两位调节器的输出V0由5V降到0V，此时固态继电器释 放，切断电热丝的供电。
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PLC上、下水箱液位串级控制
安装在计算机上的PLC软件开发环境，可以开发出PLC应用程序；开发完成 后，下载到PLC中；界面可以开发触摸屏软件，下载到触摸屏，然后启动 PLC和触摸屏即可。
一步整定法整定系统
（1）、先将主、副调节器均臵于纯比例P调节，并将副调节器 的比例度δ调到30%左右。 （2）、将主调节器臵于手动，副调节器臵于自动，通过改变主 调节器的手动输出值使下水箱液位达到设定值。 （3）、将主调节器臵于自动，调节比例度δ，使输出响应曲线 呈4:1衰减，记下δs和Ts，据此查表求出主调节器的δ和Ti值。
A、B、C是常数，一般A=3.90802*10－31/℃，B=-5.802*10－71/℃， C=-4.2735*10－121/℃。
二位控制是位式控制规律中最简单的一种控制规律，实际中常用。 本实验的 被控对象是锅炉 被控制量是复合水箱内套中的水温T 温度变送器把被控制量T转变为反馈电压Vi，它与二位调节器设定的上 限输入Vmax 和下限输入Vmin比较，从而决定二位调节器的输出信号； 调节器的输出电压V0（5V）作为执行元件的控制信号。 V0与Vmin和Vmax 的关系如图4-1所示，图4-2为位式控制系统的方块图。
双容水箱液位PID控制系统
双容水箱液位PID控制系统
双容水箱液位PID控制系统
流量PID控制系统
涡轮流量计
它主要由壳体、前导向架、 叶轮、后导向架、压紧圈和 带放大器的磁电感应转换器 等组成。当被测流体流经传 感器时，传感器的叶轮借助 于流体的动能而产生旋转， 叶轮周期性的改变磁电感应 系数中的磁阻值，从而使通 过线圈的磁通量周期性的发 生变化而产生电脉冲信号， 并经放大器放大后传送至相 应的流量积算仪表，进行量 或总量的计量。
图4-1、V0与Vmin、Vmax、Vi关系图
图4-2、位式不仅有死区存在，而且还有回环，因而图 4-2所示的系统实质上是一个典型的非线性控制系统。执行器只有“开” 或“关”两种极限工作状态，故称这种控制器为两位调节器。
该系统的工作原理是：
当被控制的水温T减小到小于设定下限值时，即Vi≤Vmin时，调节器 的输出为V0（5V），执行元件（固态继电器）接通，使电热丝接通 220V电源加热（如图4-3所示）。
在串级控制系统中，主、副调节器所起的作用是不同的。主 调节器起定值控制作用，副调节器起随动控制作用，这是选择 控制规律的基本出发点。
主参数是工艺操作的主要指标，允许波动的范围很小，一般要 求无余差，因此，主调节器应选PI或PID控制规律。副参数的 设臵是为了保证主参数的控制质量，允许在一定范围内变化， 允许有余差，因此副调节器只要选P控制规律就可以了。一般 不引入积分控制规律。因为副参数允许有余差，而且副调节器 的放大系数较大，控制作用强，余差小，若采用积分规律，会 延长控制过程，减弱副回路的快速作用。一般也不引入微分控 制规律，因为副回路本身起着快速作用，再引入微分规律会使 调节阀动作过大，对控制不利。
根据具体情况，目前应用最广泛的热电阻材料是铂和铜。本装 臵使用的是铂电阻元件PT100，并通过温度变送器将电阻值的变化转 换为电压信号。
在0~650℃的温度范围内，铂电阻与温度的关系为， Rt＝Rt0(1+At+Bt2+Ct3)
式中 Rt——温度为t(如室温20℃)时的电阻值； Rt0——温度为t0(通常为0℃)时的电阻值；
典型的控制系统实例
温度位式控制系统 基于智能仪表温度连续控制系统 双容水箱液位PID控制系统 上、下水箱液位串级控制系统 PLC上、下水箱液位串级控制
温度位式控制系统
一、实验目的 1、了解二位式温度控制系统的结构与组成。 2、掌握位式控制系统的工作原理及其调试方法。
三、实验原理 1、 温度传感器 温度测量通常采用热电阻元件（感温元件）。它是利用金属导体的电 阻值随温度变化而变化的特性来进行温度测量的。其电阻值与温度间的关 系式为：
Rt＝Rt0[1+α(t-t0)] 式中 Rt——温度为t(如室温20℃)时的电阻值；
Rt0——温度为t0(通常为0℃)时的电阻值； α——电阻的温度系数。 可见，由于温度的变化，导致了金属导体电阻的变化，这样只要设法 测出电阻值的变化，就可达到温度测量的目的。
虽然大多数金属导体的电阻值随温度的变化而变化，但是它们 并不都能作为测温用的热电阻。作为热电阻的材料一般要求是：电 阻温度系数小、电阻率要大、热容量要小；在整个测温范围内，应 具有稳定的物理、化学性质和良好的重复性；并要求电阻值随温度 的变化呈线性关系。但是，要完全符合上述要求的热电阻材料实际 上是有困难的。
随着水温T的升高，Vi也不断增大，当增大到大于设定上限值时，即 Vi≥Vmax时，则两位调节器的输出V0由5V降到0V，此时固态继电器释 放，切断电热丝的供电。
由于这种控制方式具有冲击性，易损坏元器件，故只是在对控制质量 要求不高的系统才使用。
基于智能仪表温度连续控制系统
工作原理：与AI-708基本相同，不同的是 AI-818输出的是0-5V连续的的电压信号， 然后去控制单相移相调压模块的输出电 压，当智能仪表输出0V电压时，单相移 相调压模块没有输出；当智能仪表输出 5V电压时，单相移相调压模块输出220V 电压。所以，当智能仪表的控制信号从05V线性变化时单相移相调压模块的输出 电压也从0V-220V变化，Pt100把实时检测 到的温度值变换为电压信号输出到AI-818 的输入端作为反馈信号。
流量控制系统方框图
负反馈控制系统的一个主要优点是输出量（被控制量） 经检测元件检测后反馈到系统的输入端与给定值相比 较，所得的偏差信号经调节器处理后变成一个对被控 过程控制的信号，从而实现被控制量排除系统内外扰 动的影响而保持基本不变的目的。
流量控制系统与液位控制系统一样，它的控制质 量完全取决于所用调节器的结构和参数。比例调 节器是调节比例度δ来实现对系统的控制。一般 言之，δ越小，系统的余差也越小，但超调量等 动态性能指标变差。反之，δ越大，系统的余差 也越大，系统的动态过程缓慢，超调量变小。比 例积分（PI）调节器产生的控制作用有2 个部分： 与偏差成比例部分和偏差的积分部分。由于积分 的作用，可使系统无余差产生，但积分时间常数 不能太小，否则会使系统的动态性能变差，甚至 会不稳定。 比例积分微分（PID）调节器既可以 实现系统无余差，又能改善系统的稳定度和响应 的快速性，其可调参数有3 个：δ、Ti 和Td。
流量控制系统结构图
上、下水箱液位串级控制系统
图为一液位串级控制系统的方框图）。这种系统具有2个调节器，主、副两个 被控对象，2个调节器分别设臵在主、副回路中。设在主回路的调节器称为主调 节器，设在副回路的调节器称为副调节器。两个调节器串联连接，主调节器的输 出作为副回路的给定量，副调节器的输出去控制执行元件。主对象的输出为系统 的被控制量h2，副对象的输出h1是一个辅助的被控变量。