过程控制总复习

• 3.3 已知某调节阀的最大流量 ， 可调范围R=30。分别计算直线流量特性和等百 分比流量特性在理想情况下阀的相对行程l/L=0.1、 0.2、0.8、0.9时的流量值qv，并比较这两种不同 理想流量特性的调节阀在小开度与大开度时的流 量变化情况。
q v m ax 1000 m
3
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• 根据使用能源不同 • 气动调节阀：以压缩空气为能源，输入信号20～ 100kPa，价格便宜；多用于石油、化工等易燃易 爆场合。 • 电动调节阀：以电为能源，输入信号4～20mA DC， 价格贵；使用范围广，本质安全（本安）型也可 用于易燃易爆场合。 • 液动调节阀：以高压液体为能源的 • 阀体相同、执行机构不同
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3.3 调节阀的流通能力
• 在工业上，通常采用如下单位： • A为cm2,ρ为kg/m3, p1-p2为kPa,qv为m3/h ，原 公式变为：
A 3600 p A p
qv
10
4
2 10
3

16.1


调节阀就是通过改变阀芯行程来改变阻力系数 达到调节流量的目的。
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3.1 调节阀（调节机构）结构
调节阀是一个局部阻力可以改变的节流元件。
由于阀芯在阀体内移动，改变了阀芯与阀座之间 的流通面积，即改变了阀的阻力系数，被调介质 的流量也就相应地改变，从而达到调节工艺参数 的目的。
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3.1 调节阀
• 功能：接受控制器输出的控制信号，转换 成直线位移或角位移，来改变调节阀的流 通截面积。
C(t)
C( )
63.2%
T 计量测试工程学院
t
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3）滞后时间
滞后时间是描述系统滞后现象的特征参数，包括纯滞后和容量滞后 （1）纯滞后又称为传递滞后用 0 表示
a 进料量控制挡板
0
0
L v
液体
溶解液浓度
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滞后时间
• （2）容量滞后
• 指系统输入量变化后，输出量的变化相当缓慢， 在一段时间内几乎看不到，然后才逐渐显著地开 始变化。用 c 表示。 a
pD
1
阀 门 定 位 器
17 16
18 pc
.. .. .. .. .. .. ..
2 3
执 行 气 动 薄 膜 调 节 阀
4
15
19 5 14 13 12 11 6 7
机 构
阀 10 8 9
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电-气转换器
• 输入信号从4mA改变到20mA时，转换器的 输出压力从20-100kPa变化，实现了将电流 信号转换为气压信号的过程。
• 按给定值信号的特点来分
–定值控制系统 –随动控制系统 –程序控制系统
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性能指标
• 对自动控制系统性能指标的要求主要是稳、 快、准。 • 最大超调量σ%反映系统的相对稳定性,稳 态误差ess反映系统的准确性，调整时间ts 反映系统的快速性。
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1.3 过程控制系统组成
• 被控过程（Process）， 指运行中的多种多样的工 艺生产设备； • 过程检测控制仪表 （Instrumentation）， 包括：
– 测量变送元件 （Measurement）； – 控制器（Controller）； – 执行机构（Control Element）; – 显示记录仪表
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3.3 调节阀的流通能力
• 调节阀是一个局部阻力可变的截流元件， 通过改变阀芯的行程可以改变调节阀的阻 力系数，达到控制流量的目的。 • 流过调节阀的流量：阀的开度、阀门前后 的压差。 • 为了衡量不同调节阀在某些特定条件下单 位时间内流过流体的体积，引入流通能力 的概念。
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过程增益的注意事项
• 过程增益描述输出变量随输入变量变化的 灵敏度。 • 过程增益包含三部分:信号,数值和单位. • 过程增益只和稳态值有关，因此过程增益 是描述过程稳态特性的参数.
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2）数学模型的时间常数T
• 当对象受到阶跃输入 作用后，被控变量达 到新稳态值的63.2% 所需时间。
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1.1过程控制定义及认识
• 过程控制定义
• 所谓过程控制（Process Control）是指根据工业 生产过程的特点，采用测量仪表、执行机构和计 算机等自动化工具，应用控制理论，设计工业生 产过程控制系统，实现工业生产过程自动化。
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5.2 PID控制规律
• PID控制规律的表示方法
• 基本PID控制规律
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二、PID控制器的基本控制规律
1.比例控制规律
(Proportional Control Mode)
2.比例积分控制规律
(Proportional-Integral Control Mode)
• 非自衡过程（Non-Self-Regulating Processes）
定义：当扰动发生后，被控变量不会达到新的平衡。
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4.3过程特性参数的物理意义
• 过程特性参数 K , T ,
1）放大倍数K Qi
K
a
b a

h Qi
t b
K越大表明输入信号对输出的控制越强
A

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3.6 调节阀的流通能力
• 例3.1：某台调节阀的流通能力C=200。当阀前后压差为1.2MPa，流 体密度为0.81g/cm3时，所能通过的最大流量是多少？如果压差变为 0.2MPa，所能通过的最大流量是多少（314.3m3/h）？ • 解：由公式
q v1 C 10 p ρ
Qi
h1
H1 A1 Q1
q
H2
h2
Q2 A2
c t1 t 0
t0 t1
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t2
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第五章 常规控制策略
• 重点： • 1、PID调节中各部分的作用及优缺点？ • 2、为何要整定PID参数，工程上有哪些常 用方法？
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控制器的控制规律定义
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3.3 调节阀的流通能力
• 根据流体力学知识：不可压缩流体流过截流 元件时的局部阻力损失为：
H v / 2g
2
其中， ξ
H
为节流元件的阻力系数。
p1 p 2
g
v
qv A
由上面三个公式整理的
qv
A
2


( p1 p 2 )
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热工过程控制系统 授课教师：孙 斌
计量测试工程学院热工研究所
热工过程控制系统
第一章 过程控制系统概述
1.1过程控制定义及认识 1.2过程控制目的 1.3过程控制系统的组成 1.4过程控制系统的特点 1.5过程控制系统的分类 1.6过程控制性能指标 1.7 过程控制仪表的发展 1.8 过程控制的地位 1.9 过程控制的任务
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3.3 调节阀的流通能力
• 调节阀流通能力定义： • 调节阀流通能力C，是指调节阀两端压力差 为100kPa,流体密度为1000kg/m3，调节阀全 开时，每小时流过阀门的流体的体积。
q v 5 .0 9 A 10p C 10p



C 5 .0 9
显示 记录 要求 记录仪 显示器
变换 检测
观察
仪表
思考 调节 执行 机构
给定值
调节 调节器
f(t) r(t) z(t) 测量变送 e(t) 控制器 u(t) 执行器 q(t) 被控过程 y(t)
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1.5 过程控制系统的分类
• 按系统的结构特点来分
–反馈控制系统 –前馈控制系统 –复合控制系统（前馈-反馈控制系统）
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气动薄膜调节阀的气开、气关形式
• 所谓气开式，即当信号压力增加时，阀门开大； 没气时，阀门关闭 • 气关式则相反，即信号压力增加时，阀门关小。 没气时，阀门打开
Δ p (k p ) 100 Δ p (k p ) 100
20 全关 全开 开度
20 全关 全开 开度
就是控制器的输出信号随输入信号(偏差)变化的规律。
这个规律常常称为控制器的特性。
• 过程控制最常用控制器： – PLC（*） –数字调节器 – IPC – DCS
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5.1 双位控制
e 0 或 (e 0)时 , u ( t ) u m ax; e 0 或 (e 0)时 , u ( t ) u m in .
q v 1 200
10 1200 0 . 81 10
3
769 . 3 ( m
3wk.baidu.com
h
)
当压差变为0.2MPa时
q v 2 200 10 200 0 . 81 10
3
314 . 3 ( m
3
h
)
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3.9调节阀的流量特性
• 指介质流过阀门的相对流量与相对开度之 间的关系
气关阀
气开阀
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气开、气关形式选择举例
• 受压容器，采用改变 气体排出量以维持容 器内压力恒定，试问 调节阀应选择气开式 还是气关式？ • 答：气关式。
PC
气 体
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气开、气关形式选择举例
蒸汽 汽包 LC
1）保证锅炉不被烧干
2）保证蒸汽中不能带液
加热室
给水
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3.3 气动执行机构
• • • • • • • • • • • • • • • • • • • 1—波纹膜片； 2—压缩弹簧； 3—推杆； 4—调节件； 5—阀杆； 6—压板； 7—上阀盖； 8—阀体； 9—下阀盖； 10—阀座； 11—阀芯； 12—填料； 13—反馈连杆； 14—反馈凸轮； 15—气动放大器； 16—托板； 17—波纹管； 18—喷嘴； 19—挡板
第三章 过程执行器
• 主要内容 • 执行器
–电动执行器 –气动执行器
• 调节阀及其流量特性 • 变频器原理及应用
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本节内容在本课程中的地位
• 执行器用于控制流入或流出被控过程的物料或能 量，从而实现对过程参数的自动控制。
f(t) r(t) z(t) 测量变送 e(t) 控制器 u(t) 执行器 q(t) 被控过程 y(t)
qv q v max l f L
– qv /qvmax——相对流量，即调节阀某一开度的流 量与全开流量之比； – l /L——相对开度，即调节阀某一开度的行程与 全行程之比。
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理想流量特性
• 调节阀前后压差不变时，得到的流量特性； • 理想流量特性完全取决于阀芯的形状； • 理想流量特性有：
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第四章 被控过程
• 重点： • 1、自衡过程 • 2、传递函数中 K , T , 的物理意义 •
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4.1.1 过程控制动态特性分类
• 自衡过程（Self-Regulating Processes）
定义：当扰动发生后，被控变量不断变化最后达到新 的平衡。
阀杆 阀心
阀体 计量测试工程学院
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3.1.1 调节阀的组成
• 执行机构：执行机构是指 根据控制器控制信号产生 推力或位移的装置； • 调节机构：调节机构是根 据执行机构输出信号去改 变能量或物料输送量的装 置，通常指控制阀。
执行机构
调节机构
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3.1.2 调节阀分类
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5.1 双位控制
u
t
θ θ
max
θo θ min
T
t
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双位控制品质指标
品质指标：振幅、周期 理想情况希望振幅减小，周期长 振幅周期是相互矛盾的 设计原则 满足振幅在允许的范围内后，尽可能使周期长
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3.比例微分控制规律
(Proportional-Derivative Control Mode)
–直线 –等百分比 –抛物线 –快开
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理想流量特性曲线
100
• • • •
1. 2. 3. 4.
快开 直线 抛物线 等百分比
80 1
(qv/qymax)%
60
2
3 40 4
20
3.3 0
20
40 (l/L)%
60
80
100
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例题