过程控制系统.ppt
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• 4.2.1控制系统设计概述
–首先，要求自动控制系统设计人员在掌握较为全面的自动 化专业知识的同时，也要尽可能多地熟悉所要控制的工艺 装置对象； –其次，要求自动化专业技术人员与工艺专业技术人员进行 必要的交流，共同讨论确定自动化方案； –第三，自动化技术人员要切忌盲目追求控制系统的先进性 和所用仪表及装置的先进性。工艺人员要进一步建立对自 动化技术的信心，特别是一些复杂对象和大系统的综合自 动化，要注意倾听自动化专业技术人员的建议； –第四，设计一定要遵守有关的标准﹑行规，按科学合理的 程序进行。
4.2.3 检测变送环节选择
• ⑴ 检测变送环节的性能
–检测元件和变送器的基本要求是准确、迅速和 可靠。 –选择检测元件时应考虑该元件能否适应工业生 产过程环境；能否长期稳定运行；检测元件的 精确度和响应的快速性等。还应考虑检测元件 和变送器的线性特性等。
第七讲
过程控制系统
–仪表的精确度影响检测变送环节的准确性。应 合理选择仪表的精确度，以满足工艺检测和控 制要求为原则。检测变送仪表的量程应满足读 数误差的精确度要求，同时应尽量选用线性特 性。仪表量程大Km小，而仪表量程小则Km大。
第七讲
过程控制系统
– 相对于过程的时间常数，大多数检测变送环节 的时间常数是较小的。但成分检测变送环节的 时间常数和时滞会很大；气动仪表的时间常数 较电动仪表要大；采用保护套管温度计检测温 度要比直接与被测介质接触检测温度有更大的 时间常数。此外，应考虑时间常数随过程运行 而变化的影响。例如，由于保护套管结垢，造 成时间常数增大，保护套管磨损，造成时间常 数减小等。对检测变送环节时间常数的考虑主 要应根据检测变送、被控对象和执行器三者时 间常数的匹配，即增大最大时间常数与次大时 间常数之间的比值。
第七讲
过程控制系统
基本内容
• ① 确定控制方案
– 调研，论证 – 包括被控变量的选择与确认﹑操纵变量的选择与确认﹑检测 点的初步选择、绘制出带控制点的工艺流程图和编写初步控 制方案设计说明书等等。
• ② 仪பைடு நூலகம்及装置的选型
– 要考虑到供货方的信誉﹑产品的质量﹑价格﹑可靠性﹑精度 ﹑供货方便程度﹑技术支持﹑维护等因素。
第七讲
过程控制系统
• 说明 ：
–框图中的各个信号都是增量。 –各环节的增益有正、负之别。 –通常将执行器、被控对象和检测变送环节合并为广义对象 。 –简单控制系统有控制通道和扰动通道两个通道：控制通道 是操纵变量作用到被控变量的通道。扰动通道是扰动作用 到被控变量的通道。 –设定值保持不变的反馈控制系统称为定值控制系统 –设定值是任意变化的反馈控制系统称为随动控制系统或伺 服控制系统。 –控制系统中如果包含采样开关，则这类控制系统称为采样 控制系统
第七讲
过程控制系统
–检测元件和变送器增益Km的线性度与整个闭环 控制系统输入输出的线性度有关，当控制回路 的前向增益足够大时，整个闭环控制系统输入 输出的增益是Km的倒数。例如，采用孔板和差 压变送器检测变送流体的流量时，由于差压与 流量之间的非线性，造成流量控制回路呈现非 线性，并使整个控制系统开环增益非线性。
第七讲
过程控制系统 4.1 控制系统的组成
设定值 蒸汽 TC TT 设定值 PC PT
θ (b) 压力控制系统 设定值 FC FT
(a) 温度控制系统
设定值 LT LC
(c) 液位控制系统 图 4-1 简单控制系统示例
(d)流量控制系统
第七讲
过程控制系统
• 简单控制系统由检测变送单元、控制器、 执行器和被控对象组成。
过程控制系统
第 4章 简单控制系统
4.1 控制系统的组成 4.2 简单控制系统的设计 4.3 简单控制系统的参数整定 4.4 控制系统的投运 4.5 简单控制系统设计案例
第七讲
过程控制系统
4.1 控制系统的组成
• 简单控制系统指的是单输入-单输出(SISO) 的线 性控制系统，是控制系统的基本形式。其特点是 结构简单，而且具有相当广泛的适应性。在计算 机控制已占主流的今天，即使在高水平的自动控 制设计中，简单控制系统仍占控制回路的绝大多 数，一般在85％以上。力求简单、可靠、经济与 保证控制效果是控制系统设计的基本准则。
第七讲
过程控制系统
4.2 简单控制系统的设计 4.2.2 被控变量与操纵变量的选择
• 被控变量选择应遵循下列原则：
– 尽量选择能直接反映产品质量的变量作为被控 变量； – 所选被控变量能满足生产工艺稳定﹑安全﹑高 效的要求 – 必须考虑自动化仪表及装置的现状。
第七讲
过程控制系统
• 操纵变量选取应遵循下列原则：
–检测元件和变送器用于检测被控变量，并将检 测到的信号转换为标准信号输出。 –控制器用于将检测变送单元的输出信号与设定 值信号进行比较，按一定的控制规律对其偏差 信号进行运算，运算结果输出到执行器。 –执行器是控制系统环路中的最终元件，直接用 于控制操纵变量变化。 –被控对象是需要控制的设备 。
第七讲
– ①操纵变量必须是工艺上允许调节的变量； – ②操纵变量是应该是系统中所有被控变量的输 入变量中的对被控变量影响最大的一个。控制 通道的放大系数Ｋ要尽量大一些，时间常数Ｔ 适当小些，滞后时间尽量小。 – ③不宜选择代表生产负荷的变量作为操纵变量 ，以免产量受到波动。
第七讲
过程控制系统
4.2 简单控制系统的设计
• ③ 相关工程内容的设计
– 包括控制室设计﹑供电和供气系统设计﹑仪表配管和配线设 计和联锁保护系统设计等等，提供相关的图表。
第七讲
过程控制系统
基本步骤
• ① 初步设计 – 初步设计的主要目的是上报审批，并为定货做准备。 • ② 施工图设计 – 是在项目和方案获批后，为工程施工提供有关内容详细的设计资 料。 • ③ 设计文件和责任签字 – 包括设计﹑校核﹑审核﹑审定﹑各相关专业负责人员的会签等， 以严格把关，明确责任，保持协调。 • ④ 参与施工和试车 – 设计代表应该到现场配合施工，并参加试车和考核。 • ⑤ 设计回访 – 在生产装置正常运行一段时间后，应去现场了解情况，听取意见 ，总结经验。
过程控制系统
扰动 操纵 变量 控制器 执行器 检测变送 (a) F(s) 被控对象 扰动通道 被控变量
设定值 偏差
Gf(s)
R(s) E(s)
Gc(s)
Ym(s)
U(s)
Gv(s) Gm(s)
(b)
Q(s)
Gp(s)
Go(s)
Y(s)
图 4-2 简单控制系统的框图
第七讲
过程控制系统
4.2 简单控制系统的设计
–首先，要求自动控制系统设计人员在掌握较为全面的自动 化专业知识的同时，也要尽可能多地熟悉所要控制的工艺 装置对象； –其次，要求自动化专业技术人员与工艺专业技术人员进行 必要的交流，共同讨论确定自动化方案； –第三，自动化技术人员要切忌盲目追求控制系统的先进性 和所用仪表及装置的先进性。工艺人员要进一步建立对自 动化技术的信心，特别是一些复杂对象和大系统的综合自 动化，要注意倾听自动化专业技术人员的建议； –第四，设计一定要遵守有关的标准﹑行规，按科学合理的 程序进行。
4.2.3 检测变送环节选择
• ⑴ 检测变送环节的性能
–检测元件和变送器的基本要求是准确、迅速和 可靠。 –选择检测元件时应考虑该元件能否适应工业生 产过程环境；能否长期稳定运行；检测元件的 精确度和响应的快速性等。还应考虑检测元件 和变送器的线性特性等。
第七讲
过程控制系统
–仪表的精确度影响检测变送环节的准确性。应 合理选择仪表的精确度，以满足工艺检测和控 制要求为原则。检测变送仪表的量程应满足读 数误差的精确度要求，同时应尽量选用线性特 性。仪表量程大Km小，而仪表量程小则Km大。
第七讲
过程控制系统
– 相对于过程的时间常数，大多数检测变送环节 的时间常数是较小的。但成分检测变送环节的 时间常数和时滞会很大；气动仪表的时间常数 较电动仪表要大；采用保护套管温度计检测温 度要比直接与被测介质接触检测温度有更大的 时间常数。此外，应考虑时间常数随过程运行 而变化的影响。例如，由于保护套管结垢，造 成时间常数增大，保护套管磨损，造成时间常 数减小等。对检测变送环节时间常数的考虑主 要应根据检测变送、被控对象和执行器三者时 间常数的匹配，即增大最大时间常数与次大时 间常数之间的比值。
第七讲
过程控制系统
基本内容
• ① 确定控制方案
– 调研，论证 – 包括被控变量的选择与确认﹑操纵变量的选择与确认﹑检测 点的初步选择、绘制出带控制点的工艺流程图和编写初步控 制方案设计说明书等等。
• ② 仪பைடு நூலகம்及装置的选型
– 要考虑到供货方的信誉﹑产品的质量﹑价格﹑可靠性﹑精度 ﹑供货方便程度﹑技术支持﹑维护等因素。
第七讲
过程控制系统
• 说明 ：
–框图中的各个信号都是增量。 –各环节的增益有正、负之别。 –通常将执行器、被控对象和检测变送环节合并为广义对象 。 –简单控制系统有控制通道和扰动通道两个通道：控制通道 是操纵变量作用到被控变量的通道。扰动通道是扰动作用 到被控变量的通道。 –设定值保持不变的反馈控制系统称为定值控制系统 –设定值是任意变化的反馈控制系统称为随动控制系统或伺 服控制系统。 –控制系统中如果包含采样开关，则这类控制系统称为采样 控制系统
第七讲
过程控制系统
–检测元件和变送器增益Km的线性度与整个闭环 控制系统输入输出的线性度有关，当控制回路 的前向增益足够大时，整个闭环控制系统输入 输出的增益是Km的倒数。例如，采用孔板和差 压变送器检测变送流体的流量时，由于差压与 流量之间的非线性，造成流量控制回路呈现非 线性，并使整个控制系统开环增益非线性。
第七讲
过程控制系统 4.1 控制系统的组成
设定值 蒸汽 TC TT 设定值 PC PT
θ (b) 压力控制系统 设定值 FC FT
(a) 温度控制系统
设定值 LT LC
(c) 液位控制系统 图 4-1 简单控制系统示例
(d)流量控制系统
第七讲
过程控制系统
• 简单控制系统由检测变送单元、控制器、 执行器和被控对象组成。
过程控制系统
第 4章 简单控制系统
4.1 控制系统的组成 4.2 简单控制系统的设计 4.3 简单控制系统的参数整定 4.4 控制系统的投运 4.5 简单控制系统设计案例
第七讲
过程控制系统
4.1 控制系统的组成
• 简单控制系统指的是单输入-单输出(SISO) 的线 性控制系统，是控制系统的基本形式。其特点是 结构简单，而且具有相当广泛的适应性。在计算 机控制已占主流的今天，即使在高水平的自动控 制设计中，简单控制系统仍占控制回路的绝大多 数，一般在85％以上。力求简单、可靠、经济与 保证控制效果是控制系统设计的基本准则。
第七讲
过程控制系统
4.2 简单控制系统的设计 4.2.2 被控变量与操纵变量的选择
• 被控变量选择应遵循下列原则：
– 尽量选择能直接反映产品质量的变量作为被控 变量； – 所选被控变量能满足生产工艺稳定﹑安全﹑高 效的要求 – 必须考虑自动化仪表及装置的现状。
第七讲
过程控制系统
• 操纵变量选取应遵循下列原则：
–检测元件和变送器用于检测被控变量，并将检 测到的信号转换为标准信号输出。 –控制器用于将检测变送单元的输出信号与设定 值信号进行比较，按一定的控制规律对其偏差 信号进行运算，运算结果输出到执行器。 –执行器是控制系统环路中的最终元件，直接用 于控制操纵变量变化。 –被控对象是需要控制的设备 。
第七讲
– ①操纵变量必须是工艺上允许调节的变量； – ②操纵变量是应该是系统中所有被控变量的输 入变量中的对被控变量影响最大的一个。控制 通道的放大系数Ｋ要尽量大一些，时间常数Ｔ 适当小些，滞后时间尽量小。 – ③不宜选择代表生产负荷的变量作为操纵变量 ，以免产量受到波动。
第七讲
过程控制系统
4.2 简单控制系统的设计
• ③ 相关工程内容的设计
– 包括控制室设计﹑供电和供气系统设计﹑仪表配管和配线设 计和联锁保护系统设计等等，提供相关的图表。
第七讲
过程控制系统
基本步骤
• ① 初步设计 – 初步设计的主要目的是上报审批，并为定货做准备。 • ② 施工图设计 – 是在项目和方案获批后，为工程施工提供有关内容详细的设计资 料。 • ③ 设计文件和责任签字 – 包括设计﹑校核﹑审核﹑审定﹑各相关专业负责人员的会签等， 以严格把关，明确责任，保持协调。 • ④ 参与施工和试车 – 设计代表应该到现场配合施工，并参加试车和考核。 • ⑤ 设计回访 – 在生产装置正常运行一段时间后，应去现场了解情况，听取意见 ，总结经验。
过程控制系统
扰动 操纵 变量 控制器 执行器 检测变送 (a) F(s) 被控对象 扰动通道 被控变量
设定值 偏差
Gf(s)
R(s) E(s)
Gc(s)
Ym(s)
U(s)
Gv(s) Gm(s)
(b)
Q(s)
Gp(s)
Go(s)
Y(s)
图 4-2 简单控制系统的框图
第七讲
过程控制系统
4.2 简单控制系统的设计