过程控制第5章简单控制系统设计

干扰变量 控制变量
被控对象 干扰通道
控制通道
被控变量
干扰作用与控制作用之间的关系
1、对象静态特性的影响
Kf
F(s)
Tf s 1
某控制系统的方块图如右图所示，求 X(s)
干扰发生阶跃变化时的稳态变化量
KC
K0
T0s 1
Y (s)
(已知：给定值为0)。
控制通道传函：
W0
(s)
Ko Tos 1
干扰通道传函：
W
f
(s)
T
K fs
f
1
Y (s) K f
1
F (s)
Tf
s
1
1
Kc
K0 T0s
1
静态特性？ 放大系数 先求 Y(s) = ?? × F(s) 令干扰发生单位阶跃变化： F(s) 1
s
则：
y() lim[s *Y (s)] K f
s0
1 K0Kc
抗干扰能力强，y(∞)？ 越小越好
y() K f 1 K0Kc
y(∞)越小越好
干扰通道放大系数Kf ? 越小越好 Kf越小干扰变量对被控变量的影响就越小
控制通道放大系数Ko ? 应适当的大一些，K0KC>>Kf K0越大，控制作用对被控变量的影响越大。 K0 过大时，控制作用过于灵敏，使控制系统不稳定，应避免。
控制变量选择的原则一：当多个输入变量都影响被控变量时，从稳态性 质考虑，应该选择其中放大系数大的可控变量作为控制变量。
字母 A C F I L P R T
第一位字母 分析
流量 电流 液位 压力
温度
后续字母 报警 控制
指示
记录或打印 传送
脱乙烷塔的管道及仪表流程图
5.1.3 过程控制系统设计的基本要求
安全性：生产过程中，确保人员设备安全。 方法：参数越限报警
事故报警 联锁保护：当生产出现异常时，为保证设备、人员安全，使各个设备
例如： PIC－207 TRC－210 ……
(2) 字母代号
字母编号写在圆圈的上半部 第一位字母表示被测变量 后继字母表示仪表的功能
压力 指示 控制
PIC－207
(3)仪表位号
数字编号写在圆圈的下半部 第一位数字表示段号 后续Байду номын сангаас字(二位或三位数字)表示仪表序号。
第2工段 仪表序号为07
常用仪表功能字母代号
a、测量点 一般是由工艺设备轮廓线或工艺管线引到仪表圆圈的连接 线的起点
b、连线 通用的仪表信号线均以细实线表示
c、仪表符号
仪表的图形符号是一个细实线圆圈，直径约10mm
就地 安装 仪表
就地 安装 仪表 嵌在 管道
中
集中 仪表 盘面 安装 仪表
就地 仪表 盘面 安装 仪表
仪表符号除了图形之外，圆圈之中还应有一串有字母和数字组成的代号
过程控制
第五章 简单控制系统设计 与参数整定
5.1 简单控制系统的构成
简单控制系统（单回路控制系统）是指由一个被控对 象、一个测量变送器、一个调节器和一个执行器（控制阀） 所组成的闭环控制系统。
设定值
＋
偏差
－
控制器
执行器
干扰
被控对象
测量变送环节
被控变量
5.1.1 简单5.控1制简系单统实控例制系统的构载热成体
被控变量选择
控制变量选择
系统控制方案设计（核心）
测量、变送器选择
执行器选择
控制规律选择
工程设计 控制室操作台设计；仪表、计算机系统选型；供电系统设计
工程安装和仪表调校 每台仪表进行单校，各控制回路进行联校 调节器参数整定 调整PID参数，使控制作用达到最佳
5.1.5 过程控制系统设计的步骤
1.熟悉和理解生产对控制系统的技术要求和性能指标。
原则——尽量采用直接参数法 采用间接参数法时的注意问题：
被控变量
单值性、
线性性或确定的函数关系、
灵敏度高、 工艺的合理性
A BC D 控制指标
5.2.2 操纵变量（控制变量）的选择
即控制通道的选择问题
被
控 对
被控变量
象
原则上，在诸多影响被控变量的输入 中选择一个对被控变量影响显著而且 可控性良好的输入作为控制变量后， 其它所有未被选中的输入则成了为系 统的干扰变量。
TC 01
温度控制系统
控制系统方框图：
r+ e
－
z
Gc(s)
q:载热体流量
u Gv(s)
Gm(s)
温度控制系统流程图
Gpd(s):扰动通道
f Gpd(s)
q Gpc(s)
+
+ y:加热y器出口温度
Gpc(s):控制通道
自控设备
受控对象
被控变量：要求保持一定数值（或按某一规律变化的）物理量。
控制变量：受执行器控制，用以使被控变量保持一定数值的物料或能量。
按一定 次序紧急停止运转（手工操作，忙乱中可能出错。） 其它安全保护对策（危险环境）：系统可靠性设计；用本质安全防爆仪表。 稳定性：系统在一定外界扰动下，能长期稳定运行的能力。 要求：适当稳定裕度
良好动态性能（过渡过程时间短、稳态误差小） 经济性：降耗节能，提高经济效益与社会效益
5.1.4 过程控制系统设计的主要内容
明确 控制目的
分析 生产工艺
使生产过程自动按照预定的目标进行， 并使工艺参数保持在预先规定的数值上 （或按预定规律变化）
“关键”变量：对产品的产量、质量以 及生产过程的安全具有决定作用的变量
确定 被控变量
被控变量的选择方法：
直接指标控制（直接参数法）：被控变量本身就是需要控制的工艺 指标。 例如温度、压力、液位、流量反映等生产工艺控制指标的参数。 间接指标控制（间接参数法） ：选择那些能间接反映产品产量和 质量又与直接质量指标有单值对应关系、灵敏度高、易于测量的另 一变量作为被控变量。 例如组分（某物质含量）、转化率等。
2. 建立被控过程的数学模型
3.控制方案的确定 依据被控过程的技术要求和性能指标；综合考虑安全性、 稳定性和经济性的基础上
4.控制设备选型 5.实验（或仿真）验证
检测设计正确性及系统性能。
选择被控变量 选择控制变量 处理测量信号
选择调节阀 选择控制规律
系统投运 参数整定
5.2 简单控制系统设计 5.2.1 被控变量的选择
2、控制通道动态特性的影响
控制通道传函：
W0
(s)
Ko Tos 1
e 0s
控制通道时间常数 T0 ？ 小一点好
Ｔ0小：反映灵敏，控制及时，有利于克服干扰的影响； 但Ｔ0太小系统易振荡，使系统稳定性下降。
5.1 简单控制系统的构成
PC 101
压力控制系统
被控变量：水泵出口压力。 控制变量：旁路流量。
压力控制系统流程图
5.1.2 控制系统的工程表示及方框图
工艺控制流程图： 管道、仪表流程图
在工艺设计 给出的流程 图上，按流 程顺序标注 出相应的测 量点、控制 点、控制系 统及自动信 号。
(1)图形符号