【正文】 中南大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院 熱工過程控制工程 劉玉長 ? 概述 ? 被控量與操縱量的選擇 ? 檢測及變送環(huán)節(jié)的考慮 ? 控制閥的選擇 ? 控制器控制規(guī)律及作用方向的選擇 ? 控制器參數(shù)的工程整定 ? 控制系統(tǒng)的投運 ? 單回路控制系統(tǒng)設(shè)計實例 1 第 3章 單回路控制系統(tǒng) 中南大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院 熱工過程控制工程 劉玉長 概述 2 檢測 /變送 控制器 執(zhí)行器 對象 實際值 期望值 SP 單回路控制系統(tǒng) 單回路 （ 系統(tǒng) ） :反饋控制中的最基本系統(tǒng) 特點： 簡單 、 有效 、 應(yīng)用最成熟 、 最普遍 (占 85%以上 ) 中南大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院 熱工過程控制工程 劉玉長 3 TT TC θ 蒸汽 設(shè)定值 FT FC 設(shè)定值 LT LC 設(shè)定值 (a) 溫度控制系統(tǒng) (b) 壓力控制系統(tǒng) (c) 液位控制系統(tǒng) PT PC 設(shè)定值 (d)流量控制系統(tǒng) 中南大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院 熱工過程控制工程 劉玉長 4 系統(tǒng)組成及分析 系統(tǒng)組成 鍋爐汽包水位控制系統(tǒng) 蒸汽 汽包 給水 省煤器 LT LC 被控變量：汽包液位 過程（被控對象）：鍋爐汽包 操縱變量：進(jìn)水流量 主要擾動：蒸汽量的變化 被控對象（被控過程）、測量變送、 控制器、控制閥 中南大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院 熱工過程控制工程 劉玉長 控制裝 置 執(zhí)行器 過程檢測元件、變送器r(t)比較機(jī)構(gòu)e(t)u(t) q(t)y(t)f(t)c(t)擾動廣義對象被控變量測量值控制器設(shè)定值給水閥 鍋爐汽包 控制過程分析 (1)平衡狀態(tài)： 當(dāng)給水量和蒸汽量均不變的情況下，控制系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，并將保持這個狀態(tài)，直到有新的擾動產(chǎn)生。 ? ? ? ? ?閥 前 壓 力 進(jìn) 水 流 量 液 位? ? ?蒸 汽 需 要 量 液 位(2)擾動分析： 5 中南大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院 熱工過程控制工程 劉玉長 L y eL?? ?? ??? ?? ?閥開度 u LT LC 蒸汽 汽包 省煤器 給水 ?控制器正、反作用 控制器應(yīng)選正作用 ?控制器過程分析 L y e u L? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?閥開度正作用控制器 氣關(guān)閥 (3) 調(diào)節(jié)過程分析： 應(yīng)選氣關(guān)閥 ?控制閥選擇： 6 中南大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院 熱工過程控制工程 劉玉長 被控量和操縱量的選擇 被控量的選擇 7 對生產(chǎn)安全、質(zhì)量、產(chǎn)量具有決定作用的“關(guān)鍵”的工藝參數(shù) 在生產(chǎn)現(xiàn)場，絕大多數(shù)為直接指標(biāo)控制 被控變量的選擇： 分兩種情況 直接可測量 直接不可測 直接指標(biāo)控制 間接指標(biāo)控制 控制系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo) : 使生產(chǎn)過程自動按照預(yù)定的目標(biāo)進(jìn)行 TC 載熱體 如：蒸汽 被加熱 介質(zhì) 換熱器 T TT 給定值 中南大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院 熱工過程控制工程 劉玉長 工藝上的質(zhì)量指標(biāo)： 加熱爐 的被控變量選擇 經(jīng)工藝分析，塔頂組份 XD與溫度TD、壓力 P存在對應(yīng)關(guān)系 塔頂（底）餾出物的組份 這些組份往往不能“直接”測量 找一個與組份有關(guān)的變量進(jìn)行控制 ( , )DDX f T P?直接指標(biāo)控制難以實現(xiàn)時選擇間接指標(biāo)控制。 中南大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院 熱工過程控制工程 劉玉長 被控變量選擇原則 9 有代表性： 通常都是比較主要的工藝參數(shù) 。 （ 反映主要矛盾 ） 獨立可控： 盡量避免和其他回路的被控變量有關(guān)聯(lián) （ 耦合 )關(guān)系 。 滯后要?。?采用直接指標(biāo)作為被控變量最直接也最有效 。 當(dāng)無法獲得直接指標(biāo)信號 ， 或其測量和變送環(huán)節(jié)滯后很大時 ， 可選擇與直接指標(biāo)有單值對應(yīng)關(guān)系的間接指標(biāo)作為被控變量 。 靈敏度高： 被控變量應(yīng)能被測量 ， 并具有足夠大的靈敏度 。 成本要低： 選擇被控變量時 ， 必須考慮工藝的合理性和儀表產(chǎn)品現(xiàn)狀 。 中南大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院 熱工過程控制工程 劉玉長 控制通道 干擾通道 干擾 變量 控制 變量 被控 變量 被控對象 控制通道 干擾通道 K 適當(dāng)大些 小些 T 適當(dāng)小些 大些 τ 最好＝ 0 無所謂 在 諸 多影響被控變量的輸入中選擇一個對被控變量 影響顯 著 而且 可控性良 好 的輸入作為 控制變量（操縱量） 后，其它所有 未 被選中的輸入則成了為系統(tǒng)的 干擾變量 。 操縱量的選擇 操縱量是克服擾動影響、使系統(tǒng)重新恢復(fù)平穩(wěn)運行的積極因素，應(yīng)該遵循快速、有效地克服干擾的原則去選擇操縱量。 中南大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院 熱工過程控制工程 劉玉長 操縱量的選擇原則 ?控制變量應(yīng)是可控的，即工藝上允許調(diào)節(jié)。 ?控制變量一般應(yīng)比其他干擾對被控變量的影響更加靈敏。 ?擾動作用點應(yīng)盡量靠近控制閥或遠(yuǎn)離檢測元件，增大擾動通道的容量滯后，可減少對被控量的影響； ?操縱量的選擇不能單純從自動控制的角度出發(fā)，還必需考慮生產(chǎn)工藝的合理性 、 經(jīng)濟(jì)性 。 一般說來不宜選擇生產(chǎn)負(fù)荷作為控制變量 11 中南大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院 熱工過程控制工程 劉玉長 例 1： 蒸汽 被控 介質(zhì) t TT 例 2： 加熱爐用燃料油加熱 400度，設(shè)計溫度控制系統(tǒng)。 燃料油成分 不可控 煙筒抽力 不可控 原油流量 不可控 燃料油流量 可控 原油溫度 可控 爐膛煙氣溫度 可控 燃料油霧化 不可控 …… 影響加熱爐出口溫度的各種輸入因素 通道太長 時間常數(shù)大 中南大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院 熱工過程控制工程 劉玉長 檢測及變送環(huán)節(jié)的考慮 檢測及變送環(huán)節(jié)任務(wù)、作用及要求 – 任務(wù) : 對被控量進(jìn)行正確測量，并將其轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號。 – 要求 : 能 正確、及時 地反映被控量的狀況，提供操作人員判斷生產(chǎn)工況和系統(tǒng)進(jìn)行控制作用的依據(jù)。 13 中南大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院 熱工過程控制工程 劉玉長 檢測變送環(huán)節(jié)特性 通常等效為帶滯后的一階慣性特性 【 理想特性為比例環(huán)節(jié) 】 14 Smmm eSTKSG ?????1)(中南大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院 熱工過程控制工程 劉玉長 選型注意事項 應(yīng)盡量減少其 時間常數(shù) 與 滯后時間 。 15 選擇快速反應(yīng)的測量元件，以減小時間常數(shù) 選擇合適的測量點，以減小純滯后 使用微分單元，以克服容量滯后 蒸汽 被控 介質(zhì) t TT t TT 中南大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院 熱工過程控制工程 劉玉長 控制閥的選擇 問題： 干擾 (設(shè)定值、負(fù)荷或其它因素變化 )的存在會破壞系統(tǒng)的正常運行狀態(tài)，那么用什么辦法來克服擾動的影響 ?【 請根據(jù)系統(tǒng)框圖回答 】 16 SP 控制閥 GV(s) 檢測與變送器 Gm(s) PV 對象 GP(s) 控制器 GC(s) 單回路控制系統(tǒng) 擾動 中南大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院 熱工過程控制工程 劉玉長 控制閥選擇內(nèi)容 ?流量特性 (實際上就是選線性還是對數(shù)特性，因為拋物線特性閥通常用的很少，而蝶閥當(dāng)導(dǎo)通角為 070o時近似為對數(shù)特性 ) ； ?結(jié)構(gòu)形式 ； ?開閉形式 ； ?口徑計算 。 17 ZXP(ZJHP)型新系列 氣動薄膜直通單座閥 ZAZN型電動雙座閥 中南大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院 熱工過程控制工程 劉玉長 選擇 原則 系統(tǒng)穩(wěn)定運行準(zhǔn)則 使在生產(chǎn)負(fù)荷變動情況下，已