【正文】 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(yùn) ? 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(diǎn)： 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。 （ 反映主要矛盾 ） 獨(dú)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 。 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 。 ?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。 – 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)。 系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行維持方法 通過選擇適當(dāng)?shù)目刂崎y特性來保證【 原因：對象特性通常隨負(fù)荷 (工作點(diǎn) )而變，除控制器外系統(tǒng)中無其它可變部分 】 。 ?考慮負(fù)荷變換的情況 : 在負(fù)荷變化幅度大的場合，選等百分比閥較合適；當(dāng)所選控制閥經(jīng)常工作在小開度時，也宜選等百分比閥。 30 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 控制閥結(jié)構(gòu)形式的選擇 控制閥選用時需注意兩點(diǎn)： ?被控介質(zhì)的工藝條件，如溫度、壓力、流量等。 直通雙座閥 受流體沖擊不平衡力影響小，但關(guān)不嚴(yán)滲漏較大，適用于大口徑管道的場合。 三通閥 分三通合流閥和三通分流閥，適用于介質(zhì)三個方向的流通。 例如：加熱爐的燃料油控制應(yīng)采用氣開閥， 放熱反應(yīng)罐冷卻水控制應(yīng)采用氣關(guān)閥。 36 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 控制閥口徑計算計算方法 在新裝置的設(shè)計時 ， 通常按流通能力 C值確定閥門口徑 ，常用方法有兩種： ?根據(jù)實際最大流量 Qmax， 算出相應(yīng)的流通能力 Cmax（ 計算方法見教材表 113） ， 然后從產(chǎn)品系列中選取稍大于 Cmax的 C值及相應(yīng)的閥門口徑 ， 選取時應(yīng)留必要的余地 。 一般Cvc/C= ， 當(dāng)工作特性為對數(shù)型時可更小些 。 ④選定合適的 C值計算公式，計算最大流量下閥的 Cmax值，并圓整之。 試確定直通雙座閥的口徑 。允許靜差存在 對象滯后大，負(fù)荷變動大但緩慢。 反作用： 測量值增加控制器輸出減少。 ”)=“— ” 控制器正、反作用的選擇 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：請判定圖示溫度控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)閥和調(diào)節(jié)器的作用型式。 ”)=“— ” 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：下圖中，控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器應(yīng)該選用正作用方式，還是反作用方式？ 正作用 正作用 反作用 正作用 反作用 44 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：圖中的液面調(diào)節(jié)回路，工藝要求故障情況下送出的氣體中也不許帶有液體。 其工作過程如下： 液體 液位變送器輸出 調(diào)節(jié)器輸出 調(diào)節(jié)閥開度 液體輸出 液位 45 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 控制器參數(shù)整定 控制器參數(shù)整定，就是確定控制器參數(shù)。 【 經(jīng)驗試湊法；臨界比例帶法；衰減曲線法；響應(yīng)曲線法 】 46 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 經(jīng)驗試湊法 將控制器參數(shù)設(shè)置為某些經(jīng)驗值，使系統(tǒng)閉環(huán)運(yùn)行，觀察過渡過程的曲線形狀 (亦可以施加一定的擾動，如改變設(shè)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 (3)若需引入微分作用 49 ?將 TD按經(jīng)驗值或按 TD=(1/3～ 1/4)TI設(shè)置，并由小到大加入； ?若曲線超調(diào)量大而衰減慢，則需增大 TD； ?若曲線振蕩厲害，則應(yīng)減小 TD； ?觀察曲線，再適當(dāng)調(diào)節(jié) PC和 TI，反復(fù)調(diào)試直到獲得滿意的過渡過程曲線。 臨界振蕩曲線 P(%) KP TI(min) TD(min) P 2PK ∞ 0 PI 0 PID 臨界比例帶法參數(shù)計算表 TK 怎樣得到臨界狀態(tài) ? 臨界比例帶法 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 (1)在純比例作用下投入 (TI=?,TD=0),比例度 PC適當(dāng)；平穩(wěn)操作一段時間，把系統(tǒng)投入自動運(yùn)行。 觀察其運(yùn)行曲線，若不夠滿意， 再 做進(jìn)一步調(diào)整。 （ 2）對工藝上約束嚴(yán)格，不允許等幅振蕩的場合，不宜采用此法。 然后按后頁表中經(jīng)驗公式 ， 求出相應(yīng)的 P、 TI 和 TD值 。 基于響應(yīng)曲線的控制器參數(shù)整定計算表 P(%) KP TI(min) TD(min) P 100K?/T T/K? ∞ 0 PI 120K?/T ? ? 0 PID 83K?/T ? 2? ? 【 注意 】 計算所得參數(shù)值，仍須根據(jù)運(yùn)行情況加以調(diào)整，才是實際所需的控制器參數(shù)整定值。 2）臨界比例帶法 ：較簡單，易掌握和判斷，應(yīng)用較廣。 4）響應(yīng)曲線法 ：較準(zhǔn)確，能近似求出廣義對象的動態(tài)特性。 投運(yùn)第三步：手動遙控 用手動定值器或手操器調(diào)整作用于調(diào)節(jié)閥上的信號 P至一個適當(dāng)數(shù)值，然后，打開上游閥門 1，再逐步打開下游閥門 2，過渡到遙控，待工況穩(wěn)定。 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 64 系統(tǒng)運(yùn)行中的故障判別 ?比較記錄曲線前后變化； ?比較控制室與現(xiàn)場同位號儀表的指示值； ?比較相同儀表之間的指示值。 選擇操縱量 從液儀貯罐的生產(chǎn)過程來看，影響液位有兩個量，一是流入貯槽的流量，二是流出貯槽的流量。 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 67 液位控制系統(tǒng)方案 a) 調(diào)流入量 b)調(diào)流出量 Q1 Q2 LT LC A h Q1 Q2 LT LC A h 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 68 選用過程檢測控制儀表 檢測變送的選擇 選用 DDZIII型差壓變送器即可 【 實際選型時需注意介質(zhì)條件與操作條件 】 。 ?正、反作用方式的確定 ：對于圖 (b)所示流出量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，控制器應(yīng)為反作用式，其推導(dǎo)過程見下頁，圖 (a)所示流入量調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制器正反作用過程