单回路过程控制系统及控制方案设计

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1、过程控制工程第六章单回路控制系统6.2单回路控制系统及控制方案设计单回路过程控制系统的概念单回路过程控制系统亦称简单过程控制系统，简称单回路系统。单回路过程控制系统是指针对一个被控过程（调节对象），采用一个测量变送器监测被控过程，采用一个控制器来保持一个被控参数恒定或在很小范围内变化，其输出也只控制一个执行机构（调节阀）。单回路过程控制系统的概念从系统的框图看，系统只有一个闭环回路。单回路过程控制系统的概念单回路过程控制系统示例──换热器温度控制系统被控参数物料出口温度控制参数加热剂流量单回路过程控制系统的概念单回路过程控制系统示例──水泵压力控制系统被控参数水泵出口压力控制参数回流量单回

2、路过程控制系统的概念单回路过程控制系统示例──贮罐液位控制系统被控参数贮罐液位控制参数出口流量单回路过程控制系统的概念单回路系统的特点结构简单，投资少，易于调整和投运，能满足大多数工业生产过程的控制要求。单回路系统应用十分广泛，尤其适用于被控过程的纯滞后和惯性小、负荷和扰动变化比较平缓，或者对被控质量要求不高的场合，约占目前工业控制系统的80％以上。单回路系统的分析、设计方法是其它各种复杂过程控制系统分析、设计的基础。单回路系统的控制方案设计对于过程控制系统的工程设计与应用来说，控制方案的设计是核心。单回路系统的系统结构已确定，控制方案设计所包含的内容是：依据生产工艺要求合理选择系统性能指

3、标，合理选择被控参数和控制参数合理选择控制装置及控制规律测量变送装置、执行器（调节阀）的选择被控参数的选择被控参数，又称被控变量、被控量。选择被控参数是控制方案设计中的重要一环，对于稳定生产、提高产品的产量和质量、节能、改善劳动条件、保护环境卫生等具有决定性意义。若被控参数选择不当，则无论组成什么样的控制系统，选用多么先进的过程检测控制装置，均不能达到预期的控制效果。选择被控参数的意义根据工艺要求，深入分析工艺过程，找出对产品的产量和质量、安全生产、经济运行、环境保护等具有决定性作用，能较好反映工艺生产状态变化的参数，这些参数又是人工控制难以满足要求，或操作十分紧张、劳动强度很大，客观上要

4、求进行自动控制的参数作为被控参数。被控参数的选择方法被控参数的选择一般有两种方法，一是直接参数法，二是间接参数法。直接参数法选择能直接反映生产过程中产品产量和质量又易于测量的参数作为被控参数。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参数有单值对应关系、易于测量的参数作为被控参数。当选择直接参数有困难时，如直接参数检测很困难或根本无法进行检测，可采用间接参数法。被控参数的选择方法例：精馏塔精馏塔是利用混合物各成分挥发度不同，将混合物分离成较纯组分产品或中间产品的设备。被控参数的选择方法精馏过程要求产品达到规定的纯度，并希望在额定生产负荷下，尽可能地节省能源。塔顶馏出物（或塔底残液）

5、的浓度应选作被控参数，因为它最直接地反映了产品的质量。但目前对成分的测量尚有一定的困难。一般采用塔顶（或塔底）温度代替浓度作为被控参数。选取被控参数的一般原则优先选择对产品的产量和质量、安全生产、经济运行和环境保护具有决定性作用的、可直接测量的工艺参数为被控参数。当不能用直接参数作为被控参数时，应该选择一个与直接参数有单值函数关系的间接参数作为被控参数。被控参数必须具有足够高的灵敏度。被控参数的选取，必须考虑工艺过程的合理性。必须考虑过程检测控制仪表及装置的现状。控制参数的选择在正确选择被控参数后，就要确定构成一个怎样的控制回路。确定一个控制回路，实质上就是选择控制参数的问题。控制参数又称

6、控制变量、控制量、操纵变量。选择控制参数的意义扰动量对被控参数的作用通道称为扰动通道；控制参数对被控参数作用的通道称为控制通道。扰动量通过扰动通道对被控参数产生影响，使被控参数偏离给定值。控制作用通过控制通道对被控参数起主导影响，抵消扰动影响，以使被控参数回复到给定值。确定一个控制回路，实质上就是选择控制参数的问题。选择控制参数的意义在有的生产过程中，控制参数的选择是很明显的，是唯一确定的。但是在有的生产过程中，可能有几个控制参数可供选择，这就要通过分析比较不同的控制通道和不同的扰动通道对控制质量的影响而做出合理的选择。正确选择控制参数，就是正确选择控制通道的问题。过程静态特性的分析单回路

7、控制系统的框图如图所示Wc（s）为控制器与执行机构的传递函数Wo（s）为控制通道的传递函数Wf（s）为扰动通道的传递函数并设过程静态特性的分析被控量Y（s）对扰动F（s）的闭环传递函数为过程静态特性的分析由于系统是稳定的，所以在阶跃扰动作用下，系统稳态值可应用终值定理求得过程静态特性对控制质量好坏有很大的影响，是选择控制参数的一个重要依据。扰动通道静态放大系数Kf对控制质量的影响扰动通道静态放大系数Kf愈大，则系统的稳态