过程控制技术教学课件作者侯慧姝第4章.ppt

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1、第４章　单回路控制系统４.１　被控变量与操纵变量的选择４.２　控制阀的选择４.３　测量元件特性对控制品质的影响４.４　控制器控制规律的选择及正反作用的确定４.５　简单控制系统的方案实施４.６　简单控制系统的投运和控制器参数整定４.７　过程控制系统故障的产生及排除方法返回４.１　被控变量与操纵变量的选择4.1.1被控变量的选择生产过程中希望借助自动控制保持恒定值（或按一定规律变化）的变量称为被控变量。在构成一个过程控制系统时，被控变量的确定是关键的第一步，它关系到系统能否达到稳定操作、增加产量、提高质量、改善劳动条件、保证安全等目的，关系到控制方案的成败。如果被控变量选择不当，不管组成什

2、么形式的控制系统，也不管配备多么精密先进的工业自动化装置，都不能达到预期的控制效果。精馏工艺是利用被分离物中各组分的挥发温度不同，将混合物中的各组分进行分离，图４－２是将苯－甲苯混合物分离的精馏过程示意图。下一页返回４.１　被控变量与操纵变量的选择工艺分析发现，塔内压力和塔内温度都对馏出物纯度有影响。因此需要对二者进行比较试验，选出一个合适的变量。经过试验得出，当塔内压力恒定时，馏出物纯度和塔内温度之间存在单值对应的关系。图４－３所示为苯、甲苯二元系统中易挥发组分苯的百分浓度与温度之间的关系。易挥发组分的浓度越高，对应的温度越低；相反，易挥发组分的浓度越低，对应的温度越高。当塔内温度恒

3、定时，组分的纯度和塔内压力之间也存在着单值对应关系，如图４－４所示。上一页下一页返回４.１　被控变量与操纵变量的选择4.1.2操纵变量的选择一个具体的生产过程中往往存在着多个输入变量，有些是可以控制的，有些则不能控制。当选择其中的一个作为操纵变量，而其余未被选中的输入变量便是系统的扰动。显然，操纵变量是用来克服扰动变量对被控变量影响的，所以它必须是可控的。当过程中存在两个或多个可控输入变量时，需要合理选择操纵变量，使控制通道和干扰通道的特性合理匹配，以便获得较好的性能指标。图４－５是炼油和化工厂中常见的精馏设备。如果根据工艺要求，选择提馏段某块塔板（一般为温度变化最灵敏的板，称为灵敏板

4、）的温度作为被控变量。那么，控制系统的任务就是通过维持灵敏板上温度恒定，来保证塔底产品的成分满足工艺要求。上一页下一页返回４.１　被控变量与操纵变量的选择从工艺分析可知，影响提馏段灵敏板温度Ｔ灵的主要因素有：进料的流量Ｑ入、成分ｘ入、温度Ｔ入、回流量Ｑ回、回流液温度Ｔ回、加热蒸汽流量Ｑ蒸、冷凝器冷却温度及塔压等。这些因素都会影响被控变量Ｔ灵变化，如图４－６所示。１对象静态特性的影响由于操纵变量是通过控制通道施加其对被控变量的控制作用，所以在选择操纵变量时，自然希望控制通道的放大系数Ｋ０越大越好。２控制通道动态特性的影响（１）控制通道时间常数的影响（２）控制通道纯滞后时间图４－７是纯

5、滞后时间对控制质量影响的示意图。上一页下一页返回４.１　被控变量与操纵变量的选择３干扰通道动态特性的影响（１）干扰通道时间常数Ｔｆ的影响（２）干扰通道纯滞后时间ｆ的影响如果干扰通道存在纯滞后时间ｆ，则说明干扰对被控变量的影响滞后了时间ｆ，因而控制作用的产生也相应推迟时间ｆ，使整个系统的过渡过程曲线推迟时间ｆ，只要控制通道不存在纯滞后，则控制质量不会受到影响，如图４－８所示。４操纵变量的选择原则图４－９中的换热器，选择蒸汽流量作为操纵变量。如果不调节蒸汽流量，而是调节冷流体的流量，理论上也可以使出口温度稳定。但冷流体流量是生产负荷，不宜进行调节。上一页下一页返回４.１　被控变量与操纵

6、变量的选择图４－１０是一个把乳化物制成干燥颗粒的干燥过程。高位槽中的乳化物是一种胶体物质，经过滤后喷进干燥筒，由加热后的干燥空气吹干胶体颗粒，成为产品。鼓风机的输出分两路，一路经蒸汽加热，另一路为旁路，二者混合后再去吹干胶粒。上一页返回４.２　控制阀的选择控制阀作为控制系统中最终的执行元件，将控制器输出的控制信号转换为操纵变量去改变工艺生产过程的状态，以达到校正工艺参数的目的。由于控制阀和工艺介质直接接触，工作条件比较恶劣。控制阀选择的好坏，对系统能否很好地起控制作用关系甚大。控制阀由执行机构和调节机构组成。工程上习惯将气动控制阀的调节机构称为调节阀。控制阀接受控制器输出的控制信号，并

7、将其转换为直线位移或角位移，操纵调节机构，自动改变操纵变量，从而实现对过程变量的自动控制。根据执行机构所使用能源的不同，控制阀可以分为气动、电动、液动三大类。下一页返回４.２　控制阀的选择气动控制阀由于具有结构简单、动作可靠、性能稳定、输出推力大、价格较低、防火防爆和安装维护方便的优点，被广泛应用于过程系统中。所以本教材中以气动控制阀作为示例来学习如何选择控制阀。根据不同的使用场合需求，控制阀的种类繁多，工程中常用的种类有直通单座控制阀、直通双