郑州大学电气工程过程控制3-13-2单回路控制系统.
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1、过程控制工程过程控制工程 多媒体课件多媒体课件主讲：李晓媛主讲：李晓媛Email：tel: 67781423第三章第三章 简单过程控制系统工程设计简单过程控制系统工程设计3 31 1 过程控制系统工程设计概述过程控制系统工程设计概述3 32 2 控制方案设计控制方案设计3 33 3 检测、变送器选择检测、变送器选择3 34 4 执行器（调节阀）选择执行器（调节阀）选择3 35 5 控制器（调节器）选择控制器（调节器）选择3 36 6 过程计算机控制系统过程计算机控制系统3 37 7 过程控制系统投运和控制器参数整定过程控制系统投运和控制器参数整定3 38 8 单回路控制系统工程设计实例单回路控
2、制系统工程设计实例 简单控制系统的结构与组成简单控制系统的结构与组成指由一个测量变送器、一个控制器、一个控制指由一个测量变送器、一个控制器、一个控制阀和一个对象所构成的阀和一个对象所构成的单闭环控制系统。单闭环控制系统。单回路研究意义单回路研究意义 TC206后续字母表示仪表功能后续字母表示仪表功能第第1位数字表示工段号位数字表示工段号后续数字表示仪表序号后续数字表示仪表序号第第1位字母表示被控参数位字母表示被控参数 LC LT仪表符号标准仪表符号标准单回路控制系统原理方框图单回路控制系统原理方框图给定值给定值测量变送器测量变送器控制器控制器执行器执行器对象对象操作量操作量被控变量被控变量干扰
3、干扰热物料热物料载热介质载热介质冷物料冷物料热交换器热交换器 TT TC控制系统工艺流程图控制系统工艺流程图单回路控制系统特点单回路控制系统特点 结构简单、投资少、易于整定和投运； 可满足一般生产过程的工艺要求； 占控制回路的85%以上，应用广泛； 适用于被控过程的纯滞后与惯性不大、负荷与干扰变化比较平稳或者工艺要求不太高的场合。 3.1 简单控制系统工程设计概述简单控制系统工程设计概述1.1.过程控制系统方案设计的基本要求过程控制系统方案设计的基本要求 生产过程对过程控制系统的要求可简要归纳为生产过程对过程控制系统的要求可简要归纳为安全性、稳定性和经济性三个方面。安全性、稳定性和经济性三个方
4、面。 2. 过程控制系统设计的主要内容过程控制系统设计的主要内容 过程控制系统设计包括控制系统方案设计、工过程控制系统设计包括控制系统方案设计、工程设计、工程安装和仪表调校、调节器参数整定等程设计、工程安装和仪表调校、调节器参数整定等四个主要内容。四个主要内容。 其中控制方案设计是控制系统设计的核心。其中控制方案设计是控制系统设计的核心。 自动控制系统的方案设计自动控制系统的方案设计: :控制系统的方案设计是整个自动化工程中的关键一步。 工程设计工程设计: :控制系统的工程设计是在方案设计的基础上进行的，包括仪表的选择、控制室及仪表控制盘设计、仪表供电供气系统设计、信号系统设计和仪表防护设计等
5、。 工程安装和仪表的单校及系统的联校工程安装和仪表的单校及系统的联校:自动控制系统的正确安装是保证自动化仪表能发挥作用的前提。 控制器的参数整定控制器的参数整定: :控制系统质量的好坏主要决定于被控对象的特性与控制器特性的配合。 3-1 概述3. 过程控制系统设计的步骤过程控制系统设计的步骤1）掌握生产工艺对控制系统的技术要求）掌握生产工艺对控制系统的技术要求2）建立被控过程的数学模型）建立被控过程的数学模型3）确定控制方案）确定控制方案 包括控制方式和系统组成结构的确定，是过程包括控制方式和系统组成结构的确定，是过程控制系统设计的关键步骤。控制系统设计的关键步骤。 4）控制设备选型）控制设备
6、选型5）实验（或仿真）验证）实验（或仿真）验证 3.2控制方案设计控制方案设计确定控制方案是核心。确定控制方案是核心。3.2.1单回路控制系统控制方案设计包括：单回路控制系统控制方案设计包括：1）根据生产工艺要求合理选择系统性能指标；）根据生产工艺要求合理选择系统性能指标； 2）合理选择被控参数和控制参数；）合理选择被控参数和控制参数； 3）合理设计控制规律；）合理设计控制规律；4）执行器（调节阀）选取；）执行器（调节阀）选取；5）检测、变送器选择。）检测、变送器选择。 3.2.2被控参数的选择被控参数的选择被控变量被控变量生产过程中希望借助自动控制保生产过程中希望借助自动控制保持恒定值（或按
7、一定规律变化）的变量。持恒定值（或按一定规律变化）的变量。合理选择被控变量，关系到生产工艺能否达合理选择被控变量，关系到生产工艺能否达到稳定操作、保证质量、保证安全等目的。到稳定操作、保证质量、保证安全等目的。被控变量的选择依据：被控变量的选择依据：1 1、根据生产工艺的要求，找出影响生产的关、根据生产工艺的要求，找出影响生产的关键变量作为被控变量（直接选取）键变量作为被控变量（直接选取）例例1 储槽液位控制系统储槽液位控制系统工艺要求储槽液位稳定。那么设计的控制系统工艺要求储槽液位稳定。那么设计的控制系统就应以储槽液位为被控变量。就应以储槽液位为被控变量。 LC LTh例例2 换热器出口温度
8、控制系统换热器出口温度控制系统工艺要求出口温度为定值。那么设计的控制系工艺要求出口温度为定值。那么设计的控制系统就应以出口温度为被控变量。统就应以出口温度为被控变量。热物料热物料载热介质载热介质冷物料冷物料热交换器热交换器 TT TC2、当不能用直接工艺参数作为被控变量时，、当不能用直接工艺参数作为被控变量时，称为间接选取。称为间接选取。选取原则选取原则:(1)应选择与直接工艺参数有单值函应选择与直接工艺参数有单值函数关系的间接工艺参数。数关系的间接工艺参数。例例3 化工的精馏物纯化工的精馏物纯度控制系统度控制系统精馏工艺是利用被分精馏工艺是利用被分离物中各组分的挥发温度离物中各组分的挥发温度
9、不同，将各组分分离。不同，将各组分分离。如图将苯如图将苯甲苯混合甲苯混合液进行分离。液进行分离。苯苯甲苯甲苯苯苯甲苯甲苯 该精馏塔的工艺该精馏塔的工艺要求是要使塔顶（或塔要求是要使塔顶（或塔底）馏出物达到规定的底）馏出物达到规定的纯度。按照被控变量的纯度。按照被控变量的选择原则选择原则1，塔顶（或，塔顶（或塔底）馏出物的组分应塔底）馏出物的组分应作为被控变量。作为被控变量。但是，没有合适但是，没有合适的仪表在线检测馏出物的仪表在线检测馏出物的纯度，则不能直接作的纯度，则不能直接作为被控变量。为被控变量。苯苯甲苯甲苯 苯苯甲苯甲苯只好在与馏出物的只好在与馏出物的纯度有单值关系的工艺纯度有单值关系
10、的工艺参数中，找出合适的变参数中，找出合适的变量作为被控变量，进行量作为被控变量，进行间接参数控制。间接参数控制。经工艺分析发现，经工艺分析发现，塔内压力和塔内温度都塔内压力和塔内温度都对馏出物纯度有影响。对馏出物纯度有影响。需要对二者进行比较试需要对二者进行比较试验，选出一个合适的变验，选出一个合适的变量。量。苯苯甲苯甲苯 苯苯甲苯甲苯间接控制参数的确定间接控制参数的确定经试验得出，塔顶馏出物苯的浓度分别与压力经试验得出，塔顶馏出物苯的浓度分别与压力和温度有单值对应关系。（塔底馏出物甲苯也一样）和温度有单值对应关系。（塔底馏出物甲苯也一样）从工艺合理性考虑，选择温度作为被控变量。从工艺合理性
11、考虑，选择温度作为被控变量。 例例4：卷烟生产中的烟叶含水率：卷烟生产中的烟叶含水率例例5：混凝土生产中的塌落度控制：混凝土生产中的塌落度控制例例6：奶粉生产中的含水率：奶粉生产中的含水率（2 2）被控变量必须有足够大的灵敏度）被控变量必须有足够大的灵敏度被控变量必须灵敏，容易被测量。被控变量必须灵敏，容易被测量。（3）选择被控变量时，必须考虑工艺合理性选择被控变量时，必须考虑工艺合理性上例中，选择塔内温度作被控变量，就是考上例中，选择塔内温度作被控变量，就是考虑了工艺上，塔内压力是最佳分离效率控制系统的虑了工艺上，塔内压力是最佳分离效率控制系统的被控变量。被控变量。上例中，若塔顶、塔底的产品
