仪表自动化基础知识(三).ppt

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1、1,仪表自动化基础知识,仪表自动化基础知识,2,仪表自动化基础知识,目录6 执行器6.1 组成及分类6.2 结构6.3 选择6.4 附件6.5 安装及调校6.6 故障及维修,3,仪表自动化基础知识,目录7 典型控制系统7.1 概述7.2 简单控制系统7.3 复杂控制系统8 集散控制系统8.1 概述8.2 DCS的构成8.3 DCS的硬件结构8.4 DCS的软件体系,4,仪表自动化基础知识,目录9 集散控制系统9.1 DCS概述9.2 DCS的组成9.3 DCS的硬件结构9.4 DCS的软件体系10 UPS不间断电源10.1 UPS的组成,5,仪表自动化基础知识,6 执行器 现代工业对执行器的使

2、用要求：典型的自动控制系统主要有三个环节检测、控制、执行。近来，检测仪表和控制仪表受到数字技术和微处理技术的影响，发生了日新月异的变化，执行器中主要产品的调节阀也有了较大的发展，但随着现代化工业的大规模发展，人们对执行器提出了更严格、更高的要求。（1）质量更稳定，工作更可靠，操作更 安全；（2）保护环境：防止污染，防止噪声；（3）节约能源：减少能耗，提高密封性 能，使用新型技术。,6,仪表自动化基础知识,6 执行器6.1 组成及分类6.1.1调节阀的组成 根据国际电工委员会(IEC)对调节阀(国外叫做控制阀control Valve)的定义，调节阀由执行机构和阀体组件两部分组成。其中，执行机构

3、是调节阀的推动装置，它按信号压力的大小产生相应的推力，使阀杆产生相应的位移，从而带动调节阀的阀芯动作。阀体组件是调节阀的调节部分，它直接与介质接触，由阀芯的动作改变调节阀节流面积，达到调节的目的。,7,仪表自动化基础知识,6 执行器6.1.2调节阀的分类 调节阀按能源（信号或驱动力）可分为：气动调节阀，电动调节阀，液动调节阀。气动调节阀：以压缩空气为动力源的调节阀。电动调节阀：以电为动力源的调节阀。液动调节阀：以液压油为动力源的调节阀。,8,仪表自动化基础知识,6 执行器6.2 结构6.2.1执行机构（1）气动执行机构 气动薄膜执行机构是一种最常用的执行机构，它的传统机构如图所示。它的结构简单

4、，动作可靠，维修方便，价格低廉。气动薄膜执行机构分正作用和反作用两种形式。,9,仪表自动化基础知识,6 执行器（1）气动执行机构 气动薄膜执行机构，主要由上、下膜盖、“O”型圈、推杆、弹簧、调节件、支架等零部件组成。由于结构简单、操作方便，可以易燃易爆等场合下正常工作，主要适用于石油、化工、冶金、电站等工业生产过程的自动调节和远程控制中。工作原理：当信号压力输入薄膜气室中，产生推力，使推杆部件移动，弹簧被压缩产生的反作用力与信号压力在薄膜上产生的推力相平衡。推杆的移动即是气动薄膜执行机构的行程。作用形式：ZMAN型：正作用，当信号压力增加时，推杆部件向下移。AMBN型：反作用，当信号压力增加时

5、，推杆部件向上移。,10,仪表自动化基础知识,6 执行器（1）气动执行机构气动长行程执行机构有何特点？气动长行程执行机构具有行程长、转矩大的特点，它将20100kPa的气信号转变成相应的转角（090）或位移（200400mm），适用于角行程调节阀的需要。多用于转矩大的蝶阀、风门等。,11,仪表自动化基础知识,6 执行器6.2 结构6.2.1执行机构（2）电动执行机构 电动执行机构一般可分为直行程、角行程和多转式三种。这执行机构都由电动机带动减速装置，在电信号的作用下产生直线运动或角度旋转运动。,12,仪表自动化基础知识,6 执行器（2）电动执行机构 电动执行机构是以电能为动力的执行单元，根据自

6、动调节信号或手动操作信号去操作调节机构(阀门、挡板等)，从而改变被调量的大小，以满足生产过程的需要。电动执行机构接受标准的420mA信号，实现对各类蝶阀调节阀、风门等的自动调节。,13,仪表自动化基础知识,6 执行器6.2.1执行机构（3）电液执行机构 BDY9-G型电液控制机构是九江仪表厂和北京石化设计院共同研制开发的专为炼油厂催化裂化装置配套的新型自动控制执行机构。该控制执行机构接受操作室4-20mADC的输入信号通过伺服放大器，伺服阀，高精度位移传感器组成位置控制系统，使伺服油缸活塞杆按操作信号作相应位移，从而实现输入信号与被控制设备的位移成线性关系。,14,仪表自动化基础知识,6 执行

7、器（3）电液执行机构 当电气控制系统输入端接受420mADC输入信号，经IV变换器隔离放大成010V的主控信号；同时位移传感器测得现场实际阀位信号（05V），经规格化处理、电压放大成010V的反馈信号；二者在伺服放大器中比较得其差值经电压放大,功率放大后为5V的控制信号驱动射流管电液伺服阀，,15,仪表自动化基础知识,6 执行器（3）电液执行机构 控制油缸的运动方向，通过机械联杆传动，推动阀板(杆),直到输入信号和位移传感器输出的反馈信号之差为零，这时射流管电液伺服阀的控制电流也接近于零，射流管电液伺服阀的阀芯处于中位，无液压油输出，油缸中的活塞停留在与输入信号相对应的位置上，从而达到电液位置

8、自动控制的目的。,16,仪表自动化基础知识,6 执行器（3）BDY9-G型电液执行机构,17,仪表自动化基础知识,P：压力补偿变量泵,M：防爆电机,L1L4：过滤器,Y1Y3：压力表,YF1：电液伺服阀,DF2：二位三通电 磁阀（正常通电）,DF3：二位三通电磁阀（正常断电）,SF1：手动换向阀（自动锁定切换）,SF2：手动换向阀（手动开关阀门）,D1、D2、D5、D6、D9：单向阀,D3、D4：液控单向阀,D7、D8：双液控单向阀,G1：油缸,G2：手摇泵,X1：蓄压器,X2：备用蓄压器,YQ1、YQ2：压力传感器,WJ1：温度继电器,WJ5：液位继电器,YJ6：液位计,YJ1、YJ3、YJ

9、4：压力 继电器,YJ2：压差继电器,Y4：温度计,18,仪表自动化基础知识,6 执行器（3）电液执行机构 该控制机构是由电气控制系统、射流管电液伺服阀、伺服油缸、油源以及作为反馈元件的位移传感器组成的典型电液位置伺服控制系统。图中：控制信号为输入电流，负载为伺服阀控制绕组，油缸为执行元件，滑（蝶）阀为控制对象，位移传感器为位置检测元件，电气控制系统由集成运算放大器组成，这些元器件构成一个闭环控制系统。,19,仪表自动化基础知识,6 执行器（3）电液执行机构 动作过程：控制系统输入端接受420mADC输入信号，经IV变换器隔离放大成010VDC的主控信号；同时位移传感器测得现场实际阀位信号（0

10、5V），经规格化处理、电压放大成010VDC的反馈信号；二者在伺服放大器中比较得其差值经电压放大、功率放大后为5VDC的控制信号驱动电液伺服阀，控制油缸的运动方向，通过机械联杆传动，推动阀板（杆），直到输入信号和位移传感器输出的反馈信号之差为零，这时电液伺服阀的控制电压也接近于零，电液伺服阀的阀芯处于中位，无液压油输出，油缸中的活塞停留在与输入信号相对应的位置上，从而达到电液位置自动控制的目的。,20,仪表自动化基础知识,6 执行器6.2 结构6.2.1气动薄膜调节阀气动调节阀的性能指标有哪些？根据气动调节阀国家标准GB421392气动调节阀通用技术条件，气动调节阀的性能指标有基本误差、回差、

11、死区、始终点偏差、额定点偏差、泄漏量、填料函密封性、气室密封性、耐压强度、外观、额定流量系数、固有流量特性、耐振动性能、动作寿命，共计14项。其中前10为出厂检验项目。,21,仪表自动化基础知识,6 执行器6.2 结构6.2.1气动薄膜调节阀 气动薄膜调节阀根据结构可分为：(1)直通单座；(2)直通双座；(3)角形；(4)隔膜阀；(5)蝶阀；(6)阀体分离器；(7)合流型三通调节阀；(8)分流型三通调节阀,22,仪表自动化基础知识,6 执行器6.3 选择6.3.1调节阀作用方式的选择 由于气动执行机构有正、反两种作用方式，而阀也有正装和反装两种方式，因此，实现气动调节阀的气开、气关就有4种组合

12、方式，如表所示：,23,仪表自动化基础知识,6 执行器6.3 选择6.3.1调节阀作用方式的选择 如何选用气动调节阀的气开式和气关式?（1）事故条件下，工艺装置应尽量处于安全状态。（2）事故状态下，减少原料或动力消耗，保证产品质量。（3）考虑介质特性。选择执行机构和调节阀的依据是什么?（1）根据工艺条件，选择合适的调节阀的结构形式和材质；（2）根据工艺对象的特点，选择合适的流量特性；（3）根据工艺操作参数，选择合理的阀门尺寸；（4）根据阀杆受力大小，选择足够推力的执行机构；（5）根据工艺过程的要求，选择合适的辅助装置。,24,仪表自动化基础知识,6 执行器6.3 选择6.3.1气动薄膜调节阀型

13、号规格,25,仪表自动化基础知识,6 执行器6.3 选择例题：加热炉的燃料油(气)系统，应选用（）式的调节阀（气动）。答文:加热炉的进料系统，应选用（）式的调节阀(气动)。答文:油水分离器的排水线上，应选用（）式的调节阀(气动)。答文:蒸馏塔的流出线，应选用（）式调节阀（气动）。答文:,26,仪表自动化基础知识,6 执行器6.3 选择例题及答文：加热炉的燃料油(气)系统，应选用（）式的调节阀（气动）。答文:气开加热炉的进料系统，应选用（）式的调节阀(气动)。答文:气关油水分离器的排水线上，应选用（）式的调节阀(气动)。答文:气开蒸馏塔的流出线，应选用（）式调节阀（气动）。答文:气开,27,仪表

14、自动化基础知识,6 执行器6.3 选择例题：容器的压力调节，若用排出料来调节，应选用（）式的调节阀(气动)，若用进入料来调节，应选用（）式调节阀(气动)。答文:压缩机入口调节阀应选（）式。答文：压缩机出口压力调节系统，其调节阀装于放空管线上时，应选（）式。答文：压缩机旁路调节阀应选（）式。答文：,28,仪表自动化基础知识,6 执行器6.3 选择例题及答文：容器的压力调节，若用排出料来调节，应选用（）式的调节阀(气动)，若用进入料来调节，应选用（）式调节阀(气动)。答文:气关，气开压缩机入口调节阀应选（）式。答文：气关压缩机出口压力调节系统，其调节阀装于放空管线上时，应选（）式。答文：气关压缩机

15、旁路调节阀应选（）式。答文：气关,29,仪表自动化基础知识,6 执行器6.3 选择例题：汽包给水调节阀应选（）式或附加保位阀。答文：汽包蒸汽出口调节阀应选（）式。答文：控制高粘度、带纤维、细颗粒的流体，选用下列（）调节阀最为合适。A.蝶阀 B.套筒阀 C.直通双座阀 D.偏心旋转阀 答文:关小与调节阀串联的切断阀，会使可调比变（），流量特性变（）。答文:,30,仪表自动化基础知识,6 执行器6.3 选择例题及答文：汽包给水调节阀应选（）式或附加保位阀。答文：气关汽包蒸汽出口调节阀应选（）式。答文：气关控制高粘度、带纤维、细颗粒的流体，选用下列（）调节阀最为合适。A.蝶阀 B.套筒阀 C.直通双

16、座阀 D.偏心旋转阀 答文:D关小与调节阀串联的切断阀，会使可调比变（），流量特性变（）。答文:小，差,31,仪表自动化基础知识,6 执行器6.3 选择6.3.2调节阀流量特性的选择调节阀的流量特性：是指介质流过阀门的相对流量与相对位移（阀门的相对开度）之间的关系，其数学表达式为：,Q,Qmax,f,l,L,(,),0,100%,I/L,100%,Q/Qmax,快开,直线,对数,快开,直线,对数,32,仪表自动化基础知识,6 执行器6.3 选择6.3.2调节阀流量特性的选择调节阀的流量特性：是指介质流过阀门的相对流量与相对位移（阀门的相对开度）之间的关系，其数学表达式为：（1）直线流量特性：是

17、指调节阀的相对流量与相对位移成直线关系，即单位位移变化所引起的流量变化是常数。（2）等百分比(对数)流量特性：是指调节阀的相对位移与相对流量成正比对数关系，即调节阀的放大系数是变化的，它随相对流量的增大而增大。,Q,Qmax,f,l,L,(,),33,仪表自动化基础知识,6 执行器6.3 选择6.3.2调节阀流量特性的选择（3）快开特性：这种流量特性在开度较小时就有转大的流量，随开度的增大，流量很快就达到最大，此后再增大开度，流量变化很小。适用于快速启闭的切断阀或双位调节系统。调节阀的可调比：调节阀所能控制的最大流量（Qmax）与最小流量（Qmin）之比，用R表示。当阀两端压差保持恒定时，Qm

18、ax/Qmin的流量比称为理想可调比；实际使用时，调节阀两端压差是变化的，这时Qmax/Qmin的流量比称为实际可调比。,34,仪表自动化基础知识,6 执行器6.3 选择6.3.3调节阀结构的选择调节阀前后差压较小，要求泄漏量小，一般可选用单座阀。调节低压差、大流量气体可选用蝶阀。调节强酸、腐蚀性流体，可选用隔膜阀。既要求调节，又要求切断时，可选用偏心旋转阀。噪音较大时，可选用套筒阀。调节阀经常在小开度下工作时，宜选用等百分比特性阀。当被调介质含有固体悬浮物时，宜选用直线特性阀。程序控制应选用快开特性阀。在非常稳定的调节系统中，可选用等百分比或直线特性阀。,35,仪表自动化基础知识,6 执行器

19、6.3 选择6.3.2调节阀流通能力和口径的选择 流通能力C：调节阀全开，阀前后压差为1kgfcm2，流体重度为1gfcm3时，每小时所通过的流体立方米数。（C1.17Cv）例:若调节阀的流通能力C为50，当阀前后压差为1.6MPa,流体重度为0.81 1gfcm3时,所能通过的最大流量是多少?解:体积流量 QCPr 50160.81222(m3/h)重量流量 QCPr 50160.81180(t/h),36,仪表自动化基础知识,6 执行器6.4 附件 气动调节阀的辅助装置主要有如下一些：阀门定位器包括电器阀门定位器和气动阀门定位器，用于改善调节阀工作特性，实现正确定位；阀位开关显示调节阀上、

20、下的行程工作位置；气动保位阀气源故障时，保持阀门当时位置；三通、四通电磁阀实现气路的自动切换；手轮机构系统故障时，可切换进行手动操作；空气过滤减压阀作为气源净化、减压之用；储气罐气源故障时，由它取代，使阀能继续工作一段时间。,37,仪表自动化基础知识,6 执行器6.4 附件 阀门定位器主要作用有：（1）改善调节阀的静态特性，提高阀门位置的线性度；（2）改善调节阀的动态特性，减少调节信号的传递滞后；（3）改变调节阀的流量特性；（4）改变调节阀对信号压力的响应范围，实现分程控制；(5)使阀门动作反向。,38,仪表自动化基础知识,6 执行器6.5 安装及调校 调节阀安装的几种方式如图，当流体比较脏时

21、（有杂物、铁屑等），应考虑安装较合适。,39,仪表自动化基础知识,6 执行器6.5 安装及调校 在生产现场,气动调节阀调校的主要项目有哪些？在生产现场,气动调节阀调校的主要项目有基本误差、回差、始终点偏差、额定行程偏差、泄漏量等。如何校验气动调节阀的基本误差、回差、始终点偏差？（1）基本误差。将输入信号平稳地按增大或减小方向输入执行机构气室（或定位器）,测量各点所对应的行程值,计算出实际“信号行程“关系同理论关系之间的各点误差,其最大值即为基本误差。校验点应至少包括信号范围0%、25%、50%、75%、100%这5个点。（2）回差。方法同（1）在同一输入信号上所测得的正反行程的最大差值即为回差

22、。（3）始终点偏差。方法同（1）信号的下限（始点）处的基本误差即为始点偏差，信号的上限（终点）处的基本误差即为终点偏差。,40,仪表自动化基础知识,6 执行器6.5 安装及调校 调校电-气阀门定位器连接图如下图所示。调校方法（配以正作用执行机构的调节阀为例）如下。校正比例臂位置a.将外调调整螺母按执行机构的行程固定于比例臂相对应的刻度上，并将滚轮置于槽板内，使之能自由滚动，又不致脱出。槽板应水平安装。b.校正好比例臂位置。将气源调节至140Kpa，给定12mA电流信号，使调节阀阀杆行程为50%，通过调整阀杆位置的升降，使比例臂处于水平位置。这一点十分重要，否则将出现线性不好，甚至产生故障。,4

23、1,仪表自动化基础知识,6 执行器6.5 安装及调校零位调整和量程调整a.零位调整。给定信号电流4mA，通过顺时针（输出增大）或反时针（输出减小）旋动调零螺钉，使输出压力为20Kpa左右，或感觉阀杆有微小的位移即可。b.量程调整。给定信号电流8、12、16、20mA，使阀杆行程对应值为25%、50%、75%、100%（观察百分表），或使输出压力值为40、60、80、100Kpa 左右，若量程偏大或偏小，可通过移动外调整螺母左右位置来调整，往左移动，量程减小，反之，量程增大。每调整一次行程，零位需重新调整。c.通过几次零位和量程的反复调整合格后，给定信号，观察其稳定性和重复性，然后即可投入运行。

24、,42,仪表自动化基础知识,6 执行器6.6 故障及维修例题:一台气动薄膜调节阀，若阀杆在全行程的50%位置，则流过 阀的流量是否也在最大量的50%?答文:不一定，要以阀的结构特性而定，在阀两端压差恒定情 况下，如果快开阀则流量大于50%.如果是直线阀，则流量等 于50%，如果是对数阀(等百分比阀)，则小于50%。调节阀在实际运行时阀位应当在（）为适宜。.30%80%B.15%90%C.20%100%答文:A 用变送器的输出直接控制调节阀,（）起调节作用。A.能 B.不能 C.视控制要求而定 答文:C,43,仪表自动化基础知识,6 执行器6.6 故障及维修例题:有一台正在运行中的气关单座阀，老

25、是关不死，一般由那些原因造成？答文:一般由下述原因造成：(1)阀芯阀座磨损严重；(2)阀芯阀座间有异物卡住；(3)调节阀膜头漏气；(4)零点簧预紧力过大；(5)阀杆太短；(6)调节阀前后压差过大；(7)带阀门定位器的，需检查定位器输出是否能达到最大值。调节阀的泄漏量是指的什么?答文:调节阀的泄漏量是指在规定的温度和压力下，试验流体通过处于关闭状态的调节阀的流量。一般情况下，阀的泄漏量不影响调节品质，但对于聚合釜控制，真空系统，易挥发的低分子气体，则要求泄漏量极小或严密封切断。,44,仪表自动化基础知识,6 执行器6.6 故障及维修例题:调节阀的入口和出口装反是否影响使用?答文:一般蝶阀的结构是

26、对称的，不分入口出口，所以不存在装反的问题，其它结构的调节阀，入口和出口装反了，则会影响阀的流量特性，引起流通能力的改变，有时还容易使盘根处泄漏。对单座阀，装反会使不平衡力改变方向，甚至影响阀的稳定性，在高压调节阀中，流向选择不当，还会影响使用寿命。,45,仪表自动化基础知识,7 典型控制系统7.1 概述7.2 简单控制系统7.3 复杂控制系统,46,仪表自动化基础知识,7 典型控制系统7.1 概述 按照控制系统的结构，控制系统分为简单控制系统和复杂控制系统两大类。简单控制系统是指由一个测量元件、变送器、控制器、执行器和被控对象所构成回路的闭环系统，也称单回路控制统。复杂控制系统是指由两个以上

27、测量元件、变送器、控制器或执行器和被控对象所构成回路的闭环系统，也称多回路控制统。常见的复杂控制系统有串级、均匀、比值、分程、选择、前馈、三冲量等系统。,47,仪表自动化基础知识,7 典型控制系统7.2 简单调节系统7.2.1 系统构成 简单调节系统是由被控对象、测量元件、变送器、调节器和调节阀组成的闭环控制系数。,给水,蒸汽,汽包,调节阀LV-101,调节器,变送器LT-101,LC,101,48,仪表自动化基础知识,7 典型控制系统7.2 简单调节系统7.2.1 系统构成 简单调节系统是由被控对象、测量元件、变送器、调节器和调节阀组成的闭环控制系数。,图71 简间控制系统方块图,调节器,调

28、节阀,给定值,测量、变送器,被控变量,被控对象,扰动,49,仪表自动化基础知识,7 典型控制系统7.2.2.调节器控制规律的选择 调节器在一定的输入信号（偏差）作用下，其输出信号随时间变化的规律，称为调节器的特性或调节作用规律。常用的主要有三种:比例控制规律、比例积分控制规律和比例积分微分控制规律，分别简写为P、PI和PID。选择哪种控制规律主要根据调节器的特点和工艺要求来决定。比例控制规律特点：输出与偏差成比例，阀门位置与偏差有一一对应关系，调节及时有力但存在余差。是最基本的控制规律。比例积分控制规律特点：输出与偏差的积分成比例，无余差，但稳定性降价。是应用最广的控制器。,50,仪表自动化基

29、础知识,7 典型控制系统7.2.2.调节器控制规律的选择比例度：表示比例调节作用的强弱程度，用表示。输入变化量输出变化量 100积分时间：在阶跃输入偏差作用下，取积分作用输出等于比例作用的输出的一段时间。用Ti表示。微分时间：在阶跃输入偏差作用下，取微分作用输出等于比例作用的输出的一段时间。用Td表示。,51,仪表自动化基础知识,7 典型控制系统7.2.2.调节器控制规律的选择例题及答文：在PID调节中，比例作用是依据（）来动作的，在系统中起着（）的作用。答文:偏差大小，稳定被调参数积分作用是依据（）来动作的，在系统中起着（）的作用。答文:偏差是否存在，消除余差 微分作用是依据（）来动作的，在

30、系统中起着（）的作用。答文:偏差变化速度，超前调节,52,仪表自动化基础知识,7 典型控制系统7.2.2.调节器控制规律的选择例题及答文：调节器的比例度越大，则放大倍数Kc（），比例调 节作用就（），但余差也（）。积分时间Ti越 小，积分作用（）,消除余差（）。微分时间 Td越大，微分作用（）。答文：越小、越弱、越大、越强、越快、越强,53,仪表自动化基础知识,7 典型控制系统7.2.2.调节器控制规律的选择 什么是比例调节规律?在自动调节中起什么作用?比例调节依据“偏差的大小”来动作，它的输出与输入偏差的大小成比例，比例调节及时有力，但有余差，它用比例度来表示其作用的强弱，愈小，调节作用愈强

31、，比例作用太强时会引起振荡。,54,仪表自动化基础知识,7 典型控制系统7.2.2.调节器控制规律的选择 什么是积分调节规律?在自动调节中起什么作用?积分调节依据“偏差是否存在”来动作，它的输出与偏差对时间的积分成比例，只有当余差消失时，积分作用才会停止，其作用是消除余差，但积分作用使最大动偏差增大，延长了调节时间，它用时间Ti来表示其积分作用的强弱，Ti愈小积分愈强，但积分作用太强时也会引起振荡。,55,仪表自动化基础知识,7 典型控制系统7.2.2.调节器控制规律的选择 什么是微分调节规律?在自动调节过程中起什么作用?微分调节依据“偏差变化速度”来动作,它的输出与输入偏差变化的速度成正比例

32、,其实质和效果是阻止被调参数的一切变化,有超前调节的作用,对滞后大的对象有很好的效果,它使调节过程动偏差减小,时间缩短,余差也减小(但不能消除),微分调节用微分时间Td来表示其中作用的强弱.Td大,作用强,但Td过大也会引起振荡。,56,仪表自动化基础知识,7 典型控制系统7.2.2.调节器控制规律的选择 在什么场合用比例(P)、比例积分(PI)、比例积分微分(PID)调节规律?比例调节规律适用于负荷变化较小，纯滞后不太大的而工艺要求不高，又允许有余差的调节系统。比例积分调节规律适用于对象调节通道时间常数较小，系统负荷变化较大(需要消除干扰引起余差),纯滞后不大(时间常数不是太大)而被调参数不

33、允许与给定值有偏差的调节系统。比例积分微分调节规律适用于容量滞后较大纯滞后不太大，不允许有余差的对象。,57,仪表自动化基础知识,7 典型控制系统7.2.2.调节器控制规律的选择 为什么压力、流量的调节一般不采用微分规律，而温度、成分调节多采用微分调节规律?对于压力、流量等被调参数来说，对象调节通道时间常数 T较小，而负荷又变化较快,这时微分作用和积分作用都要引起振荡对调节质量影响很大，故不采用微分调节规律，而对于温度、成分等测量通道和调节通道的时间常数较大的系统来说，采用微分规律这种超前作用能够收到较好的效果。,58,仪表自动化基础知识,7 典型控制系统7.2 简单控制系统7.2.3调节器参

34、数整定 一个自动控制系统的过渡过程或者控制质量，与被调对象的特性、干扰形式与大小、控制方案的确定及控制的参数整定有着密切关系。对象特性和干扰情况是受工艺操作和设备特性限制的。当方案确定后对象各通道的特性已定，这时控制质量只决定于控制的参数整定了。即按照已定的控制方案，求取使控制质量最好的控制器参数值。具体来说，就是确定最合适的控制器比例度、积分时间Ti和微分时间Td。,59,仪表自动化基础知识,7 典型控制系统7.2 简单控制系统7.2.3调节器参数整定 常用的整定方法有：临界比例度法、衰减曲线法和经验凑试法。在一个自动控制系统投运时，控制器的参数必须整定，才能获得满意的控制质量。同时在生产过

35、程中，如果工艺操作条件改变，或负荷有很大变化，被控对象的特性就要改变，因此，控制器的参数必须重新整定。由此可见，整定控制器参数是经常要做的工作，对工艺人员和仪表人员来说，都是需要掌握的。,60,仪表自动化基础知识,7 典型控制系统 具有比例+积分+微分(简称PID)调节器的调节系统,如何进行参数整定?采用临界比例度法进行参数整定,整定步骤如下:(1)调节系统稳定后,将积分时间放到最大,微分时间放到零,然后逐步将调节器比例度减少,观察在给定量提升或干扰量改变时的过渡过程情况,如果调节过程是衰减性振荡则应把比例度继续放小,如果调节过程是发散的振荡加剧,则应把比例度放大,直到持续四.五次等辐振荡为止

36、,记下此时的临界比例度k并记录曲线上求得等幅振荡的周期Tk。,61,仪表自动化基础知识,7 典型控制系统 具有比例+积分+微分(简称PID)调节器的调节系统,如何进行参数整定?采用临界比例度法进行参数整定,整定步骤如下:(2)根据下表所示经验公式求出调节器各参数。(3)在调节器上,取稍大于求得的比例度值,再依次调整所需的 积分时间和微分时间,最后把比例度放到求得值上,如果记录 曲线不很理想时,再适当调节调节器的各参数。,62,仪表自动化基础知识,7 典型控制系统7.2.3调节器参数整定 什么叫一步整定法?试述其整定步骤。一步整定法就是根据经验设定主副调节器的参数,对主 调节器按简单调节系统进行

37、整定的方法.其步骤如下:(1)把主副调节器的参数按经验法设定,并投入运行。(2)利用简单调节系统的参数整定方法(经验法或衰减曲线法)对参数进行适当调整。(3)观察调节过程,根据KcKc=常数的原理,适当调整调节 器参数,使主变量调节精度最好。(4)在整定过程,如出现“共振”效应,也不必紧张,只要加大 主、副调节器的任一组参数值,就可消除,如“共振”剧烈,可先转入遥控,待系统稳定之后将调节器参数适当加大(比共 振时略大)重新投运,重新整定即可。,63,仪表自动化基础知识,7 典型控制系统7.2.3调节器参数整定 经验试凑法：经验试凑法是在长期的生产实践中总结出来的一种整定方法。它是根据经验先控制

38、器参数放在一个数值上，直接在闭合的控制系数中通过改变给定值施加干扰，在记录仪上观察过渡过程曲线，运用、Ti、Td对过渡过程的影响为指导，按照规定顺序，对比例度、积分时间 Ti和微分时间Td逐个整定，直到获得满意的过渡过程为主。,64,仪表自动化基础知识,7 典型控制系统 经验凑试法的关键是“看曲线，调参数”，因此，必须弄清楚调节器参数变化对过渡过程曲线的影响关系。一般来说，在整定中，观察到曲线振荡很频繁，需把比例度（增大）以减少振荡；当曲线最大偏差大且趋于非周期时，需把比例度（减小）。当曲线波动较大时，应（增大）积分时间；而在曲线偏离给定值后，长时间回不来，则需（减小）积分时间，以加快消除余差

39、的过程。如果曲线振荡得厉害，需把微分时间（减到最小），或者暂时（不加）微分作用，以免更加剧振荡；在曲线最大偏差大而衰减缓慢时，需（增大）微分时间。经过反复凑试，一直调到过渡过程振荡2个周期后基本达到稳定，品质指标达到工艺要求为止。,65,仪表自动化基础知识,7 典型控制系统7.2.3.调节器参数整定 经验试凑法（经验数据表）,66,仪表自动化基础知识,7 典型控制系统7.2.4 控制系统的投用 一个自动控制系统设计并安装完毕后，如何投用是一项很重要的工作，尤其对一些重要的控制系统更应重视。（1）准备工作:对于工艺人员与仪表人员来说，投用前都要熟悉工艺过程，了解主要工艺流程、主要设备的功能、控制

40、指标和要求，以及各种工艺指标之间的关系；对工艺人员来说，熟悉控制方案，全面掌握设计意图，熟悉各控制方案的构成，对测量元件和调节阀的安装位置、管线走向、工艺介质性质等都要心中有数。,67,仪表自动化基础知识,7 典型控制系统7.2.4 控制系统的投用 对于仪表人员来说，还应该熟悉各种仪表仪器的工作原理和结构，掌握调校技术；投用前必须对测量元件、变送器、调节器、调节阀和其他仪表设备，以及电源、气源、管线和线路进行全面检查。（2）仪表检查：仪表虽在安装前已校验合格，投用前仍应在现场进行校验，在确认仪表正常工作后才可考虑投用。特别要对调节器的控制点进行重校。,68,仪表自动化基础知识,7 典型控制系统

41、7.2.4 控制系统的投用(3)检查调节器的正、反作用及调节阀的气开、气关型式：调节器的正、反作用及调节阀的气开、气关型式是关系到控制系统能否正常运行与安全操作的重要问题，投用前必须仔细检查。(4)调节阀的投用:一般有两种操作步骤，一种是先用人工操作旁路阀，然后过渡至调节阀手动遥控；另一种是一开始就用手动遥控。,69,仪表自动化基础知识,7 典型控制系统7.2.4 控制系统的投用(5)调节器的手动和自动的切换 通过手动遥控调节阀，使工况趋于稳定以后，调节器就可以由手动切换到自动，实现自动操作。由手动切换到自动，或由自动切换到手动，因所用仪表的型号及连接线路不同，有不同的切换程序和操作方法，总的

42、要求是做到无扰动切换。(6)调节器参数的整定 控制系统投入自动后，即可进行调节器参数的整定。,70,仪表自动化基础知识,7 典型控制系统7.2.5 控制系统动作过程 下图所示的加热炉温度调节系统，根据工艺要求，出现故障时炉子应当熄火，试说明调节阀的气开，气关形式，调节器的正，反作用方式，并简述调节系统的动作过程。故障情况下，气源压力为零，应切断燃料，以确保炉子熄火，故要求调节阀为气开式，气源中断时关闭.当炉温增高时，要求燃料量减少，即减小调节阀开度，由于是气开阀，所以要求调节器输出减小，应选用反作用调节器.调节系统的动作过程为：进料温度调节器输出调节阀开度燃料量炉温。反之，由于各种情况引起炉温

43、调节器输出调节阀开度 燃料量炉温。,71,仪表自动化基础知识,7 典型控制系统7.3 复杂控制系统7.3.1 串级控制系统 串级控制系统是由其结构上的特征而得名的。他是由主副两个调节器串接工作的。主调节器的输出作为副节器的给定值，副调节器的输出去操纵调节阀，以实现对主变量的定值控制。,72,仪表自动化基础知识,7 典型控制系统7.3 复杂控制系统7.3.1串级控制系统 选择串级调节系统调节器的型式主要是依据工艺要求、对象特性和干扰性质而定,一般情况下主回路常选择PI 或PID 调节器,副回路选用P 或PI调节器。,73,仪表自动化基础知识,7 典型控制系统7.3 复杂控制系统7.3.2 均匀控

44、制系统 均匀控制系统是为了解决前后工序的供求矛盾，使两个变量之间能够互相兼顾和协调操作的控制系统。如塔釜的液位或者容器的压力设置的液位(或压力)流量均匀控制系统。均匀控制的作用是保持塔釜的液位或者容器的压力在一定的控制范围以内，同时兼顾所操纵的流量能逐步、平滑地变化，不致影响一个设备的操作，显然，均匀控制既不是严格保持液位(或压力)在某一个给定值上，也不是严格控制流量在一个给定值上，而兼顾液位(或压力)和流量的矛盾，让他们都在各自要求的控制范围内变化。,74,仪表自动化基础知识,7 典型控制系统7.3 复杂控制系统7.3.3 比值控制系统 实现两个或两个以上的参数符合一定比例关系的控制系统,称

45、为比值控制系统。通常为流量比值控制系统，用来保持两种物料的流量保持一定的比值关系。如制氢转化炉原料和蒸汽流量比值控制系统。蒸汽流量根据原料流量变化保持一定的（水碳比）比值系数。,75,仪表自动化基础知识,7 典型控制系统7.3 复杂控制系统7.3.4 前馈控制系统 单纯的前馈调节是一种能对干扰量的变化进行补偿的开环控制系统。在实际工业生产中，由于干扰往往有很多个，而且有些变量无法测量，因此单纯的前馈调节在应用上有较大局限性,为克服这一弊端，常选用前馈反馈控制系统,确保被控变量的稳定和及时有效地克服主要干扰。如加热炉炉出口温度与燃料流量串级控制加上炉进口流量控制的前馈串级控制系统。,76,仪表自

46、动化基础知识,7 典型控制系统7.3 复杂控制系统7.3.5 选择控制系统 选择控制又叫取代控制，在该系统中，一般有两个调节器，它们的输出通过一个选择器后，送往执行器。这两个调节器，一个在正常情况下工作（A调节器），另一个在非正常状态下工作（B调节器）。在生产正常时，系统由A调节器进行控制；一旦生产出现非正常，则由B调节器自动取代A调节器，对生产过程进行安全控制。当生产恢复正常时，A调节器又取代B调节器，恢复对生产的正常控制。,77,仪表自动化基础知识,7 典型控制系统7.3 复杂控制系统7.3.6 分程控制系统 分程控制系统就是一个调节器同时控制两个或两个以上的调节阀，每个调节阀根据工艺的要

47、求在调节器输出的一段信号范围内动作。设置分程调节系统的主要目的是扩大可调范围。解决分程调节系统中调节阀的平滑过渡问题可采用哪些措施？（1）当两个阀的C值很接近时采用直线特性调节阀；（2）采用等百分比调节阀；（3）采用信号重叠的办法。如热交换器使用热水和蒸汽对物料加热控制系统。,78,仪表自动化基础知识,7 典型控制系统7.3 复杂控制系统7.3.7 锅炉汽包三冲量控制系统 汽包水位调节系统的主要任务是使给水量与锅炉蒸发量保持平衡，并维持汽包水位在工艺规定的范围内。由此分析出锅炉的受控变量为汽包水位，操纵变量是给水流量。汽包水位是锅炉运行的主要指标，水位过高或过低都会带来比较严重的后果。所以通常

48、采用三冲量控制方案。,79,仪表自动化基础知识,7 典型控制系统7.3 复杂控制系统7.3.2 锅炉汽包三冲量控制系统（单冲程）设置锅炉汽包调节系统的基本要求是要保证蒸汽压力的恒定，并使锅炉汽包在安全和经济的工况下运行。因此，锅炉汽包的液位调节很重要。如果汽包液位过高，将使蒸汽带水，会使某些设备，如汽轮机的叶片损坏。如果汽包液位过低，锅炉汽包有被烧坏或发生爆炸的危险。,给水,蒸汽,汽包,调节阀LV-101,调节器,变送器LT-101,LC,101,80,仪表自动化基础知识,7 典型控制系统7.3.2 锅炉汽包三冲量控制系统（单冲程）,当锅炉汽包负荷突然增大时，必然会使汽包内压力急剧下降，从而引

49、起汽包中水的急速汽化，水的表面和内部汽泡增多。由于汽泡的体积要比水的体积大得很多，其结果使汽包内液位升高，但这时汽包内水的实际储量并没有增加，因此，由于水中汽泡的增加造成了液位的虚假升高，这种现象被称为“假液位”。如果液位调节器就按此液位来进行调节，必然是关小进水阀门，结果使汽包内的储水量减少，造成真实泳位的严重下降，有可能引起事故。,给水,蒸汽,汽包,调节阀LV-101,调节器,变送器LT-101,LC,101,81,仪表自动化基础知识,7 典型控制系统7.3 复杂控制系统7.3.2 锅炉汽包三冲量控制系统（双冲程）锅炉汽包双冲量液位控制系统如图所示,它是在单冲量液位控制的基础上引入蒸汽流量

50、作为前馈信号,能消除虚假液位对调节的不良影响,缩短了过渡过程的时间改善调节系统的静特性,提高了调节质量.所以它能在负荷变化较繁的工况下比较好的完成液位控制任务,在给水压力比较平稳时,用于小型低压锅炉较好,它的缺点是调节作用不能及时反映给水侧的扰动,当给水量扰动时,控制系统等于单冲量控制.因此当给母水管压力经常有波动,给水调节阀前后压差不能保持正常时,不宜采用双冲量控制.,82,仪表自动化基础知识,7 典型控制系统7.3 复杂控制系统7.3.2 锅炉汽包三冲量控制系统（三冲程）锅炉汽包三冲量液位控制系统是在双冲量液位控制的基础上引从入了给水量信号,由水位蒸汽流量和给水流量组成了三冲量液位控制系统