气动调节阀自动化控制基本原理课件.ppt

1、基本控制理论基本控制理论 目的：1 加强公司销售支持工程师对本公司气动调节阀的 了解，学习产品的性能，规格和参数。2 通过实际动手组装和调试产品的培训，增强大家 对气动调节阀产品的现场调试技能。3 增强销售支持工程师的自信心，促进气动调节阀 的销售增长。 培训要求： 参加培训的工程师应对公司的气动调节阀产品有个初步的了解。ChemicalBottlingFood & Beverage TobaccoAutomotivePackagingConveyors & Materials handling Logistics OEMsManufacturingAutomationPetrochemica

2、lPharmaceutical 设备的安全运行设备的安全运行 制程的精确控制制程的精确控制 高质量的最终产品高质量的最终产品 最大生产率最大生产率 最小产品废品率最小产品废品率 HVAC 应用的舒适性应用的舒适性 能量的有效使用能量的有效使用 产品的可靠性和长使用寿命产品的可靠性和长使用寿命思考思考眼看眼看搬动阀门搬动阀门控制精度底控制精度底劳动强度大思考劳动强度大思考人为限制搬动阀门人为限制搬动阀门不能满足大型现代化自动化需求不能满足大型现代化自动化需求1. 测量元件与变送器测量元件与变送器4. 控制器控制器5. 执行器执行器闭环温度控制闭环温度控制控制系统控制系统控制系统控制系统A/DCP

3、UDA4-20 mADACPUA/D变送器变送器A/DCPU执行器执行器现场总线控制回路现场总线控制回路CPUCPUA/D数字信号数字信号控制系统控制系统CPU变送器变送器执行器执行器 FCSFieldbus Network Profibus西门子 FF-爱默生 Can（DeviceNet）Rockwell CC-Link-三菱 Modbus-Plus-施耐德 Longworks-埃施朗（楼宇自动化） Hart EIB 现场总线是安装在生产过程区域的现场设备(或仪表)与控制室内的自动控制装置(或系统)之间的一种串行通讯的数据总线. 现场总线控制系统(FCS)的特点: 系统开放, 标准化 数据信

4、息高度集成 系统可靠 总成本降低 Fieldbus 装置均实现智能化,即内置CPU.Cascade, Ratio, Cross Limits, 3 element & split rangeFieldbusnetworkPositionerwith PIDControlTemperatureTransmitterwith PIDControlFoundation Fieldbus计算机计算机SCADA Software -管理控制和数据集成管理控制和数据集成PLC 可编程逻辑控制器可编程逻辑控制器信号电缆信号电缆 DCS FCSFieldbus NetworkDCS 和 FCSSignal c

5、ablesFieldbus NetworkComputerPLC - ProgrammableLogic ControllerSCADA Software -Supervisory Control AndData Acquisition Terminal blockTerminal blocksDistributorDistr.Distr.Control CabinetControl CabinetPROFIBUS-DP现场总线控制系统现场总线控制系统FCS系统比较系统比较传统控制系统传统控制系统输入输出系统输入输出系统控制器控制器现场总线系统现场总线系统现场总线现场总线控制器控制器系统比较系

6、统比较传统系统传统系统4-20 mAI.SI.S.I.S.I/O系统系统控制器控制器现场总线系统现场总线系统I.S.总线总线节省硬件节省硬件,电缆电缆,安装费安装费用用控制器控制器PID 控制控制温度传感器温度传感器控制阀控制阀,执行器和定位器执行器和定位器4-20mA 信号电缆信号电缆信号方向信号方向水位溢流进口阀排放阀(固定)最终产品可视的指示标尺被控条件被控设备(阀门)制程(水箱)感应器(眼睛)执行器(手臂)控制器(人脑)调节变量控制器感应器执行器控制阀控制阀控制阀设定点控制器测量设备被控元件被控设备操作变量压缩空气信号 (0.2 - 1.0 bar)电流信号 4 - 20 mA测量变量

7、压力/温度等信号温度/压力/湿度感应器被控条件水箱,换热器和杀菌罐等2 通/3通控制阀比例 (P)比例+积分 (P+I)比例+积分+微分 (P+I+D)气动/电动/自作用执行器制程设定值（设定点）：设定值（设定点）：为了达到所需的控制条件, 在控制器内所设定的 一个值.被控介质：被控介质：控制系统所控制的介质，如水箱中的水。被控条件：被控条件：控制系统中被控介质的物理条件, 如压力/温度/液位等.控制值：控制值：在稳定情况下, 控制系统实际能维持的值.偏差：偏差：被控条件的测量值与设定值之间的差值.偏移：偏移：持续稳定的偏差.感应器（传感器）感应器（传感器）：对控制条件直接作出反应的测量元件.

8、控制器：控制器：接收来自感应器的信号, 然后作出判断,发出一个控制信号给执行器.执行器：执行器：接收来自控制器的信号,对被控设备进行调节的元件.如电动/气动执行器。被控设备：被控设备：在控制系统中最后的控制元件，如控制阀、变频泵. 开开 关关 控控 制制 模模 式式 连连 续续 控控 制制 或或 调调 节节 控控 制制 模模 式式温度计温度计至制程的热水蒸汽疏水阀换热盘管报警装置蒸汽冷水电源2通控制阀和电磁阀温度控制开关(设定60 oC)设定点 60 oCT1T2T3开开关关下开关点 59 oC上开关点 61 oC水箱温度时间上开关点 61 oC设定点 60 oC开水箱温度Switching

9、Differential of Thermostat操作偏差T1T2T3开关关CBADE超调下开关点 59 oC时间球阀50% 开度水箱B流出B阀 50% 开度阀 V流入球阀关闭水箱ABAB偏差流入阀关闭阀 V球阀全开水箱阀开流出ABC偏差流入阀 V球阀水箱ABC流出阀 V流入制程负载 %控制器 输出 %设定温度 18 oC实际温度 16.5 oC偏移50%75%50%75%50%75%控制阀位置 %室内空气温度 (oC)和比例带偏移设定温度 18 oC实际温度 15 oC控制器 输出 %75% 50%50% 75%制程 负载 %控制阀 位置 %75%50%室内空气温度 (oC)和比例带增量式

10、PID公式：U(n)=Kpe(n)-e(n-1)+Kie(n)+Kde(n)-2e(n-1)+e(n-2), T：计算周期，就是多少时间计算一次U(n)=Kpe(n)-e(n-1)+Kie(n)+Kde(n)-2e(n-1)+e(n-2),单位是秒。 P:比例带I：积分时间D：微分时间P、I、D跟kp,ki,kd关系：Kp=100/P,Ki=kp*T/IKd=kp*D/T然后就可以计算U(n)=Kpe(n)-e(n-1)+Kie(n)+Kde(n)-2e(n-1)+e(n-2) e(n) ,e(n-1), e(n-2)就是历史上的三个设定值跟过程值之间的偏差 控制器的输出信号U与偏差信号成比例

11、。 U=（1/P）X e 式中U=输出信号 P=比例带 e=偏差信号 实际应用中P通常用它相对于被调量测量仪表的量程的百分数表示。 比例调节的特点是有差调节，P越大控制阀动作越慢，阀工作越稳定。反之，P越小控制阀动作越快阀工作越不稳定（振荡激烈）。050100控制器总的温度范围 = 100 oCXp 36 oC ( 18oC)5 20100 Gain2.77 36100 Gain% 控制阀行程设定温度比例带控制器输出信号0 %100 %温度反作用信号用于加热或压力控制设定温度比例带控制器信号输出0 %100 %温度正作用信号用于冷却控制 控制器的输出信号的变化速度与偏差信号成正比。 dU/dt

12、=S X e 或 U=Se dt 式中U=输出信号 S=积分速度 S=1/T, 其中T为积分时间 e=偏差信号上式表明控制器的输出与偏差信号的积分成正比。积分调节不能单独动作。 PI调节：利用P调节快速抵消干扰的影响 利用I调节消除残差调节规律：U=1/P X e + 1/Tie dt 积分调节的特点是无差调节Ti为积分时间-P不变，Ti减小将使控制系统稳定性降低，调节过程加快。 控制器的输出信号与偏差信号对于时间的导数成正比 U=S1 X de/dt 式中U=输出信号 S=微分的速度 e=偏差信号微分调节-是根据被调量的变化速度来移动控制阀，赋予了控制器以某种程度的预见性。微分作用也不能单独

13、动作注：在实际应用中压力调节时建议关掉微分 因为对快速控制过程可能会加剧过程的振荡 PD调节规律：U=1/P X e + 1/Tde dt Td为微分时间-微分作用的引入使输出的变化提前一段时间发生，这段时间就是微分时间。 微分调节也是有差调节。微分调节总是力图抑制被调量的振荡，它有提高系统稳定性的作用。PID调节规律： U=1/P X e + 1/Tie dt + 1/Tde dt 要求根据实际工况设置PID参数。比例作用：输出与输入偏差的关系积分作用：输出变化速度与偏差的关系微分作用：输出与偏差变化速度的关系温度设定值实际值重设定/积分功能开始比例带偏移 原始比例带时间Time温度比例 P

14、Time温度比例+积分P + ITime温度比例+积分P + ITime温度比例+积分P + I比例控制(P)-控制器的输出信号和偏差信号成正比.1)比例带(Pb)-使调节控制阀开度改变100%.即从全开到全闭时所需的被控制变量的变化范围.2)比例控制的特点是有差控制-只有在特定的负载下才能达到精确的控制.积分控制模式-控制器的输出信号的变化速度和偏差信号成正比.1)积分时间-表示积分作用强弱的参数越大,积分功能越弱.2)积分控制是无偏差控制.通常不单独使用,作为比例控制的辅助.微分控制-控制器的输出和被控制变量的偏差的导数成正比.1)微分控制不能单独使用,通常是PD和PID.2)微分时间-表

15、示微分作用强弱的参数越大,微分功能越强. 控制方式的选择取决于: 过程的动态特性 反应类型 所需控制的精度温度期望值ABCTime温度设定点超出控制Time温度设定点Time 开关控制 适用于需求侧热容较大而供给侧热容较小 比例控制 适用于需求侧热容中等而供给侧热容中等偏小 比例 + 积分控制 适用于需求侧热容较小而供给侧热容相对较大的情况 比例 + 积分 + 微分控制 适用于需求侧热容较小和供给侧热容很大和负载变化相对较快的情况. 设置比例带(Pb)至最大 设置积分时间(Ti)至无穷大 设置微分时间(Td)至0 减小比例带直至出现振荡(可以使用图表记录仪) 减小积分时间直至偏移消除, 此时可

16、能会出现振荡 逐步增大微分时间直至振荡停止 重复以上步骤在实际调试中，只能先大致设定一个经验值，然后根据调节效果修改。 对于温度系统：P（%）20-60，I（分）3-10，D（分）0.5-3 对于流量系统：P（%）40-100，I（分）0.1-1 对于压力系统：P（%）30-70，I（分）0.4-3 对于液位系统：P（%）20-80，I（分）1-5 参数整定找最佳，从小到大顺序查 先是比例后积分，最后再把微分加 曲线振荡很频繁，比例度盘要放大 曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳 曲线偏离回复慢，积分时间往下降 曲线波动周期长，积分时间再加长 曲线振荡频率快，先把微分降下来 动差大来波动慢。微分时间应加长 理想曲线两个波，前高后低4比1 一看二调多分析，调节质量不会低