简单控制系统的投运与参数整定课件.ppt

1、项目八项目八 简单控制系统的投运与参数整定简单控制系统的投运与参数整定 任务一简单控制系统的投运任务一简单控制系统的投运 任务二简单控制系统的参数整定任务二简单控制系统的参数整定返回任务一简单控制系统的投运任务一简单控制系统的投运【任务描述任务描述】在学习简单控制系统工作原理的基础上，掌握简单控制系统的投运方在学习简单控制系统工作原理的基础上，掌握简单控制系统的投运方法。法。【知识链接知识链接】所谓简单控制系统，通常是指由一个测量元件、变送器，一个控制器所谓简单控制系统，通常是指由一个测量元件、变送器，一个控制器，一个执行器和一个被控对象所构成的一个回路的闭环系统，因此也，一个执行器和一个被控

2、对象所构成的一个回路的闭环系统，因此也称为单回路控制系统。称为单回路控制系统。一、简单控制系统方块图一、简单控制系统方块图图图8-1所示的液位控制系统与所示的液位控制系统与图图8-2所示的温度控制系统都是简单控制所示的温度控制系统都是简单控制系统的例子。图系统的例子。图8-1所示的液位控制系统中，储槽是被控对象，液位所示的液位控制系统中，储槽是被控对象，液位是被控变量，变送器是被控变量，变送器LT将反映液位高低的信号送往液位控制器将反映液位高低的信号送往液位控制器LC。控制器的输出信号送往调节阀，调节阀开度的变化使储槽输出流量发控制器的输出信号送往调节阀，调节阀开度的变化使储槽输出流量发生变化

3、以维持液位稳定。生变化以维持液位稳定。下一页返回任务一简单控制系统的投运任务一简单控制系统的投运图图8-2所示的温度控制系统，是通过改变进入换热器的载热体流量，来所示的温度控制系统，是通过改变进入换热器的载热体流量，来维持换热器出口物料的温度稳定在工艺规定的数值上。维持换热器出口物料的温度稳定在工艺规定的数值上。简单控制系统的典型方块图如简单控制系统的典型方块图如图图8-3所示。所示。二、自动控制系统的分类二、自动控制系统的分类在自动控制系统中，按给定值的变化规律分类，可分为定值控制系统、在自动控制系统中，按给定值的变化规律分类，可分为定值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。随动控制系统和程

4、序控制系统。1.定值控制系统定值控制系统这类自动控制系统的给定值在控制系统运行过程中通常是固定不变的。这类自动控制系统的给定值在控制系统运行过程中通常是固定不变的。在工业生产中，自动控制系统大多为定值控制系统。在工业生产中，自动控制系统大多为定值控制系统。2.随动控制系统（也称自动跟踪系统）随动控制系统（也称自动跟踪系统）这类自动控制系统的特点是给定值不断地变化，而且，这种变化不是预这类自动控制系统的特点是给定值不断地变化，而且，这种变化不是预先规定的，也就是说给定值是随机变化的。随动控制系统的目的就是使先规定的，也就是说给定值是随机变化的。随动控制系统的目的就是使所控制的工艺参数准确而快速地

5、跟随给定值的变化而变化。伺服控制系所控制的工艺参数准确而快速地跟随给定值的变化而变化。伺服控制系统被控变量为位置、速度或加速度的跟踪系统，属于随动控制系统。统被控变量为位置、速度或加速度的跟踪系统，属于随动控制系统。上一页 下一页返回任务一简单控制系统的投运任务一简单控制系统的投运3.程序控制系统（又称顺序控制系统）程序控制系统（又称顺序控制系统）这类自动控制系统的给定值也是变化的，但它是一个已知的时间函数这类自动控制系统的给定值也是变化的，但它是一个已知的时间函数，即生产技术指标需按一定的时间程序变化。，即生产技术指标需按一定的时间程序变化。三、控制系统的过渡过程和动态性能指标三、控制系统的

6、过渡过程和动态性能指标1.控制系统的过渡过程控制系统的过渡过程在定值控制系统中，我们将被控变量不随时间变化的平衡状态称为系在定值控制系统中，我们将被控变量不随时间变化的平衡状态称为系统的静态或稳态，而把被控变量随时间变化的不平衡状态称为系统的统的静态或稳态，而把被控变量随时间变化的不平衡状态称为系统的动态。动态。定值控制系统的目的就是希望将被控变量保持在一个不变的给定值上定值控制系统的目的就是希望将被控变量保持在一个不变的给定值上，这只有当进入被控对象的物料量（或能量）和流出对象的物料量（，这只有当进入被控对象的物料量（或能量）和流出对象的物料量（或能量）相等时才有可能。或能量）相等时才有可能

7、。上一页 下一页返回任务一简单控制系统的投运任务一简单控制系统的投运当自动控制系统在动态过程中，被控变量是不断变化的，它随时间而当自动控制系统在动态过程中，被控变量是不断变化的，它随时间而变化的过程称为自动控制系统的过渡过程，也就是自动控制系统从一变化的过程称为自动控制系统的过渡过程，也就是自动控制系统从一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程。个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程。自动控制系统的过渡过程是控制作用不断克服干扰作用影响的过程，自动控制系统的过渡过程是控制作用不断克服干扰作用影响的过程，这种过程是控制作用与干扰作用这对矛盾在系统内斗争的过程，当这这种过程是控制作用与干扰作用这对矛盾

8、在系统内斗争的过程，当这对矛盾得到统一时，过渡过程也就结束，系统又达到了新的平衡。对矛盾得到统一时，过渡过程也就结束，系统又达到了新的平衡。一般说来，自动控制系统在干扰作用下的过渡过程有一般说来，自动控制系统在干扰作用下的过渡过程有图图8-4所示的四所示的四种基本形式。种基本形式。（1）非周期衰减过渡过程。）非周期衰减过渡过程。被控变量在给定值的某一侧作缓慢变化，没有来回波动，最后稳定在被控变量在给定值的某一侧作缓慢变化，没有来回波动，最后稳定在某一数值上。这种过渡过程形式称为非周期衰减过渡过程，如图某一数值上。这种过渡过程形式称为非周期衰减过渡过程，如图8-4（a）所示。）所示。上一页 下一

9、页返回任务一简单控制系统的投运任务一简单控制系统的投运（2）衰减振荡过程。）衰减振荡过程。被控变量上下波动，但幅度逐渐减小，最后稳定在某一数值上。这种被控变量上下波动，但幅度逐渐减小，最后稳定在某一数值上。这种过渡过程的形式称为衰减振荡过程，如图过渡过程的形式称为衰减振荡过程，如图8-4（b）所示。）所示。（3）等幅振荡过程。）等幅振荡过程。被控变量在给定值附近来回波动，且波动幅度保持不变。这种形式的被控变量在给定值附近来回波动，且波动幅度保持不变。这种形式的过渡过程称为等幅振荡过程，如图过渡过程称为等幅振荡过程，如图8-4（c）所示。）所示。（4）发散振荡过程。）发散振荡过程。被控变量来回波

10、动，且波动幅值逐渐变大，即偏离给定值越来越远。被控变量来回波动，且波动幅值逐渐变大，即偏离给定值越来越远。这种形式的过渡过程称为发散振荡过程，如图这种形式的过渡过程称为发散振荡过程，如图8-4（d）所示。）所示。对于衰减振荡过程，由于能够较快地使系统稳定下来。所以，在多数对于衰减振荡过程，由于能够较快地使系统稳定下来。所以，在多数情况下，我们希望自动控制系统能够得到如图情况下，我们希望自动控制系统能够得到如图8-4（b）所示的衰减振）所示的衰减振荡过程。荡过程。上一页 下一页返回任务一简单控制系统的投运任务一简单控制系统的投运2.控制系统的动态性能指标控制系统的动态性能指标定值控制系统的作用是

11、克服干扰的影响，使被控变量保持在预定的数定值控制系统的作用是克服干扰的影响，使被控变量保持在预定的数值。因此对定值控制系统的控制要求是平稳，在扰动发生以后，希望值。因此对定值控制系统的控制要求是平稳，在扰动发生以后，希望被控变量稳得住、稳得快、稳得好。控制系统的过渡过程品质指标示被控变量稳得住、稳得快、稳得好。控制系统的过渡过程品质指标示意图如意图如图图8-5所示。所示。控制系统能否稳定、快速、准确地达到平衡状态，通常采用下列几个控制系统能否稳定、快速、准确地达到平衡状态，通常采用下列几个品质指标来衡量。品质指标来衡量。（1）最大偏差或超调量。最大偏差是指在过渡过程中，被控变量偏）最大偏差或超

12、调量。最大偏差是指在过渡过程中，被控变量偏离给定值的最大数值。在衰减振荡过程中，最大偏差就是第一个波的离给定值的最大数值。在衰减振荡过程中，最大偏差就是第一个波的峰值，在图峰值，在图8-5中以中以A表示。最大偏差表示系统瞬时偏离给定值的最大表示。最大偏差表示系统瞬时偏离给定值的最大程度。若偏离的越大，偏离的时间越长，即表明系统离开规定的工艺程度。若偏离的越大，偏离的时间越长，即表明系统离开规定的工艺参数指标就越远，这对稳定正常生产是不利的。参数指标就越远，这对稳定正常生产是不利的。上一页 下一页返回任务一简单控制系统的投运任务一简单控制系统的投运有时也可以用超调量来表征被控变量偏离给定值的程度

13、。在图有时也可以用超调量来表征被控变量偏离给定值的程度。在图8-5中中超调量以超调量以B表示。从图中可以看出，超调量表示。从图中可以看出，超调量B是第一个波峰值是第一个波峰值A与新稳与新稳定值定值C之差，即之差，即B=A-C。如果系统的新稳定值等于给定值，那么最大。如果系统的新稳定值等于给定值，那么最大偏差偏差A也就与超调量也就与超调量B相等了。相等了。（2）衰减比。虽然前面已提及一般希望得到衰减振荡的过渡过程，）衰减比。虽然前面已提及一般希望得到衰减振荡的过渡过程，但是衰减快慢的程度多少为适当呢？表示衰减程度的指标是衰减比，但是衰减快慢的程度多少为适当呢？表示衰减程度的指标是衰减比，它是前后

14、两个相邻峰值的比。在图它是前后两个相邻峰值的比。在图8-5中衰减比是中衰减比是B B，习惯上表示，习惯上表示为为n 1。一般。一般n取取410之间为宜。因为衰减比在之间为宜。因为衰减比在4 110 1之间时之间时，过渡过程开始阶段的变化速度比较快，被控变量在同时受到干扰作，过渡过程开始阶段的变化速度比较快，被控变量在同时受到干扰作用和控制作用的影响后，能比较快地达到一个峰值，然后马上下降，用和控制作用的影响后，能比较快地达到一个峰值，然后马上下降，又较快地达到一个低峰值，而且第二个峰值远远低于第一个峰值。选又较快地达到一个低峰值，而且第二个峰值远远低于第一个峰值。选择衰减振荡过程，并规定衰减比

15、在择衰减振荡过程，并规定衰减比在4 110 1之间，这完全是工人之间，这完全是工人师傅多年操作经验的总结。师傅多年操作经验的总结。上一页 下一页返回任务一简单控制系统的投运任务一简单控制系统的投运（3）余差。当过渡过程结束时，被控变量新的稳态值与给定值之间）余差。当过渡过程结束时，被控变量新的稳态值与给定值之间的偏差，叫做余差。或者说，余差就是过渡过程结束时的残余偏差，的偏差，叫做余差。或者说，余差就是过渡过程结束时的残余偏差，在图在图8-5中以中以C表示。余差的符号可能是正，也可能是负。在生产中，表示。余差的符号可能是正，也可能是负。在生产中，给定值是生产的技术指标，所以，被挖变量越接近给定

16、值越好，亦即给定值是生产的技术指标，所以，被挖变量越接近给定值越好，亦即余差越小越好。但在实际生产中，也并不是要求任何系统的余差都很余差越小越好。但在实际生产中，也并不是要求任何系统的余差都很小。如一般储槽的液位控制要求就不高，这种系统往往允许液位有较小。如一般储槽的液位控制要求就不高，这种系统往往允许液位有较大的变化范围，余差就可以大一些。大的变化范围，余差就可以大一些。有余差的控制过程称为有差控制，相应的系统称为有差系统。没有余有余差的控制过程称为有差控制，相应的系统称为有差系统。没有余差的控制过程称为无差控制，相应的系统称为无差系统。差的控制过程称为无差控制，相应的系统称为无差系统。上一

17、页 下一页返回任务一简单控制系统的投运任务一简单控制系统的投运（4）过渡时间。从干扰作用发生的时刻起，到系统重新建立新的平）过渡时间。从干扰作用发生的时刻起，到系统重新建立新的平衡时止，过渡过程所经历的时间，叫做过渡时间。严格地讲，对于具衡时止，过渡过程所经历的时间，叫做过渡时间。严格地讲，对于具有一定衰减比的衰减振荡过渡过程来讲，要完全达到新的平衡状态需有一定衰减比的衰减振荡过渡过程来讲，要完全达到新的平衡状态需要无限长的时间。因此，一般是在稳态值的上下规定一个小的范围，要无限长的时间。因此，一般是在稳态值的上下规定一个小的范围，当被控变量进入这一小范围，并不再超出时，就认为被控变量已经达当

18、被控变量进入这一小范围，并不再超出时，就认为被控变量已经达到新的稳态值，或者说过渡过程已经结束。这个范围一般定为稳态值到新的稳态值，或者说过渡过程已经结束。这个范围一般定为稳态值的的5%（也有的规定为（也有的规定为2%）。）。（5）振荡周期或频率。过渡过程的同向两个波峰（或波谷）之间的）振荡周期或频率。过渡过程的同向两个波峰（或波谷）之间的间隔时间，叫做振荡周期或工作周期，其倒数称为振荡频率。在衰减间隔时间，叫做振荡周期或工作周期，其倒数称为振荡频率。在衰减比相同的情况下，周期与过渡时间成正比。一般希望振荡周期短一些比相同的情况下，周期与过渡时间成正比。一般希望振荡周期短一些为好。为好。上一页

19、 下一页返回任务一简单控制系统的投运任务一简单控制系统的投运 四、被控变量的选择四、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的变量称为被控变量。在构生产过程中希望借助自动控制保持恒定值的变量称为被控变量。在构成一个自动控制系统时，被控变量的选择十分重要，如果被控变量选成一个自动控制系统时，被控变量的选择十分重要，如果被控变量选取不当，不管组成什么样的控制系统，也不管配上多么先进的自动化取不当，不管组成什么样的控制系统，也不管配上多么先进的自动化仪表，都不能达到预期的控制效果。仪表，都不能达到预期的控制效果。影响生产正常运行的因素很多，但并非所有影响因素都需要且可能加影响生产正常运行的

20、因素很多，但并非所有影响因素都需要且可能加以自动控制。我们必须分析工艺要求，找出影响生产的关键变量作为以自动控制。我们必须分析工艺要求，找出影响生产的关键变量作为被控变量。所谓被控变量。所谓“关键关键”，是指这些变量对产品的产量、质量以及安，是指这些变量对产品的产量、质量以及安全具有决定性的作用，且对这些变量进行人工操作是既紧张又频繁，全具有决定性的作用，且对这些变量进行人工操作是既紧张又频繁，或人工操作根本无法满足工艺要求。或人工操作根本无法满足工艺要求。如果被控变量本身就是需要控制的工艺指标（如温度、压力、流量、如果被控变量本身就是需要控制的工艺指标（如温度、压力、流量、液位等），则称为直

21、接控制指标。如果直接控制指标无法在线直接检液位等），则称为直接控制指标。如果直接控制指标无法在线直接检测得到（如成分、反应程度等），则应选择与直接控制指标有单值对测得到（如成分、反应程度等），则应选择与直接控制指标有单值对应关系且反应又快的间接指标作为被控变量。应关系且反应又快的间接指标作为被控变量。上一页 下一页返回任务一简单控制系统的投运任务一简单控制系统的投运若要正确地选择被控变量，就必须了解工艺过程和工艺特点对控制的要若要正确地选择被控变量，就必须了解工艺过程和工艺特点对控制的要求，仔细分析各变量之间的相互关系。选择被控变量时，一般要遵循下求，仔细分析各变量之间的相互关系。选择被控变量

22、时，一般要遵循下列原则：列原则：（1）应该选择对安全生产、稳定生产、增加产量和提高质量有决定作）应该选择对安全生产、稳定生产、增加产量和提高质量有决定作用的工艺变量作为被控变量。用的工艺变量作为被控变量。（2）被控变量在生产过程中常常要受到一些干扰影响而变化，为维持）被控变量在生产过程中常常要受到一些干扰影响而变化，为维持被控变量的恒定，需要较频繁的调节。被控变量的恒定，需要较频繁的调节。（3）尽量采用直接指标作为被控变量。当无法获得直接指标信号，或）尽量采用直接指标作为被控变量。当无法获得直接指标信号，或其测量信号滞后很大时，可选择与直接指标有单值对应关系的间接指标其测量信号滞后很大时，可选

23、择与直接指标有单值对应关系的间接指标作为被控变量。作为被控变量。（4）被控变量应比较容易测量，并具有小的滞后和足够大的灵敏度。）被控变量应比较容易测量，并具有小的滞后和足够大的灵敏度。（5）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。（6）被控变量应是独立可调的。）被控变量应是独立可调的。上一页 下一页返回任务一简单控制系统的投运任务一简单控制系统的投运 五、操纵变量的选择五、操纵变量的选择在自动控制系统中，把用来克服干扰对被控变量的影响，实现控制作在自动控制系统中，把用来克服干扰对被控变量的影响，实现控制作用的变量称为操纵变量。具体来说，就是执行器的输出变量，最

24、常见用的变量称为操纵变量。具体来说，就是执行器的输出变量，最常见的操纵变量是执行器控制的流量。此外，也有以转速、电压等作为操的操纵变量是执行器控制的流量。此外，也有以转速、电压等作为操纵变量的。在本项目任务一的例子中，液位控制系统的操纵变量是出纵变量的。在本项目任务一的例子中，液位控制系统的操纵变量是出口流体的流量；温度控制系统的操纵变量是载热体的流量。口流体的流量；温度控制系统的操纵变量是载热体的流量。当被控变量选定以后，接下来应对工艺进行分析，找出有哪些因素会当被控变量选定以后，接下来应对工艺进行分析，找出有哪些因素会影响被控变量发生变化，并找出这些影响因素中哪些是可控的，哪些影响被控变量

25、发生变化，并找出这些影响因素中哪些是可控的，哪些是不可控的。原则上，应将对被控变量影响较显著的可控因素作为操是不可控的。原则上，应将对被控变量影响较显著的可控因素作为操纵变量。纵变量。上一页 下一页返回任务一简单控制系统的投运任务一简单控制系统的投运操纵变量和干扰变量作用在对象上，都会引起被控变量的变化。干扰操纵变量和干扰变量作用在对象上，都会引起被控变量的变化。干扰变量由干扰通道施加在对象上，起着破坏作用，使被控变量偏离给定变量由干扰通道施加在对象上，起着破坏作用，使被控变量偏离给定值；操纵变量由控制通道加到对象上，使被控变量回复到给定值，起值；操纵变量由控制通道加到对象上，使被控变量回复到

26、给定值，起着校正作用，这是一对相互矛盾的变量，它们对被控变量的影响都与着校正作用，这是一对相互矛盾的变量，它们对被控变量的影响都与对象特性有密切的关系。因此在选择操纵变量时，要认真分析对象特对象特性有密切的关系。因此在选择操纵变量时，要认真分析对象特性，以提高控制系统的调节品质。性，以提高控制系统的调节品质。概括起来，选择操纵变量的原则有如下三点。概括起来，选择操纵变量的原则有如下三点。（1）操纵变量应是可控的，即工艺上允许调节的变量。）操纵变量应是可控的，即工艺上允许调节的变量。（2）操纵变量一般应比其他干扰对被控变量的影响更大更加灵敏。）操纵变量一般应比其他干扰对被控变量的影响更大更加灵敏

27、。需要说明的是，在影响被控变量的诸多因素中，确定了其中一种因素需要说明的是，在影响被控变量的诸多因素中，确定了其中一种因素作为操纵变量后，其余的因素都自然成了影响被控变量的干扰因素。作为操纵变量后，其余的因素都自然成了影响被控变量的干扰因素。（3）在选择操纵变量时，除了从自动化角度考虑外，还要考虑工艺）在选择操纵变量时，除了从自动化角度考虑外，还要考虑工艺的合理性与生产的经济性，尽可能地降低物料和能量的消耗。的合理性与生产的经济性，尽可能地降低物料和能量的消耗。上一页 下一页返回任务一简单控制系统的投运任务一简单控制系统的投运 六、控制规律的选择六、控制规律的选择目前工业上常用的控制器主要有三

28、种控制规律组合：比例控制规律、目前工业上常用的控制器主要有三种控制规律组合：比例控制规律、比例积分控制规律、比例积分微分控制规律，分别简写为比例积分控制规律、比例积分微分控制规律，分别简写为P、PI和和PID。选择哪种控制规律主要是根据控制系统的特性和工艺要求来决定。选择哪种控制规律主要是根据控制系统的特性和工艺要求来决定。1.比例控制器比例控制器比例控制器输出的变化量与调节器输入的变化量（即偏差）成比例，比例控制器输出的变化量与调节器输入的变化量（即偏差）成比例，其输出其输出P与输入与输入e关系为：关系为：P=KC e比例控制器的特点是：控制器的输出与偏差成比例，阀门位置与偏差比例控制器的特

29、点是：控制器的输出与偏差成比例，阀门位置与偏差之间有一一对应关系。当负荷变化时，比例控制器克服干扰能力强，之间有一一对应关系。当负荷变化时，比例控制器克服干扰能力强，过渡过程时间短。在常用控制规律中，比例作用是最基本的控制规律过渡过程时间短。在常用控制规律中，比例作用是最基本的控制规律，不加比例作用的控制规律是很少采用的。但是，纯比例控制器在过，不加比例作用的控制规律是很少采用的。但是，纯比例控制器在过渡过程终了时存在余差。负荷变化愈大，余差就愈大。渡过程终了时存在余差。负荷变化愈大，余差就愈大。上一页 下一页返回任务一简单控制系统的投运任务一简单控制系统的投运比例控制器适用于调节通道滞后较小

30、、负荷变化不大、工艺上没有提比例控制器适用于调节通道滞后较小、负荷变化不大、工艺上没有提出无差要求的系统。出无差要求的系统。2.比例积分控制器比例积分控制器比例积分控制器输出比例积分控制器输出P与输入与输入e关系为：关系为：比例积分控制器的特点：积分作用使控制器的输出与偏差的积分成比比例积分控制器的特点：积分作用使控制器的输出与偏差的积分成比例，故过渡过程结束时无余差，这是积分作用的显著优点。但是，加例，故过渡过程结束时无余差，这是积分作用的显著优点。但是，加上积分作用，会使稳定性降低。虽然在加上积分作用的同时，可以通上积分作用，会使稳定性降低。虽然在加上积分作用的同时，可以通过加大比例度，使

31、稳定性基本保持不变，但超调量和振荡周期都相应过加大比例度，使稳定性基本保持不变，但超调量和振荡周期都相应增大，过渡过程时间也加长。增大，过渡过程时间也加长。比例积分控制器是使用最多、应用最广的控制器。它适用于调节通道比例积分控制器是使用最多、应用最广的控制器。它适用于调节通道滞后较小、负荷变化不大、工艺参数不允许有余差的系统。例如流量滞后较小、负荷变化不大、工艺参数不允许有余差的系统。例如流量、压力和要求严格的液位控制系统，常采用比例积分控制器。、压力和要求严格的液位控制系统，常采用比例积分控制器。上一页 下一页返回任务一简单控制系统的投运任务一简单控制系统的投运3.比例积分微分控制器比例积分

32、微分控制器比例积分微分控制器输出比例积分微分控制器输出P与输入与输入e关系为：关系为：比例积分微分控制器的特点：微分作用使控制器的输出与偏差变化速比例积分微分控制器的特点：微分作用使控制器的输出与偏差变化速度成比例。它对克服容量滞后有显著效果。在比例的基础上加上微分度成比例。它对克服容量滞后有显著效果。在比例的基础上加上微分作用能提高稳定性，再加上积分作用可以消除余差。作用能提高稳定性，再加上积分作用可以消除余差。比例积分微分控制器适用于容量滞后较大、负荷变化大、控制质量要比例积分微分控制器适用于容量滞后较大、负荷变化大、控制质量要求较高的系统，目前应用较多的是温度系统。对于滞后很小或噪声严求

33、较高的系统，目前应用较多的是温度系统。对于滞后很小或噪声严重的系统，应避免引入微分作用，否则会由于参数的快速变化引起控重的系统，应避免引入微分作用，否则会由于参数的快速变化引起控制作用的大幅度变化，严重时会导致控制系统不稳定。制作用的大幅度变化，严重时会导致控制系统不稳定。上一页 下一页返回任务一简单控制系统的投运任务一简单控制系统的投运【任务实施任务实施】简单控制系统的投运简单控制系统的投运一个自动控制系统设计、安装完毕后，如何投运是一项很重要的工作一个自动控制系统设计、安装完毕后，如何投运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。由于投运前准备工作做得不，尤其对一些重要的控制系

34、统更应重视。由于投运前准备工作做得不细或由于误操作造成事故的例子也是常见的。当然，一些次要的控制细或由于误操作造成事故的例子也是常见的。当然，一些次要的控制系统投运时可能很简单，个别系统甚至在工艺开车前就可以打在自动系统投运时可能很简单，个别系统甚至在工艺开车前就可以打在自动位置。但是，多数控制系统都需要按正常的程序将其投入自动。下面位置。但是，多数控制系统都需要按正常的程序将其投入自动。下面讨论一下投运前及投运中的几个主要问题。讨论一下投运前及投运中的几个主要问题。上一页 下一页返回任务一简单控制系统的投运任务一简单控制系统的投运1.准备工作准备工作对于工艺人员与仪表人员来说，投运前都要熟悉

35、工艺过程，了解主要对于工艺人员与仪表人员来说，投运前都要熟悉工艺过程，了解主要工艺流程、主要设备的功能、控制指标和要求，以及各种工艺参数之工艺流程、主要设备的功能、控制指标和要求，以及各种工艺参数之间的关系；熟悉控制方案，全面掌握设计意图，熟悉各控制方案的构间的关系；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。对于仪表人员来说，还应该熟悉各种自动化工具的工作要心中有数。对于仪表人员来说，还应该熟悉各种自动化工具的工作原理和结构，掌握调校技术；投运前必须对测量

36、元件、变送器、控制原理和结构，掌握调校技术；投运前必须对测量元件、变送器、控制器、执行器和其他仪表装置，以及电源、气源、管路和线路进行全面器、执行器和其他仪表装置，以及电源、气源、管路和线路进行全面检查，尤其是要对气压信号管路进行试漏。检查，尤其是要对气压信号管路进行试漏。2.仪表检查仪表检查仪表虽在安装前已校验合格，投运前仍需在现场校验一次，在确认仪仪表虽在安装前已校验合格，投运前仍需在现场校验一次，在确认仪表工作正常后才可考虑投运。表工作正常后才可考虑投运。上一页 下一页返回任务一简单控制系统的投运任务一简单控制系统的投运对于控制记录仪表，除了要观察测量指示是否正常外，还特别要对控对于控制

37、记录仪表，除了要观察测量指示是否正常外，还特别要对控制器控制点进行复校。前面已经介绍过，对于比例积分控制器，当测制器控制点进行复校。前面已经介绍过，对于比例积分控制器，当测量值与给定值相等时，控制器的输出可以等于任意数值（气动仪表在量值与给定值相等时，控制器的输出可以等于任意数值（气动仪表在0.020.1 MPa之间，电动仪表在之间，电动仪表在010 mA或或420 mA之间）。例如，之间）。例如，我们将给定值指针与测量值指针重合（又称对针），这时控制器的输我们将给定值指针与测量值指针重合（又称对针），这时控制器的输出就应该稳定在某一数值不变。如果输出稳定不住（还在继续增大或出就应该稳定在某一

38、数值不变。如果输出稳定不住（还在继续增大或减小），说明控制器的控制点有偏差。此时，若要使控制器输出稳定减小），说明控制器的控制点有偏差。此时，若要使控制器输出稳定下来，测量值与给定值之间必然就有偏差存在。如果控制器是比例积下来，测量值与给定值之间必然就有偏差存在。如果控制器是比例积分作用的，这种测量值与给定值之间的偏差就是控制点偏差。当控制分作用的，这种测量值与给定值之间的偏差就是控制点偏差。当控制点偏差超过允许范围时，就必须重新校正控制器的控制点。当然，如点偏差超过允许范围时，就必须重新校正控制器的控制点。当然，如果控制器是纯比例作用的，那么测量值与给定值之间存在偏差是正常果控制器是纯比例作

39、用的，那么测量值与给定值之间存在偏差是正常现象。现象。上一页 下一页返回任务一简单控制系统的投运任务一简单控制系统的投运3.控制系统各环节正、反作用检查控制系统各环节正、反作用检查前面我们已经讲到，自动控制系统是具有被控变量负反馈的闭环系统前面我们已经讲到，自动控制系统是具有被控变量负反馈的闭环系统。也就是说，如果被控变量偏高，则控制作用应使之降低；相反，如。也就是说，如果被控变量偏高，则控制作用应使之降低；相反，如果原来被控变量偏低，则控制作用应使之升高。控制作用对被控变量果原来被控变量偏低，则控制作用应使之升高。控制作用对被控变量的影响应与干扰作用对被控变量的影响相反，才能使被控变量回复到

40、的影响应与干扰作用对被控变量的影响相反，才能使被控变量回复到给定值。这里，就有一个作用方向的问题。给定值。这里，就有一个作用方向的问题。在控制系统中，不仅是控制器，而且被控对象、测量变送器、调节阀在控制系统中，不仅是控制器，而且被控对象、测量变送器、调节阀都有各自的作用方向。如果它们组合不当，使总的作用方向构成了正都有各自的作用方向。如果它们组合不当，使总的作用方向构成了正反馈，则控制系统不但不能起控制作用，反而破坏了生产过程的稳定反馈，则控制系统不但不能起控制作用，反而破坏了生产过程的稳定。所以，在系统投运前必须注意检查各环节的作用方向。所以，在系统投运前必须注意检查各环节的作用方向。所谓作

41、用方向，就是指输入变化后，输出变化的方向。当输入增加时所谓作用方向，就是指输入变化后，输出变化的方向。当输入增加时，输出也增加，则称为，输出也增加，则称为“正作用正作用”方向或方向或“+”；反之，当输入增加时；反之，当输入增加时，输出减小的称，输出减小的称“反作用反作用”方向或方向或“-”。上一页 下一页返回任务一简单控制系统的投运任务一简单控制系统的投运（1）被控对象的作用方向。当通过调节阀的物料或能量增加时，如）被控对象的作用方向。当通过调节阀的物料或能量增加时，如果被控变量随之增加，则对象为果被控变量随之增加，则对象为“+”；反之，如果被控变量随之减小；反之，如果被控变量随之减小，则对象

42、为，则对象为“-”。（2）变送器的作用方向。对于变送器，其作用方向一般都是）变送器的作用方向。对于变送器，其作用方向一般都是“+”的的，因为当被控变量增加时，其输出信号也是相应增加的。，因为当被控变量增加时，其输出信号也是相应增加的。（3）调节阀的作用方向。调节阀的作用方向取决于是气开阀还是气）调节阀的作用方向。调节阀的作用方向取决于是气开阀还是气关阀，气开式为关阀，气开式为“+”，气关式为，气关式为“-”。这里需要注意不要与调节阀的。这里需要注意不要与调节阀的调节机构调节机构阀的阀的“正作用正作用”及及“反作用反作用”混淆。混淆。（4）控制器的作用方向。在一个安装好的控制系统中，对象、变送）

43、控制器的作用方向。在一个安装好的控制系统中，对象、变送器的作用方向一般都是确定了的，调节阀的气开或气关形式主要应从器的作用方向一般都是确定了的，调节阀的气开或气关形式主要应从工艺安全角度来选定。所以在系统投运前，最后才能确定控制器的作工艺安全角度来选定。所以在系统投运前，最后才能确定控制器的作用方向。控制器的正、反作用可以通过改变控制器上的正、反作用开用方向。控制器的正、反作用可以通过改变控制器上的正、反作用开关进行选择。关进行选择。上一页 下一页返回任务一简单控制系统的投运任务一简单控制系统的投运对于控制器，当被控变量（即变送器送来的信号）增加，控制器的输对于控制器，当被控变量（即变送器送来

44、的信号）增加，控制器的输出也增加，称为出也增加，称为“正作用正作用”方向或方向或“+”；如果输出随着被控变量的增；如果输出随着被控变量的增加而减小，则称为加而减小，则称为“反作用反作用”方向或方向或“-”（同一控制器，其被控变量（同一控制器，其被控变量与给定值的变化对输出的作用方向是相反的）。与给定值的变化对输出的作用方向是相反的）。控制器的正、反作用选择原则是使整个控制回路构成负反馈系统。我控制器的正、反作用选择原则是使整个控制回路构成负反馈系统。我们可用回路各环节的符号乘积为们可用回路各环节的符号乘积为“-”的判别式来确定控制器的正反作的判别式来确定控制器的正反作用。用。（控制器（控制器）

45、（调节阀）（调节阀）（对象）（对象）=（-）变送器的作用方向一般都是变送器的作用方向一般都是“正正”的，即符号为的，即符号为“+”，不影响其他环，不影响其他环节的符号乘积，因此，变送器的符号不必出现在判别式中。节的符号乘积，因此，变送器的符号不必出现在判别式中。上一页 下一页返回任务一简单控制系统的投运任务一简单控制系统的投运图图8-6是一个简单的加热炉出口温度控制系统。为了在调节阀气源突是一个简单的加热炉出口温度控制系统。为了在调节阀气源突然断气时，炉温不继续升高，以防烧坏炉子，采用了气开阀（气源停然断气时，炉温不继续升高，以防烧坏炉子，采用了气开阀（气源停气时关闭），是气时关闭），是“正正

46、”方向。炉温是随燃料的增多而升高的，所以炉方向。炉温是随燃料的增多而升高的，所以炉子也是子也是“正正”方向作用的。变送器是随炉温升高，输出增大，也是方向作用的。变送器是随炉温升高，输出增大，也是“正正”方向。所以按照上面判别式判断，控制器必须为方向。所以按照上面判别式判断，控制器必须为“反作用反作用”，才能当炉温升高时，使阀门关小，炉温下降。才能当炉温升高时，使阀门关小，炉温下降。图图8-7是一个简单的液位控制系统。调节阀采用了气开阀，一旦气源是一个简单的液位控制系统。调节阀采用了气开阀，一旦气源中断，阀门自动关闭，以免物料流失，故调节阀是中断，阀门自动关闭，以免物料流失，故调节阀是“正正”方

47、向。当调方向。当调节阀打开时，液位是下降的，所以对象的作用方向是节阀打开时，液位是下降的，所以对象的作用方向是“反反”的。变送的。变送器为器为“正正”方向。按照上面判别式判断，控制器的作用方向必须为方向。按照上面判别式判断，控制器的作用方向必须为“正作用正作用”才行。才行。总之，确定控制器作用方向，就是要使控制回路中各个环节总的作用总之，确定控制器作用方向，就是要使控制回路中各个环节总的作用方向为方向为“反反”方向，构成负反馈，这样才能真正起到控制作用。方向，构成负反馈，这样才能真正起到控制作用。上一页 下一页返回任务一简单控制系统的投运任务一简单控制系统的投运4.调节阀的投运调节阀的投运在现

48、场，调节阀的安装情况一般如在现场，调节阀的安装情况一般如图图8-8所示。在调节阀所示。在调节阀4的前后各装的前后各装有截止阀，图中有截止阀，图中1为上游阀，为上游阀，2为下游阀。另外，为了在调节阀或控制为下游阀。另外，为了在调节阀或控制系统出现故障时不致影响正常的工艺生产，通常在旁路上安装有旁路系统出现故障时不致影响正常的工艺生产，通常在旁路上安装有旁路阀阀3。开车时，有两种操作步骤，一种是先用人工操作旁路阀，然后过渡到开车时，有两种操作步骤，一种是先用人工操作旁路阀，然后过渡到调节阀手动遥控；另一种是一开始就用手动遥控。如条件许可，当然调节阀手动遥控；另一种是一开始就用手动遥控。如条件许可，

49、当然后一种方法较好。后一种方法较好。远距离人工控制调节阀叫手动遥控。当由旁路阀手工操作转为调节阀远距离人工控制调节阀叫手动遥控。当由旁路阀手工操作转为调节阀手动遥控时，步骤如下：手动遥控时，步骤如下：（1）先将截止阀）先将截止阀l和和2关闭，手动操作旁路阀关闭，手动操作旁路阀3，使工况逐渐趋于稳定，使工况逐渐趋于稳定；（2）将控制器置于手动状态，用控制器上手动输出键手动输出控制）将控制器置于手动状态，用控制器上手动输出键手动输出控制信号，远距离遥控调整调节阀上的气压信号，远距离遥控调整调节阀上的气压P，使它等于某一中间数值或，使它等于某一中间数值或已有的经验数值；已有的经验数值；上一页 下一页

50、返回任务一简单控制系统的投运任务一简单控制系统的投运（3）先开上游阀）先开上游阀1，再逐渐开下游阀，再逐渐开下游阀2，同时逐渐关闭旁路阀，同时逐渐关闭旁路阀3，以，以尽量减少波动（亦可先开下游阀尽量减少波动（亦可先开下游阀2）；）；（4）观察仪表指示值，改变手动输出，使被控变量接近给定值。）观察仪表指示值，改变手动输出，使被控变量接近给定值。一般说来，当达到稳定操作时，阀门膜头压力应为一般说来，当达到稳定操作时，阀门膜头压力应为0.030.085 MPa范围内的某一数值，否则，表明阀的尺寸不合适，应重新选用调节阀范围内的某一数值，否则，表明阀的尺寸不合适，应重新选用调节阀。当压力超过。当压力超