控制规律与控制仪表

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1、单击以编辑母版标题样式,,单击以编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,,,*,1,,第六章 控制规律及仪表,[主要内容],,电动、气动控制器，,,数字可编程调节器，,,气动执行、转换器，,,可控、变频调速器。,2,,过程控制实验室,3,,4,,5,,6,,7,,8,,正作用气开式,9,,被控变量,y,：指需要控制的工艺变量。,,设定值,x,：工艺上被调参数的期望值。,,偏差,e,: 被控变量的测量值与给定值之差。,,干扰,f,: 引起被调参数偏离给定值的一切因素。,,操纵变量,q,: 用来克服干扰对被调参数的影,,响，实现调节作用的参数。,10,,第一节 常用

2、控制规律,1.比例控制 P Δ,p,= K,p,e（,t,）=,,,,,,,,比例控制作用的依据是偏差的大小、迅速及时。,0,t,0,t,e,0,t,0,t,p,11,,比例调节规律及调节器,示意图：,,e,比例调节器,,K,P,e,△,P,e,△,P,△,P,△,P,+,e,-,e,0,K,P,<1,K,P,>1,12,,基本调节规律,O,△,P,e,a,b,K,p,=,a,/,b,δ,p,=,b,/,a,13,,0601,14,,积分调节规律,e,:为阶跃信号时,,,积分是偏差对,,时间的累积:,,,e,= 0时输出不变,,或称积分保持,e,t,t,△,P,T,i,0,0,PI,t,0

3、,t,0,15,,比例-积分规律,e:为阶跃信号时,e,t,t,△,P,P,t,△,P,I,+,=,△,P,PI,t,16,,比例-微分调节规律,e,:为阶跃信号时,e,t,△,P,P,t,t,△,P,D,+,=,△,P,PD,T,D,t,17,,P I D三作用规律原理,1.e :为阶跃信号时,,e,t,△,P,P,t,t,△,P,D,+,=,△,P,PID,T,D,t,△,P,I,+,t,t,P,D,I,18,,2.比例积分作用 PI,,,,,,,,,,,积分作用的依据是偏差对时间的累积，,,作用是消除余差。,0,t,0,t,e,0,t,0,t,P,0,t,0,t,I,0,t,0,t,PI

4、,T,i,Δ,p,I,Δ,p,p,19,,3.比例、积分、微分三作用规律：,,0,t,0,t,e,0,t,0,t,p,0,t,0,t,I,0,t,0,t,PID,T,i,0,t,0,t,D,（1-,1,/e）=63%,T,d,20,,数字式,PID,控制,0,t,p,0,t,I,0,t,D,0,t,p,0,t,0,I,t,0,t,D,t,0,T,d,t,0,t,0,t,0,t,0,21,,t,t,t,t,y,y,y,y,c,余差,δ=δ,0,,T,D,=T,D0,,T,I,=T,I0,δ<δ,0,,,T,D,>T,D0,,T,I,δ,0,,T,I,>T,I0,,T,D,<,,T

5、,D0,δ>>δ,0,,T,I,>>T,I0,,T,D,<

6、系统的80%以上。,,在图1-1中：三个简单控制系统,,PRC-105单回路压力(分程)控制系统。,,LRCA-101冷凝器液位控制系统。,,FRC-104为回流量控制系统。,27,,二、方案的确定,被控变量选择：以工艺过程决定性因素,,1.反映工艺操作的指标状态。,,2.尽可能选用直接指标。,,3.需要经常调节的变量。,,4,.,独立可调性。,,5.易检测、足够的灵敏度。,,28,,控制（操纵）变量的选择,克制扰动对被控变量的影响，实现控制。,,1.工艺合理、允许调整又可控制。,,2.对被控变量的影响大、灵敏、控制通道的放大系数大、时间常数小、滞后小，以达到控制有力、及时。,,3.,使得扰动

7、通道相对地时间常数大、放大系数小。,29,,位号:T01,外给,自,,动,软手动,硬手动,硬手操,0,100,,X,S,第二节 基本控制器及其应用,控制器,内给定轮,自动,,软,,硬,,手动,硬手操杆,软手动板键,给定指针,输入指针,输出指针,30,,DTL－,3110,,控,,制,,器,,正,,面,,示,,意,,图,,31,,100线数字控制器,32,,正面板:,位号:T02,外给,自,,动,软手动,硬手动,硬手操,0,100,,X,S,33,,调节器参数整定方法,δ,T,d,T,i,正,反,设定调零,内外设定,测量,,校验,×1 ×10,2%跟踪,500%跟踪,表,,,,头,接,,

8、,,线,,,,端,34,,电动控制器原理图,输入信号,K,0,F,u,i,u,f,-,ε,=,u,i,-,u,f,u,0,35,,PI,K,0,F,u,i,u,f,-,ε,=,u,i,-,u,f,u,0,36,,PD,K,0,F,u,i,u,f,-,ε,=,u,i,-,u,f,u,0,37,,PID,K,0,F,u,i,u,f,-,ε,=,u,i,-,u,f,u,0,38,,P、I、D,电路,反馈电路 P PD PID,39,,单回路数字式控制器,以微处理器为核心,内部为数字量,外部为模拟量，可由用户编程，是集散控制系统的最基层的控制器

9、。,,1.微处理器 中央处理器CPU 及系统ROM（只读存储器）、RAM（随机读写）、用户EPROM等存储器，是可编程调节器的核心部分，所有运算、判断、控制及调节器自身的管理都在此完成。,40,,100线数字控制器,液晶智能数字控制器,41,,2. 过程通道、过程接口 是与变送器与执行器等相连接,是CPU与外设的纽带与桥梁。,,3. 通讯接口 可编程调节器是基层控制器与上位机进行通讯,便于上位机对设定、控制参数、工作状态等进行监视、控制。,,4.编程器 用户对控制规律、工作方式、控 制方案的选择与设定，POL语言。,,5. 其他 显示报警、手操电路、电源、辅 助装置等。,4

10、2,,智能三作用自整定内置伺服调节器,43,,二. PMK可编程调节器特点,,是日本富士电机公司FC系列的核心仪表。,,1. 面板采用等离子体与发光二极管显示,高精度、无可动部件。,,2. 采用空栏式编程语言,使用侧面的操作键即可完成。,,3. 用户程序采用在线编制的方法。,,4. 采用不挥发性永久存储器,停电不丢失,改编不用擦除。,,5. 备有软、硬手操器，硬手操可脱机工作。,,6. 具有自诊断功能,显示故障且保持输出。,,7. 最多可输出7个模拟量与10个数字量信号;输出5个模拟量与16个数字量信号。,44,,控制器内的运算模块和控制模块，可以实现多种运算和控制功能。只要将各种模块按照系统

11、要求进行组态(对可调用的被称为“模块”的子程序，进行适当的选用、连接工作叫做“组态”)，编制成用户程序，就可以完成各种运算处理和复杂控制。除了PID控制功能以外，还可以组成串级控制、比值控制、前馈控制、选择性控制、自适应控制等一系列复杂的过程控制。,45,,数字式可编程控制器,46,,PMK设定单元,7,0,0,8,0,0,0,2,1st,in,ALM,MOD,FLT,INC,BEC,CL,2nd,out,PV,,（E）,SV,,（F）,7,8,9,Ｈ,ＬＮ,dim,MV,,（C）,DV,,（D）,4,5,6,Ｌ,CON,T,CAS,,（A）,TF,,（B）,1,2,3,ＡＤ,FIX,P/R,

12、I/B,1,D/B,2,0,。,－,ＳＴ,47,,操作方法显示,1nd,PV,SV,2nd,PV,H,L,48,,KMM调节器面板,100,,,,,,,,,,,0,T0021,联锁、复位,输出操作增、减,给定指针,输入指针,输出指针,备忘指针,上,下,上、下限报警,R,通讯、仪表指示,给定值升、降,C,A,M,串接、指示灯,自动、指示灯,手动、指示灯,49,,KMM调节器面板,100,,,,,,,,,,,0,T0021,联锁、复位,输出操作增、减,给定指针,测量指针,输出指针,备忘指针,上,下,上、下限报警,R,通讯、仪表指示,给定值升、降,C,A,M,串接、指示灯,自动、指示灯,手动、指示灯

13、,50,,51,,KMM调节器面板,100,,,,,,,,,,,0,T0021,上,下,R,C,A,M,52,,各种,,数字式,,积算仪,53,,PMK调节器面板,100,,,,,,,,,,,,,,0,HM,SCC,A,R,HM,SCC,54,,PMK调节器面板,,,100,,,,,,,,,,,,,,,0,HM,SCC,A,R,HM,SCC,M,55,,五大操作功能,自动检测,R,ESET,绿灯,0 无异常,,50 EAROM异常,,1 0 RAM异常,自动方式,A,绿灯,自动控制,手动方式,M,红灯,慢速：40s,,快速： 8s,硬手动,MH,绿灯,与软手操同

14、键,通讯方式,SCC,红灯,按钮上有字符显示，允许与上位机通讯。,56,,通道选择功能一览表,符号,键 名,功 能,1 st,1次通道,1次控制模块,比率、串接控制、程序设定块等的数据的显示与设定,2 nd,2次通道,2次控制模块,（基本）所属各数据的显示和设定,LN,折线通道,用于线性化模块各折线点的设定。,CON,常数通道,用于各模块所用的常数设定,In,数据输入通道,用于模拟输入、数字输入各数据的显示。,Out,数据、模块双重,前者用于模拟输出、数字输出各点的数据显示，后者用于各模块输出端子的数据显示,Dim,范围通道,用于1次、2次控制通道的满刻度、起点、小数点位置的显

15、示和设定,57,,带伺服放大器的控制器,DFD,58,,DSJ智能水位控制器,59,,DT2031调节器,DTZ-2100调节器,60,,KMK-201编程器,61,,KMK-201可编程序控制器,62,,KMP,,可,,编,,程,,序,,运,,算,,器,63,,KMP显示器,数显压力表,64,,STG-,,1001,,STG-,,1003,,数,,字,,调,,节,,器,XGTA控制器,65,,XGT-l单回路控制器,XMTA-l,66,,XMTA-l卧式,SR90系列0.3级PID调节器,67,,第三节 执行器,所谓“执行器”，就是用来执行控制器下,,达命令的仪表，以改变操纵变量实现对工,,

16、艺变量的控制作用。因此执行器是控制系,,统中不可缺少的一个重要环节。,,执行器通过改变物料的流通量，使得被,,控变量能按照人们预期的方向变化。,68,,执行器,,气动薄膜调节阀,外形,正作用,气关式,69,,气动薄膜调节阀,外形,正作用,气开式,70,,反作用式气动薄膜调节阀,结构 原理,反作用,气开式,O型,环,71,,电动控制阀,72,,四种组合,,,正作用,反作用,反作用,气关式,气关式,气开式,气开式,反作用,正作用,正作用,73,,正作用气开式,74,,0602,75,,正作用气关式,76,,0603,77,,反作用气开式,

17、78,,0604,79,,反作用气关式,80,,0605,81,,82,,直行程阀芯型,,平板 双导 上导 窗口 多级 套筒,83,,角行程式阀芯,,凸轮挠曲阀 蝶阀 球阀,84,,85,,阀芯的正装与反装形成气开、气关,正装 反装,86,,控制阀手动轮,球阀扳手,87,,调节阀的流通形式,直通 角形,88,,三通阀,蝶阀,89,,三通调节阀,三通： 合流 分流,90,,三通阀,单座直通阀,91,,阀芯形状与流量特性曲线图,阀芯 流

18、量特性,F/F,max,(%),l/L(%),0,50,100,50,100,92,,控制阀的可调比,可调比：,,,,在特性图中在流量接近零处，由于阀杆、阀芯与阀座间的弹性、磨擦与咬合，可调节的最小流量不为零。于是有可调比。普通调节阀的可调比在30以上。,F,min,F,max,93,,气动控制阀,94,,气动蝶阀,95,,电-气转换器,,一. 电气转换器,,二. 阀门定位器,,三. 电气阀门定位器,,是一气动调节阀的附件，对调节阀的线性度、快速、正确起到了很大作用。,,是一种力矩平衡式仪表，由测量波纹管、主、副杠杆、喷-档机构、单向放大器、反馈轮组成。,96,,电,,动,,执,,行,,器,9

19、7,,气阻、气容、阻容组件,恒气阻 可调气阻 变气阻,,恒气阻,背压室,喷嘴,挡板,p,源,p,背,h,98,,喷嘴-挡板机构的特性曲线,特性曲线：,p,背,h,p,源,p,背,0.2mm,130,kPa,0,0.1,99,,气阻-气容耦合组件,节流盲室（积分） 节流通室（比例）,C,盲,C,通,R,调,R,调,R,P,0,t,0,t,P,0,t,0,t,100,,气体功率放大器原理图,节流式：,输出,气源,球阀,弹簧片,膜片,气源室,背压式,放空室,101,,力平衡式气体功放,1:1放大器 采用排气阀、双膜片，常用于加减、定值器。,气源,R,放空,喷嘴-挡板,A,P,

20、B,B,C,D,102,,气动仪表的三代产品,力平衡式 力矩平衡式 矢量平衡式,,印刷气路,P,1,P,2,P,2,P,1,103,,QLI—500PI调节器,＞,放大器,J,I,G,F,E,气源,测量,给定,输出,放空,H,J 积分,,I 随动,,H 正反馈,,G 给定,,F 测量,,E 负反馈,,针阀,I,P,R,104,,QTW—200微分器,放大器,>,E,F,G,气源,测量信号,输出信号,微分气室,105,,,QTM — 23,K,H,F,L,E,G,<,气源,I,J,测量信号,106,,辅助装置,气动执行器在使用中，常配备一些辅助,,装置，常用的有电/气转换

21、器和阀门定位器,,以及手轮机构。,,电/气阀门定位器除了能起到电/气转换器,,的作用（即将4~20mA DC转换20~100kPa,,的气信号），还具有机械反馈环节，使控,,制阀按照控制器信号迅速、准确定位。,107,,气动定值器,108,,电-气转换器,109,,电-气转换器EPC—1000,P,S,喷嘴,,挡板,调零,,弹簧,测量,,波纹管,反馈,,波纹管,十字,,弹簧,电磁反馈,,机 构,磁钢铁心,,线 圈,P,0,放大器,110,,电-气转换器EPC—1000,P,S,喷嘴,,挡板,调零,,弹簧,测量,,波纹管,反馈,,波纹管,十字,,弹簧,电磁反馈,,机

22、构,磁钢铁心,,线 圈,P,0,放大器,111,,电-气转换器EPC—1000,P,S,喷嘴,,挡板,调零,,弹簧,测量,,波纹管,反馈,,波纹管,十字,,弹簧,电磁反馈,,机 构,磁钢铁心,,线 圈,P,0,放大器,112,,气动阀门定位器示意图,原理图：,正作用,P,0,放大器,气信号上升,阀杆向下,阀位杆与凸轮转动,弹簧产生反馈力矩,正向力矩使,,挡板靠近喷嘴,进入执行器的气压上升,气源,113,,电-气阀门定位器示意图,正作用,放大器,N,N,S,S,I,0,电流增大,P,0,114,,电-气阀门定位器示意图,正作用,放大器,N,N,S,S,I,0,电流增大,P,0,115,,