1、： 測量變送環節測量變送環節 控制器控制器 執行器執行器 被控對象被控對象被控變量被控變量控制器控制器執行器執行器被控對象被控對象測量變送環節測量變送環節干擾干擾偏差偏差設定值設定值選擇被控變量選擇被控變量選擇操縱變量選擇操縱變量處理測量信號處理測量信號選擇調節閥選擇調節閥選擇控制規律選擇控制規律系統投運系統投運參數整定參數整定概述概述控制器控制器(LC或或TC)執行器執行器 （控制閥）（控制閥）被控對象被控對象（液位儲槽或換熱器（液位儲槽或換熱器）測量、變送環節測量、變送環節（LT或或TT）被控變量被控變量（液位或溫度）（液位或溫度）干擾干擾偏差偏差設定值設定值廣義對象廣義對象簡單控制系統方

2、塊圖簡單控制系統方塊圖載熱體載熱體冷流體冷流體換熱器換熱器溫度控制系統溫度控制系統液位控制系統液位控制系統使生產過程自動按照預定的目標進行，并使使生產過程自動按照預定的目標進行，并使工藝參數保持在預先規定的數值上（或按預工藝參數保持在預先規定的數值上（或按預定規律變化）定規律變化）“關鍵關鍵”變量：對產品的產量、質量以及生變量：對產品的產量、質量以及生產過程的安全具有決定作用的變量產過程的安全具有決定作用的變量兩種控制類型：兩種控制類型：直接指標控制直接指標控制和和間接指標控制間接指標控制當質量指標信號缺少檢測手段、信號微弱、滯當質量指標信號缺少檢測手段、信號微弱、滯后很大時，可選取與直接質量

3、指標有單值對應后很大時，可選取與直接質量指標有單值對應關系而反應又快的變量做為間接控制指標。關系而反應又快的變量做為間接控制指標。選擇被控變量選擇被控變量選擇操縱變量選擇操縱變量處理測量信號處理測量信號選擇調節閥選擇調節閥選擇控制規律選擇控制規律系統投運系統投運參數整定參數整定概述概述精餾過程示意圖精餾過程示意圖冷卻水冷卻水TDp進料進料 Q入入，X入入，T入入回流回流F塔底產品塔底產品塔頂產品塔頂產品QZ蒸汽蒸汽TH苯二甲苯的苯二甲苯的T-x圖圖TDXD%苯二甲苯的苯二甲苯的P-x圖圖PMPaXD%塔頂易揮發組分純度塔頂易揮發組分純度X XD D、塔頂溫度、塔頂溫度T TD D、塔頂壓力、塔

4、頂壓力P P三者之三者之間的關系為：間的關系為： X XD D= f (T= f (TD D，P)P)，兩個獨立變量。，兩個獨立變量。 要有代表性要有代表性。被控變量應能代表一定的工藝操作指標或能反映工藝操。被控變量應能代表一定的工藝操作指標或能反映工藝操作狀態，一般都是工藝過程中比較重要的變量。作狀態，一般都是工藝過程中比較重要的變量。 應該獨立可控應該獨立可控。簡單控制系統的被控變量應避免和其他控制系統的被。簡單控制系統的被控變量應避免和其他控制系統的被控變量有關聯（耦合控變量有關聯（耦合) )關系。關系。 滯后要小滯后要小。采用直接指標作為被控變量最直接也最有效。當無法獲得。采用直接指標

5、作為被控變量最直接也最有效。當無法獲得直接指標信號，或其測量和變送環節滯后很大時，可選擇與直接指標有直接指標信號，或其測量和變送環節滯后很大時，可選擇與直接指標有單值對應關系的間接指標作為被控變量。單值對應關系的間接指標作為被控變量。 靈敏度要高靈敏度要高。被控變量應能被測量出來，并具有足夠大的靈敏度。被控變量應能被測量出來，并具有足夠大的靈敏度。 成本要低成本要低。選擇被控變量時，必須考慮工藝的合理性和國內儀表產品。選擇被控變量時，必須考慮工藝的合理性和國內儀表產品現狀。現狀。 Q入入T入入X入入QZFTH被控變量被控變量TD影響塔頂溫度的各種輸入示意圖影響塔頂溫度的各種輸入示意圖被控對象被

6、控對象原則上，原則上，在諸多影響被控變量的輸入中選擇一個對被控在諸多影響被控變量的輸入中選擇一個對被控變量變量影響顯著影響顯著而且而且可控性良好可控性良好的輸入作為的輸入作為控制變量控制變量后，后，其它所有未被選中的輸入則成了為系統的其它所有未被選中的輸入則成了為系統的干擾變量干擾變量。 選擇被控變量選擇被控變量選擇操縱變量選擇操縱變量處理測量信號處理測量信號選擇調節閥選擇調節閥選擇控制規律選擇控制規律系統投運系統投運參數整定參數整定概述概述 精餾過程示意圖精餾過程示意圖冷卻水冷卻水TDp進料進料 Q入入，X入入，T入入回 流回 流F塔底產品塔底產品塔頂產品塔頂產品QZ蒸汽蒸汽TH進料流量進料

7、流量Q Q入入不可控不可控進料成分進料成分X X入入 不可控不可控進料溫度進料溫度T T入入 不可控不可控回流流量回流流量F F 可控可控 回流溫度回流溫度T TH H 不可控不可控加熱蒸汽流量加熱蒸汽流量Q QZ Z 可控可控 冷凝器冷卻溫度冷凝器冷卻溫度 不可控不可控塔壓塔壓P P不可控不可控控制通道控制通道干擾通道干擾通道干擾變量干擾變量控制變量控制變量被控變量被控變量干擾作用與控制作用之間的關系干擾作用與控制作用之間的關系 被控對象被控對象控制質量控制質量 系統的過渡過程形式系統的過渡過程形式超調量、衰減比、超調量、衰減比、 余差、過渡時間、振蕩周期余差、過渡時間、振蕩周期對象特性對象

8、特性 系統的輸入輸出關系系統的輸入輸出關系 分為對象靜態性質和對象動態性質分為對象靜態性質和對象動態性質 考察對象特性對控制質量的影響，用以選擇操考察對象特性對控制質量的影響，用以選擇操 縱變量縱變量放大系數放大系數 絕對放大系數絕對放大系數 Y Y X X Y/(YY/(YMAXMAX-Y-YMINMIN) ) X/(XX/(XMAXMAX-X-XMINMIN) ) 相對放大系數相對放大系數 控制通道的穩態特性由控制通道放大系數控制通道的穩態特性由控制通道放大系數K K0 0表征表征從從控制有效性控制有效性考慮，考慮，K K0 0應適當的大一些應適當的大一些 干擾通道的穩態特性由干擾通道放大

9、系數干擾通道的穩態特性由干擾通道放大系數K Kf f表征表征希望希望K Kf f小一些，小一些，K Kf f越小干擾變量對被控變量的影響就越小越小干擾變量對被控變量的影響就越小 操縱變量選擇的原則一：當多個輸入變量都影響被控變操縱變量選擇的原則一：當多個輸入變量都影響被控變量時，從穩態性質考慮，應該選擇其中放大系數大的可量時，從穩態性質考慮，應該選擇其中放大系數大的可控變量作為操縱變量。控變量作為操縱變量。 控制通道時間常數控制通道時間常數 T T0 0控制通道滯后時間控制通道滯后時間0 0 T T0 0小一點好，不能過大，小一點好，不能過大，否則會使控制變量的校正作否則會使控制變量的校正作用

10、遲緩，超調量增大，過渡時間增長用遲緩，超調量增大，過渡時間增長 在選擇操縱變量構成控制回路時，應盡量避免控制在選擇操縱變量構成控制回路時，應盡量避免控制通道純滯后通道純滯后0 0的存在，無法避免時應使之盡可能小。的存在，無法避免時應使之盡可能小。 干擾通道時間常數干擾通道時間常數 T Tf fT Tf f越大越好，干擾對被控變量的影響越緩慢，越有利越大越好，干擾對被控變量的影響越緩慢，越有利于改善控制質量于改善控制質量 干擾通道純滯后干擾通道純滯后f f的影響的影響無純滯后無純滯后有純滯后有純滯后干擾通道滯后時間干擾通道滯后時間f f 干擾通道的純滯后干擾通道的純滯后f f不會影不會影響控制質

11、量響控制質量 操縱變量應是操縱變量應是可控可控的，即工藝上允許調節的變量。的，即工藝上允許調節的變量。 操縱變量一般應比其他干擾對被控變量的影響更加操縱變量一般應比其他干擾對被控變量的影響更加靈敏靈敏。為此，應通過合理選擇操縱變量，使控制通道的放大倍數適為此，應通過合理選擇操縱變量，使控制通道的放大倍數適當大、時間常數適當小當大、時間常數適當小( (但不宜過小，否則易引起振蕩但不宜過小，否則易引起振蕩) )、純、純滯后時間盡量小。為使其他干擾對被控變量的影響盡可能小，滯后時間盡量小。為使其他干擾對被控變量的影響盡可能小，應使干擾通道的放大系數盡可能小、時間常數盡可能大。應使干擾通道的放大系數盡

12、可能小、時間常數盡可能大。 在選擇操縱變量時，除了從自動化角度考慮外，還要考在選擇操縱變量時，除了從自動化角度考慮外，還要考慮工藝的合理性與生產的經濟性。一般說來不宜選擇生產負慮工藝的合理性與生產的經濟性。一般說來不宜選擇生產負荷作為控制變量，因為生產負荷直接關系到產品的產量，是荷作為控制變量，因為生產負荷直接關系到產品的產量，是不宜經常波動的。不宜經常波動的。 薄板冷卻器薄板冷卻器熱物料冷物料TTFTLC液氨液氨PT氣氨氣氨液氨儲罐氨直冷式薄板冷卻系統示意圖氨直冷式薄板冷卻系統示意圖被控變量被控變量：物料出口溫度：物料出口溫度 待選的操縱變量：待選的操縱變量： 熱物料溫度熱物料溫度 熱物料的

13、流量熱物料的流量液氨的流量液氨的流量氣氨的回氣壓力氣氨的回氣壓力 熱物料流量熱物料流量F F對冷物料出口溫度對冷物料出口溫度T T的放大系數為：的放大系數為： 11000k0.3溫度變化的百分數流量變化的百分數12-030-10 50-0氣氨回氣壓力氣氨回氣壓力P P對冷卻器物料出口溫度對冷卻器物料出口溫度T T的放大系數為：的放大系數為： 21000k1.6溫度變化的百分數壓力變化的百分數12-0275-245 400-0乳化物干燥系統示意圖乳化物干燥系統示意圖乳化物乳化物高位槽高位槽過濾器過濾器12WWW3蒸蒸汽汽空空氣氣產產品品GW(S)GQ(S)GP(S)T1T2GF(S)工藝要求工藝

14、要求 在在保證產品含水率合格的前提下，保證產品含水率合格的前提下， 保證最大產量保證最大產量。 被控變量被控變量 產品含水率產品含水率 干燥溫度干燥溫度T T1 1 影響被控變量的主要輸入變量影響被控變量的主要輸入變量 乳化物流量乳化物流量f fw w 旁路空氣流量旁路空氣流量f fQ Q 加熱蒸汽壓力流量加熱蒸汽壓力流量f fp p 1100S+11100S+1e-3Se-2S(8.5S+1)(8.5S+1)(8.5S+1)fPT1fQfW乳化物干燥系統被控對象對象方塊圖乳化物干燥系統被控對象對象方塊圖乳化物乳化物高位槽高位槽過濾器過濾器12WWW3蒸蒸汽汽空空氣氣產產品品GW(S)GQ(S

15、)GP(S)T1T2GF(S)乳化物干燥系統示意圖乳化物干燥系統示意圖=1GW(S)(8.5S+1)(8.5S+1)(8.5S+1)e-2S=1GQ(S)(100S+1)=1GP(S)(100S+1)(100S+1)GF(S) = e-3SFw-T1FQ-T2FP-T2T2-T1傳遞函數傳遞函數 方案方案1：乳化物流量為控制變量：乳化物流量為控制變量fWP1100S+11100S+1e-3SfQe-2S(8.5S+1)(8.5S+1)(8.5S+1)T控制器控制器TC偏偏差差設定值設定值干干擾擾 方案方案2：旁路空氣流量：旁路空氣流量fQ為控制變量為控制變量設定值設定值P1100S+1e-3S

16、 100S+1fQe-2S(8.5S+1)3T控制器控制器TC偏差偏差fW干擾干擾 方案方案3：蒸汽流量：蒸汽流量fp為控制變量為控制變量e-2S(8.5S+1)31100S+1e-3S 100S+1fQT控制器控制器TC偏差偏差設定值設定值fWP 乳化物乳化物高位槽高位槽過濾器過濾器12WWW3蒸蒸汽汽空空氣氣產產品品GW(S)GQ(S)GP(S)T1T2GF(S)選擇被控變量選擇被控變量選擇操縱變量選擇操縱變量處理測量信號處理測量信號選擇調節閥選擇調節閥選擇控制規律選擇控制規律系統投運系統投運參數整定參數整定概述概述 位式控制位式控制 適用于對控制質量要求不高，被控對象是單容量的、且容適用

17、于對控制質量要求不高，被控對象是單容量的、且容量較大、滯后較小、負荷變化不大也不太激烈，工藝允許被量較大、滯后較小、負荷變化不大也不太激烈，工藝允許被控變量波動范圍較寬的場合。控變量波動范圍較寬的場合。 比例控制比例控制 優點：比例控制克服干擾能力強、控制及時、過渡時間短。優點：比例控制克服干擾能力強、控制及時、過渡時間短。 缺點：在過渡過程終了時存在余差缺點：在過渡過程終了時存在余差 適用于控制通道滯后較小、負荷變化不大、工藝允許被控適用于控制通道滯后較小、負荷變化不大、工藝允許被控變量存在余差的場合。變量存在余差的場合。 比例微分控制比例微分控制 優點：利用微分超前的作用，在被控對象具有較

18、大滯后的優點：利用微分超前的作用，在被控對象具有較大滯后的場合下，將會有效地改善擔制質量。場合下，將會有效地改善擔制質量。 缺點：有可能會使系統產生振蕩，嚴重時使系統失控而發缺點：有可能會使系統產生振蕩，嚴重時使系統失控而發生事故。生事故。 比例積分微分控制比例積分微分控制 比例積分微分控制綜合了比例、積分、微分控制規律的優比例積分微分控制綜合了比例、積分、微分控制規律的優點。適用于容量滯后較大、負荷變化大、控制要求高的場合。點。適用于容量滯后較大、負荷變化大、控制要求高的場合。 比例積分控制比例積分控制 優點：系統在過渡過程結束時無余差優點：系統在過渡過程結束時無余差 缺點：系統的超調量、振

19、蕩周期都會相應增大，過渡時間缺點：系統的超調量、振蕩周期都會相應增大，過渡時間也會相應增加。也會相應增加。 適用于控制通道滯后較小、負荷變化不大、工藝不允許被適用于控制通道滯后較小、負荷變化不大、工藝不允許被控變量存在余差的場合。控變量存在余差的場合。 保證整個控制系統形成負反饋。保證整個控制系統形成負反饋。 在控制系統中，控制器、被控對象、測量元件及執行器在控制系統中，控制器、被控對象、測量元件及執行器都有各自的作用方向，一般被控對象、測量元件及執行器都有各自的作用方向，一般被控對象、測量元件及執行器的作用方向是固定的，因此為了使系統構成負反饋，應對的作用方向是固定的，因此為了使系統構成負反

20、饋，應對控制器的正反作用進行調整。控制器的正反作用進行調整。 所謂作用方向，就是指輸入變化后，輸出的變化方向。所謂作用方向，就是指輸入變化后，輸出的變化方向。當輸入增加時，輸出也增加，則稱該環節為當輸入增加時，輸出也增加，則稱該環節為“正作用正作用”方方向；反之，當環節的輸人增加時，輸出減小，則稱該環節向；反之，當環節的輸人增加時，輸出減小，則稱該環節為為“反作用反作用”方向。方向。何謂何謂“正正”、“反反”作用？作用？控制器正控制器正 反作用選擇的基本原則反作用選擇的基本原則控制器正控制器正 反作用選擇的步驟反作用選擇的步驟1 1、判斷被控對象的正反作用方向，由工藝機理確定、判斷被控對象的正

21、反作用方向，由工藝機理確定 ；2 2、判斷執行器的正反作用方向，由工藝安全條件選定，其、判斷執行器的正反作用方向，由工藝安全條件選定，其選擇原則是：控制信號中斷時，應保證設備和操作人員的選擇原則是：控制信號中斷時，應保證設備和操作人員的安全；安全； 3 3、確定廣義對象的正反作用方向，一般、確定廣義對象的正反作用方向，一般測量變送環節為正測量變送環節為正作用方向作用方向，根據被控對象和執行器的作用方向，確定廣義，根據被控對象和執行器的作用方向，確定廣義對象的正反作用方向；對象的正反作用方向；4 4、確定控制器的正反作用方向，廣義對象正作用方向，則、確定控制器的正反作用方向，廣義對象正作用方向，

22、則控制器應選擇為反作用，反之亦然。控制器應選擇為反作用，反之亦然。被控變量被控變量控制器控制器執行器執行器被控對象被控對象測量變送環節測量變送環節干擾干擾偏差偏差設定值設定值廣義對象廣義對象燃料氣TC加熱爐出口溫度控制加熱爐出口溫度控制控制器正控制器正 反作用選擇的實例反作用選擇的實例液位控制液位控制選擇被控變量選擇被控變量選擇操縱變量選擇操縱變量處理測量信號處理測量信號選擇調節閥選擇調節閥選擇控制規律選擇控制規律系統投運系統投運參數整定參數整定概述概述（1 1）熟悉被控對象和整個控制系統，檢查所有儀表及連接）熟悉被控對象和整個控制系統，檢查所有儀表及連接管線、氣管線、電源、氣源等，以保證接線

23、的正確性，及管線、氣管線、電源、氣源等，以保證接線的正確性，及故障時能及時確定故障原因；故障時能及時確定故障原因；（2 2）根據經驗或估算比例度）根據經驗或估算比例度 、積分時間、積分時間T TI I和微分時間和微分時間T TD D的數值，或將控制器放在純比例作用，比例度放在較大位的數值，或將控制器放在純比例作用，比例度放在較大位置；置；（3 3）確認控制閥的氣開、氣關作用；確認控制器的正、反）確認控制閥的氣開、氣關作用；確認控制器的正、反作用；作用；（4 4）手動操作執行器，待工況穩定后，將控制器由手動狀）手動操作執行器，待工況穩定后，將控制器由手動狀態切換到自動狀態，控制系統由開環控制變為

24、閉環控制。態切換到自動狀態，控制系統由開環控制變為閉環控制。 初步投運過程基本結束。但控制系統的過渡過程不一定初步投運過程基本結束。但控制系統的過渡過程不一定滿足要求，需要進一步整定比例度滿足要求，需要進一步整定比例度 、積分時間、積分時間T TI I和微分和微分時間時間T TD D三個參數。三個參數。 就是按照已定的控制方案，求取使控制質量最好的控制就是按照已定的控制方案，求取使控制質量最好的控制器參數值。即確定最合適的控制器比例度器參數值。即確定最合適的控制器比例度、積分時間、積分時間T TI I和微分時間和微分時間T TD D，使控制質量能滿足工藝生產的要求。，使控制質量能滿足工藝生產的

25、要求。 對于簡單控制系統來說，一般希望過渡過程呈對于簡單控制系統來說，一般希望過渡過程呈4:14:1至至10:110:1的衰減振蕩過程。的衰減振蕩過程。 什么是什么是“參數整定參數整定”？yt4:1yt10:1參數整定方法：理論計算、工程整定（又叫經驗整定方法，參數整定方法：理論計算、工程整定（又叫經驗整定方法，分為臨界比例度法、衰減曲線法、經驗湊試法）分為臨界比例度法、衰減曲線法、經驗湊試法） 1、臨界比例度法、臨界比例度法 先將控制器放在純比例作用，在干擾作用下，從大到小先將控制器放在純比例作用，在干擾作用下，從大到小地逐漸改變控制器的比例度，直至系統產生等幅振蕩，這地逐漸改變控制器的比例

26、度，直至系統產生等幅振蕩，這時的比例度稱為時的比例度稱為臨界比例度臨界比例度K K，周期稱為，周期稱為臨界振蕩周期臨界振蕩周期TkTk。然后按表中的經驗公式計算出控制器的各參數整定數值。然后按表中的經驗公式計算出控制器的各參數整定數值。Tkttfy臨界振蕩過程臨界振蕩過程臨界比例度法參數計算公式臨界比例度法參數計算公式控制作用控制作用比例度比例度%積分時間積分時間(min)微分時間微分時間(min)比例比例2K 比例積分比例積分2.2K 0.85Tk 比例微分比例微分1.8K 0.85Tk 比例積分微分比例積分微分1.7K 0.5Tk 0.125Tk 注意：注意： 當不存在臨界比例度、臨界比例

27、度過小、不允許等幅振當不存在臨界比例度、臨界比例度過小、不允許等幅振蕩時，該方法不適用。蕩時，該方法不適用。2、衰減曲線法、衰減曲線法 將控制器放在純比例作用，在干擾作用下，從大到小地將控制器放在純比例作用，在干擾作用下，從大到小地逐漸改變控制器的比例度，直至系統出現逐漸改變控制器的比例度，直至系統出現4 4：1 1衰減比為止，衰減比為止，這時的比例度稱為這時的比例度稱為衰減比例度衰減比例度S S ，周期稱為，周期稱為衰減周期衰減周期TsTs。然后按表中的經驗公式計算出控制器的各參數整定數值。然后按表中的經驗公式計算出控制器的各參數整定數值。控制作用控制作用比例度比例度%積分時間積分時間(mi

28、n)微分時間微分時間(min)比例比例S 比例積分比例積分1.2S 0.5Ts 比例積分微分比例積分微分0.8S 0.3Ts 0.1Ts 4:1衰減法參數計算公式表衰減法參數計算公式表 fytTst4:1控制作用控制作用比例度比例度%積分時間積分時間(min)微分時間微分時間(min)比例比例S 比例積分比例積分1.2S 2T升升 比例積分微分比例積分微分0.8S 1.2T升升 0.4 T升升 10:1衰減法參數計算公式表衰減法參數計算公式表 ytT升升ft10:1采用衰減曲線法必須注意以下幾點：采用衰減曲線法必須注意以下幾點：(1) (1) 加的干擾幅值不能太大，一般為額定值的加的干擾幅值不能太大，一般為額定值的5 5左右左右; ;(2) (2) 必須在工藝參數穩定情況下才能施加干擾，否則得不必須在工藝參數穩定情況下才能施加干擾，否則得不到正確的到正確的S S、TsTs、T T升升。(3) (3) 對于反應快的系統，如流量、管道壓力和小容量的液對于反應快的系統，如流量、管道壓力和小容量的液位控制等，要在記錄曲線上嚴格得到位控制等，要在記錄曲線上嚴格得到4 4：1 1衰減曲線比較困難衰減曲線比