化工自动化及仪表7简单控制系统

例如，在精馏过程中，要求产品达到规定的纯度。
理论上讲，塔顶馏出物或塔底残液的浓度应该选作为被
控变量。但由于缺乏直接测量产品浓度的工具，而且滞
后时间较大，因此，常用塔顶、塔底或塔中某点的温度
代替浓度作为被控变量。
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(2) 必须确定表征生产过程的独立变量数目 根据物理化学中的相律关系进行判定。例如，确定
扰动通道的放大系数越小，表示在同样阶跃扰动 Δƒ作用下，扰动被大大削弱，对被控变量的影响越小； 扰动通道的时间常数越大，相当于对扰动起到了一个滤 波作用，则控制系统的品质指标越好。纯滞后对于扰动
通道，相当于使扰动隔一段时间τo后再进入被控过程， 结果只是使调节过程推迟一段时间τo后再开始，而不影
响调节过程的品质。
大，过渡过程的余差也小，控制精度可得到提高。但是
K0过大，控制作用过于灵敏，易使调节过头，引起振荡。
因此，在工艺条件允许的情况下应选择控制通道放大系
数K0较大的作为操纵变量。
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B 时间常数T0的影响 控制通道时间常数T0越大，反应速度越慢，被控
变量变化越缓和，过渡过程较稳定；但控制作用不及时， 过渡过程的最大偏差加大，过渡时间加长，使控制质量
饱和蒸汽的温度和压力是否都是独立变量，可由下式求 得：
F=C-P+2 式中，F为独立变量数目，C为组分数，P为相数。 饱和蒸汽：实际上存在着气、液两相，从而：
F＝1-2十2＝1 上式表明，只要选取蒸汽温度或蒸汽压力就可以了。 一般以选取蒸汽压力为宜，因为压力测量元件的时间常 数小。 如果不遵循这个原则，设计出既有温度又有压力作 为被控变量的控制方案，则这种控制系统将是无法投运 的。
7.2.1 被控变量的选择 通过对过程分析，找出对产品产量、质量以及安
全生产和节能等方面具有决定性作用，而且是直接可测 量或通过间接计算可得到的变量作为被控变量。
选择原则： (1) 必须选择表征生产过程的质量指标作为被变量
按质量指标进行直接控制并不多见。一般是采用温
度、压力等作为间接指标。间接指标与质量指标之间必 须具有单值对应关系和足够大小的测量信号。
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7.1 过程控制系统设计的主要内容 7.1.1 过程分析
过程控制系统包括被控过程和控制仪表两 部分。
被控过程是由工艺要求决定的，因此，要 进行过程特性分析，明确：
被控变量 操纵变量 主要扰动
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7.1.2 过程控制系统设计的主要内容 A 控制方案的设计 控制方案包括带控制点的工艺流程图、设计说明 书等。 带控制点的工艺流程图是用自控字母和图形符号 在工艺流程图上描述生产过程控制系统的图纸文件。它 反映出被控变量、测量点的位置、控制手段的实现方法， 以及各个控制系统相互之间的关系。图纸上自控字母和 图形符号都要符合一定的设计规范。
变差。相反，时间常数T0较小时，反映灵敏，调节及时， 过渡时间短。但当T0太小时，容易引起调节作用过于频 繁而造成调节过程振荡，稳定性变差。因此，在T0太大
或太小的情况下，都比较难以控制，控制系统一般希望
控制通道的时间常数T0大小适当。
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C 纯滞后τ0的影响
控制通道纯滞后的存在，使控制作用落后于被控 变量的变化，容易引起超调和振荡，使被控变量的最大 偏差增大，过渡时间拉长，控制质量变差。 D 扰动通道
这种关联会使控制系统无法运行。
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7.2.2 操纵变量的选择
扰动作用和控制作用都施加于被控过程，它们对被
控变量的影响都与过程特性有着密切的关系。因此，在 选择操纵变量时，要认真分析过程特性。
A 放大系数K0的影响
在选择操纵变量时，一般是希望控制通道的放大系
统数K0要大一些。因为K0大，表示操纵变量对被控变量 的影响大，控制作用灵敏，抑制扰动能力强；同时，K0
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过热蒸汽：由于蒸汽在过热状态下只存在一个气 相，则：
F=C（组分数）-P（相数）+2=1-1十2＝2 在这种情况下，把压力和温度都选作为被控变量则 是完全必要的。
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(3)必须注意控制系统之间的相互关联问题 当一个过程具有两个以上的独立变量，且又分别
组成控制系统，则容易产生系统间的相互关联。如， 流体输送中的流量与压力控制系统，它们之间就存在
着较严重的相互关联。若因扰动导致压力p1升高，PC 将控制阀A开大，加大回流量q1，与此同时，由于p1升 高，在阀B开度不变的情况下，将使q2增大，为此FC 将使阀B关小。但是q2的减小，进一步加剧了p1的上升。
C 工程安装和仪表调校 仪表和电气装置的安装、信号线路的连接必须
正确，这是保证控制系统正常运行的前提。系统安 装完成后，还必须对每台仪表进行单独校验，对每 个控制回路进行联动校验。
D 调节器参数工程整定 必须将调节器参数整定合适，保证系统运行在
最佳状态。
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7.2 简单控制系统的设计
化工自动化及仪表-7简 单控制系统
2020/11/12
化工自动化及仪表7简单控制系统
简单控制系统又称单回路反馈控制系统。由 一个被控过程、一个检测变送器、一个控制器和 一个执行器所组成，对一个被控变量进行控制的 单回路反馈闭环控制系统。
简单控制系统是实现生产过程自动化的基本 单元，其结构简单、投资少、易于调整和投运， 能满足一般工业生产过程的控制要求。尤其适用 于被控过程的纯滞后和惯性小、负荷和扰动变化 比较平缓，或者控制质量要求不太高的场合。
化工自动化及仪表7简单控制系统
讨论：假设控制系统的被控过程由三个独立的单容 量环节GP1、GP2、GP3串联组成，扰动分别从三个不同 的位置进入系统。显然从扰动Fl到被控变量C通道的时 间常数个数最多，因而对扰动Fl的滤波效果最好，即对 被控变量的影响最小，F2次之，而F3的影响最大。
初步设计说明书包括设计指导思想、工艺流程和环 境特征、自动化水平和控制方案的确定、安全技术措施 等内容。
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B 工程设计 它包括仪表选型、控制室(和仪表盘设计)、仪表
供电气系统设计、信号及联锁保护系统设计等。 工程设计要提交自控设备汇总表、电气设备材
料表，以及仪表、电气设备接线图等详细资料。