DCS单回路控制系统设计.doc

第五章单回路控制系统设计本章提纲过程控制系统设计概述单回路控制系统方案设计单回路控制系统整定单回路控制系统投运单回路控制系统设计原则应用举例授课内容第一节过程控制系统设计概述单回路反馈控制系统---又称简朴控制系统，是指由一个被控过程、一个检测变送器、一个控制器和一个执行器所组成的．对一个被控变量进行控制的单回路反馈闭环控制系统。单回路反馈控制系统组成方框图：简朴控制系统是实现生产过程自动化的基本单元、其结构简朴、投资少、易于调整和投运，能满足一般工业生产过程的控制规定、因此在工业生产小应用十分广泛，特别合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，或者控制质量规定不太高的场合。过程控制系统设计和应用的两个重要内容：控制方案的设计、调节器整定参数值的拟定。过程控制系统设计的一般规定：过程控制系统是稳定的，且具有适当的稳定裕度。系统应是一个衰减振荡过程，但过渡过程时间要短，余差要小。过程控制系统设计的基本方法：设计方法很多，重要有对数频率特性设计法、根轨迹设计法、系统参数优化的计算机辅助设计等。过程控制系统统设计环节：建立被控过程的数学模型选择控制方案建立系统方框图进行系统静态、动态特性分析计算实验和仿真过程控制系统设计的重要内容：控制方案的设计：核心，涉及合理选择被控参数和控制参数、信息的获取和变送、调节阀的选择、调节器控制规律及正、反作用方式的拟定等。工程设计：涉及仪表选型、控制室和仪表盘设计、仪表供电供气系统设计、信号及联锁保护系统设计等。工程安装和仪表调校调节器参数工程整定：保证系统运营在最佳状态。第二节单回路控制系统方案设计被控参数的选择选取被控参数的一般原则为：选择对产品的产量和质量、安全生产、经济运营和环境保护具有决定性作用的，可直接测量的工艺参数为被控参数。当不能用直接参数作为被控参数时，应当选择一个与直接参数有单值函数关系的间接参数作为被控参数。被控参数必须具有足够大的灵敏度。被控参数的选择必须考虑工艺过程的合理性和所用仪表的性能。控制参数的选择需要对的选择控制参数、调节器调节规律和调节阀的特性。当工艺上允许有几种控制参数可供选择时，可根据被控过程扰动通道和控制通道特性，对控制质量的影响作出合理的选择。所队对的选择控制参数就是对的选择控制通道的问题。扰动作用-----由扰动通道对过程的被控参数产生影响，力图使被控参数偏离给定性控制作用-----由控制通道对过程的被控参数起主导影响，抵消扰动影响，以使被控参数尽力维持在给定值。在生产过程有几个控制参数可供选择时，一般希望控制通道克服扰动的校正能力要强，动态响应要比扰动通道快。可由过程静态特性的分析（扰动通道静态放大倍数Kf、控制通道静态放大倍数Ko）、过程扰动通道动态特性的分析（时间常数Tf、时延τf、扰动作用点位置）、过程控制通道动态特性的分析（时间常数To、时延τ（涉及纯时延τ0、容量时延τc）、时间常数匹配）拟定各参数选择原则。根据过程特性选择控制参数的一般原则：控制通道参数选择：选择过程控制通道的放大系数Ko要适当大一些，时间常数To要适当小一些。纯时延τ0愈小愈好，在有纯时延τ0的情况下，τ0与To之比应小—些（小于1），若其比值过大，则不利于控制。扰动通道参数选择：选择过程扰动通道的放大系数Kf应尽也许小。时间常数Tf要大。扰动引入系统的位置要远离控制过程（即靠近调节阀）。容量时延τc愈大则有助于控制。时间常数匹配：广义过程(涉及调节阀和测量变送器)由几个一阶环节组成，在选择控制参数时，应尽量设法把几个时间常数错开，使其中一个时间常数比其他时间常数大得多，同时注意减小第二、第三个时间常数。注意工艺操作的合理性、经济性。系统设计中的测量变送问题被控参数的测量和变送必须迅速对的地反映其实际变化情况，为系统设计提供准确的控制依据。测量和变送环节的描述：参数选择原则：减小Tm和τm均对提高系统的控制质量有利。若Tm较大，则会使记录曲线与实际参数之间产生较大的动态误差。从减小测量变送环节误差角度考虑，应减少仪表的量程，即增大Km。系统设计测量和变送中涉及的问题：信号滤波信号解决纯时延问题测量时延问题信号传送时延问题：信号传递时延将减少控制质量。对比可采用以下改善措施：若测量信号为电信号，可将转换器安装在仪表盘附近，以缩短气压信号的传送距离．若调节器输出为气压信号，可在50～60m距离间，装一继动器，提高气压信号的传输功率，以减小传递时间。若调节器输出为电信号，应将转换器安装在调节阀附近，或采用电气阀门定位器。调节阀（执行器）的选择调节阀类型的选择：气动执行器和电动执行器调节阀口径（Dg、dg）大小的选择：重要依据是阀的流通能力。正常工况下规定调节阀开度处在15％～85％之间。调节阀气开、气关形式的选择：重要以安全面考虑。调节阀流量特性的选择：系统总的放