12 3-7 单回路控制系统设计举例.pptx

第1页：干燥设备控制系统设计工艺

工艺过程：乳液－奶粉质量要求:水分含量一定，温度稳定：±2℃f1乳液流量f2旁路空气f3换热蒸汽例1干燥设备控制系统设计乳液

第2页：选择被控量与控制量

选择被控量y(t)：影响产品质量的直接参数是水分含量，不宜测量(不准确)，故选温度间接测量。2.选择控制量(操纵量)影响干燥器温度的因素：f1乳液流量；f2旁路空气；f3换热蒸汽所以有三种控制方案：选一个控制量，一个调节阀，控制一个被控量——单回路系统

第3页：乳液流量为控制量的方案

优点：乳液直接进入干燥器，控制通道滞后量小，校正灵敏，f2和f3作为扰动量，扰动通道滞后大，扰动位置靠近调节阀。（1）乳液流量f1为控制量时乳液f2旁路空气f3换热蒸汽

第4页：乳液方案的缺点

缺点：

• f1(乳液)总产量，若负荷小时影响产量；
• 乳液管线安装调节阀，易结块，影响产品质量结论：不用此方案

第5页：旁路空气与换热蒸汽两种方案

旁路空气与换热蒸汽两种方案

两种方案示意图，分别给出以旁路空气量与换热蒸汽量为控制量的流程。

本页主体为图示（封面、公式推导、框图或曲线），源文件未提取到成段文字，上述标注与要点请以原课件图片为准。

第6页：扰动通道的比较与结论

扰动通道的比较与结论

扰动通道比较页，对比f2与f3扰动通道时间常数与扰动点位置并得出选f2为控制量。

乳液f1的扰动：两种情况下作用相同

本页主体为图示（封面、公式推导、框图或曲线），源文件未提取到成段文字，上述标注与要点请以原课件图片为准。

第7页：调节阀与调节器的选择

调节阀的选择根据安全原则，介质特性－－气关式(-)输入压力增大，阀门下降，根据过程特性(滞后，惯性)－－对数流量特性4.调节器的选择控制规律：PI，PID(精度高)

第8页：旁路空气方案示意图

旁路空气方案示意图

控制方案示意图，给出以旁路空气量为控制量时乳液与换热蒸汽的位置关系。

本页主体为图示（封面、公式推导、框图或曲线），源文件未提取到成段文字，上述标注与要点请以原课件图片为准。

第9页：调节器正反作用的选择

正反作用选择调节阀Kv：(-)气关式过程K0：(-)调节阀开度增大，被控量减少反馈Km：(＋)所以：Kc－－(＋)，即反作用＋＋2－－空气多温度低负反馈过程：

第10页：蒸汽加热器系统例题

完成对工艺介质加热，要求介质出口温度恒定，试完成下述要求：

1. 选择被控量，并指出对于被控量存在哪些扰动量；
2. 选择控制量；
3. 画出系统流程示意图及系统框图，确定执行器气开气关式及调节器正反作用；
4. 简单说明系统的调节过程介质入口3介质出口蒸汽入口冷凝水例2蒸汽加热器系统

第11页：被控量扰动量与控制量的选择

TT4TC介质出口蒸汽入口介质入口

• 被控量：介质出口温度；（需控制的参数，可测量）
• 扰动量：介质温度；（影响被控量）
• 控制量：蒸汽流量；
• 调节阀：气开式(+)；（安全，节能）系统流程图

第12页：蒸汽加热器的调节过程

调节器正反作用：Kc(+)反作用调节阀Kv：(＋)气开式过程K0反馈Km：(＋)调节阀开度增大，温度增加：(＋)所以：Kc－－(＋)，即反作用

• 调节过程：（负反馈）调节器输出温度反馈量蒸汽量偏差量温度

第13页：贮槽液位控制系统设计

例3贮槽液位控制系统设计

• 液体贮槽如进料罐、成品罐、中间缓冲容器、水箱等设备应用十分普遍；
• 为了保证生产正常进行，物料进出需均衡，以保证过程的物料平衡；
• 工艺要求贮槽内的液位需维持在某给定值上下，或在某一小范围内变化，并保证物料不产生溢出。6贮槽

第14页：贮槽液位被控量与控制量的选择

选择被控参数根据工艺可知，贮槽的液位要求维持在某给定值上下，所以直接选取液位为被控参数(直接参数)。2.选择控制参数

• 从液位贮罐的生产过程来看，影响液位有两个量，一是流人贮槽的流量，二是流出贮槽的流量。
• 调节这两个流量的大小都可改变液位高低，这样构成液位控制系统就有两种控制方案；

第15页：两种控制方案的事故比较

当在突然停电、停气的事故情况下，a）控制方案最多流光贮槽中的液体，而b）控制方案将形成长流水的情况，浪费严重。因而选择流入量为控制参数更合理一些。8液位控制系统a）b）

第16页：调节阀与控制规律的选择

调节阀的选择

• 根据生产工艺安全原则选择调节阀。
• 采用a）控制方案：物料量不溢出，选气开式调节阀；
• 采用b）控制方案：物料量不溢出，选气关式调节阀；
• 贮槽具有单容特性，所以选用对数流量特性的调节阀。4.控制规律选择：
• 若贮槽是为了起缓冲作用而控制液位的，则对液位控制要求不太高，调节器采用宽比例度的比例作用即可；
• 当容器作为计量槽使用时，则需精确控制液位，为了消除余差，调节器采用比例积分作用。

第17页：贮槽液位的调节过程

调节器正反作用：Kc(+)反作用调节阀a）Kv：(＋)气开式过程K0反馈Km：(＋)调节阀开度增大，液位增加：(＋)所以：Kc－－(＋)，即反作用

• 调节过程：（负反馈）调节器输出液位反馈量流入量偏差量液位

第18页：贮槽液位控制系统框图

贮槽液位控制系统框图

控制系统框图，标出调节器、调节阀、贮槽与测量变送环节的传递函数与信号流向。

本页主体为图示（封面、公式推导、框图或曲线），源文件未提取到成段文字，上述标注与要点请以原课件图片为准。

第19页：第三章小结与基本要求

基本要求：

• 掌握单回路控制系统的结构、组成及作用；
• 掌握单回路控制系统中被控参数、控制参数选择的一般原则；
• 控制器正、反作用确定的方法；执行器的选择；控制器参数工程整定的方法；
• 单回路控制系统的分析与设计。

第20页：第三章思考题

思考题

1. 试述过程控制系统设计的要求。
2. 为什么不同的过程特性与工艺要求需设计不同的控制方案?怎样理解被控过程特性是过程控制系统设计的基础?
3. 什么叫单回路系统?其方案设计包括哪些主要内容?怎样理解方案设计是系统设计的核心?
4. 为什么选过程控制通道的放大系数K0要适当大些，时间常数T0适当小一些，而扰动通道的Kf应尽可能小，Tf要大?

第21页：第三章习题

第三章习题

第三章习题页，列出教材中单回路控制系统分析与设计的相关题目。

选择调节器控制规律的依据是什么?若已知过程的数学模型

本页主体为图示（封面、公式推导、框图或曲线），源文件未提取到成段文字，上述标注与要点请以原课件图片为准。