过程装备控制技术.docx
- 文档编号:27474011
- 上传时间:2023-07-01
- 格式:DOCX
- 页数:14
- 大小:30.57KB
过程装备控制技术.docx
《过程装备控制技术.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《过程装备控制技术.docx(14页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
过程装备控制技术
第一章控制系统的基本概念
1,生产过程自动化系统包含如下四个部分的内容:
(1) 自动检测系统
(2) 信号连锁系统(3)自动操纵系统(4)自动控制系统
2,过程装备控制的任务和要求
过程装备控制是工艺生产过程自动化的重要组成部分,它主要是针对过程装备的主要参数,即温度、压力、流量、液位(或物位)、成分和物性等参数进行控制。
工艺生产过程装备控制的要求是多方面的,最终可以归纳为三项要求:
即安全性、经济性和稳定性。
3,控制系统的组成
被控对象,测量元件和变送器,调节器:
又称控制器,执行器
4,控制系统的方框图
被控变量y,给定值(或设定值)Ys,测量值Ym,操纵变量(或控制变量)m,干扰(或外界干扰)f,偏差信号e,控制信号u
5,控制系统系统的分类
按给定值的特点划分:
定值控制系统,随动控制系统,程序控制系统
按系统输出信号对操纵变量影响划分:
闭环控制,开环控制
按系统的复杂程度划分:
简单控制系统,复杂控制系统
按系统克服干扰的方法划分:
反馈控制系统,前馈控制系统,前馈-反馈控制系统
6,控制系统的过渡过程
从被控对象受到干扰作用使被控变量偏离给定值时起,调节器开始发挥作用,使被控变量回复到给定值附近范围内。
然而这一回复并不是瞬间完成的,而是要经历一个过程,这个过程就是控制系统的过渡过程。
7,控制系统的过渡过程有发散振荡过程,等幅振荡过程,衰减振荡过程,非振荡的单调过程
综上所述,一个自动控制系统的过渡过程,首先应是一个渐趋稳定的过程,这是满足输生产要求的基本保证;其次,在大多数场合下,应是一个衰减振荡的过程。
8,控制系统的性能指标
一类是以系统受到单位阶跃输入作用后的响应曲线(又称为过渡过程曲线)的形式给出的,如最大偏差(或超调量)、衰减比、余差、回复时间等,称为过渡过程的质量指标;
另一类是偏差积分性能指标,一般是希望输出与系统实际输出之间误差的某个函数的积分,常用的有平方误差积分指标(ISE)、时间乘平方误差的积分指标(ITSE)、绝对误差积分指标(IAE)以及时间乘绝对误差的积分指标(ITAE)等,这些值达到最小值的系统是某种意义下的最优系统。
(1) 以阶跃响应曲线形式表示的质量指标
最大偏差A(或超调量σ):
对一个给定值控制系统来说,最大偏差是指过渡过程中被控变量第一个波的峰值与给定值的差,如图1-10(a)中的A;在随动控制系统中,通常采用另一个指标——超调量σ。
衰减比n:
是过渡过程曲线上同方向的相邻两个波峰之比,
回复时间ts:
也称过渡时间,是指被控变量从过渡状态回复到新的平衡状态的时间间隔,即整个过渡过程所经历的时间
余差e(∞):
是指过程终了时,被控变量新的稳态值与设定值之差,即e(∞)=y(∞)-ys。
振荡周期T:
过渡过程的第一个波峰与相邻的第二个同向波峰之间的时间间隔称为振荡周期(或称工作周期),其倒数称为振荡频率。
第2章过程装备控制基础
1,被控对象的特性
所谓被控对象的特性,是指当被控对象的输入变量发生变化时,其输出变量随时间的变化规律(包括变化的大小,速度),描述被控对象特性的参数有放大系数K,时间常数T和滞后时间τ。
K——被控对象重新达到平衡状态时的输出变化量与输入变化量之比。
由于放大系数K反映的是对象处于稳定状态下的输出和输入之间的关系,所以放大系数是描述对象静态特性的参数。
T——时间常数是指当对象受到阶跃输入作用后,被控变量如果保持初始速度变化,达到新的稳态值所需的时间。
或当对象受到阶跃输入作用后,被控变量达到新的稳态值的63.2%所需时间。
时间常数T是反映被控变量变化快慢的参数,因此是对象的动态参数。
τ——滞后时间是纯滞后τ0时间和容量滞后τc的总和。
2,滞后时间是描述对象滞后现象的动态参数。
根据滞后性质可分为传递滞后和容量滞后两种。
3,对象特性的实验测定
对象的求取方法通常有两种:
一种就是上面所介绍的公式法,即数学方法;另一种是通过对被控对象的实验测试求出其特性参数,即所谓的实验测定法。
被控对象的实验测定方法有很多种,它们主要区别于所加入的输入变量的信号形式。
常用的方法有两种:
响应曲线法和脉冲响应法。
4,单回路控制系统的设计
(1)被控变量的选择
(2)操纵变量的选择
(3)检测变送环节的影响
检测变送环节在控制系统中起着获得信息和传递信息的作用。
(4)执行器的影响
5,调节器的调节规律
调节器是控制系统的心脏。
它的作用是将测量变送信号与给定值相比较产生偏差信号,然后按一定的运算规律产生输出信号,推动执行器,实现对生产过程的自动控制。
调节规律是指调节器的输出信号随输入信号变化的规律。
调节器的调节规律可归为四种:
位式、比例、积分、微分。
其中,位式是断续调节规律,其他三种均是连续调节规律。
6,控制规律的选取可归纳为以下几点:
(a)简单控制系统适用于控制负荷变化较小的被控对象,如果负荷变化较大,应设计选用复杂控制系统。
(b)在一般的控制系统中,比例控制是必不可少的。
(c)当广义对象控制通道时间常数较小,负荷变化较小,而工艺要求无余差时,可选用比例积分调节规律,如管道压力、流量等参数的控制。
(d)当广义对象控制通道时间常数较大或容量滞后较大,应引入微分作用。
如工艺允许有余差,可选取比例微分调节规律;如工艺要求无余差时,则选用比例积分微分调节规律,如温度、成分、pH等参数的控制。
7,调节器参数的工程整定
调节器参数的整定方法有很多种,通常可分为两大类:
理论计算整定法和工程整定法
8,复杂控制系统
对于复杂控制系统,通常可根据其开发目的的差异,将其分为两大类
(a)为提高响应曲线的性能指标而开发的控制系统开发这类系统的目的,主要是企图获得比单回路PID控制更优越的过渡过程质量,如串级控制系统、前馈控制系统。
(b)按某些特殊目的而开发的控制系统这是为满足不同的化工生产工艺、操作方式、乃至特殊的控制性能指标而开发的控制系统。
目前生产过程中采用的复杂控制系统主要有串级控制系统、前馈控制系统、比值控制系统、选择性控制系统和均匀控制系统。
9,串级控制系统中常用的名词和术语。
主变量称主变量,使它保持平稳是控制的主要目标。
副变量称副变量,它是被控对象中引出的中间变量。
副对象副变量与操纵变量之间的通道特性。
主对象主变量与副变量之间的通道特性。
副控制器接受副变量的偏差,其输出去操纵阀门。
主控制器接受主变量的偏差,其输出去改变副控制器的设定值。
副回路处于串级系统内部的,由副变量检测变送器、副控制器、调节阀、副对象组成的回路。
主回路若将副回路看成一个以主控制器输出为输入,以副变量y2为输出的等效环节,则串级系统转化为一个单回路,称这个单回路为主回路。
10,串级控制系统的主要特点及其应用场合
①能迅速克服进入副回路的干扰
②能改善被控对象的特性,提高系统克服干扰的能力
③主回路对副对象具有“鲁棒性”,提高了系统的控制精度
“鲁棒性”又称“强壮性”,系统的控制品质对对象变化越不敏感,则称该系统的“鲁棒性”越好。
11,其它复杂控制系统的简单介绍
(1)前馈控制系统
前馈控制又称扰动补偿,它是一种与反馈控制原理完全不同的控制方法。
前馈控制的基本概念是测量进入过程的干扰(包括外界干扰和设定值变化),并按其信号产生合适的控制作用去改变操纵变量,使被控变量维持在设定值上。
(2)比值控制系统
常用于化工,炼油生产中,有定比值与变比值控制系统之分。
(3)选择性控制系统
在控制回路中引入选择器的控制系统称为选择性控制系统。
(4)均匀控制系统
用来保持两个变量在规定范围内均匀缓慢变化的系统称为均匀控制系统。
12,工程上常用的整定方法有:
① 经验试凑法② 临界比例度法③ 衰减曲线法
13,积分控制规律一般不单独使用?
答:
积分控制其输出变化总是滞后于偏差,不能及时有效地克服扰动的影响,加剧了被控变量的波动,使系统难以稳定下来
第三章过程检测技术
1,测量过程有三要素:
测量单位。
测量方法,测量仪器与设备。
2,测量单位:
数值为1的某量,称为该量的测量单位或计量单位。
由于测量单位
是人为定义的,它带有任意性、地区性和习惯性等。
3,测量方法的分类
(1)直接测量与间接测量
(2)等精度测量和不等精度测法(3)接触测量与非接触测量(4)静态测量与动态测量
4,测量仪器与设备
(1)感受件(传感器)
(2)中间件(变送器或变换器)(3)显示件(显示器)
5,测量误差及分类
根据测量误差的性质,可将其分为系统误差、随机误差和粗大误差三类。
6,测量的精密度、准确度和精确度
精密度对同一被测量进行多次测量,测量的重复性程度称为精密度。
准确度对同一被测量进行多次测量,测量值偏离被测量真值的程度称为准确度。
精确度精密度与准确度的综合称精确度。
它反映了测量结果中系统误差和随机误差的综合数值,即测量结果与真值的一致程度;也反映了系统误差和随机误差的综合影响程度。
7,不确定度
测量的不确定度是表示用测量值代表被测量真值的不肯定程度。
它
是对被测量的真值以多大的可能性处于以测量值为中心的某个量值范围之内的一个估计。
不确定度是测量精确度的定量表示。
不确定度愈小的测量结果,其精确度愈高。
按照误差的性质,把随机误差引起的不确定度称为随机不确定度,由未定系统误差引起的不确定度称为系统不确定度。
8,仪表的基本误差限
仪表在规定的参比工作条件下确定的误差称为基本误差。
这里所谓工作条件,是指仪表工作时所经受的条件,包括环境压力、环境温度、电磁场、电源变化、重力、倾斜、辐射、冲击、振动等。
9,绝对误差是指仪表指示值与被测变量的真值之间的代数差。
相对误差为测量的绝对误差与被测变量的约定真值(实际值)之比,通常用百分数表示。
与绝对误差相比较,相对误差更能说明测
量结果的精确度。
引用误差为工程上应用方便而引出的一种简化、实用的相对误差。
引用误差定义为绝对误差与仪表的量程之比,用百分数表示。
10,系统误差的估计系统误差可分为两类。
恒定系统误差指误差大小和符号在测量过程中不变的误差。
变值系统误差它是一种按照一定规律变化的系统误差。
根据变
化的特点又分为累积性系统误差和周期性系统误差。
11,系统误差的消除
校准法零示法替代法交换法
12,仪器仪表的主要性能指标
仪表的性能指标很多,主要有技术、经济及使用三方面的指标。
仪表技术方面的指标有误差、精度等级、灵敏度、变差、量程、
响应时间、漂移等。
仪表经济方面的指标有使用寿命、功耗、价格等。
当然,性能好
的仪表,总是希望它的使用寿命长、功耗底、价格便宜。
仪表使用方面的指标有操作维修是否方便,运行是否可靠安全,以及抗干扰与防护能力的强弱,重量体积的大小,自动化程度的高低等等。
13,常用的压力测量仪表有以下几种:
液柱式压力计——是将被测压力转化为液柱的高度来进行测量的的一种仪表;
弹性式压力计——是利用测量弹性敏感元件在压力作用下产生的弹性变形的大小来测量压力的一种仪表;
电测式压力计——是将被测压力转化为电量进行测量的仪器。
14,弹性元件的不完全弹性因素主要包括弹性滞后和弹性后效
15,温度测量的方法很多,一般可分为接触式测温法和非接触式测温法。
16,用于流量测量的仪表叫流量计。
常见的流量计有:
压差式流量计,转子流量计,电磁式流量计等。
17,工业上使用很多种液位计,按工作原理可分为直读式,浮力式,静压式,电容式,光纤式,激光式,核辐射式。
18,传感器由敏感元件,转换元件,测量电路与其他辅助部件组成
19,选择液位计主要考虑以下几个方面:
●仪表特性,●工作环境●输出方式
过程控制装置
1,变送器的类型很多,主要有:
压力变送器、差压变送器、温度变送器、流量变送器、液位变送器等
2,差压变送器
差压变送器用来把差压、流量、液位等被测参数转换成为统一标准信号,并将此统一信号输送给指示、记录仪表或调节器等,以实现对上述参数的显示、记录或调节。
根据敏感元件的类型不同,可分为膜盒式差压变送器、电容式差压变送器等型式。
按照变送器的驱动能源来分有气动变送器和电动变送器,以压缩空气为驱动能源的是气动变送器;以电力为能源的便是电动变送器。
3,气动元件和组件按照一定的规律和原则构成了气动仪表。
常见的元件有气阻、气容。
常见的组件有组容耦合组件、喷嘴-挡板机构、功率放大器等。
4,气体流过节流元件时,会受到一定的阻力,这种节流元件叫做气阻
气阻按其结构可分为恒气阻与变气阻两类。
5,凡是在气路中能贮存或释放出气体的气室称为气容。
气容在气动仪表中起缓冲、防止振荡的作用,与电容在电路中的充放电作用相类似。
气容分为固定气容和弹性气容两种
6,调节器分为直接作用和间接作用调节器。
7,执行器分为气动,液动,电动执行器
8,什么时气阻?
什么是气容?
它们在气路中各起什么作用?
答:
在气路中安装的节流元件称为气阻,作用是阻碍气体的流动,起着降压(产生压力降)和限流(调节气体流量)的作用。
气容是在气路中能储存或释放处气体的气容,在气路中起着缓冲,防止振荡的作用。
9,试分析电动差压变送器如何实现量程迁移(零点迁移)的。
答:
电动差压变送器的输入与输出间的关系:
式中Ad,I1,I2,I3,I3是固定不变的,故输出电流与输入差压之间的比例关系通过调整tgθ和kf来改变,即改变变送器的量程,θ↑,Io↑,量程变小,j,kf,的改变是通过改变反馈线圈的匝速w实现的,w↑,kf↑,量程↑。
10,电动变送器输出信号与电源的连接方式有两种:
四线制和两线制
11,膜片式PI调节器是根据力矩平衡原理工作的,由比较部分,比例部分,积分部分,放大部分,开关部分等组成。
第五章计算机控制系统
1.计算机控制系统是由哪几部分组成的?
各部分有什么作用?
答:
计算机控制系统是由工业对象和工业控制计算机两大部分组成。
工业控制计算机主要由硬件和软件两部分组成。
其中硬件部分主要包括计算机主机,外部设备,外围设备,工业自动化仪表和操作控制台,软件是指计算机系统的程序系统,各部分作用参见课本P234-235。
2,计算机控制系统的分类
一般将其分为下面几种类型:
数据采集和数据处理系统、直接数字控制系统DDC、监督控制系统SCC、分极计算机控制系统以及集散型控制系统等。
3,DDC的基本算法分为两种:
理想PID算法和实际PID算法。
其中理想PID算法包括:
位置式,增量式和速度式;实际PID算法有:
位置式,增量式和速度式。
4,直接数字控制系统DDC分时的对被控对象的状态参数进行测试,并根据测试的结果与给定值的差值,按照预先制定的控制标法进行数字分析,运算后,控制量输出直接作用在调节阀等执行机构上,使各个被控参数保持在给定值上,实现对被控对象的闭环自动调节。
5,改进的PID算法有:
(1)带有死区的PID控制2)饱和作用的抑制(A)PID位置算法的积分饱和作用机器抑制(B)PID增量算法的饱和作用及其抑制(C)干扰的抑制
6,计算机控制系统设计的基本原则:
1。
系统操作性能好——使用方便和维修方便。
2。
可靠性高。
3。
通用性好,便于扩充。
4。
实时性强——表现在时间驱动和时间驱动能力上。
5。
设计周期短,价格便宜。
设计步骤:
1.确定系统整体控制方案:
确定系统整体控制方案;确定系统的构成方式;现场设备选择;2.确定控制算法;3.系统硬软件的设计:
4.系统调试。
7,如何提高计算机控制系统的可靠性?
有哪些方法途径?
答:
为了提高计算机控制系统的可靠性和可维护性,常采用提高元器件的可靠性,设计系统的冗条技术,采取抗干扰措施,采用故障诊断和系统恢复技术以及软件可靠性技术等。
常用的冗条系统——并联系统,备用系统,表决系统。
抗干扰措施——电磁干扰的屏蔽;隔离技术;共模输入法;电源系统的干扰抑制;布线的防干扰;接地设计;软件的抗干扰措施。
8,过程控制系统所处的干扰:
(1)空间感应干扰,它以电磁感应形式进入系统的任何部件和线路
(2)类干扰是通过对通道的感应,传输结合,地线联系进入通道部分的干扰(3)电网的冲击波通过变压器结合系统进入电源系统而传到各个部分的。
9,模拟地是作为A/D转换,前置放大器,比较器等模拟信号传递电路的零电位;数字地即逻辑地,主要是指TTL或CMOS印刷电路板的地端,作为数字逻辑的零位。
第六章典型过程控制系统应用方案
1.离心式压缩机防喘振的控制方案有什么特点?
答:
压缩机防喘振的控制方案分为固定极限流量法和可受流量极限流量法,固定极限流量法是控制压缩机的入口流量不低于某一不受的极限值,以防止喘振现象的产生.该方案结构简单,运行安全可靠,投资费用少,但产生喘振现象的流量极限值统统与压缩机的转速有关.因此当压缩机的转速不是衡值时,不宜采用次方案,当压缩机的转速可变时,进入喘振区的极限流量也是变化的.这个极限流量可以根据压缩机的安全操作线经计算得到,可变极限流量法就是控制压缩机的入口流量,使之不低于由计算得到的流量极限值,以防止喘振现象的发生.该方案要根据现场数据来计算流量的极限值.较麻烦,而且当安全操作线的方程不相同时,有不同的计算方法和相应的控制方案.但这种方案在压缩机的转速不恒定,负荷需要变动的场合下,使用较可靠较经济.
2.单回路控制系统的主要应用场合有哪些?
答:
单回路控制系统通常是指由一个被控对象,一个检测元件及传感器或变速器,一个控制器和一个执行器所构成的单闭环控制系统,主要应用于控制负荷变化较小的被控对象,被控对象的动态特性易于控制工艺对调节质量的要求不高时,可选用单回路控制系统.
3.为什么选择控制参数时要从分析过程特性入手?
怎样选择一个可控性良好的量作为控制参数?
答:
在生产过程中,存在着各种各样的被控对象.这些对象的特性各不相同,有的较易操作,工艺变量能够控制的比较平稳,有的却很难操纵,工艺变量容易产生大幅段波动,容易越出工艺允许的范围,只有充分了解和熟悉对象特征,才能使工艺生产在最佳状态下运行,因此,在控制系统设计时,首先必须充分了解被控对象的特征,掌握他的内在规律,才能选择合适的被控变量,操纵变量.
被控变量的选择原则:
(1)信号可直接测得,测量变送环节的滞后小.
(2)可选择与之有单质函数关系的间接参数(当不能直接获取时)
(3)独立变量
(4)考虑工艺合理性及当前仪表性能
操纵变量的选择原则:
(1).考虑工艺合理性
(2)考虑被控对象特征:
使被控对象控制通道的放大系数较大,时间常数较小,纯滞后时间越小越好.使被控对象干扰通道的放大系数尽可能小,时间常数越大越好.
4.化学反应里对自动控制有什么基本要求?
答:
基本要求有以下几个方面:
控制指标—根据进行的反映不同,指标选择不同,如反应转化率,产品的质量,产量等直接指标或T.P
②物料平衡和能量平衡,以使反映能正常进行
约束条件:
保证反应里能安全正常操作所要求的条件
尽可能将干扰作用排除在反应之前,以保证产品质量.
5.为什么大多数反应器的主要被控量都是温度?
对于大多数反映皿来说,其控制要求是在一定的约束条件和保持物料平衡的情况下,使反映皿的生成物的质量指标符合一定的要求,化学反应皿的质量指标一般指反应的转化率或反映生成物的规定浓度,但是转化率或产物浓度一般不易直接测量,所以要寻找与转化率或产物浓度有一定关系的间接质量指标,对于化学反应皿,一般总伴随有热效应,不是吸热就是放热,所以温度量最能够表征转化率或产物浓度的间接控制指标,如果再辅以压力和处理量等控制系统,即可保证反映皿的正常操作.
以温度作为被控变量,由于温度较宜测量,且影响温度的变量教多,给选择操纵变量提供了方便条件,故较宜构成相应的温度控制系统,但有时以温度作为间接控制指标,并不能保证质量稳定,当有干扰作用时,转化率和反映生成物组合等仍会受到影响,特别是在有些反映中,温度与生成物组合间不完全是单值关系,这就需要不断根据情况去改变温度控制系统的给定值,在有催化剂的反映皿中由于催化剂的活性变化,温度给定值也要随之改变
6.生产过程一般对换热器控制系统有什么要求?
答:
生产过程对换热器控制系统的要求有以下几点:
1.被控变量要求是冷却介质(被加热介质)的出口温度;
2.加热介质是废热热源时,为了节省能量,要求最大限度地加以利用,所以一般不对其流量进行调节,而是调节被加热介质的流量。
3.对于两侧均无相变化的换热器的控制,要稳定被加热介质的出口温度。
可以通过改变载热体自身流量,改变载热体旁路流量,改变被加热介质自身流量,改变被加热介质的旁路流量。
4.当邮箱便是,如蒸气冷凝,其控制方案可以通过改变加热蒸汽流量或改变冷凝水排出量来维持被加热介质出口温度的稳定。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 过程 装备 控制 技术
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)