Process Control & Instrumentation Technology
主要内容
单回路控制系统结构及特点
系统设计的主要内容
被控参数选择及控制参数选择
过程静态特性和动态特性对控制品质的影响
控制系统投运步骤
单回路控制系统设计方案举例
Process Control & Instrumentation Technology
单回路控制系统结构
Process Control & Instrumentation Technology
单回路控制系统特点
结构简单、投资少、易于整定和投运；
可满足一般生产过程的工艺要求；
占控制回路的 85%以上，应用广泛；
适用于被控过程的纯滞后与惯性不大、负荷与干扰变化比较平稳或者工艺要求不太高的场合。
Process Control & Instrumentation Technology
系统设计的方法
首先全面了解被控过程；
深入分析工艺过程设备；
应用自动控制理论和技术，拟定一个合理正确的控制方案。
Process Control & Instrumentation Technology
系统设计的 主要内容
包括：
方案设计；
工程设计；
工程安装与仪表调校；
调节器参数整定等。
核心内容：
控制方案设计；
调节器参数整定。
Process Control & Instrumentation Technology
被制参数选择
选择起决定性作用、并且可以测量的直接参数；
可以选用间接参数作为被控参数，但它必须与直接参数有单值一一对应关系；
对控制作用的反应具有足够的灵敏度；
应考虑到工艺生产的合理性；
仪表的供应情况。
Process Control & Instrumentation Technology
被控参数选择的一般原则
代表一定的工艺操作指标或是反映工艺操作状态的重要变量；
应是工艺生产过程中经常变化，因而需要频繁加以控制的变量；
应尽可能选择工艺生产过程的直接控制指标 ；
应是能测量的，并具有较大灵敏度的变量；
应是独立可控的；
应考虑工艺的合理性与经济性。
Process Control & Instrumentation Technology
控制参数选择
应是工艺上允许加以控制的可控变量；
应是对被控参数影响的诸因素中比较灵敏的变量，即：
控制通道的放大系数要大一些；
时间常数要小一些；
纯滞后时间要尽量小等。
应考虑工艺的合理性和生产的经济性。
Process Control & Instrumentation Technology
过程静态特性对控制品质的影响
指过程的静态放大系数对控制质量的影响。
扰动通道的静态放大系统 Kf大对控制不利 ；
控制通道的放大系数 K0愈大，表示控制作用愈灵敏；
但 K0太大，会使控制作用对被控变量的影响过强，使系统的稳定性下降；
选择控制通道的 K0适当大一些，可由 Kc来补偿。
Process Control & Instrumentation Technology
扰动通道对动态特性的影响
扰动通道的容积愈多、愈大，则扰动对被控参数的影响愈小，控制质量愈好；
扰动通道的纯滞后不影响系统的控制质量 ；
应使扰动作用点位置远离被控参数。
Process Control & Instrumentation Technology
控制通道对动态特性的影响
时间常数较小；
反应灵敏；
纯滞后时间小。
Process Control & Instrumentation Technology
选择控制参数的一般原则
选择过程控制通道的放大系 Ko要大一些；时间常数 To要小一些；纯滞后时间 τ o愈小愈好；
过程扰动通道的放大系数 Kf应尽可能小；时间常数 Tf要大；引入系统的位置要远离被控参数；
应尽量设法把广义过程的几个时间常数错开，
使其中一个时间常数比其他时间常数大得多；
注意工艺操作的合理性、经济性。
Process Control & Instrumentation Technology
Process Control & Instrumentation Technology
Process Control & Instrumentation Technology
Process Control & Instrumentation Technology
控制系统投运
投运：在控制系统方案设计、仪表安装调校就绪后，或者经过停车检修之后，再将系统投入生产使用的过程。
操作人员在系统投运之前，必须对构成系统的各种仪器仪表、联接管线、供电、供气情况等进行全面检查和准备。
Process Control & Instrumentation Technology
控制系统投运步骤
投运步骤：
检测系统投入运行；
调节阀手动遥控；
调节器投运。
待回路工况稳定后，可投入自动：
把调节器 PID参数值设置合适位置，当其偏差接近零时，即将调节器由手动切换到自动；
若还不够理想，则继续整定调节器参数，直到满意为止。
Process Control & Instrumentation Technology
单回路控制系统设计方案举例
磨矿工艺中，每个球磨系列由摆式给矿机下矿，经集矿皮带和给矿皮带送入球磨机；
以前由人工观察给矿量，靠调整下矿口或起停给矿机来控制矿量，给矿量波动往往较大，难以稳定。为稳定入磨矿量，需设计球磨给矿自动控制系统。
Process Control & Instrumentation Technology
单回路控制系统设计方案举例
单回路系统？或其它系统？
干扰量？
静态和动态指标要求？
仪表选型？控制器选型？
控制规律（算法）确定？
Process Control & Instrumentation Technology
单回路控制系统设计方案举例
被控参数：给矿量；
控制参数：下矿口开度？给矿机频率？
测量仪表：皮带秤（电子式？放射源式？）
测量仪表安装位置：（集矿皮带？给矿皮带？）
执行器：开度控制器（推杆）？变频器？
Process Control & Instrumentation Technology
单回路控制系统设计方案举例
采用单回路控制系统；
在给矿皮带上安装电子皮带秤，根据皮带秤检测的矿量对给矿机进行变频调节 ；
控制器选用西门子 S7-300PLC；
控制算法采用 PI控制。
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单回路控制系统设计方案举例
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单回路控制系统设计方案举例
投运步骤：
电子皮带秤标定及投入使用；
手动调节变频器频率，观察调节灵敏度；
在稳定运行一段时间后打到自动；
记录运行数据，整定调节器参数，直至满意。
主要内容
单回路控制系统结构及特点
系统设计的主要内容
被控参数选择及控制参数选择
过程静态特性和动态特性对控制品质的影响
控制系统投运步骤
单回路控制系统设计方案举例
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单回路控制系统结构
Process Control & Instrumentation Technology
单回路控制系统特点
结构简单、投资少、易于整定和投运；
可满足一般生产过程的工艺要求；
占控制回路的 85%以上，应用广泛；
适用于被控过程的纯滞后与惯性不大、负荷与干扰变化比较平稳或者工艺要求不太高的场合。
Process Control & Instrumentation Technology
系统设计的方法
首先全面了解被控过程；
深入分析工艺过程设备；
应用自动控制理论和技术，拟定一个合理正确的控制方案。
Process Control & Instrumentation Technology
系统设计的 主要内容
包括：
方案设计；
工程设计；
工程安装与仪表调校；
调节器参数整定等。
核心内容：
控制方案设计；
调节器参数整定。
Process Control & Instrumentation Technology
被制参数选择
选择起决定性作用、并且可以测量的直接参数；
可以选用间接参数作为被控参数，但它必须与直接参数有单值一一对应关系；
对控制作用的反应具有足够的灵敏度；
应考虑到工艺生产的合理性；
仪表的供应情况。
Process Control & Instrumentation Technology
被控参数选择的一般原则
代表一定的工艺操作指标或是反映工艺操作状态的重要变量；
应是工艺生产过程中经常变化，因而需要频繁加以控制的变量；
应尽可能选择工艺生产过程的直接控制指标 ；
应是能测量的，并具有较大灵敏度的变量；
应是独立可控的；
应考虑工艺的合理性与经济性。
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控制参数选择
应是工艺上允许加以控制的可控变量；
应是对被控参数影响的诸因素中比较灵敏的变量，即：
控制通道的放大系数要大一些；
时间常数要小一些；
纯滞后时间要尽量小等。
应考虑工艺的合理性和生产的经济性。
Process Control & Instrumentation Technology
过程静态特性对控制品质的影响
指过程的静态放大系数对控制质量的影响。
扰动通道的静态放大系统 Kf大对控制不利 ；
控制通道的放大系数 K0愈大，表示控制作用愈灵敏；
但 K0太大，会使控制作用对被控变量的影响过强，使系统的稳定性下降；
选择控制通道的 K0适当大一些，可由 Kc来补偿。
Process Control & Instrumentation Technology
扰动通道对动态特性的影响
扰动通道的容积愈多、愈大，则扰动对被控参数的影响愈小，控制质量愈好；
扰动通道的纯滞后不影响系统的控制质量 ；
应使扰动作用点位置远离被控参数。
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控制通道对动态特性的影响
时间常数较小；
反应灵敏；
纯滞后时间小。
Process Control & Instrumentation Technology
选择控制参数的一般原则
选择过程控制通道的放大系 Ko要大一些；时间常数 To要小一些；纯滞后时间 τ o愈小愈好；
过程扰动通道的放大系数 Kf应尽可能小；时间常数 Tf要大；引入系统的位置要远离被控参数；
应尽量设法把广义过程的几个时间常数错开，
使其中一个时间常数比其他时间常数大得多；
注意工艺操作的合理性、经济性。
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控制系统投运
投运：在控制系统方案设计、仪表安装调校就绪后，或者经过停车检修之后，再将系统投入生产使用的过程。
操作人员在系统投运之前，必须对构成系统的各种仪器仪表、联接管线、供电、供气情况等进行全面检查和准备。
Process Control & Instrumentation Technology
控制系统投运步骤
投运步骤：
检测系统投入运行；
调节阀手动遥控；
调节器投运。
待回路工况稳定后，可投入自动：
把调节器 PID参数值设置合适位置，当其偏差接近零时，即将调节器由手动切换到自动；
若还不够理想，则继续整定调节器参数，直到满意为止。
Process Control & Instrumentation Technology
单回路控制系统设计方案举例
磨矿工艺中，每个球磨系列由摆式给矿机下矿，经集矿皮带和给矿皮带送入球磨机；
以前由人工观察给矿量，靠调整下矿口或起停给矿机来控制矿量，给矿量波动往往较大，难以稳定。为稳定入磨矿量，需设计球磨给矿自动控制系统。
Process Control & Instrumentation Technology
单回路控制系统设计方案举例
单回路系统？或其它系统？
干扰量？
静态和动态指标要求？
仪表选型？控制器选型？
控制规律（算法）确定？
Process Control & Instrumentation Technology
单回路控制系统设计方案举例
被控参数：给矿量；
控制参数：下矿口开度？给矿机频率？
测量仪表：皮带秤（电子式？放射源式？）
测量仪表安装位置：（集矿皮带？给矿皮带？）
执行器：开度控制器（推杆）？变频器？
Process Control & Instrumentation Technology
单回路控制系统设计方案举例
采用单回路控制系统；
在给矿皮带上安装电子皮带秤，根据皮带秤检测的矿量对给矿机进行变频调节 ；
控制器选用西门子 S7-300PLC；
控制算法采用 PI控制。
Process Control & Instrumentation Technology
单回路控制系统设计方案举例
Process Control & Instrumentation Technology
单回路控制系统设计方案举例
投运步骤：
电子皮带秤标定及投入使用；
手动调节变频器频率，观察调节灵敏度；
在稳定运行一段时间后打到自动；
记录运行数据，整定调节器参数，直至满意。
