气动调节阀自动化控制基本原理.ppt

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1、气动控制阀自动控制基础,基本控制理论,培训的目的与要求,目的：1 加强公司销售支持工程师对本公司气动调节阀的 了解，学习产品的性能，规格和参数。2 通过实际动手组装和调试产品的培训，增强大家 对气动调节阀产品的现场调试技能。3 增强销售支持工程师的自信心，促进气动调节阀 的销售增长。培训要求：参加培训的工程师应对公司的气动调节阀产品有个初步的了解。,自动控制广泛用于工业制程,Chemical,Bottling,Food&Beverage,Tobacco,Automotive,Packaging,Conveyors&Materials handling,Logistics,OEMs,Manufa

2、cturingAutomation,Petrochemical,Pharmaceutical,设备的安全运行制程的精确控制高质量的最终产品最大生产率 最小产品废品率HVAC 应用的舒适性能量的有效使用产品的可靠性和长使用寿命,为什么需要自动控制?,自动化基础知识,思考,眼看,搬动阀门,自动化基础知识,自动化基础知识,控制精度底,劳动强度大思考,人为限制搬动阀门,不能满足大型现代化自动化需求,自动化基础知识,1.测量元件与变送器,4.控制器,5.执行器,自动化基础知识全貌图,闭环温度控制,模拟控制回路,控制系统,控制系统,A/D,CPU,DA,4-20 mA,DA,CPU,A/D,变送器,A/D

3、,CPU,执行器,现场总线控制回路,现场总线(Fieldbus)控制系统,FCS,现场总线类型,Profibus西门子FF-爱默生Can（DeviceNet）RockwellCC-Link-三菱Modbus-Plus-施耐德Longworks-埃施朗（楼宇自动化）HartEIB,什麽是现场总线技术（fieldbus）?,现场总线是安装在生产过程区域的现场设备(或仪表)与控制室内的自动控制装置(或系统)之间的一种串行通讯的数据总线.现场总线控制系统(FCS)的特点:系统开放,标准化数据信息高度集成系统可靠总成本降低,Fieldbus 技术特点,Fieldbus 装置均实现智能化,即内置CPU.,

4、Cascade,Ratio,Cross Limits,3 element&split range,Foundation Fieldbus,工业制程中央控制系统,计算机,PLC 可编程逻辑控制器,DCS,FCS,现场总线(Fieldbus)控制系统,工业制程中央控制系统,DCS 和 FCS,Computer,PLC-ProgrammableLogic Controller,Terminal block,Terminal blocks,Distributor,Distr.,Distr.,Control Cabinet,传统中央控制系统DCS,现场总线控制系统FCS,系统比较,传统控制系统,输入输出

5、系统,系统比较,传统系统,4-20 mA,I.S,I.S.,I.S.,I/O系统,控制器,简单的（4-20 mA）控制回路,PID 控制,温度传感器,控制阀,执行器和定位器,一个简单制程的手动控制,水位,溢流,进口阀,排放阀(固定),最终产品,可视的指示标尺,自动控制的元素,被控条件,被控设备(阀门),制程(水箱),感应器(眼睛),执行器(手臂),控制器(人脑),调节变量,感应器,自动控制系统的部件,制程控制设备和系统元素的典型组成,设定点,控制器,测量设备,被控元件,被控设备,操作变量压缩空气信号(0.2-1.0 bar)电流信号 4-20 mA,测量变量压力/温度等信号,温度/压力/湿度感

6、应器,被控条件,水箱,换热器和杀菌罐等,2 通/3通控制阀,比例(P)比例+积分(P+I)比例+积分+微分(P+I+D),气动/电动/自作用执行器,制程,简 单 的 控 制 术 语,设定值（设定点）：为了达到所需的控制条件,在控制器内所设定的 一个值.被控介质：控制系统所控制的介质，如水箱中的水。被控条件：控制系统中被控介质的物理条件,如压力/温度/液位等.控制值：在稳定情况下,控制系统实际能维持的值.偏差：被控条件的测量值与设定值之间的差值.偏移：持续稳定的偏差.感应器（传感器）：对控制条件直接作出反应的测量元件.控制器：接收来自感应器的信号,然后作出判断,发出一个控制信号给执行器.执行器：

7、接收来自控制器的信号,对被控设备进行调节的元件.如电动/气动执行器。被控设备：在控制系统中最后的控制元件，如控制阀、变频泵.,自 动 控 制 的 基 本 模 式,开 关 控 制 模 式 连 续 控 制 或 调 节 控 制 模 式,温度计,温度计,至制程的热水,蒸汽疏水阀,换热盘管,报警装置,蒸汽,冷水,简单的手动温度控制,水箱加热应用的开/关控制,2通控制阀和电磁阀,温度控制开关(设定60 oC),开/关控制的开关图,设定点 60 oC,T1,T2,T3,开,开,关,关,下开关点 59 oC,上开关点 61 oC,水箱温度,时间,开/关控制的动作方式,上开关点 61 oC,设定点 60 oC,

8、开,水箱温度,T1,T2,T3,开,关,关,下开关点 59 oC,时间,水箱球阀动作和比例作用之间的模拟,球阀50%开度,水箱,B,流出,B,阀 50%开度,阀 V,流入,水箱球阀动作和比例作用之间的模拟,球阀关闭,水箱,A,B,A,B,流入,阀关闭,阀 V,水箱球阀动作和比例作用之间的模拟,球阀全开,水箱,阀开,流出,A,B,C,流入,阀 V,水箱球阀动作和比例作用之间的模拟,球阀,水箱,A,B,C,流出,阀 V,流入,6oC 比例带,制程负载%,控制器 输出%,设定温度 18 oC,实际温度 16.5 oC,50%,75%,50%,75%,50%,75%,控制阀位置%,室内空气温度(oC)

9、和比例带,12oC 比例带,设定温度 18 oC,实际温度 15 oC,控制器 输出%,75%,50%,50%,75%,制程 负载%,控制阀 位置%,75%,50%,室内空气温度(oC)和比例带,PID 计算公式,增量式PID公式：U(n)=Kpe(n)-e(n-1)+Kie(n)+Kde(n)-2e(n-1)+e(n-2),T：计算周期，就是多少时间计算一次U(n)=Kpe(n)-e(n-1)+Kie(n)+Kde(n)-2e(n-1)+e(n-2),单位是秒。P:比例带I：积分时间D：微分时间P、I、D跟kp,ki,kd关系：Kp=100/P,Ki=kp*T/IKd=kp*D/T然后就可以

10、计算U(n)=Kpe(n)-e(n-1)+Kie(n)+Kde(n)-2e(n-1)+e(n-2)e(n),e(n-1),e(n-2)就是历史上的三个设定值跟过程值之间的偏差,比例调节控制,控制器的输出信号U与偏差信号成比例。U=（1/P）X e式中U=输出信号 P=比例带 e=偏差信号实际应用中P通常用它相对于被调量测量仪表的量程的百分数表示。比例调节的特点是有差调节，P越大控制阀动作越慢，阀工作越稳定。反之，P越小控制阀动作越快阀工作越不稳定（振荡激烈）。,比例带,0,50,100,%控制阀行程,信号,积分调节控制,控制器的输出信号的变化速度与偏差信号成正比。dU/dt=S X e 或 U

11、=Se dt式中U=输出信号 S=积分速度 S=1/T,其中T为积分时间 e=偏差信号上式表明控制器的输出与偏差信号的积分成正比。积分调节不能单独动作。,比例积分调节控制,PI调节：利用P调节快速抵消干扰的影响 利用I调节消除残差调节规律：U=1/P X e+1/Tie dt 积分调节的特点是无差调节Ti为积分时间-P不变，Ti减小将使控制系统稳定性降低，调节过程加快。,微分调节控制,控制器的输出信号与偏差信号对于时间的导数成正比 U=S1 X de/dt 式中U=输出信号 S=微分的速度 e=偏差信号微分调节-是根据被调量的变化速度来移动控制阀，赋予了控制器以某种程度的预见性。微分作用也不能

12、单独动作注：在实际应用中压力调节时建议关掉微分 因为对快速控制过程可能会加剧过程的振荡,比例微分调节控制,PD调节规律：U=1/P X e+1/Tde dt Td为微分时间-微分作用的引入使输出的变化提前一段时间发生，这段时间就是微分时间。微分调节也是有差调节。微分调节总是力图抑制被调量的振荡，它有提高系统稳定性的作用。,比例积分微分调节控制,PID调节规律：U=1/P X e+1/Tie dt+1/Tde dt 要求根据实际工况设置PID参数。,比例作用：输出与输入偏差的关系积分作用：输出变化速度与偏差的关系微分作用：输出与偏差变化速度的关系,比例积分微分调节控制之间的关系,P+I 功能,温

13、度,设定值,实际值,重设定/积分功能开始,比例带偏移,原始比例带,时间,控制模式和反应总结,连 续 控 制/调 节 控 制 模 式,比例控制(P)-控制器的输出信号和偏差信号成正比.1)比例带(Pb)-使调节控制阀开度改变100%.即从全开到全闭时所需的被控制变量的变化范围.2)比例控制的特点是有差控制-只有在特定的负载下才能达到精确的控制.积分控制模式-控制器的输出信号的变化速度和偏差信号成正比.1)积分时间-表示积分作用强弱的参数越大,积分功能越弱.2)积分控制是无偏差控制.通常不单独使用,作为比例控制的辅助.微分控制-控制器的输出和被控制变量的偏差的导数成正比.1)微分控制不能单独使用,

14、通常是PD和PID.2)微分时间-表示微分作用强弱的参数越大,微分功能越强.,控制方式的选择,控制方式的选择取决于:过程的动态特性反应类型所需控制的精度,控制反应曲线,温度,期望值,A,B,C,Time,不稳定的振荡,温度,设定点,超出控制,Time,开-关控制的循环反应,温度,设定点,Time,选择控制方式,开关控制 适用于需求侧热容较大而供给侧热容较小比例控制 适用于需求侧热容中等而供给侧热容中等偏小比例+积分控制 适用于需求侧热容较小而供给侧热容相对较大的情况比例+积分+微分控制 适用于需求侧热容较小和供给侧热容很大和负载变化相对较快的情况.,不知道任何过程特性下调节参数,设置比例带(P

15、b)至最大 设置积分时间(Ti)至无穷大 设置微分时间(Td)至0 减小比例带直至出现振荡(可以使用图表记录仪)减小积分时间直至偏移消除,此时可能会出现振荡逐步增大微分时间直至振荡停止重复以上步骤,控制参数调整,在实际调试中，只能先大致设定一个经验值，然后根据调节效果修改。对于温度系统：P（%）20-60，I（分）3-10，D（分）0.5-3 对于流量系统：P（%）40-100，I（分）0.1-1 对于压力系统：P（%）30-70，I（分）0.4-3 对于液位系统：P（%）20-80，I（分）1-5 参数整定找最佳，从小到大顺序查 先是比例后积分，最后再把微分加 曲线振荡很频繁，比例度盘要放大 曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳 曲线偏离回复慢，积分时间往下降 曲线波动周期长，积分时间再加长 曲线振荡频率快，先把微分降下来 动差大来波动慢。微分时间应加长 理想曲线两个波，前高后低4比1 一看二调多分析，调节质量不会低,答疑解惑,