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1、仪表与自动化,项目三,简单控制系统集成与调试,图3-1 锅炉汽包液位人工控制,解决这个问题最简单的办法是：以锅炉汽包液位H为控制指标，以改变给水阀门的开度（即给水流量F）为操纵变量，维持汽包液位恒定。当锅炉汽包液位上升时，将给水阀门开度减小，液位上升越多，给水阀门开度小；反之，当锅炉汽包液位下降时，将给水阀门开度增大，液位下降越多，给水阀门开度越大。上述控制过程由人工操作被称为“人工控制”，完成步骤如下： 1检测变送： 用（眼睛）将变量汽包液位H测量后送给控制器（大脑）。2分析判断：控制器（大脑）分析判断决策后发出控制命令给执行器（手）。3执行 ： 执行器（手）动作最终使液位保持在设定的标准值
2、上。,图3-2 锅炉汽包液位自动控制,图3-3 自动控制系统方框图,（五）自动控制系统的性能指标 1稳定性 所谓稳定性，是指系统在受到外来扰动或设定值发生变化时，被控变量会偏离原来的稳定值后，借助内部反馈系统的自动调节，系统可能回到或接近原来的稳定值或跟随设定值稳定的特性。2准确性 当控制系统受到扰动作用时，被控变量的稳定值与设定值之间保持的程度。3快速性 系统的输入对输出作用的响应程度。4主要性能指标（1）最大偏差A（或超调量B） （2）衰减比 n（3）上升时间、峰值时间和过渡时间（4）振荡周期（5）余差,（1）比例（P）控制比例调节器的输出信号（指变化量）与输入偏差信号（假如设定值不变，偏
3、差变化量就是输入变化量）之间成比例关系 1）比例控制规律及时有力，但有余差存在；2）比例度与比例放大倍数是倒数关系。越小（Kp越大），比例控制作用就越强，调节及时，但系统稳定性变差，由于比例度不可能为零（即KP不可能为无穷大），所以，余差就不会为零。因此，也常常把比例控制作用叫“有差调节”。比例度太大，控制作用就越弱，系统稳定性变好，但余差变大，控制质量差。3）单纯的比例控制适用于扰动不大，滞后较小，负荷变化小，要求不高，允许有一定余差存在的场合。比例控制规律更多是与其他控制规律组合使用。,2常用PID调节器 （1）电动模拟调节器 （2）数字(智能)调节器,3）控制阀的作用方向：调节阀的正、反
4、作用方向取决于是气开阀还是气关阀。控制阀的输入信号是调节器的输出信号，控制阀的输出信号是操纵变量。当调节器的输出增加时，气开阀的开度增加，操纵变量增加。因此气开阀为正作用方向；当调节器的输出增加时，气关阀的开度减小，操纵变量减小，所以，气关阀是反作用方向。4）调节器的作用方向：调节器的作用方向选择，必须使控制回路各环节的总作用方向为“反”作用，在控制回路中构成负反馈，以满足自动控制系统的要求。在简单控制系统中，调节器是最后确定其正、反作用方向的环节，可以采用符号法“三正必有一反（负）或一正必有三反(负)”；也可以采用假设选择某种作用反向，然后进行分析，看能否实现负反馈的控制过程，能实现则说明选
5、择对了，反之则必须重新选择另一种作用反向。,由教师（代表管理方）对学生（员工）根据实训现场（或校外实训基地）的生产设备，进行工作任务的布置与分配，明确“简单控制系统集成与调试”项目训练的目的、要求及内容，派发任务单。,表3-1 任务单,组别： 组员： 项目负责人：,3-30 热水锅炉工艺示意图,具体完成： a.被控变量、操纵变量、执行器的择； b.扰动与变量之间关系分析； c.画出带控制点的工艺流程图； d.选择控制规律。,（1）实训仪表及工具：减压阀2个、压力表1个、气动定值器1个、单管压力计1个、高压阀1个、电动差压变送器1个、毫安表1只、电阻箱1个、直流电源1个、气源1个、管件若干。（2
6、）按照图3-31所示，进行系统安装，先将差压变送器固定好后，再按图连接好电气线路，气源经减压阀、气动定值器提供差压变送器正压室的气压信号，即作为差压信号输入（因为负压室放空）。调整气动定值器，观察标准压力表，可得输入差压信号的大小。 （3）按照工作任务要求，通过各部件的调整，使输出电流表的指示值与标准值相比较而得到的误差控制在一定的范围内，使各项技术指标都满足差压变送器铭牌要求进行精度校验。,图3-31 差压变送器实训接线图 1减压阀； 2压力表； 3气动定值器； 4单管压力计； 5减压阀； 6高压阀； 7平衡阀； 8差压变送器； 9 0.2级直流毫安表； 10电阻箱（变送器负载为350欧姆）
7、；1124V DC电源箱,c.精度检验将差压测量范围平均分成5个测量点进行校验。其方法是：从0开始，改变定值器逐渐加压增至1250Pa、2500Pa、3750Pa、5000Pa，分别读取正行程时对应输出电流值，然后依次减小压力，读取反行程时对应的输出电流值，并根据测量数据算出基本误差和变差，从而确定仪表的精度。如果基本误差和变差不符合要求，要反复调整零位和量程直到满足要求为止。如果线性误差太大，应调整相应的装置。,具体步骤：以图3-30所示锅炉对象组成“液位控制系统”。（1）选择汽包水位H作为被控变量Y；（2）给水流量F作为操纵变量；分析对象“作用方向”；当水流量F增加时，由于汽包水位H（被控
8、变量Y），因此，对象作用方向为“正”。（3）变送器作用方向为“正”；（4）从安全角度显然选择“气关阀”作为系统执行器比较安全，因为在任何情况下，都可以保证汽包内有水，调节阀作用方向定为“反”。,1A组项目（课内项目）完成情况考核评分表：,2B组项目（自选项目）完成情况考核评分表：,3图3-34所示为一个水箱水位控制系统。试说明系统的工作原理,画出相应的方框图，并指出该系统的被控对象、被控变量、操纵变量、扰动量和测量仪表各是什么？当水位升高时，请说明系统的控制过程。,图3-34 水位控制系统原理图,7. 某反应器工艺规定操作温度为90010，考虑安全因素，控制过程中温度偏离设定值最大不得超过30。现设计运行的温度定值控制系统，在最大干扰作用下的过渡过程曲线如图3-35所示。试求该控制系统的过渡过程品质指标的最大偏差、超调量、余差、衰减比和振荡周期各是多少？并问该控制系统是否满足题中所给的工艺要求？,图3-35 过渡过程曲线,12. 如图3-36所示的液位测量系统，当用密度为1200kg/m3的封液进行隔离时，试求差压变送器的量程和零点迁移量，并说明迁移方向。已知=1100kg/m3，=1.6m，=1.2m，=3m。,图3-36 液位测量系统,
