第五节控制系统的投运及操作中的常见问题3.检查控制器的正、反作用及控制阀的气开、气关型式自动控制系统是具有被控变量负反
馈的闭环系统。被控变量偏高，控制作用使之降低；被控变量偏低，控制作用使之升高。总之，控制作用是克服干扰使被控变量回到给定值。方向
问题控制系统各环节的方向32所谓方向，就是输入变化时，输出变化的方向。输入↑，输出↑正作用输入↑，输出↓
反作用5图3-3简单控制系统的方块图第五节控制系统的投运及操作中的常见问题3.检查控制器的正、反作用及控制阀
的气开、气关型式1.控制器的方向32被控变量↑，控制器的输出↑“正作用”方向被控变量↑，控制器的输出↓
“反作用”方向2.变送器的方向作用方向一般都是“正”的。被控变量增加时，其输出信号也相应的增加。第
五节控制系统的投运及操作中的常见问题3.检查控制器的正、反作用及控制阀的气开、气关型式3.控制阀的方向32取决于气开、
气关形式。气开阀：控制器的输出信号↑，阀门开度↑“正”方向气关阀：控制器的输出信号↑，阀门开度↓“反”
方向选择：生产安全第五节控制系统的投运及操作中的常见问题3.检查控制器的正、反作用及控制阀的气开、气关型式4.被控对象
的方向32随具体对象的不同各不相同。控制阀的开度（操纵变量）↑，被控变量↑“正”方向控制阀的开度（操纵变量）↑
，被控变量↓“反”方向第五节控制系统的投运及操作中的常见问题3.检查控制器的正、反作用及控制阀的气开、气关型式
控制系统方向的确定：32在一个安装好的控制系统中，被控对象和变送器的方向一般都是确定的。判定控制阀的方向从工艺的安全角度出
发选定控制系统投运前，主要是选择控制器的方向：使控制系统是负反馈。控制系统各个环节总的方向为“反”，即各环节的
方向相乘为”负“第五节控制系统的投运及操作中的常见问题3.检查控制器的正、反作用及控制阀的气开、气关型式控制
器的方向确定好后，通过改变控制器上的正反作用开关来选择。正作用？反作用？图3-14控制器正、反作用开关示意图32第五
节控制系统的投运及操作中的常见问题举例液位控制系统图3-16液位控制控制阀采用了气开阀,在一旦停止供气时,阀
门自动关闭,以免物料全部流走,故控制阀是“正”方向。当控制阀打开时,液位是下降的,所以对象的作用方向是“反”的。变送器为“正”方向
。这时控制器的作用方向必须为“正”才行。34第五节控制系统的投运及操作中的常见问题举例加热炉出口温度控制系统图3-1
5加热炉出口温度控制为了在控制阀气源突然断气时,炉温不继续升高,采用了气开阀(停气时关闭),是“正”方向。炉温是
随燃料的增多而升高的,以炉子也是“正”方向作用的。变送器是随炉温升高,输出增大,也是“正”方向。所以控制器必须为“反方向”,才能当
炉温升高时,使阀门关小,炉温下降。33第五节控制系统的投运及操作中的常见问题一种是先用人工操作旁路阀,然后过渡到控制阀
手动遥控;另一种是一开始就用手动遥控。开车时的两种操作步骤：36第五节控制系统的投运及操作中的常见问题4.控制阀
的投运图3-17控制阀安装示意图1—上游阀；2—下游阀；3—旁路阀；4—控制阀35第五节控制系统的投运及操作中的常见
问题5.控制器的手动和自动的切换通过手动遥控控制阀,使工况趋于稳定以后,控制器就可以由手动切换到自动,实现自动操作。
要求：平稳、迅速，实现无扰动切换。39第五节控制系统的投运及操作中的常见问题6.控制器参数的整定不管
采用哪种方法进行整定,所得到的自动控制系统,在正常工况下,由于经常受到各种扰动,被控变量不可能总是稳定在一个数值上长期不变。
如果出现记录曲线是一条直线或一个圆,就要检查一下测量记录仪表有否故障,灵敏度是否足够等。401.操作变量的选择时注意,操
作变量应该是()。A、可控的B、可测的C、相关的答案：2.控制系统中被控变量的选择有两种途径,其中以工艺指标(如压力
.流量.液位.温度.成分等)为被控变量的是()。A、直接参数指标控制B、相关参数指标控制C、间接参数指标控制答案：3
.简单控制系统中调节器环节作用方向确定的方法:正作用是()。A、被测变量增加其输出值减少B、被测信号增加其输出信号也增加C
、被测变量减少其输出值也增加答案：AAB4.简单控制系统中调节对象环节作用方向确定的方法,正作用是()。A、操纵
变量增加被控变量增加B、被测信号增加其输出信号也增加C、被测信号增加被测变量也增加答案：5.对比值控制系统进行整定时,应
将积分时间放置最大,将比例度()调整,直到系统处于临界过程为止。A、由小到大B、适当数值C、由大到小答案：AC
1.简单控制系统投运时调节阀投运有两种含义,一种是先人工操作旁路阀,然后过渡到调节阀,再手动到自动。另一种是直接操作调节阀的手动
-自动。答案：2.在自动控制系统中,规定调节器的输出信号随着测量值的增加而增加,为正作用,反之为反作用。答案：对对
化工仪表及自动化第三章简单控制系统第一节概述3简单控制系统通常是指由一个测量元件、变送器、一个控制器、
一个控制阀和一个对象所构成的单闭环控制系统。图3-1液位控制系统图3-2温度控制系统第一节概述5图3-3简单控制
系统的方块图从图中可知简单控制系统由四个基本环节组成，即被控对象、测量变送装置、控制器和执行器。第二节被控变量的选择
6生产过程中希望借助自动控制保持恒定值（或按一定规律变化）的变量称为被控变量。被控变量的界定-“关键变量”
它们对产品的产量、质量以及安全具有决定性的作用，而人工操作又难以满足要求的；人工操作虽然可以满足要求，但是，这种操作是既紧
张而又频繁的。第二节被控变量的选择被控变量的分类（按照与生产过程的关系）直接指标控制：被控变量本身就是需要控制的工艺指标（
如温度、压力、物位、流量等）。间接指标控制：工艺要求按质量指标进行操作时，有时缺乏各种合适的获取质量指标的工具，或虽然能测量，但
信号很微弱或滞后很大，这时可选取与质量指标有单值对应关系且反应又快的参数（如温度、压力等）为间接指标控制。7第二节被控变量的
选择8图3-4精馏过程示意图1—精馏塔；2—蒸汽加热器图3-5苯-甲苯溶液的T-x图图3-6苯-甲苯溶液的p-x图
举例第二节被控变量的选择从工艺合理性考虑，常常选择温度作为被控变量。原因在精馏塔操作中，压力往往需要固定。只有将塔操
作在规定的压力下，才易于保证塔的分离纯度，保证塔的效率和经济性。在塔压固定的情况下，精馏塔各层塔板上的压力基本上是不变的，这
样各层塔板上的温度与组分之间就有一定的单值对应关系。所选变量有足够的灵敏度。9第二节被控变量的选择10选择被控变量
的原则①被控变量应能代表一定的工艺操作指标或能反映工艺操作状态，一般是工艺过程中较重要的变量。②被控变量在工艺操作过程中
经常要受到一些干扰影响而变化。为维持其恒定，需要较频繁的调节。③尽量采用直接指标作为被控变量。当无法获得直接指标信号，或其测
量和变送信号滞后很大时，可选择与直接指标有单值对应关系的间接指标作为被控变量。第二节被控变量的选择④被控变量应能被测量出
来，并具有足够大的灵敏度。⑤选择被控变量时，必须考虑工艺合理性和国内仪表产品现状。⑥被控变量应是独立可控的。11第
三节操纵变量的选择12在自动控制系统中，把用来克服干扰对被控变量的影响，实现控制作用的变量称为操纵变量。最常见
的操纵变量是介质的流量。被控变量确定后，找出被控的影响因素：可控的不可控的通过工艺分析分为第三节操纵变量的选择12
原则上，应将对被控变量影响较显著的可控因素作为操作变量。操作变量系统的干扰被控变量影响因素确定第三节操纵变量的选择
13图3-7精馏塔流程图如果根据工艺要求，选择提馏段某块塔板（一般为灵敏板）的温度作为被控变量。举例
第三节操纵变量的选择15图3-9干扰通道与控制通道示意图干扰变量由干扰通道施加在对象上，起着破坏作用，使被控变量偏离给
定值；操纵变量由控制通道施加到对象上，使被控变量回复到给定值，起着校正作用。第三节操纵变量的选择16操纵变量的选择原
则①操纵变量应是可控的，即工艺上允许调节的变量。②操纵变量一般应比其他干扰对被控变量的影响更加灵敏。③在选择操纵变量
时，除了从自动化角度考虑外，还要考虑工艺的合理性与生产的经济性。第三节操纵变量的选择影响提馏段灵敏板温度T灵的因素主要有：
进料的流量（Q入）、成分（x入）、温度（T入）、回流的流量（Q回）、回流液温度（T回）、加热蒸汽流量（Q蒸）、冷凝器冷却温度及塔
压等等。通过工艺分析，选择蒸汽流量作为操纵变量。14图3-8影响提馏段温度各种因素示意图第四节控制器控制规律的原则
及参数整定一、控制规律的选择目前工业上常用的控制器主要有三种控制规律:比例控制规律P、比例积分控制规律PI和比例积分微分控制
规律PID。17第四节控制器控制规律的原则及参数整定特点适用于比例控制器控制器的输出与偏差成比例,阀门位置与偏差之
间有一一对应关系。当负荷变化时,比例控制器克服干扰能力强,过渡过程时间短。纯比例控制器在过渡过程终了时存在余差。调节通道滞后较
小、负荷变化不大、工艺上没有提出无差要求的系统。比例积分控制器积分作用使控制器输出与偏差的积分成比例,过渡过程结束时无余差
。但使稳定性降低。调节通道滞后较小、负荷变化不大、工艺参数不允许有余差的系统。比例积分微分控制器微分作用使控制器的输出与
偏差变化速度成比例。它对克服容量滞后有显著效果。在比例的基础上加上微分作用能提高稳定性,再加上积分作用可以消除余差。容量滞后较
大、负荷变化大、控制质量要求较高的系统三种控制器性能比较表18第四节控制器控制规律的原则及参数整定1.临界比例度法1
9二、控制器参数的工程整定按照已定的控制方案，求取使控制质量最好的控制器参数值。即确定最合适的控制器比例度δ、积分
时间TI和微分时间TD。方法理论计算的方法和工程整定法。几种常用的工程整定法先通过试验得到临界比例度δk和临
界周期Tk，然后根据经验总结出来的关系求出控制器各参数值。图3-11比例度对过渡过程的影响具体做法：在闭环控制系
统中，先将控制器变为纯比例控制，在干扰作用下，由大到小逐渐改变比例度，直到产生等幅振荡。即临界比例度δk，周期为临界周期Tk。第
四节控制器控制规律的原则及参数整定20图3-10临界振荡过程控制作用比例度/%积分时间TI/min微分时间TD/m
in比例比例+积分比例+微分比例+积分+微分2δk2.2δk1.8δk1.7δk0.85Tk0.5Tk
0.1Tk0.125Tk表3-2临界比例度法参数计算公式表特点比较简单方便，容易掌握和判断，适用于一般的控制系统。
对于临界比例度很小的系统不适用。对于工艺上不允许产生等幅振荡的系统本方法亦不适用。第四节控制器控制规律的原则及参数
整定21通过使系统产生衰减振荡来整定控制器的参数值。图3-114∶1和10∶1衰减振荡过程控制作用δ/%TI/min
TD/min比例δs比例+积分1.2δs0.5TS比例+积分+微分0.8δs0.3TS0.1TS控制作用
δ/%TI/minTD/min比例δs′比例+积分1.2δs′2T升比例+积分+微分0.8δs′1.2
T升0.4T升表3-34∶1衰减曲线法控制器参数计算表表3-410∶1衰减曲线法控制器参数计算表2.衰减曲线法第四节
控制器控制规律的原则及参数整定在闭环的控制系统中，先将控制器变为纯比例作用，并将比例度预置在较大的数值上。
在达到稳定后，用改变给定值的办法加入阶跃干扰，观察被控变量记录曲线的衰减比，然后从大到小改变比例度，直至出现4∶1或10∶1衰减
比为止。通过比例度δs和衰减周期TS,得到控制器的参数整定值。222.衰减曲线法通过使系统产生衰减振荡来整定控制器的参数值
。图3-114∶1和10∶1衰减振荡过程第四节控制器控制规律的原则及参数整定23（1）加的干扰幅值不能太大，要根据生产
操作要求来定，一般为额定值的5％左右，也有例外的情况。（2）必须在工艺参数稳定情况下才能施加干扰，否则得不到正确的δS、TS或
δS′和T升值。（3）对于反应快的系统，如流量、管道压力和小容量的液位控制等，要在记录曲线上严格得到4∶1衰减曲线比较困难。一般
以被控变量来回波动两次达到稳定，就可以近似地认为达到4∶1衰减过程了。注意！第四节控制器控制规律的原则及参数整定
根据经验先将控制器参数放在一个数值上，直接在闭环的控制系统中，通过改变给定值施加干扰，在记录仪上观察过渡过程曲线，运用
δ、TI、TD对过渡过程的影响为指导，按照规定顺序，对比例度δ、积分时间TI和微分时间TD逐个整定，直到获得满意的过渡过程为止。
243.经验凑试法第四节控制器控制规律的原则及参数整定25控制变量特点δ/%TI/minTD/min流
量对象时间常数小，参数有波动，δ要大；TI要短；不用微分40～1000.3～1温度对象容量滞后较大，即参
数受干扰候变化迟缓；δ应小；TI要长；一般需加微分20～603～100.5～3压力对象的容量滞后一般，不算大
，一般不加微分30～700.4～3液位对象时间常数范围较大。要求不高时，δ可在一定范围内选取，一般不用微分20～
80表3-5各类控制系统中控制器参数经验数据表第四节控制器控制规律的原则及参数整定整定的步骤（1）先用纯比例作用进行凑
试，待过渡过程已基本稳定并符合要求后，再加积分作用消除余差，最后加入微分作用是为了提高控制质量。关键看曲线，调参数。26
第四节控制器控制规律的原则及参数整定28（2）先按表7-4中给出的范围把TI定下来，如要引入微分作用，可取TD＝(1/3～1
/4)TI，然后对δ进行凑试，凑试步骤与前一种方法相同。特点方法简单，适用于各种控制系统。特别是外界干扰作用频繁，记录曲线不规则的控制系统，采用此法最为合适。此法主要是靠经验，在缺乏实际经验或过渡过程本身较慢时，往往较为费时。第四节控制器控制规律的原则及参数整定对于同一个系统，不同的人采用经验凑试法整定，可能得出不同的参数值。在一个自动控制系统投运时，控制器的参数必须整定，才能获得满意的控制质量。同时，在生产进行的过程中，如果工艺操作条件改变，或负荷有很大变化，被控对象的特性就要改变，因此，控制器的参数必须重新整定。注意！29第五节控制系统的投运及操作中的常见问题一、控制系统的投运1.准备工作对于工艺人员与仪表人员来说……对于仪表人员来说……要重视！30第五节控制系统的投运及操作中的常见问题2.仪表检查投运前要在现场校验仪表一次,确认正常后可考虑投运。对于控制记录仪表,除了要观察测量指示是否正常外,还特别要对控制器控制点进行复校。31 |
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