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过程控制单回路系统各部分的选择施尚英黄世瑜(四川职业技术学院 电子工程学院四川遂宁)摘要:单回路控制系统是过程控制最基本、最简单的模型.新学员在学习过程控制中对每一个组成部分的正反控制作用的确定特别容易出错.本文通过温度控制、液位控制、压力控制、流量控制的每一个控制系统各个模块正反作用的选择进行深入浅出的介绍.得到一个可以用在任何单回路控制系统的综合结论.关键词:温控系统液位控制压力控制流量控制中图分类号:文献标志码:文章编号:()收稿日期:作者简介:施尚英()女四川简阳人副教授硕士研究方向为自动电气化研究方向黄世瑜()男四川广安人教授硕士研究方向为电子技术研究方向.():.:简单控制回路的组成一般由一个被控对象、一个检测变送机构、一个控制器、一个执行器组成.其组成框图如图 所示.其中被控对象是过程控制的装置或设备.检测变送机构是把系统的输出变量按照比例转换成标准的电信号.控制器是根据设定值大小和检测信号比较求出偏差大小按照某一设定的控制规律去控制执行器的开度.执行器通常是控制阀执行器根据控制器送出信号的大小和方向控制阀体的开度从而让被控对象按照设定值的数据输出使过程控制系统满足控制的工艺要求.针对不同的系统各个组成部分的选择对控制工艺的影响不同.下面根据不同的系统来分析每一部分的控制规律及正反控制作用.图 单回路控制系统组成框图温控系统换热器的温度控制系统如图 所示其工艺要求是出口处的温度稳定温度不能过高如果温度过高换热器内的物料容易受热分解.根据工艺要求确定换热器温度控制系统的各个组成部分的正反作用来满足其工艺的要求.第 卷第 期四川职业技术学院学报 年.图 加热炉温度控制工艺流程图根据图 的工艺流程图我们先提取出加热炉的组成方框图.首先加热炉温度控制的对象是换热器换热器的输出变量是换热器的出口温度换热器的操纵变量是蒸汽.以图 所示操纵变量和输出变量的变换趋势为依据确定对象的正反作用当进入到换热器的蒸汽越多其温度就越高变化趋势相同对象为正作用用“”表示在组成方框图中.检测变送机构就是温度的检测与变送没有特殊说明的情况下这个部分均只能给正作用用“”表示在换热器的组成方框图中.根据给出的工艺要求出口处的温度稳定温度不能过高如果温度过高换热器内的物料容易受热分解.采用气动执行器时没有气源的时候控制阀必须关闭热的蒸汽才不能进入到换热器里面换热器里面的物料就不会受热分解选择气开式的执行机构.根据规定气开式的执行机构是正的作用气关式的执行机构是反作用所以执行器的正反作用就确定下来是正作用用“”表示在换热器的组成方框图中.为了换热器的温度控制系统的稳定性整个闭环控制系统必须是负反馈的控制.所以控制器的控制规律是反作用用“”换 热 器 的 组 成 方 框 图 中 如 图 所示.图 加热炉温度控制方框图根据图 的工艺流程图我们先提取出加热炉的组成方框图.首先输出变量是换热器的出口温度.根据定义加热炉温度控制系统的对象就是换热器.以图 所示操纵变量和输出变量的变换趋势为依据确定对象的正反作用当进入到换热器的冷流体越多其换热器出口温度就越低变化趋势相反所以对象为反作用用“”表示在组成方框图中.检测变送机构就是温度的检测与变送没有特殊说明的情况下这个部分均只能给正作用用“”表示在换热器的组成方框图中.根据给出的工艺要求出口处的温度稳定温度不能过高如果温度过高换热器内的物料容易受热分解.如果采用气动执行器没有气源的时候控制阀必须打开冷流体才能进入到换热器里面换热器里面的物料就不会受热分解选择气关式的执行机构执行器的正反作用就确定下来是反作用用“”表示在换热器的组成方框图中.为了保证换热器温度控制系统的稳定性整个闭环控制系统必须是负反馈的控制.因此控制器的控制规律是反作用用“”换热器的组成方框图中如图 所示.图 加热炉的温度控制工艺流程图图 加热炉温度控制方框图针对相同的安全工艺要求图、图 均要求换热器的出口温度不能过高否则会引起安全隐患.不同的操作变量图 操作变量是热的蒸汽图 操作变量是冷流体.过程控制组成框图中各个部分的正、反作用不一样才能达到相同的工艺安全生产的控制要求如图、图 所示.液位控制储液槽液位控制系统如图 所示.控制储液槽输出的流量使储液槽液位保持在一定的高度为了安全起见储液槽液体严禁溢出.根据工艺要求确定这个液位控制单回路的各个组成部分的正反作用来满足其工艺的要求.施尚英黄世瑜过程控制单回路系统各部分的选择图 储液槽液位控制工艺流程图根据图 的工艺流程图我们先提取出储液槽液位控制系统的组成方框图.首先根据定义储液槽液位控制系统的对象就是储液槽输出变量是储液槽的液位高度操纵变量是流出储液槽的流体流量.以图 所示的操纵变量和输出变量的变换趋势为依据确定对象(储液槽)的正反作用当储液槽中流体的流出量越多其液位高度就越低一多一低变化趋势相反所以对象为反作用用“”表示在组成方框图中.检测变送机构就是液位的检测与变送没有特殊说明这个部分都是只能给正作用用“”表示在储液槽液位控制系统的组成方框图中.根据给出的工艺要求使储液槽液位稳定储液槽液位保持在一定的高度为了安全起见储液槽液体严禁溢出.如果采用气动执行器没有气源的时候控制阀必须打开储液槽里的液体随控制阀打开往外流动储液槽液体永远不会溢出选择气关式的执行机构所以执行器的正反作用就确定下来是反作用用“”表示在储液槽液位控制的组成方框图中.为了保证储液槽液位控制系统的液位控制稳定性整个闭环控制系统必须是负反馈的控制.因此控制器的控制规律是反作用用“”表示在储液槽液位控制的组成方框图中如图 所示.图 液位控制系统方框图根据图 的工艺流程图我们先提取出储液槽液位控制系统的组成方框图.首先根据定义储液槽液位控制系统的对象就是储液槽输出变量是储液槽液位控制系统的液位高度操纵变量是流入储液槽的流体流量.以图 所示的操纵变量和输出变量的变换趋势为依据确定储液槽的正反作用当储液槽中流体的流入量越多其液位高度就越高一多一高变化趋势相同所以对象为正作用用“”表示在储液槽液位控制系统组成方块图中.检测变送机构就是液位的检测与变送没有特殊说明这个部分都是只能给正作用用“”表示在储液槽液位控制系统的组成方框图中.根据给出的工艺要求使储液槽液体稳定储液槽液位保持在一定的高度为了安全起见储液槽液体严格禁止溢出.如果采用气动执行器没有气源的时候控制阀必须关闭储液槽里的液位随控制阀关闭停止往储液槽里面注入流体储液槽液体永远不会溢出选择气开式的执行机构所以执行器的正反作用就确定下来是正作用用“”表示在储液槽液位控制的组成方框图中.为了保证储液槽液位控制系统的液位控制的稳定性整个闭环控制系统必须是负反馈的控制.因此控制器的控制规律是反作用用“”表示在储液槽液位控制的组成方框图中如图 所示.图 储液槽液位控制工艺流程图图 液位控制系统方框图压力控制离心泵压力控制系统如图 所示.控制管道中的压力使其保持在一定的压力值范围内为了安全起见不能让管道中的压力过大压力过第 卷第 期四川职业技术学院学报 年.大容易撑破管道破坏生产的安全进行.根据工艺要求确定这个压力控制单回路的各个组成部分的正反作用来满足其工艺的要求.图 离心泵压力控制工艺流程图根据图 的工艺流程图我们先提取出离心泵压力控制系统的组成方框图.首先根据定义离心泵压力控制系统的对象就是离心泵.输出变量是离心泵压力控制系统的管道压力操纵变量是进入离心泵的空气.以图 所示的操纵变量和输出变量的变换趋势为依据确定离心泵的正反作用当离心泵转动越快密闭管道的压力就越高一快一高变化趋势相同所以对象为正作用用“”表示在离心泵压力控制系统组成方框图中.检测变送机构就是压力的检测与变送如果没有特殊说明这个部分均只能给正作用用“”表示在离心泵压力控制系统的组成方框图中.根据给出的工艺要求使管道中压力稳定离心泵压力保持在稳定的数值为了安全起见不能让管道中的压力过大压力过大容易撑破管道破坏生产的安全进行.如果采用气动执行器没有气源的时候控制阀必须关闭管道中的流体停止注入管道中的压力就不会过大保证生产的安全进行选择气开式的执行机构所以执行器的正反作用就确定下来是正作用用“”表示在离心泵压力控制系统的组成方框图中.为了离心泵压力控制系统的压力控制的稳定性整个闭环控制系统必须是负反馈的控制.因此控制器的控制规律是反作用用“”表示在离心泵压力控制的组成方框图中如图 所示.图 离心泵压力控制原理方框图离心泵压力控制系统如图 所示.控制管道中的压力使其保持在一定的压力值为了安全起见管道中压力不能过小压力过小管道中的流体容易被堵住破坏生产的安全进行.根据工艺要求确定这个压力控制单回路的各个组成部分的正反作用来满足其控制的要求.根据图 的工艺流程图我们先提取出离心泵压力控制系统的组成方框图.首先输出变量是离心泵压力控制系统的管道压力.根据定义离心泵压力控制系统的对象就是离心泵.以图 所示的操纵变量和输出变量的变换趋势为依据确定对象(离心泵)的正反作用当离心泵转动越快密闭管道的压力就越高一快一高变化趋势相同所以对象为正作用用“”表示在离心泵压力控制系统组成方框图中.检测变送机构就是压力的检测与变送没有特殊说明这个部分均只能给正作用用“”表示在离心泵压力控制系统的组成方框图中.根据给出的工艺要求使管道中压力稳定离心泵压力保持在稳定的数值为了安全起见不能让管道中的压力过小压力过小容易把管道堵住破坏生产的安全进行.如果采用气动执行器没有气源的时候控制阀必须打开管道中的流体继续注入管道中的压力就不会过小从而保证生产的安全进行选择气关式的执行机构所以执行器的正反作用就确定下来是反作用用“”表示在离心泵压力控制系统的组成方框图中.为了离心泵压力控制系统的压力控制的稳定性整个闭环控制系统必须是负反馈的控制.因此控制器的控制规律是正作用用“”表示在离心泵压力控制的组成方框图中如图 所示.图 离心泵压力控制原理方框图离心泵流量控制系统如图 所示.控制管道中的流量使其保持一定为了安全起见不能让管道中的流量过大流量过大容易撑破管道破坏安全生产.根据工艺要求确定这个流量控制单回路的各个组成部分的正反作用来满足其工艺的要求.施尚英黄世瑜过程控制单回路系统各部分的选择图 离心泵流量控制工艺流程图根据图 的工艺流程图我们先提取出离心泵流量控制系统的组成方框图.首先输出变量是离心泵压力控制系统的管道流量.根据定义离心泵流量控制系统的对象就是离心泵.以图 所示的操纵变量和输出变量的变换趋势为依据确定对象(离心泵)的正反作用当离心泵转动越快密闭管道的输出流量就越高一快一高变化趋势相同所以对象为正作用用“”表示在离心泵流量控制系统组成方框图中.检测变送机构就是流量的检测与变送没有特殊说明这个部分均只能给正作用用“”表示在离心泵流量控制系统的组成方框图中.根据给出的工艺要求使管道中流量稳定离心泵流量保持在一稳定的数值为了安全起见不能让管道中的流量过大流量过大容易撑破管道破坏生产的安全进行.如果采用气动执行器没有气源的时候控制阀必须关闭管道中的流体停止流动管道中的流量就不会过大保证生产安全进行选择气开式的执行机构所以执行器的正反作用就确定下来是正作用用“”表示在离心泵流量控制系统的组成方框图中.为了保证离心泵流量控制系统的流量控制稳定性整个闭环控制系统必须是负反馈的控制.因此控制器的控制规律是反作用用“”表示在离心泵流量控制的组成方框图中如图 所示.图 离心泵流量控制方框图结论过程控制系统的温度、流量、液位、压力等简单回路控制系统的各个部分的正反作用选择依据如下:首先是对象的确定在不同物理量的简单回路控制系统中先看操纵变量对对象的影响如果变化的趋势相同就是正作用的对象特点.反之如果变化的趋势相反就是反作用的对象特点.其次是确定检测变送机构的控制作用这个没有特殊说明根据传感器的定义和特点检测变送机构的控制作用都是正作用.再次是确定执行机构的正反控制作用都以气动执行机构为例主要根据生产现场工艺安全条件来确定正反控制作用.当出现起动执行机构的气源消失或是停电等紧急情况必须保证生产的人和设备的安全作出气开(正作用执行器)、气关(反作用执行器)选择.最后是控制器的控制规律的正反作用选择.前面的三个部分分别是对象、检测变送器、执行器.要保障过程控制系统的稳定性这个性能是自动化控制系统最基本的性能要求.所以闭环控制系统必须是负反馈.换言之对象、检测变送机构、执行机构、控制器四个部分的乘积等于负值才能保证系统稳定运行.系统的稳定性也是过程控制系统最基本的控制要求.根据这个结论来确定任何简单回路的过程控制系统的各组成部分的正反作用均简单易行对于初学者也会很快上手.这个结论也适用于任何单回路系统控制具有普遍性.参考文献:王爱广黎洪坤.过程控制技术.北京:化学工业学出版社:.孔凡才陈渝先.自动控制原理与系统.版.北京:机械工业出版社:.倪志莲龚素文.过程控制技术与自动化仪表.版.北京:机械业学出版社:.周小凤.自动化仪表与过程控制.西安:西安电子科技大学出版社:.黄世瑜施尚英.论单回路过程控制系统的模块选择.科学与财富():.黄世瑜施尚英.论过程控制系统中执行器的选择.计算机产品与流通:.责任编辑:蒋雪第 卷第 期四川职业技术学院学报 年.