1、自动调节基本知识 徐海娟 生产过程自动化可以提高机组运行的安全可靠和经济性，减少运行人员，提高劳动效率，使得运行人员从繁忙的体力劳动和紧张的精神负担重解脱出来。生产过程自动化的主要内容包括自动检测、自动控制、顺序控制、自动保护四个方面。一、基本概念 1、自动检测。利用检测仪表自动地检测和测量反应生产过程运行情况的各种物理量、化学量以及生产设备的工作状态，以监视生产过程的进行情况和趋势，称为自动检测。2、自动控制。利用控制装置自动地维持生产过程在规定工况下进行，称为自动控制。自动控制的目的就是为了使得表征生产过程的一些物理量保持在规定的数值上。3、顺序控制。被控对象按时间、条件或顺序有条不紊地、
2、有步骤地自动进行一系列操作，主要用于机组启停、运行和事故处理。4、自动保护。设备运行异常或参数超限，及时发出报警并进行必要的动作。二、自动调节常用术语 1、自动控制系统。由起控制作用的自动控制装置和控制器控制的生产设备（被控对象），通过信号的传递、联系所构成的。简而言之，被控对象和控制器通过信号的传递，相互联系组成控制系统。2、被控对象。控制的生产过程或工艺设备称为被控对象。3、偏差。调节参数的实际数值同给定值之间的差值，叫做偏差。4、控制量。被控对象中需要加以控制的物理量叫控制量或控制参数。5、给定值。根据生产要求，规定控制量应达到并保持的数值，叫做控制量的给定值。6、输入量。输入到控制系统
3、中并对控制参数产生影响的信号（包括给定值和扰动）。7、扰动。引起控制量变化的各种因素称为扰动。有内扰、外扰、阶跃扰动。8、反馈。把输出量的全部或部分信号送到输入端输入称为反馈。包括正反馈和负反馈。9、开环与闭环。输出量和输入量之间存在反馈回路的系统称为闭环系统，反之称为开环系统。10、控制器。用于控制系统的控制装置称为控制器。11、执行机构。接收控制器输出信号对被控对象施加作用的机构。常见的有，电动、气动、液动。三、自动调节系统的组成和分类 1、组成：现场系统大多用反馈控制系统，包括测量变送器、给定器、控制器、执行器。给定器控制器执行器被控对象测量变送器扰动+-2、分类 （1）按控制系统组成的
4、内部结构分类 开环。只有正向作用，而无反馈，控制器只是根据直接或间接反映扰动输入的信号来进行控制的，这种控制方式也成为“前馈控制”。X为扰动，只要对扰动进行的控制量合适，就可能及时消除扰动的影响，而使控制量不变。但是控制量没有反馈，因此控制过程结束后，不能保证控制量等于给定值。在生产过程自动控制中，前馈控制不能单独使用，但是用扰动补偿的方法来控制控制量的变化是十分有效的、可取的。控制器对象XGY闭环控制系统。指的是控制器和被挑对象之间既有正向作用，又有反向联系的系统。闭环控制系统的控制目的是尽可能减少控制量与规定值之间的偏差，因此，它是根据控制量与其规定值的偏差进行，通过不断反馈、控制，最终消
5、除误差。控制器被控对象G-Y复合控制系统。在反馈的基础上，加入对主要扰动的前馈控制。它实质上是在闭环系统的基础上用开环通道提供一个时间上超前的输入作用，以提高系统的控制精度和动态性能。当X作用到控制系统而控制量Y还没有反应之前，先由前馈补偿装置进行粗调，尽快使控制作用m1在一开始就能大致抵消X的影响，使控制量Y不至于发生大的变化。如果由于m1的补偿作用不是恰到好处，则通过闭环回路来进行控制。因此，这类控制对于扰动作用X来说，能获得比一般闭环控制更好的控制效果。前馈补偿装置被控对象控制器XGY-m1四、调节器类型及其动态特性1、纯比例调节器。所谓的P，就是比例作用，就是把调节器的输入偏差乘以一个
6、系数，作为调节器的输出。输出信号按比例、无延迟、无惯性地复现输入信号，即输出信号与输人信号无论动态还是静态都具有比例关系。（1）控制规律：eKupKp：比例增益。e是偏差 eu1%1001pK比例度：()()pU sK E s（2）特点：控制及时，但是是有差控制 GC(s)G(s)D(s)E(s)G(s)：广义对象过程对象多是高阶惯性环节)1)(1()(21sTsTKsG)(1)()(sGKsDsEP2、积分调节器（I控制）一、控制规律：tIedtTtu01)(TI：积分时间 sTsGIc1)(二、特点：无差控制 对阶跃干扰，G(s)是高阶惯性环节0)(1lim11)()(11lim)(200
7、sGsTsAsGsGsescs消除余差，但稳定性变差（相对纯P控制）以下是积分时间对过渡过程的影响（纯I控制）：3、PI控制I控制响应慢，工程上很少有单独使用，一般都是PI控制。edtTKeKtGIpp)()11()(sTKsGIPP：粗调；I：细调 4、微分控制（D）（1）控制规律 dtdeTud Td：微分时间。实际上不单独使用 sTsGd)(（2）PD控制 )1(sTKDP实际PD：)111(1)(sKTsTsGDDD5、PID11()(1)1DDiDT sG sTTssK五、参数整定 PID参数整定方法就是确定调节器的比例带PB、积分时间积分时间Ti和和微和和微分时间分时间Td。一般可
8、以通过理论计算来确定，但误差太大。目前，应用最多的还是工程整定法：如经验法、衰减曲线法、临界比例带法和反应曲线法。（1）经验法又叫现场凑试法，即先确定一个调节器的参数值PB和Ti，通过改变给定值对控制系统施加一个扰动，现场观察判断控制曲线形状。若曲线不够理想，可改变PB或Ti，再画控制过程曲线，经反复凑试直到控制系统符合动态过程品质要求为止，这时的PB和Ti就是最佳值。如果调节器是PID三作用式，那么要在整定好的PB和Ti的基础上加进微分作用。由于微分作用有抵制偏差变化的能力，所以确定一个Td值后，可把整定好的PB和Ti值减小一点再进行现场凑试，直到PB、Ti和Td取得最佳值为止。显然用经验法
9、整定的参数是准确的。但花时间较多。为缩短整定时间，应注意以下几点：根据控制对象特性确定好初始的参数值PB、Ti和Td。可参照在实际运行中的同类控制系统的参数值，或参使确定的初始参数尽量接近整定的理想值。这样可大大减少现场凑试的次数。在凑试过程中，若发现被控量变化缓慢，不能尽快达到稳定值，这是由于PB过大或Ti过长引起的，但两者是有区别的：PB过大，曲线漂浮较大，变化不规则，Ti过长，曲线带有振荡分量，接近给定值很缓慢。这样可根据曲线形状来改变PB或Ti。PB过小，Ti过短，Td太长都会导致振荡衰减得慢，甚至不衰减，其区别是PB过小，振荡周期较短；Ti过短，振荡周期较长；Td太长，振荡周期最短。
10、如果在整定过程中出现等幅振荡，并且通过改变调节器参数而不能消除这一现象时，可能是阀门定位器调校不准，调节阀传动部分有间隙（或调节阀尺寸过大）或控制对象受到等幅波动的干扰等，都会使被控量出现等幅振荡。这时就不能只注意调节器参数的整定，而是要检查与调校其它仪表和环节。（2）衰减曲线法是以4：1衰减作为整定要求的，先切除调节器的积分和微分作用，用凑试法整定纯比例控制作用的比例带PB（比同时凑试二个或三个参数要简单得多），使之符合4：1衰减比例的要求，记下此时的比例带PBs和振荡周期Ts。如果加进积分和微分作用，可按表3-4-2给出经验公式进行计算。若按这种方式整定的参数作适当的调整。对有些控制对象，
11、控制过程进行较快，难以从记录曲线上找出衰减比。这时，只要被控量波动2次就能达到稳定状态，可近似认为是4：1的衰减过程，其波动一次时间为Ts。（3）临界比例带法，用临界比例带法整定调节器参数时，先要切除积分和微分作用，让控制系统以较大的比例带，在纯比例控制作用下运行，然后逐渐减小PB，每减小一次都要认真观察过程曲线，直到达到等幅振荡时，记下此时的比例带PBk(称为临界比例带)和波动周期Tk，然后按表3-4-3给出的经验公式求出调节器的参数值。按该表算出参数值后，要把比例带放在比计算值稍大一点的值上，把Ti和Td放在计算值上，进行现场观察，如果比例带可以减小，再将PB放在计算值上。这种方法简单，应
12、用比较广泛。但对PBk很小的控制系统不适用。（4）反应曲线法，前三种整定调节器参数的方法，都是在预先不知道控制对象特性的情况下进行的。如果知道控制对象的特性参数，即时间常数T、时间迟延和放大系数K，则可按经验公式计算出调节器的参数。利用这种方法整定的结果可达到衰减率=0.75的要求。自动调节并不难，复杂系统化简单。v整定要练硬功夫，图形特征看熟练。v趋势读定三要素：设定被调和输出。v三个曲线放一起，然后曲线能判读。v积分微分先去掉，死区暂时也不要。v比例曲线最简单，被调、输出一般般。v顶点谷底同时刻，升降同时同拐点。v波动周期都一样，静态偏差没法办。v比例从弱渐调强，阶跃响应记时间。v时间放大
13、十来倍，调节周期约在内。v然后比例再加强，没有周期才算对。v静差消除靠积分，能消静差就算稳。v不管被调升或降，输出只管偏差存。v输入偏差等于零，输出才会不积分。v积分不可加太强，干扰调节成扰因。v被调拐点零点间，输出拐点仔细辨，v积分拐点再靠前，既消静差又不乱。v微分分辨最容易，输入偏差多注意。v偏差不动微分死，偏差一动就积极。v跳动之后自动回，微分时间管回归。v系统若有大延迟，微分超前最适宜。v风压水位易波动，微分作用要丢弃。v比例积分和微分，曲线判读特征真。观察曲线是发现问题的最方便的办法。1、设定值。作为比较判断依据；2、被调量波动曲线。3、PID输出。就这么简单。如果是串级调节系统，我
14、们还要收集：4、副调的被调量曲线；5、PID输出曲线。为什么不收集副调的设定值了？因为主调的输出就是副调的设定啊。在一个比较复杂的调节系统中，副调的被调量往往不只一个，那就有几个收集几个。只有收集到了这些曲线后，你才能根据曲线的波动状况进行分析。还有的调节系统更加复杂。投不好自动，总要去分析其原因，看看有什么干扰因素存在其中，你怀疑哪个因素干扰就把哪个曲线放进来。一般的DCS都支持8组曲线在一个屏幕中，如果放不下，你就考虑怎么精简吧。六、SAMA图 SAMA图是美国科学仪器制造协会（Scientific Apparatus Makers Association）所采用的绘制图例，它易于理解，能
15、清楚地表示系统功能，广泛为自动控制系统所应用。自动信号处理功能 测量或信号显示功能 手动信号处理功能 FTLTPTTTZT 流量变送器 液位变送器 压力变送器 温度变送器 位置反馈 执行机构 开方 乘法 除法 偏量 偏差 加法 Kd/dtf(t)f(x)/N比例 积分 微分 时间函数 函数 均值TA手动切换操作 手动增减操作 手动设置操作 A/MTTR手动/自动切换 切换 跟踪 大选 小选 高限 H/LV A/D高报 低报 限速 限幅 模数转换 低限 P/II/PV/II/VD/A气压电流 电流气压 电压电流 电流电压 数模转换 R/VMV/V热电阻电压 热电偶电压 信号来源 MOHO电动执行机构 液动执行机构 气动执行机构 f(x)执行机构 直行程阀 角行程阀 过程变量 功能 信号转换A:分析 I:指示 E/P 电/气转换F:流量 R:记录 M/P 脉冲/气压转换I:电流 T:变送器 I/P 电流/气压转换L:液位 E：测量元件P:压力 ：积分器S:速度T:温度HZ:频率Z:位置
