旅游业发展概论 导游概论 导游政策法规.doc
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1、了稳定主变量而引入的辅助变量。 整个系统包括两个控制回路,主回路和副回路。副回路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成;主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成。 一次扰动:作用在主被控过程上的,而不包括在副回路范围内的扰动。二次扰动:作用在副被控过程上的,即包括在副回路范围内的扰动。主参数(主变量):串级控制系统中起主导作用的那个被调节参数称为主参数。副参数(副变量):其给定值随主调节器的输出而变化,能提前反应主信号数字变化的中间参数称为副参数。主对象(惰性区):主参数所处的那一部分工艺设备,它的输入信号是副变量,输出信号是主变量。副对象(导前区):副参
2、数所处的那一部分工艺设备,它的输入信号是调节量输出信号,其输出信号是副参数。主调节器:根据主参数与调节器给定值的偏差而动作,其输出作为调节器的给定值的那个调节器称之为主调节器。副调节器:其给定值由主调节器的输出决定,并根据副参数对给定值的偏差动作的那个调节器称为副调节器。主回路:断开副调节器的反馈回路后的整个外回路。副回路:由副参数、副调节器及其所包括的一部分对象等环节所组成的闭合回路,副回路有时还称作随动回路。3.1.2 串级控制系统的基本原理因为煤气炉有炉温和炉内温度,炉温比炉内料温高很多,炉温对料温影响产生影响该系统要求无差控制,因此要选择PI控制,又由于是温度控制,为慢对象,因此要加入
3、D控制,最后内回路选择PD控制,外回路选择PID控制串级控制系统的原理图如下1-1所示根据图1-1可以得出串级控制系统的原理方框图的一般形式串级控制系统原理图:对各部分进行设计:主回路450度为工作点,设计仪表应使450度在。三分之二处,所以范围应是320到520.副回路代表炉温,大约为1000度,设计表的范围是800到110度。变送器传函: 副回路为一阶,把Kc分为3和2.2,3在副回路。先调节副回路PD。,再调主回路PID。之后调主回路的PID。使曲线满足题目要求。串级控制系统原理接线图:可以看出串级的调节时间比单回路短,系统较稳定,超调较小。因此选用串级电路。两者与给定的原对象对比图:在
4、串级中三种扰动对曲线的影响3.1.3串级控制系统的特点与设计一.特点:串级控制系统是改善控制过程品质极为有效的方法,因而得到了较为广泛应用。与简单控制系统相比,串级控制系统只是在结构上增加了一个内回路,却能收到显的控制效果。这是因为在串级控制系统中,由于副回路具有快速作用,因此串级控制系统对进入内回路的扰动有很强的克服能力;同时由于有副回路的存在,改善了对象的动态特性,提高了系统的工作频率,且使系统具有一定的自适应能力。其特点有以下几点:一、改善了过程的动态特性,提高了系统控制质量。二、能迅速克服进入副回路的二次扰动。三、提高了系统的工作频率。四、对负荷变化的适应性较强。二.设计:A 主回路的
5、设计串级控制系统的主回路是定值控制,其设计单回路控制系统的设计类似,设计过程可以按照简单控制系统设计原则进行。这里主要解决串级控制系统中两个回路的协调工作问题。主要包括如何选取副被控参数、确定主、副回路的原则等问题。 B 副回路的设计 由于副回路是随动系统, 对包含在其中的二次扰动具有很强的抑制能力和自适应能力,二次扰动通过主、副回路的调节对主被控量的影响很小,因此在选择副回路时应尽可能把被控过程中变化剧烈、频繁、幅度大的主要扰动包括在副回路中,此外要尽可能包含较多的扰动。 归纳如下: (1) 在设计中要将主要扰动包括在副回路中。 (2) 将更多的扰动包括在副回路中。 (3) 副被控过程的滞后
6、不能太大,以保持副回路的快速相应特性。 (4) 要将被控对象具有明显非线性或时变特性的一部分归于副对象中。 (5) 在需要以流量实现精确跟踪时,可选流量为副被控量。在这里要注意(2)和(3)存在明显的矛盾,将更多的扰动包括在副回路中有可能导致副回路的滞后过大,这就会影响到副回路的快速控制作用的发挥,因此,在实际系统的设计中要兼顾(2)和(3)的综合。 C 主、副回路的匹配 1) 主、副回路中包含的扰动数量、时间常数的匹配设计中考虑使二次回路中应尽可能包含较多的扰动,同时也要注意主、副回路扰动数量的匹配问题。副回路中如果包括的扰动越多,其通道就越长,时间常数就越大,副回路控制作用就不明显了,其快
7、速控制的效果就会降低。如果所有的扰动都包括在副回路中,主调节器也就失去了控制作用。原则上,在设计中要保证主、副回路扰动数量时间常数之比值在310之间。比值过高,即副回路的时间常数较主回路的时间常数小得太多,副回路反应灵敏,控制作用快,但副回路中包含的扰动数量过少,对于改善系统的控制性能不利;比值过低,副回路的时间常数接近主回路的时间常数,甚至大于主回路的时间常数,副回路虽然对改善被控过程的动态特性有益,但是副回路的控制作用缺乏快速性,不能及时有效地克服扰动对被控量的影响。严重时会出现主、副回路“共振”现象,系统不能正常工作。 2) 主、副调节器的控制规律的匹配、选择在串级控制系统中,主、副调节
8、器的作用是不同的。主调节器是定值控制,副调节器是随动控制。系统对二个回路的要求有所不同。主回路一般要求无差,主调节器的控制规律应选取PI或PID控制规律;副回路要求起控制的快速性,可以有余差,一般情况选取P控制规律而不引入I或D控制。如果引入I控制,会延长控制过程,减弱副回路的快速控制作用;也没有必要引入D控制,因为副回路采用P控制已经起到了快速控制作用,引入D控制会使调节阀的动作过大,不利于整个系统的控制。 3) 主、副调节器正反作用方式的确定 一个过程控制系统正常工作必须保证采用的反馈是负反馈,及其主通道各环节放大系数极性乘积必须为正值。串级控制系统有两个回路,主、副调节器作用方式的确定原
9、则是要保证两个回路均为负反馈。确定过程是首先判定为保证内环是负反馈副调节器应选用那种作用方式,然后再确定主调节器的作用方式。各环节放大系数极性的正负是这样规定的:对于调节器KC,当测量值增加,调节器的输出也增加,则KC为负值(即正作用调节器);反之,KC为正(即反作用调节器)。调节阀为气开。则KV为正,气关KV为负。过程放大系数极性是:当过程的输入增大时,即调节阀开大,其输出也增大,则K0为正,反之,K0为负。 在图2-1的串级控制系统框图中可以看到,由于副回路可以简化成一个正作用方式环节,主对象作用方式为正,主测量变送环节为正。根据单回路控制系统设计中介绍的闭合系统必须为负反馈控制系统设计原
10、则,即闭环各环节比例度乘积必须为正,故主调节器均选用反作用调节器,副调节器均选用反作用调节器。3.1.4 控制系统原理及原理方框图本设计采用串级控制系统,串级控制系统的原理及基本结构图已经在上一个章节介绍过了,这里结合具体控制对象(煤气炉),详细介绍其炉温控制系统的设计方法。基本设计思想:以煤气炉温度作为主控信号,构成主控调节回路,以煤气流量信号作为副控信号,构成副控调节回路。引入煤气流量信号可以消除控制阀门相同开度的情况下压力影响煤气燃烧量的现象。其原理框图如下图1-3所示:3.2控制仪表选型仪表的选型关系到整个系统各个部分之间的信号的匹配、兼容性、安全性及稳定性等多个方面的问题,因此,仪表
11、的选型是一个设计是否成功的一个相当关键的环节。本设计中需要用的控制仪表主要有:辐射式温度计、温度变送器、KMM可编程调节器、孔板流量计等,本设计的仪表选型如下所示:序号类型名称信号模式备注1温度计WDH-II型光电温度计A2温度变送器WDH-II自带的A主变送器3流量变送器CECC电容式差压变送器(配节流装置)A副变送器4流量计孔板流量计A5调节器KMM可编程调节器D6调节阀ZAZNC 型电动双座调节阀AKMM是单回路控制仪表(SSC)中DIGITRONIK系列的一个主要品种,适用于小规模生产装置的控制、显示和操作,也可以通过通信接口挂到数据通道上与个人计算机或集散系统(如TDC-3000)连
12、接起来,实现大、中规模的分散控制、集中监视、操作和管理。3.2.1 KMM的基本组成KMM主要由硬件、软件两个部分组成。KMM的硬件部分包括主机电路、模拟量输入/输出电路,数字量输入/输出电路、输入/输出接口电路。主机电路包跨CPU、ROM、RAM、定时器电路、监视器电路和电池电路等;模拟量输入电路由缓冲电路(运算放大器和阻容元件)、A/D转换电路等构成,模拟量输出电路由D/A转换器、多路开关、保持电路等构成;数字量输入电路由晶体管阵列和门控电路构成,数字量输出电路包括锁存器和晶体管阵列;输入、输出(I/O)接口包括可编程I/O接口电路8255和可编程键盘显示控制器8259。KMM的软件部分包
13、括系统程序和用户程序。系统程序包括基本程序、输入处理程序、运算式程序和中断处理程序组成。用户程序由使用者自行编制。KMM采用表格式组态语言编制程序。3.2.2 KMM的主要功能KMM主要以下七大功能,分别是:输入处理功能、输出处理功能、运算处理功能、控制类型及无扰动切换、运行方式、自诊断功能和通信功能。3.2.3KMM可编程调节器的简介3.3设计KMM是单回路控制仪表(SSC)中DIGITRONIK系列的一个主要品种,适用于小规模生产装置的控制、显示和操作,也可以通过通信接口挂到数据通道上与个人计算机或集散系统(如TDC-3000)连接起来,实现大、中规模的分散控制、集中监视、操作和管理。KM
14、M控制器是Digitronik Line系列可编程数字式控制仪表,他与模拟调节器相比有如下主要特点:1. 与模拟仪表兼容:KMM可编程控制器为盘装式仪表,其面板大体同模拟控制器相似,既有模拟显示又有数字显示;其外形结构、电源、接线端子等均保留了模拟调节器的特征,使用方法也同模拟仪表相似。2. 具有极其丰富的运算,控制功能:KMM控制器具有30个运算单元(运 算 模 块 )和 45种 运 算 式子(即 45种 子 程 序)。能 实 现 前 馈 控 制、采 样 控 制、选 择 性控制、时延控制和自适应控制等。3. 具有通用性强、可靠性高、使用维护方便的特点:输入输出采用国际标准信号(420mA D
15、C,15VDC),用户编程采用POL语言。控制原理图(SAMA图)3.2.4仪表系统主要接线图控制系统的组成形式如下图所示。调节器接受两个模拟信号,炉温和燃气流量。炉温用高温热电偶配合温度变送器进行检测,变送器燃气流量通过孔板配差压变送器进行检测变送,通过调节作用控制阀门,改变喷入炉中的燃气流量达到炉温控制的目的。根据控制对象的特性和控制要求,进行常规的控制系统设计。并用SAMA图表达出控制方案。见图2所示。SAMA图例是由美国科学仪器制造商协会(Scientific Apparatus Makers Association)制订的标准功能图例,用于控制系统设计功能的表达。图例表示了最基本的功
16、能,在设计使用时把某些功能图例组合在一起,表示某一功能块或显示操作器的功能,从而将全部控制功能表达出来。3.4控制系统接线设计4. 绘制KMM组态图并填写KMM控制数据表用所采用的控制仪表制造厂商提供的控制图例和组态方法,在控制装置中实现控制策略。KMM的组态方式是填表式组态方法,要根据控制要求画出KMM组态图并由组态图按KMM数据表格式填写控制数据表,为制作用户EPROM作准备。4.1绘制KMM组态图图3是根据SAMA图绘制的KMM系统组态图。4.2根据KMM组态图填写控制数据表KMM组态通过填入以下7个数据表格实现。基本数据表(F001-01-)项目代码设定范围代码数据省缺值PROM管理编
17、号082108270108210运算操作周期1、2、3、4、50222调节器类型0、1、2、30300PV报警显示PID编号1、20411调节器编号1500511上位计算机控制系统0、1、20600上位机故障时切换状态0、10700PROM管理编号:作芯片记号,指定一个四位数。运算操作周期:1100ms;2200ms;3300ms;4400ms;5500ms。调节器类型:01PID(A/M)1;1PID(C/A/M);22PID(A/M);32PID(C/A/M)。上位计算机控制系统:0无通信;1有通信(无上位机);2有通信(有上位机)。上位机故障时切换状态:0MAN方式;1AUTO方式。输入
18、处理数据表PID数据表(F003-)项目代码设定范围代码PID数据缺省值0102PID操作类型0、10100PV输入编号150221PV跟踪0、10300报警滞后0.0100.0(%)0401.0比例带0.0799.9(%)05120100.0积分时间0.099.9min060.151.0微分时间0.099.9min0700.00积分下限-200.0200.0(%)080.0积分上限-200.0200.0(%)09100.0比率-699.9799.9(%)10100.0偏置-699.9799.9(%)110.0死区0.0100.0(%)120.0输出偏差率限制0.0100.0(%)13100.
19、0偏差报警0.0100.0(%)141.010.0报警下限-6.9106.9(%)1500.0报警上限-6.9106.9(%)160100.0PID操作类型:0常规PID;1微分先行PID。PV跟踪:定值跟踪功能,0无;1有。可变变量表可使用百分型可变变量20个,时间型可变变量5个。(F005-) 01(百分型) 02(时间型)代码数据代码数据010.10102100.0020315.003040.0040520百分型数据:缺省值为0.0;给定范围为:-699.0799.9%。时间型数据:缺省值为0.00min;给定范围为:0.0099.99min。输出处理数据表规定模拟输出信号和数字输出信号
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