第2章過(guò)程控制第一節(jié)

過(guò)程控制概述第二節(jié)

反饋控制第三節(jié)

自動(dòng)化儀表第四節(jié)

復(fù)雜控制系統(tǒng)第五節(jié)

PLC1.方法采集數(shù)據(jù)、比較分析、發(fā)出指令

比較順序控制(無(wú)數(shù)據(jù)采集)、運(yùn)動(dòng)控制(速度快)2.目標(biāo)抑制擾動(dòng)、確保穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)優(yōu)化(輸入、設(shè)定值)(非穩(wěn)定點(diǎn)控制)(高效低耗)第一節(jié)

過(guò)程控制概述3.工作點(diǎn)的穩(wěn)定QTT1T2T3Q1Q2Q3吸熱放熱p1p2p3

一個(gè)測(cè)量器一個(gè)變送器一個(gè)控制器一個(gè)調(diào)節(jié)閥對(duì)一個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)最基本、應(yīng)用最廣泛4.單回路控制系統(tǒng)第二節(jié)

反饋控制

受控過(guò)程檢測(cè)器變送器控制器執(zhí)行器控制變量受控變量檢測(cè)信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)控制輸出設(shè)定值執(zhí)行器動(dòng)作擾動(dòng)輸入

曝氣池

溶解氧濃度DO探頭0~10mg/L0~50mV

4~20mA

或

1~5V

4~20mA

或

1~5V

0~

16mA

或

0~

4V

直流毫伏變送器4~20mA20~100kPa氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥電氣閥門定位器全行程

DDZ－III

電動(dòng)調(diào)節(jié)器DO濃度設(shè)定值供氣閥門開啟度一、電動(dòng)單元組合儀表反饋控制二、PLC反饋控制

曝氣池

溶解氧濃度DO探頭氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥電氣閥門定位器

現(xiàn)場(chǎng)PLC數(shù)字量設(shè)定值變送＋A/D設(shè)定＋比較計(jì)算＋D/A

遠(yuǎn)程PLC系統(tǒng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)通訊數(shù)據(jù)管理三、比例控制

p=p-p0=KC

式中：

p—

控制器的實(shí)際輸出值；

p0

－偏差為0時(shí)刻的輸出值；

KC－比例增益常數(shù)；

－偏差值；

p－

比例控制作用的輸出變化。

1.比例度

(1)計(jì)算方法

＝{[

/(Zmax–Zmin)]/[

p/(pmax–pmin)]}100%式中：

－

比例度，表示比例控制的強(qiáng)弱程度；

（可理解為使控制器輸出信號(hào)作表頭全范圍變化時(shí)，輸入信號(hào)改變值相對(duì)表頭全量程的百分?jǐn)?shù)）

Zmax－控制器所允許的輸入信號(hào)的最大值；

Zmin－控制器所允許的輸入信號(hào)的最小值；

pmax－控制器所能給出的輸出信號(hào)的最大值；

pmin－控制器所能給出的輸出信號(hào)的最小值。

（2）比例度圖示

p/(pmax–pmin)

/(Zmax–Zmin)

＝50％

＝100％

＝200％0.6-0.80.8-0.80.8-0.60.6-0.62.比例控制特點(diǎn)(1)控制作用

p無(wú)滯后輸入

輸出

Ptt相位差180o同相位(2)比例控制有余差

max,0tt

max,t無(wú)比例控制有比例控制(3)余差分析406080100201.21.62.02.4BCAK/%DO/(mg/L)0

3.比例控制適用范圍(1)負(fù)荷變化小;(2)過(guò)程純滯后?。▎?dòng)控制到受控變量開始變化之間的時(shí)間）;(3)時(shí)間常數(shù)大（受控變量開始變化到新穩(wěn)態(tài)實(shí)現(xiàn)所需時(shí)間的0.632倍）;(4)允許余差存在。

式中：

p—

控制器的實(shí)際輸出值；

p0—偏差為0時(shí)刻的輸出值；

KI

—積分增益常數(shù)；

—偏差值；

p—

積分控制作用的輸出變化。

四、積分控制1.概念式中：P—

控制器的實(shí)際輸出值；

P0—偏差為0時(shí)刻的輸出值；

KC

—比例增益常數(shù)；

—偏差值；

P—

積分控制作用的輸出變化；

TI—積分時(shí)間常數(shù)，

TI=KC/KI

。

2.比例積分（PI）控制pp0比例控制輸出t3.控制方式輸出比較tpp0積分控制輸出閥門抵上限t

=A受控變量（輸入）受控變量無(wú)變化，純滯后段比例積分控制輸出pp0t0

t0+TIt閥門抵上限p10t0t*0t1t2t3tp2p3p0閥門抵上限4.積分飽和

00t

受控變量無(wú)變化受控變量有變化5.響應(yīng)時(shí)間受控變量

純滯后時(shí)間常數(shù)過(guò)渡時(shí)間A0.632A控制變量P控制變量無(wú)變化6.PI控制器適用范圍(1)過(guò)程純滯后較?。▎?dòng)控制到受控變量開始變化之間的時(shí)間）；(2)時(shí)間常數(shù)較?。ㄊ芸刈兞块_始變化到新穩(wěn)態(tài)實(shí)現(xiàn)所需時(shí)間的0.632倍）；(3)不允許余差存在。

反應(yīng)器內(nèi)DO濃度與傳質(zhì)系數(shù)KLa

成正比，也與水中DO濃度與其飽和值的差成正比，因此對(duì)傳質(zhì)系數(shù)KLa

進(jìn)行控制（相應(yīng)于改變曝氣時(shí)間、改變曝氣強(qiáng)度等），即可對(duì)反應(yīng)器內(nèi)的DO濃度進(jìn)行控制。式中：So2——DO濃度；

So2,S——DO飽和濃度。DO

PI

控制例2.1五、微分控制概念

p=p-p0=KD(d

/dt

)式中：p——控制器的實(shí)際輸出值；

p0——偏差為0時(shí)刻的輸出值；

KD——微分增益常數(shù)；

——偏差值；

p——微分控制作用的輸出變化。

2.微分控制理論響應(yīng)

tptp=p0+KD(d

/dt

)3.比例微分控制

p=p0+KC

+KD(d

/dt

)=KC[

+TD(d

/dt

)]式中:TD=KD/

KC4.比例微分控制對(duì)階躍輸入的響應(yīng)

pKD(d

/dt

)KC

p05.比例微分控制對(duì)斜坡輸入的響應(yīng)

pKD(d

/dt

)KC

p06.比例積分微分控制p0比例控制輸出p0微分控制輸出p0積分控制輸出閥門抵上限pp0受控變量無(wú)變化，純滯后段p0比例積分微分控制輸出閥門抵上限7.比例積分微分控制對(duì)階躍輸入的響應(yīng)六、PI控制器設(shè)計(jì)

1.流程圖PI控制器設(shè)定值T0熱電偶Tt蒸汽,FST,TSTT，F(xiàn)Ti，F(xiàn)Q控制變量：Q受控變量：T動(dòng)態(tài)方程穩(wěn)態(tài)方程偏差變量方程2.偏差變量PI控制方程注：KC、KI應(yīng)為負(fù)值PI控制方程參數(shù)整定方程3.參數(shù)整定注：KC、KI應(yīng)為負(fù)值(編制程序，試驗(yàn)不同的KC

與KI

，看T

是否趨于TS）4.控制方程

輸入已知數(shù)據(jù)：Ti,S,TS,QS,V,

,Cp

輸入監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)：

Ti，T

計(jì)算所需熱量：Q

輸入計(jì)算結(jié)果：Q

計(jì)算蒸汽流速：FST

發(fā)出蒸汽流速指令：FST5.PI

控制器執(zhí)行第三節(jié)

自動(dòng)化儀表一、氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥二、氣動(dòng)閥門定位器三、電動(dòng)閥門定位器第四節(jié)

復(fù)雜控制系統(tǒng)一、多回路控制系統(tǒng)1.名稱

串級(jí)控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)均勻控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)選擇性控制系統(tǒng)非線性控制系統(tǒng)采樣控制系統(tǒng)解耦控制系統(tǒng)在能使用單回路控制系統(tǒng)的場(chǎng)合應(yīng)避免使用多回路控制系統(tǒng)二、串級(jí)控制系統(tǒng)T1：主受控溫度T1T：主受控溫度變送器T1C：主受控溫度控制器T2：

副受控溫度T2T：副受控溫度變送器T2C：副受控溫度控制器特點(diǎn)：（1）主受控溫度控制器輸出為副受控溫度控制器的設(shè)定值。（2）副控制回路先調(diào)、快調(diào)、微調(diào)；主控制回路后調(diào)、慢調(diào)、細(xì)調(diào)。調(diào)節(jié)過(guò)程：（1）副受控溫度：爐膛溫度變化－T2T變化－T2C發(fā)指令－燃料閥開啟度變化－爐膛溫度變化。（2）主受控溫度：爐口溫度變化－T1T變化－T2C設(shè)定值變化－

T2C發(fā)指令－燃料閥開啟度變化－爐膛溫度變化。三、比值控制系統(tǒng)

1.單閉環(huán)功能：使一種物料量隨另一種料量按比例變化類型：?jiǎn)伍]環(huán)、雙閉環(huán)、變比值、帶邏輯量F1TF1CF2CF2T爐膛qv2qv1單閉環(huán)F1T：主受控流量變送器F1C：主受控流量控制器F2T：副受控流量變送器F2C：副受控流量控制器調(diào)節(jié)過(guò)程：（1）煤氣流量：F1T變化－F1C發(fā)指令－F2C設(shè)定值變化－空氣閥開啟度變化－煤氣、空氣比值不變。（2）空氣流量：F2T變化－F1C設(shè)定值不變－

F2C發(fā)指令－煤氣、空氣比值不變。2.雙閉環(huán)調(diào)節(jié)過(guò)程：(1)煤氣流量：F1T變化F1C發(fā)指令

F2C設(shè)定變化氣閥開啟變化

煤氣、空氣比值不變(2)空氣流量：F2T變化

F2C設(shè)定無(wú)變化

F2C發(fā)指令氣閥開啟無(wú)變化

煤氣、空氣比值不變F1T：主受控流量變送器F1C：主受控流量控制器F2T：副受控流量變送器F2C：副受控流量控制器K’：副受控流量控制器雙閉環(huán)F1TF1CF2CF2T爐膛qv2qv1K’四、分程控制系統(tǒng)(利用閥門定位器)調(diào)節(jié)過(guò)程：（1）同向動(dòng)作：（2）異向動(dòng)作：分程TTTC反應(yīng)器蒸汽（B）冷凝水（A）功能：一個(gè)控制器帶動(dòng)2個(gè)或

2個(gè)以上調(diào)節(jié)閥類型：同向動(dòng)作、異向動(dòng)作A、B氣開型A、B氣關(guān)型A氣開、B氣關(guān)A氣關(guān)、B氣開五、前饋控制系統(tǒng)FCFTqVST2T1特點(diǎn)：(1)檢測(cè)信號(hào)是干擾變量而不是受控變量;(2)

控制作用發(fā)生在受控變量偏差出現(xiàn)之前而不是之后。類型：?jiǎn)渭兦梆?、前饋反饋六、活性污泥過(guò)程多回路控制系統(tǒng)進(jìn)水出水回流污泥鼓風(fēng)溶解氧：前饋反饋串級(jí)控制回流污泥密度：前饋反饋串級(jí)控制MLSS密度：?jiǎn)伍]環(huán)比值控制空氣控制器測(cè)量變送器廢水流測(cè)量點(diǎn)控制信號(hào)流廢棄污泥初沉池與污泥泵的過(guò)程控制污泥層液位開關(guān)光電液位計(jì)定時(shí)開關(guān)控制啟動(dòng)激活手動(dòng)速度調(diào)節(jié)補(bǔ)償?shù)兔芏妊a(bǔ)償啟動(dòng)激活LJLSFEDTFTFIDCSEQSCDIDE例2.2第五節(jié)

PLC

一、概述

1.結(jié)構(gòu)指示燈編程器CPU系統(tǒng)程序儲(chǔ)存器用戶程序儲(chǔ)存器受控系統(tǒng)輸入接口輸入部分控制部分按鈕繼電器觸點(diǎn)輸出部分線圈輸出接口

輸入刷新程序執(zhí)行輸出刷新一個(gè)周期周而復(fù)始2.工作方式(1)循環(huán)掃描(2)輸入刷新X0X1X2...輸入接口操作數(shù)存儲(chǔ)器輸入設(shè)備PLC內(nèi)部電路(3)程序執(zhí)行X0R0Y1...程序操作數(shù)存儲(chǔ)器X1R1Y2...............Y0R0readwritereadwritePLCX0R0(4)輸出刷新輸出接口Y0Y1Y2...操作數(shù)存儲(chǔ)器輸出設(shè)備PLC內(nèi)部電路技術(shù)指標(biāo)(1)術(shù)語(yǔ)I/O點(diǎn)：PLC外部輸入、輸出端子數(shù)掃描速度：1步計(jì)（

s），1000步計(jì)（ms）

內(nèi)存容量：1地址單元/步，2字節(jié)/地址單元

（2000步程序占2k字節(jié)）

指令條數(shù)：基本指令、應(yīng)用指令（2）三菱FX2

技術(shù)指標(biāo)

掃描速度：

12

s/步

I/O點(diǎn)數(shù)：

min6/6,max36/24

內(nèi)存容量：

2000步指令條數(shù)：

109條EDX1X0X2Y0編程語(yǔ)言

(1)梯形圖(1)邏輯行開始,輸入X0

常開接點(diǎn)；(2)串聯(lián)X1常閉接點(diǎn)；(3)并聯(lián)X2常開接點(diǎn)；(4)輸出Y0，邏輯行結(jié)束；(5)程序結(jié)束。EDX1X0X2Y0（2）助記符(1)邏輯行開始,.輸入X0

常開接點(diǎn)；(2)串聯(lián)X1常閉接點(diǎn)；(3)并聯(lián)X2常開接點(diǎn)；(4)輸出Y0，邏輯行結(jié)束；(5)程序結(jié)束。

初始

ST（

START）

非

NOT（not）

與

AD（and）

輸出

OT（out）

或

OR（or）

結(jié)束

ED（end）

地址指令

0STX01AN/X1

2ORX23OTYO

4ED基本指令5.控制小結(jié)(1)控制方法順序控制

控制開關(guān)量過(guò)程控制

控制慢連續(xù)量（溫度、壓力、濃度、流量）運(yùn)動(dòng)控制

控制快連續(xù)量

單回路控制——反饋（PID）

多回路控制——串級(jí)、分程、前饋、比值DCS控制——控制回路分散，數(shù)據(jù)處理集中

智能控制——神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、模糊邏輯

遠(yuǎn)程控制——無(wú)線、有線、互聯(lián)網(wǎng)(2)過(guò)程控制分類鍋爐運(yùn)行PLC順序控制1.過(guò)程描述START:

鍋爐進(jìn)水

水滿加熱

達(dá)溫?cái)嚯?/p>

閑置時(shí)間

熱水放空例2.10

按動(dòng)Start按鈕，第1行并聯(lián)“Start”常開觸點(diǎn)閉合，線圈Step2得電產(chǎn)生吸力，使出水閥門關(guān)閉，該行與Start并聯(lián)常開觸點(diǎn)Step2閉合，第1行成導(dǎo)通狀態(tài)，同時(shí)與線圈Step2并聯(lián)的Pumpon線圈得電導(dǎo)通，鍋爐開始進(jìn)水。過(guò)程：鍋爐進(jìn)水

水滿加熱

達(dá)溫?cái)嚯?/p>

閑置時(shí)間

熱水放空2.控制(1)掃描第1行例2.10

若鍋爐液位傳感器給出鍋爐水滿的信號(hào)，則第2行常開觸點(diǎn)TankFull閉合，因串聯(lián)常開觸點(diǎn)Step2在第1行掃描時(shí)已經(jīng)閉合，因此第2行導(dǎo)通，線圈Step3得電，關(guān)閉進(jìn)水泵，并開始對(duì)水加熱。(2)掃描第2行例2.10過(guò)程：鍋爐進(jìn)水

水滿加熱

達(dá)溫?cái)嚯?/p>

閑置時(shí)間

熱水放空

若鍋爐溫度傳感器給出水溫超過(guò)設(shè)定值信號(hào)，則常開觸點(diǎn)Temp閉合，因串聯(lián)常開觸點(diǎn)Step3在第2行掃描時(shí)已經(jīng)閉合，因此第3行導(dǎo)通，線圈Step4得電，關(guān)閉加熱裝置，并開始進(jìn)行計(jì)時(shí)。(3)掃描第3行例2.10過(guò)程：鍋爐進(jìn)水

水滿加熱

達(dá)溫?cái)嚯?/p>

閑置時(shí)間

熱水放空

若鍋爐計(jì)時(shí)器給出時(shí)間超過(guò)設(shè)定值信號(hào)，則常開觸點(diǎn)Timer閉合，因串聯(lián)常開觸點(diǎn)Step4在第3行掃描時(shí)已經(jīng)閉合，因此第4行導(dǎo)通，線圈Step5得電，打開出水閥門。過(guò)程：鍋爐進(jìn)水

水滿加熱

達(dá)溫?cái)嚯?/p>

閑置時(shí)間

熱水放空(4)掃描第4行例2.10（下一循環(huán)）掃描第1行：若鍋爐水位傳感器給出鍋爐放空信號(hào)，則常開觸點(diǎn)Empty閉合，因串聯(lián)常開觸點(diǎn)Step5在上一循環(huán)第4行掃描時(shí)已經(jīng)閉合，Step3依舊閉合，因此第1行導(dǎo)通，線圈Step1得電，關(guān)閉出水閥門，并開始啟動(dòng)進(jìn)水泵使鍋爐進(jìn)水。3.循環(huán)-掃描第1行例2.10過(guò)程：鍋爐進(jìn)水

水滿加熱

達(dá)溫?cái)嚯?/p>

閑置時(shí)間

熱水放空

室內(nèi)設(shè)4個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，T0、T1、T2、T3；

平均值TC

要輸出

；室溫要求控制在Tr

；

采用比例控制;

加熱量計(jì)算：溫度PLC模擬量控制1.控制要求例2.11(1)求室內(nèi)4個(gè)檢測(cè)點(diǎn)溫度的平均值；(2)求得與設(shè)定值的偏差；(3)并利用比例控制方法求出加熱量；(4)輸出室溫平均值與加熱量數(shù)值。2.控制程序設(shè)計(jì)思路例2.11

擴(kuò)展單元F2-6A-E

接在基本單元F1－40MR

的400號(hào)擴(kuò)展端口上；

4個(gè)檢測(cè)點(diǎn)溫度分別接到F2-6A-E

的輸入通道CH410、

CH411、CH412、CH413上；用F2-6A-E的輸出通道CH400

輸出供顯示用的平均值；用輸出通道CH401

輸出控制量m。3.硬件設(shè)計(jì)例2.11(1)外部信號(hào)使M70導(dǎo)通，系統(tǒng)各等效線圈得電；(2)將T0

輸入PLC的擴(kuò)展單元F2-6A-E（F671得電后確定模擬量輸入通道為K410，F(xiàn)672得電后確定模擬量存放數(shù)據(jù)寄存器地址為K700，670得電后執(zhí)行K85指令將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量）；(3)同理將T1～T3

模擬量分別存放于K701、K702、K703數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)，經(jīng)K85指令將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量；(4)執(zhí)行加法T0+T1（F671得電后確定被加數(shù)（T0）地址為K700，F(xiàn)672得電后確定加數(shù)（T1）地址為K701，F(xiàn)673得電后確定相加結(jié)果（T0+T1）存放地址為K704，F(xiàn)670得電后執(zhí)行K57指令（T0+T1）。4.軟件設(shè)計(jì)(1)part1例2.11(1)

執(zhí)行加法T0+T1+T2

（F671得電后確定被加數(shù)（T0+T1）地址為K704，F(xiàn)672得電后確定加數(shù)（T2）地址為K702，F(xiàn)673得電后確定相加結(jié)果（T0+T1+T2）存放地址為K705，F(xiàn)670得電后執(zhí)行K57指令執(zhí)行(T0+T1+T2）；(2)

執(zhí)行加法

T0+T1+T2+T3（方法同上）

，相加結(jié)果存放地址K706。(2)part2例2.11(1)求平均值(F671得電后確定被除數(shù)地址為K706，F(xiàn)672得電后確定除數(shù)為4，F(xiàn)673得電后確定相除結(jié)果[(T0+T1

+T2+T3)/4]存放地址為K707，F(xiàn)670得電后執(zhí)行K8指令進(jìn)行除法獲得平均值)；(2)將平均值數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量（F671得電后確定須輸出數(shù)值地址為K706，F(xiàn)672得電后確定輸出通道為K400，F(xiàn)670得電后執(zhí)行K86指令將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量）；(3)確定室溫設(shè)定值（F671得電后確定設(shè)定溫度為100oC，F(xiàn)672得電后確定該設(shè)定溫度的存放寄存器地址K710，F(xiàn)670得電后執(zhí)行K33將該十進(jìn)制常數(shù)傳送到K710）

。(3)part3例2.11(1)

計(jì)算室溫的檢測(cè)平均值與設(shè)定值的偏差的絕對(duì)值（F670得電執(zhí)行K87確定減法結(jié)果用絕對(duì)值方式表達(dá)，F(xiàn)671得電確定減數(shù)的寄存器地址K710，F(xiàn)672得電確定被減數(shù)寄存器地址K707，F(xiàn)673得電確定減法結(jié)果寄存器地址K711，F(xiàn)670得電執(zhí)行K68指令實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算。M200得電確定是否需要借位）；(2)

計(jì)算加熱量(M200導(dǎo)通后，F(xiàn)671得電后偏差的寄存器地址K711，F(xiàn)672得電后確定比例控制常數(shù)為2，F(xiàn)673得電后確定乘法結(jié)果寄存器地址為K712，F(xiàn)670得電后執(zhí)行K77實(shí)現(xiàn)乘法運(yùn)算。若M200沒(méi)有導(dǎo)通，則F671得電后設(shè)定常數(shù)0，，F(xiàn)672得電后確定寄存器地址為K712，F(xiàn)670得電后執(zhí)行K33將0傳送到K712。最后在M70導(dǎo)通時(shí)，F(xiàn)671得電后確定寄存器地址為K712，

F672得電后確定通過(guò)CH401通道輸出K712的數(shù)據(jù)，F(xiàn)670得電后執(zhí)行K86將K712數(shù)值轉(zhuǎn)換成模擬量輸出)。(4)part4例2.11SBR各工序的時(shí)間順序設(shè)置如下：進(jìn)水電磁閥KA2開啟10min；攪拌電磁閥KA3開啟10min；曝氣電磁閥KA4開啟180min；沉淀電磁閥KA5開啟30min；出水電磁閥KA6開啟10min；閑置電磁閥KA7開啟30min。SBR程序PLC控制1.控制目標(biāo)例2.12利用軟件SPOPC-FXGP/WIN-C對(duì)三菱FX1S-20MR型PLC編程

2.程序執(zhí)行(1)part1

啟動(dòng)程序后，常開觸點(diǎn)M1導(dǎo)通，線圈Y001得電，KA2開啟，SBR開始進(jìn)水。同時(shí)，計(jì)時(shí)器T1得電開始計(jì)時(shí)，設(shè)定時(shí)間為600ms，即1min。此時(shí)，與M0并聯(lián)的常開觸點(diǎn)Y001導(dǎo)通，使M0按鈕松開后，系