过程控制--图纸识图.ppt

第三章 调节器教学目的要求：掌握基本控制规律及其对控制过程 的影响；掌握DDZ-III型控制器的结构、电路及工 作原理分析；理解数字调节器和可编程序调节器的 功能和原理，了解它们的使用方法；理解PID参数 自整定调节器的功能与结构，了解其使用方法教学重点：PID控制规律，数字调节器和可编程序 调节器的原理DDZ-III型控制器的结构、电路及工 作原理分析教学难点：基本控制规律及其对控制过程的影响第八讲 自整定PID调节器 过程控制系统图纸读图 教学目的与要求：了解PID自整定调节器基本概念 ， 了解自整定专家系统及整定过程,熟悉过程控制 系统图纸表示方法,会识图教学重点：自整定专家系统及整定过程，过程控制系统图纸表示方法教学难点：自整定专家系统及整定过程3一、 PID参数自整定调节器PID参数自整定是对于一个正在运行的控制系统，特别是定值改变的控制系统自动整定控制回路中的PID参数PID参数自整定的方法有多种，大致可分为两大类1.波形识别法这类方法有两种类型：一种是在系统中加入具有继电特性性的非线性环节，使系统产生自激等幅振荡，通过测取振荡波的振幅和周期，求取系统的临界振荡参数，再利用Ziegler-Nichols规则对PID参数进行整定。

另一种是根据过程输出曲线形状判别来整定PID参数4在系统正常运行中，对由给定值变化或由扰动 产生的输出波形进行实时识别，再由参数自校正机 构确定出新的PID参数值，系统按修正后的参数进 行PID控制，其构成图如下图所示 波形识别法的优点是不要求辨识对象的数学模型， 控制指标与常规PID控制系统完全一致，非常直观 ，因此这是目前使用较多的一种参数自整定方法52．以对象数学模型辨识为基础的自整定方法对象数学模型的辨识方法有施加扰动和不施加扰动两类在施加扰动的自整定控制系统中，调节器定时或按工况变化的 信息断开反馈回路，给对象施加一扰动，根据对象响应信息进 行运算处理，识别出对象特性，如K、T、特性参数在不施加扰动的自整定控制系统中，是通过测试运行的 对象输入输出数据进行对象特性的闭环辨识系统框图如下 所示辨识方法有递推最小二乘法、极大似然法等多种，可 参阅有关系统辨识的专门文献6PID参数自整定的方法很多，我们这里仅介绍三种目前用 得较多的方法 一、改进型临界比例度法（继电限幅自整定法）这是波形识别法中的一种参数自整定方法用改进型临界 比例度法的PID参数自整定控制系统结构示意图如下图所示。

图中 G（j）为控制对象，N为具有继电特性的非线性环 节当系统处于自整定状态时，开关S置于位置2，S置于位置1 时为系统正常工作状态，进行PID控制7改进型临界比例度法整定PID参数的运行步骤：1）使系统工作在有继电特性的非线性系统状态，产生自 激振荡，求出临界比例系数Ku及临界振荡周期Tu2）按Ziegler－Nichols规则计算出PID参数 KP、TI、TD的值Ziegler－Nichols规则改进型临界比例度自整定方法的特点是 原理简单、整定速度快，但为求取Ku及Tu 系统要产生等幅振荡，因此不宜多次使用它适用于回路参数的初始整定，特别是系统开工 时大量的回路整定将用改进型临界比例度自整 定方法求出的PID参数作为初值，在实时运行中再 应用其它方法对参数进行修正实时修正参数可用迭代法或专家法10二．迭代自整定控制算法在闭环控制系统中，假设调节器经初步整定的初始参 数，通过推导出PID参数KP、TI、TD的迭代整定算式求出修 正参数前述改进型临界比例度整定算式可用于确定初始整定 参数，而迭代算式适用于在已有较好整定参数的基础上进行 修正，逐渐趋近最佳参数因此，可将两种方法结合起来进 行PID参数自整定。

三、专家法PID参数自整定用专家法自整定PID参数的调节器称为专家自整定调 节器这种PID参数自整定的过程实际上是模拟操作人员 整定PID参数的判断和决策过程专家PID调节器是在一般 调节器结构的基础上，增加了由知识库和推理机构组成的 参数自整定专家系统，其构成框图如下图所示• 专家系统由知识库和推理机构组成,核心是知识库 ，就是按照专家的整定与操作经验总结成的整定手册，包括响应曲线，控制目标和整定规则12l．知识库知识库是将控制工程师整定系统的知识和经验进行整理 归纳后，以一定表示法存入计算机中参数自整定专家系统 的知识库主要包括以下几方面的内容：过程响应曲线类型、 控制目标类型及整定规则下面分别加以说明1）过程响应曲线类型 由于实际控制系统多种多样，因此 系统响应曲线也可能是各种各样的，在构成知识库时尽量考虑 周全又不能过于繁杂根据给定值变化和负荷变化两种情况，将系统输出响应 曲线分为给定值变化时和负荷扰动下的输出响应曲线如 下图所示设定值变化时的输出响应曲线14由于调节器整定参数时，是将实际观测的曲线 与知识库中的曲线进行对照，按照最佳条件进 行整定因此，知识库中存入的响应曲线类型 完善与否，对参数整定是否理想至关重要。

一 般需存几十种类型的曲线2）控制目标根据控制系统的要求选择例如：温度控制系统不 允许超调，流量控制系统要求快速允许有小超调16（3）整定规则 PID参数的整定规则都是经验性的，它是 建立于控制工程师经验的基础上的，下面仅举出几条整定规 则作为例子①对给定值变化和干扰引起的输出响应采取不同的整定规 则②在P、I、D三个作用中，P是最基本的控制作用当输出 响应的超调量过大及衰减比过小时，减小KP若最大偏差大 ，且趋于非周期过程时，增加KP③一般取TI等于二分之一系统振荡周期，取TD=(1/3～ 1/4)TI④输出响应曲线偏离给定值后长期回不来，减小TI若波 动较大则增大TI⑤由于KP 过小和TI过大都将引起系统输出响应迟缓，难以 稳定但是两者情况有区别，前者表现为曲线飘动较大，变 化无规则，后者则会逐渐接近给定值，据此可以判断需增大 KP或减小TI 172．推理机构在参数自整定系统中推理机构的作用是判断系统输出响 应的波形，（如超调量、递减比、响应时间等） ，归为知识库中存储波 形中的一种，并对其进行品质评价，根据控制目标的要求采取 相应措施专家自整定调节器随时观测控制系统输出值及给定值 。

如有给定值变化、负荷干扰等因素影响控制偏差变 化，而且超过预先设定的噪声带时，调节器即进行参 数自整定，否则保持原来的PID参数值183）确定容许等待时间TW：自整定调节器需根据控制系统估 计的响应时间作为容许等待时间在专家法自整定中，是在 容许等待时间内等待下一个峰值的到来 TW过大，会使曲 线识别时间过长，影响控制效果 TW过短可能会对波形判 断失误在予整定后取TW ＝(T+)，T为过程时间常数，  为纯滞后时间 4）确定TD/TI比值：一般取TD/TI =(1/3~1/4) 5）确定控制周期TS： TS与控制效果关系密切， TS过大导致 控制效果变坏甚至失控，但对纯滞后较大的系统，则要求 TS取大些，一般取TS ＝(1/5~1/6)  专家法自整定前，需进行以下工作：l）进行PID 参数予整定，确定PID参数的粗略值作为初 值.2）确定噪声带Nb：在自整定时，采用了偏差超过设定 的噪声带两倍时才启动自整定动作的方法来克服噪声和干 扰Nb值还可用来判断观测到的峰值是否真实，以排除噪 声、干扰引起的假象•自整定：观察输出是否有波动，有，则重 新计算过程特性参数及PID参数3、整定过程专家自整定控制器的工作模式：启动处理和自整定。

• 启动处理：系统投运时，根据控制目标，把阶跃 变量施加到操纵变量u上，并自动计算出Kp，Ti， Td，自动识别出过程类型，过程响应时间，为 自整定做好准备二、过程控制系统图纸读图内容包括： 管道仪表流程图图例符号，仪表流程图； 自控工程图例符号，控制室平面布置图，仪表盘布 置图和接线图，仪表供电供气系统图，电缆管缆 外部连接系统图，电缆管缆平面敷设图，仪表回 路图，仪表接地系统图； 仪表安装图常用图例符号，温度、压力、流量、物 位、分析仪表安装图一、管道仪表流程图 按照统一规定的图形符号和文字代号，用图 示的方法把建立工业生产工艺装置所需的 全部设备、仪表、管道、阀门以及主要管 件，按照它们各自的功能以及工艺要求组 合起来，以起到描述工艺装置的结构和功 能的作用 它表达了部分或整个生产工艺流程，体现了 对该工艺过程所实施的控制方案可以通 过它清晰了解生产过程的自动控制实施方 案等各项管信息1、仪表功能标志： 用几个大写英文字母组合表示对某个变量的 操作要求（TIC等） 第一位（或前两位）字母称为首字母，表示 被测变量 其余一位或多位称为后继字母，表示对该变 量的操作要求 《过程检测和控制系统用文字代号和图形符 号》（HG/T20505-2000）中作了详细规 定。

2、仪表位号 由仪表功能标志和仪表回路编号两部分组成 例如：FIC-116，TRC-158 ●功能字母代号： ①首位：F流量，L物位，T温度，S速度等 ②后继：C控制，I指示，T变送，R记录 ●仪表回路编号由工序号和顺序号两部分组成 例如：FIC-116中的第一个1是工序号，16 是顺序号3、常规仪表及计算机控制系统图形符号二、仪表盘布置 图表示出仪表在仪 表盘、操作台 和框架上的正 面布置位置， 标注出了仪表 位号、型号、 数量、中心线 与横坐标尺寸 ，并表示出仪 表盘、操作台 和框架的外形 尺寸和颜色三、仪表回路图：是采用直接连线法，将一个系统回路中的所有 仪表、自控设备和部件的连接关系表达出来的图纸 把安装、施工、检验、投运、维护所需的全部信息方便地表示在 一张按照一定规格绘制的图纸上，改善了回路信息的完整性和 准确性，便于使用仪表回路图的各类人员之间的交流和理解四、接地系统图：表示控制室和现场仪表设备的接地系统， 主要包括地点位置，分类，接地电缆的敷设以及规格，数 量和接地电阻值等要求 按照接地设置情况和接地作用不同，接地可以分为保护接地 和工作接地 《中华人民共和国行业标准 仪表系统接地设计规定》 （HG/T 20513-2000） ●保护接地：将用电仪表的金属外壳和自控设备在正常情况 下不带电的金属部分与接地体之间作良好的金属连接，以 防止不带电的金属导体由于绝缘损坏等意外事故可能带上 危险电压，保证人身设备安全。

●工作接地：为了保证仪表可靠地正常工作而设置的接地 包括信号回路接地、屏蔽接地和本质安全仪表接地接地系统包括接地连接和接地装置两部分 ●接地连接包括接地连线，接地汇流排，接地 分干线，接地汇总板和接地干线等 ●接地装置包括总接地板、接地总干线和接地 极等五、流量孔板安装图六、差压变送器安装图• 作业：自学两个标准。