位式控制的基本控制规律及现场应用

2017/12/22 13:10:00 人评论 次浏览 分类:过程控制  文章地址:http://yunrun.com.cn/tech/598.html

通过对位式控制原理、位式控制的基本控制规律解析,云南昌晖仪表制造有限公司与大家探讨改进位式控制系统控制质量的方法。

什么是位式控制?
控制系统中最简单的控制规律就是位式控制,说到位式控制,可以说几乎所有的人都使用过,家中开关电灯就是个位式控制的过程,其基本思想和生产过程中使用的位式控制是一样的,位式控制就是决定一个被控变量的给定值,然后根据实际值与给定值的偏差符号,来决定操作变量两种状态选取的工作过程。即位式控制的控制动作就是“开”和“关”两种状态的交替。
 
位式控制是比例控制的特例,当比例控制的比例度设定为0%,便成了一个位式控制仪表。位式控制系统的应用是很广泛的,如空气储罐的压力控制、恒温箱、电加热炉的温度控制。在生产过程中实现位式控制是比较简单的,凡是有上、下限触点的仪表,如电接点压力表、有电接点输出的双金属温度计、显示、记录仪等,都可以用来进行位式控制,再配合中间继电器、电磁阀、电动调节阀等,可以很方便地构成位式控制系统。
 
位式控制系统结构简单、投资少,不仅可用于广大中小型企业,就是大型企业也可应用。其特别适合用于延时小、时间常数大的加热对象。

位式控制该选用哪种仪表?
通俗的说位式控制是通过仪表继电器通断实现的,常用于位式控制系统的仪表有三位控制仪(如YR-GFC803-01-23-HL-P-T)和四限控制仪(如YR-GNC804-010-23-HHLL-P-T)。三位显示控制仪有两个报警输出,报警点通过仪表内部参数组态为具备“上下限报警”、“延迟报警”、“断线报警”、“闪烁报警”等报警功能;四限报警控制仪有上上限报警、上限报警、下限报警和下下限报警四个报警输出。
位式控制三位控制仪 
                                           
用于位式控制的三位控制仪 


位式控制的基本控制规律 
为分析问题的方便,以电加热炉为例进行说明。下图是一个温度的位式控制过程图,被控对象是电加热炉。工艺生产求加热炉温度丁在上限丁、与下限Tx之间,由控制器根据温度的变化情况来切断加热电源或接通加热电源。当温度上升到上限TS时,显示控制仪切断加热电源停止加热,当温度下降到下限TX时控制器又接通电源进行加热。
 温度位式控制的过渡过程 
                                                       
温度位式控制的过渡过程

 
当时间t在0-tl间,由于丁T<TS、,一直通电加热,T一直上升。当时间t=tl时,由于T=TS,电源被切断停止加热。但温度并不会立即下降,相反还会继续上升一段时间τ1,直到t=tl+τ1时,温度才TˊS开始逐渐下降。
 
当时间t=t2时,由于T=TX,接通加热器电源开始加热。但温度并不会立即上升,还会继续下降一段时间τ2,直到t=t2+τ2时,温度才从TˊX开始逐渐上升。
 
到t=t3时,T又等于TS。显示控制仪又一次切断电源停止加热,系统及对象又再一次重复上述的过程,这样一直循环下去。由于控制动作是“开”和“关”两种状态的交替,这样被控加热炉的温度会周期性波动。
 
从上述可看出,被控温度是不可能在预定的上限TS、与下限TX这一中间区波动的,而是会超出这一规定范围,在一个比中间区更大的范围内波动,作周期性等幅振荡,它的波动幅度是衡量位式控制系统控制精度的重要指标。超出中间区的原因是由于系统的滞后造成的。影响位式控制系统控制质量的因素,主要是系统各环节的滞后,尤其是被控对象的滞后影响最大。
 
在使用位式控制系统时,要根据工艺生产允许的参数波动范围来设定控制器的中间区,还要按具体的对象来定,一般是在运行中,对中间区由小到大的在现场凑试,直到被调参数变化幅度正好达到允许的波动范围为止,这时的中间区就是最好的。除中间区和滞后外,负荷的大小对位式控制质量也有影响,这也应引起重视。
 
怎样改进位式控制系统控制质量
位式控制存在开关差值,这也就是不灵敏区。而要使被控的参数波动小,不灵敏区就要小,而不灵敏区越小,继电器或接触器触点的动作就频繁,使用寿命就短。如何在两者之间找到平衡点?只有认识了位式控制的规律,就能找到解决问题的方法。可采取的改进措施有:
1、用减小中间区的办法来缩小波动的振幅。
2、采用旁路控制。对于流体的控制可采取把要控制的流量分为两路,一路是恒定不变的流量,另一路由调节阀来控制流量。对于电加热炉可采用电热丝分组加热的方法,把电热丝分为两组来加热,一组固定为长时间通电加热,另一组则由位式控制器来控制加热。
3、改变调节阀开和关的极限位置
位式控制只有最大(100%)和最小(0%)两个数值,对于调节阀也只有全开、全关两个极限位置,在现场如果把调节阀的开度改为不在全开、全关两个位置变化,即开时不全开,关时不全关,而使调节阀的输出范围比原来有所缩小,这样就可以使被调参数的变化相对平稳些。具体实施时可以对控制器的输出进行设定,或者在阀门上安装限位装置,但要在保证控制参数能克服最大负荷变化的前提下来进行限位,因此要认真考虑并经现场调试来决定。

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