基础控制理论

本模块将集中讨论可用的自动控制选择和选择前必须做出的决定。这里提供的是指导，而不是一套规则，因为实际决策将取决于各种因素;其中一些，如成本，个人偏好和当前的时尚，不能包括在这里。

应用

重要的是反思模块开头讨论的三个基本参数：安全，稳定性和准确性。

为了选择正确的控制阀，需要应用程序和过程本身。例如：

• 是否涉及任何安全功能？例如，如果电源发生故障，阀门的故障打开或故障关闭吗？高低限度是否需要单独的控制？
• 需要哪些物业？例如，温度，压力，水平，流动？
• 什么是培养基及其物理性质。流量是多少？
• 在负载范围内控制阀的差压是多少？
• 阀门的材料和连接方式是什么?
• 正在控制哪种类型的过程？例如，用于加热或处理目的的热交换器？
• 对于温度控制，设定点温度是固定的还是可变的?
• 负载稳定或变量是否有变量，如果变化，更改的时间尺度是多少，快速或慢？
• 保持温度的关键是什么?
• 需要单回路控制还是多回路控制?
• 该管制所执行的其他职能(如有)是什么?例如，加热系统的正常温度控制，但在“关闭”期间增加霜冻保护?
• 工厂或过程是否在危险区域?
• 是自然腐蚀的气氛或环境，还是阀门要安装在外部或在“脏”区域中？
• 有哪些动力，如电力或压缩空气，以及电压和压力是多少？

原动力

这是操作控制器的电源并驱动阀门或其他受控装置。这通常是气动系统的电力，或压缩空气，或用于电动气动系统的混合物。自行控制系统不需要外部的电力操作;它们从封闭的液压或蒸汽压系统产生自己的电力。

在某种程度上，应用程序本身的细节可能决定控制权力的选择。例如，如果控制处在危险区域，气动或自动控制可能比昂贵的本质安全或防爆电气/电子控制更可取。

将以下功能列为关于各种电源选项的常规注释：

自动控制

优点：

• 健壮，简单，能容忍“不友好”的环境。
• 易于安装和佣金。
• 提供比例控制，具有非常高的不可作率。
• 可以获得控制，其在温度下不可接受的超支时失效或故障关闭。
• 它们在危险区域是安全的。
• 相对维护自由。

缺点：

• 自动温度控制可以相对较慢地反应，并且不能提供积分和衍生控制功能
• 数据无法重新传输。

气动控制

优点:

• 强壮的。
• 它们操作非常迅速，使它们适合于过程变量变化迅速的过程。
• 执行机构可以提供高的关闭或开启力，以在高压差下操作阀门。
• 阀门定位器的使用将确保准确，可重复的控制。
• 纯气动控制本质上是安全的，执行器提供平稳的操作。
• 可以安排在没有额外的成本或困难的情况下提供故障打开或故障关闭操作。

缺点：

• 如果没有现成的压缩空气供应，安装所需的压缩空气系统可能很昂贵。
• 可能需要定期维护压缩空气系统。
• 基本控制模式ON / OFF或比例尽管P + I和P + I + D的组合可用，但通常比等效电子控制系统更高。
• 安装和调试是简单的和机械性质的。

电控

优点:

• 高度准确的定位。
• 控制器可用于为控制模式的开关或P + I + D组合提供高通用性，以及多功能输出。

缺点：

• 电阀相对缓慢地操作，这意味着它们并不总是适用于快速改变过程参数，例如快速变化的负载压力控制。
• 安装和调试涉及电气和机械行业，必须考虑布线和安装独立电源的成本。
• 电动执行器往往比气动对应物更不光滑。弹簧返回执行器需要失败或故障关闭功能：这可以大大降低可用的闭合力，通常需要更多。
• 需要在危险区域使用本质安全或防爆电控;它们是一种昂贵的命题，因此，如下所述，可能需要充气或电动气动溶液。这些类型的危险区域需要特殊的安装技术

电动气动控制

优点:

• 电动气动控制可以结合电子和气动控制的最佳功能。这种系统可以包括气动致动阀，电/电子控制器，传感器和控制系统，以及电动气体定位器或转换器

这种组合提供了一个气动执行机构/阀门的力量和平稳的操作与一个电子控制系统的速度和精度。通过使用合适的屏障和/或将控制系统的电气/电子部分限制在“安全”(非危险)区域，可以在需要本质安全的地方使用故障开启或故障关闭操作，而不会造成成本损失。

缺点：

• 需要电力和压缩空气供应，尽管这在工业加工环境中通常不是问题。

在考虑应用和所需电源时，有三个重要因素需要考虑:

• 负载的变化。
• 设置的值是关键值还是非关键值。
• 是否必须改变设置的值

图5.4.1和5.4.2的图表有助于解释。

应该安装什么类型的控制?

不同的应用可能需要不同类型的控制系统。如果负载变化相当慢，并且可以接受偏移，则可以使用自行动作和气动控制，否则应使用电动气动或电控。图5.4.3显示了一些不同的应用和建议，可以接受哪种控制方法。

阀门和执行器的类型

致动器类型由已选择的动力功率确定：自行动作，电气，气动或电引，以及所需的控制和致动器速度的精度。

就阀门选择而言，随着蒸汽作为流动介质，选择限于两个端口阀。但是，如果介质是水或另一种液体，则有两个端口或三个端口阀。他们已经讨论了对管道系统的动态的基本影响。

水应用通常会确定三个端口阀是否用于混合或转移液体流动。如果具有两个端口阀的系统压力的变化是可接受的，与三个端口阀相比的优点包括较低的成本，简单性和较便宜的安装。选择两个端口阀还可以允许固有的系统压力变化用于打开顺序泵，或根据负载需求减少或增加变速泵的泵送速率。

选择实际阀门时，必须考虑以下所有因素，其中包括;车身材料，体压/温度限制，需要连接和使用正确的施胶方法。还有必要确保阀门/致动器组合的选择可以针对所有负载状态所经历的差压工作。（蒸汽系统中的差压通常被认为是最大上游蒸汽绝对压力。这允许在阀的下游侧的亚大气压下蒸汽的可能性）。

控制器

安全总是很重要。如果发生电源故障，阀门是否应在打开或关闭位置发生故障？

控制是直接作用的(控制器输出信号随被测变量的增加而上升)还是反向作用的(控制器输出信号随被测变量的增加而下降)?

如果应用程序只需要开/关控制，则可能根本不需要控制器。双位置执行器可以通过开关装置(如继电器或恒温器)来操作。当应用需要多功能性时，需要电子控制器的多功能能力;也许有温度和时间控制，多回路，多输入/输出。

确定需要控制器，有必要确定需要哪个控制操作，例如开/关，p，p i或p i d。

所做的选择取决于过程的动态和前面认为的响应类型，以及所需的控制的准确性。

在进一步前进之前，定义“良好控制”是有用的。这个问题没有简单的答案。考虑对负载变化的不同响应，如图5.4.4所示。

与“初级侧”容量相比，自动控制通常适用于具有非常大的“次级侧的热容量的应用。

考虑如图5.4.5所示的一个热水储存加热器，其中储存的大量水被蒸汽盘管加热。

当容器中的水很冷时，阀门将是宽开放的，允许蒸汽进入线圈，直到将储存的水加热到所需的温度。当从容器中抽取热水时，进入船只的冷水将降低容器中的水温。自行作用控制将具有相对较大的比例带，一旦温度下降，阀门将开始打开。较冷的水，蒸汽阀越开放。

图5.4.6为非蓄热板式换热器，主侧和二次侧蓄热能力小，反应时间快。如果负荷变化迅速，自动控制系统可能无法成功运行。更好的解决方案是使用能够快速响应负载变化的控制系统，并同时提供准确性。