基本控制理论

安装

阀门

在安装控制阀之前，必须确保阀门的通径、压力额定值、材料和端口连接都适合阀门预期工作的条件。

所有声誉良好的自动控制设备制造商将提供详细说明，包括其设备的正确安装程序。还将提供有关如何设置设备的数据，以及需要进行的任何例行和定期维护。在大多数情况下，制造商还将提供现场调试服务。在某些情况下，可以约定定期售后维护合同。模块5.5涵盖了安装前需要考虑的要点。

控制阀上游和下游的管道应该畅通无阻。如果阀门受到管道变形应力，就会影响阀门的正确操作。重要的是要确保所有法兰连接是正方形的和真实的，管道有足够的支撑。

控制阀通常应安装在水平管道中，垂直锭子。

管道系统在使用前通常要进行压力测试。这种试验可以在高于正常工作条件的压力下进行。有必要确保控制阀及其内部构件的设计能够承受这种较高的测试压力。

控制阀本质上是一种仪器，如果允许污垢或其他磨料或阻塞材料进入，就会损坏控制阀。在大多数应用中，通过在任何控制阀的上游安装管道过滤器来防止这种情况发生是至关重要的。

阀门还必须可访问常规维护，例如重新包装腺体和更换内部。为了便于这种工作，隔离阀门的全孔图案的隔离阀门将在进行工作时将植物停机保持在最小。

如果一个装置必须在任何时候都保持运行，即使是在控制阀被检查或维护时，也可能需要安装一个阀门旁路。然而，旁路中使用的阀门必须具有良好的质量，应该是具有特点的节流阀或正确Kvs的另一个控制阀。正常运行时，通过它的任何泄漏都会影响控制系统的动作。在任何情况下都不建议安装手动旁路。必须安装控制阀，以确保介质通过阀门的流向正确。通常在控制阀的阀体上铸有一个流向箭头。这种阀门必须具有合适的流量能力和可接受的压降。

在蒸汽管道中，重要的是在阀门上游提供一个蒸汽分离器和/或捕获点，如图5.5.1所示。这将防止冷凝水通过控制阀，否则将减少其使用寿命。如果控制阀可能保持关闭一段时间，那么这个排放点也很重要。如果没有安装冷凝水排放装置，当阀门打开时可能会造成水击和潜在的严重损坏。蒸汽分离器和过滤器的配置确保了良好的蒸汽调节。

执行器/传感器

同样，必须遵守制造商的说明。执行机构通常安装在控制阀的垂直上方，但如果电动执行机构安装在处理高温介质(如蒸汽)的阀门上，则可能建议采用不同的安装方式。

通常，执行机构应该位于远离高温、高湿或腐蚀性烟雾等条件的地方。这些可能会导致元件过早失效，如隔膜或电子电气产品。制造商应说明其设备的推荐最高环境温度条件。对于一些电动执行机构，如果执行机构内部可能发生冷凝，则可提供带有内置加热器的型号。如果不能避免这种情况，则应购买适合安装条件的执行机构。

执行机构、定位器等的外壳通常带有符合国家电气规范的外壳额定值。这应该说明盒子对灰尘和水的进入的免疫力程度。如果有可能用水冲洗，那么使用外壳对水的进入有低等级的电动执行器是毫无价值的!

如果传感器要有效执行其传感功能，必须小心确保传感器完全正确浸入水中。使用凹槽可在无需排空管道系统、容器或工艺设备的情况下进行检查或更换。相反，口袋将延迟响应时间。在口袋中使用导热膏将最大限度地减少响应延迟。

电源线和信号线

使用气动系统时，压缩空气和气动信号管路必须干燥、无油、无污垢且无泄漏。将气动控制器定位在阀门和致动器附近，将最大限度地减少由于信号线的容量和电阻而产生的任何延迟。

通常，阀门、致动器和任何定位器或转换器将作为一个完整的预装配单元提供。如果没有，则需要将致动器安装到阀门上，将定位器（用于气动控制）安装到致动器上。然后必须按照制造商的说明正确设置总成，以确保实现正确的阀门行程等。

电气/电子电气和电荷控制的电气布线
很多明显的“控制”问题都可以追溯到错误的布线。引用一个明显的问题作为一个极端的例子，将110 V电源连接到24 V额定电机，将导致损坏!必须按照制造商的说明和当地的任何规定小心地使用配线系统。

电气系统中经常遇到“噪音”或电气干扰，导致难以诊断的操作问题。可能需要使用屏蔽电缆、单独接地导管或自动或模拟控制器。应保护电缆免受机械损坏。

控制器

如前所述，应用程序通常会产生比控制系统的响应时间慢的变化。这就是为什么必须调整控制器，比例频带或增益，积分时间和衍生时间，以适应每个特定的应用程序/任务。

有许多用于调整控制器参数的方法，其中大部分都涉及使用数学。可以在数学上预测控制回路的行为，但是过程或应用特征通常通过经验测量来确定，这可能困难。可以找到基于设计传热比的方法，但这些超出了该模块的范围。

在设置控制参数之前，请查看每个控制术语（p，i和d）和关于设置的三个选项非常有用，例如，太宽，太窄，更正。

p波段(图5.5.2)

如果p波段太宽，则发生大偏移，但系统非常稳定（曲线一种).

缩小P波段将减小偏移。

P-Band太窄将导致不稳定和振荡，（曲线B.).

最优p带，曲线C，在比引起永久振荡的设置稍宽的设置下实现。

整体作用(图5.5.3)

整体时间太短，温度太短（曲线一种）将越过设定点，将发生一些振荡。

积分时间过长会导致温度花太长时间回到设定值(曲线)B.).

曲线C显示了一个正确的积分时间设置，其中温度尽可能快地返回到设定点，没有任何超调或振荡。

衍生作用（图5.5.4）

过多的导数时间将导致温度变化过快、过冲和振荡(曲线)B.).

导数时间太短会使温度偏离设定点的时间过长（曲线一种).

最佳设置尽可能快地将温度恢复到设定点，并符合良好的稳定性（曲线C).

委托

设置控制器的实用方法

每个控制器必须单独设置，以匹配特定系统的特性。虽然有许多不同的技术可以实现稳定和快速的控制，但Ziegler-Nicholls方法已被证明是非常有效的。

Ziegler-Nicholls方法

齐格勒-尼克尔斯频率响应法(有时称为临界振荡法)在为实际负载建立控制器设置时非常有效。该方法利用控制器作为放大器达到不稳定点。此时，整个系统以这样一种方式运行，即温度在设定点周围以恒定的振幅波动(见图5.5.5)。增益的小幅增加，或比例频带的减小，将使系统不稳定，控制阀将开始以增加幅度寻猎。

相反，增加的比例带将使处理更稳定并且幅度将连续减小。在不稳定的点处，为实际操作条件获得系统特性，包括热交换器，控制阀，致动器，管道和温度传感器。

通过读取温度循环的时间段（TN），可以通过Ziegler-Nicholls方法确定控制器设置;和不稳定点的实际比例带设置。

使用Ziegler-Nicholls方法选择PID参数设置的过程如下：

1. 通过将积分时间（Ti）增加到最大值，消除控制器上的积分作用。
2. 通过将衍生时间（TD）设置为0，删除控制器的衍生操作。
3. 等到过程达到稳定的条件。
4. 减少比例带（增加增益），直到达到不稳定点。
5. 测量一个周期（Tn）的时间，并在此时寄存在控制器上的实际P波段（比例带）设置。
6. 使用此设置为起点，根据图5.5.6中的值计算适当的控制器设置。

控制器设置可进一步调整，以增加稳定性或响应。改变PID参数的整定值对稳定性和控制响应的影响如图5.5.7所示。

无碰撞转移

控制器的技术规范包括许多其他术语，其中一个经常遇到的术语是“无碰撞传输”。

大多数控制器包含一个“手动”-“自动”开关，有时某些控制情况需要手动控制。这就需要中断自动控制回路。如果没有无颠簸的转换，从自动到手动的转换将意味着控制水平将失去，除非手动输出匹配到自动输出。

无颠簸传输确保输出-手动到自动或自动到手动-匹配，并且只需要根据需要移动开关。

自调整控制器

现代微处理器提供了将以前需要计算机的某些功能装入控制器的有限空间的能力。其中包括“自我调节”的能力。不再需要调试工程师进行P I D术语设置过程的控制器已经存在多年。自调谐控制器在一定时间内切换到开/关控制。在此期间，它分析其响应的结果，并计算和设置自己的PI项。

过去的情况是，自调整功能只能在系统启动时应用；一旦控制器设置，不管过程中以后有什么变化，P I D项保持不变。

现代控制器现在可以操作所谓的自适应函数，这不仅可以设置所需的初始p i d术语，而是根据需要在正常运行条件期间的进程的变化时监视并重新设置这些术语。

这种控制器很容易获得，而且相对便宜。它们的使用越来越广泛，即使对于相对简单的控制任务也是如此。