通过对位式控制原理、位式控制的基本控制规律解析
网络整理 2023-01-18
通过对位式控制原理、位式控制的基本控制规律解析,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(如YR-GFC803-01-23-HL-P-T)和(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。


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-t1间,由于T<Ts,一直通电加热,T一直上升。当时间t=t1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=t1 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Ts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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