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1、过程系统PLC入门第一章过程系统过程系统是通过对流量、温度、压力、液位等的测量和控制来进行生产的 一种系统。广泛应用于各种领域：钢铁厂化工厂环保设备上下水处理设备空调设备 半导体工厂食品工厂药品工厂发电厂等塚启I礒第二章反馈控制这里以保持容器内液体温度的装置为例,1. 温度检测部分测量容器内液体温度。3.对调节阀进行操作，调节蒸汽量，使容器内的液体的温度上升或下降 rr-rw 节诩.話于乔博.的锐理井b訶!至話至（0）打开週节圈. 加炖彳紅，庞容 滑F而冲豹耳严.卄犢饰奇）目标虚厦0祗一悴本例反馈控制，用方块图来表示反馈控制的动作过程 温度控制控制杀頁1.在比较部分对目标温度和温度的测量值进行
2、比较。 温度控制控制寒宜）2. 蒸气量调节部分根据偏差值计算操作量，并将操作信号输送至调节阀温度揑制（控刚定置）目标蛊变3. 根据操作信号对调节阀进行操作，向容器内输送蒸气巨标盘度比较齢操作信号凋节祠 黑作肅沖）蒸气4；聽目赢如度姻值之问的差防露蜜刪4. 容器内液体的温度发生变化后，温度检测部分再次对液体温度进行测量。温度控（控制唱直|用语说明比较 部分对目标值和测量值进行比较的部分。调节部分根据目标值和测量值信号，生成目标动作所 需信号，并将其送至操作部分。操作 部分将调节部分送来的操作信号转为操作量，使 得控制对象产生变化的部分。控制控制的对象，包括整个机械、过程、装置设对象备或其中的部分
3、。检测 部分传感器等，用于从控制对象中提取必要的控 制信号。外部 干扰对控制进仃干扰的、无法预料的外部环境变 化。H环为了将操作结果反馈至调节部分而形成的 控制回路。是进行过程控制的1个单位。on/ofF空制反馈控制中较为简单的 ON/OFF空制。所谓ON/OFF空制，就是根据偏差值（目标值-测量值）的正负对操作部进行ON/OFF 操作的控制。嘯差（目舔值-测重创为正1E旺全开（ON）操作量（B标值咬厘叵）为负值日勺金囲（OFF） w温蛊检刮祁勞询韦医Ik型全彻（off： 0fI遍节洌Q薜拆部分、煞汽登闭(OFF)温度全开3：询节阀开度田标直测堂值时闫下页图2* IT右图所示为ON/OFF空制
4、方式下调节阀的状态和液体温度的变化。右图所示，当液体温度低于目标值时，调节阀全开（ ON,供应蒸气。开始供应蒸汽后，液体温度仍然继续下降，一段时间后开始转为上升，然后如所示超过目标值。液体温度超过目标值后，调节阀全闭（OFF，停止供应蒸气。蒸气供应停止后，液体温度仍然继续上升，需要经过一段时间后才转为下降。ON/OFF控制方式下，液体温度并不能保持为一定值，而是如图所示在不断地变 化。要解决这一问题，可以使用下面介绍的 P控制（比例控制）。P动作（比例动作）按照偏差值（目标值-测量值）的大小，输出与其成正比的操作量的动作叫做P动作（比例动作）。P动作可以根据偏差值的大小，对调节阀的开度进行细微
5、的调整，从而减小液体 温度的变动。P动作的操作量用公式操作量二比例增益（Kp） X偏差因此偏差值相同时，比例增益越大，操作量就越大，蒸气供应量也大；比例增 益越小，操作量就越小，蒸气供应量也随之减少。P动作对阶跃偏差的操作量如下所示倫移目标酋（比例增盏m比例增益大）比创舉益控制切汗逋彥帙，归测览值上下振济.較人时（蓉吊引起压药）比例鈕狂制动存匪隻十卜r接近eeti的时间较耗）*典占*咗剧卞会出现偏團 实际值三目鬲值不 致*下图所示为不同比例增益下，P动作控制效果（对容器内液体温度进行 P控制的 结果）之间的差异。通过调节阀的细微调整，液体温度的变动得以减小。测童值“（畑】&fia)P动作下，液
6、体温度的变动有所减小，但无法实现测量值与目标值的一致，两者之间会有一定的偏差。 这一偏差叫做偏移（静差或剩余偏差）I动作（积分动作）与PI控制P动作下，无法实现测量值与目标值的一致，两者之间会有一定的偏移。 I动作（积分动作）可以消除这一偏移。（图）I动作通过对过去到现在的偏差进行时间积分后输出，来消除偏移。I动作测重值目柝值4PT控制（积佇时闾小）杞分时问较小时消除偏務的旳刑短.但容易引起撼落視分时司测鱼值芟比較盅平提 回肖陽漏移的 时间檢*妾上积分诽可越小，和分鼓臬越大（淪移肖除得越快）时闾积分时间越小，消除偏移的时间就越短。积分时间越大，消除偏移的时间越长 积分时间不同时，PI控制下积分
7、效果的差异如下图所示。D动作（微分动作）D动作（微分动作）是为了减轻外部干扰对控制对象的影响，而在P动作输出的基础上加上与偏差变化率（偏差的微分）成正比的输出。一般与PI控制组合，作为PID控制来使用。下图所示为同一干扰（外部干扰 A）导致偏差出现变化时，有D动作和无D动作 情况下控制对象响应的差异。如图所示，加上D动作后，可以减轻外部干扰带来的影响。测星值目标13时外部二扰的响应（无画m测量值f 对夕除干捉时响应（有朋&作:加上说忡昏对外 沛干扰抽响睡辑目 改善CW更快地 捋近冃标值）”微分时间越大，D动作带来的操作量越大，微分效果也越大徴分时间较小吋徴分效果娈小牝抽t间较大时徵分效果变大j
8、旦容易引起 振荡学占-Jt-徽分爵间越大, 黴分救果也越大D动作（微分动作）与PD控制比较实用的D控制：不完全微分直接使用D控制时，会使得高频干扰成分增大，导致控制系统不稳定，操作量 的时间幅度变小（偏差变为阶跃时会出现瞬间的脉冲波形输出），因此存在无法提供足够的能量来驱动操作部分等问题。因此一般情况下，大多使用在微分项 输入中加入一次延时滤波的不完全微分。偏差一一完全徽分4大时间 愎別对耶耳傑咋量的夬*尊分分卍慮盜波）偏差为一定的阶跃响应时，PD控制的输出如下所示微知寸1可较小日才魅分敗果甕小微分rtl可按大刖PID控制PID控制是在输出操作量与偏差值成正比的 P动作基础上，加上I动作（增加
9、对 偏差积分的操作量，以消除偏移）和 D动作（根据偏差的变化率增加操作量， 以改善控制对象对外部干扰的响应性）的控制方式。下图所示为P控制、PI控制、PID控制下响应性的比较。抑I量值目标值Bjra比较实用的PID控制在注重实用的PID控制方式下，为了消除目标值变化时操作量的大幅变动（D动作的影响除外），会如下图所示对测量值进行微分运算。堆制操作壘（MV）控制対聖测星值实用性円睡制的方块團PID控制的选择流量？压力的控制因其过程的响应较快，而 PI控制也能获得足够的响应性能, 且D动作会使得计测干扰增幅、导致过程不稳定，因此通常使用PI控制。温度控制一般过程响应较慢，因此经常使用PID控制。控
10、制对象控制方式选择要点流量、压力PI流量、压力的控制，其过程响应较快， PI控制也能获 得足够的响应性能。（加上D动作后，计测干扰会被放 大，使得过程不稳定）温度PID温度控制一般过程的响应较慢PID控制的正动作与反动作PID控制下，相对于测量值的变化，操作量可以向两个方向变化，分别叫做正动 作和反动作。以空调器为例，正动作和反动作分别如下所示。正动作：比如制冷时若室温上升，则加大操作量（制冷输出） 反动作：比如制热时若室温下降，则加大操作量（制热输出）定值控制与追踪控制PID控制等反馈控制，按照目标值的设定方法，可以分为定值控制和追踪控制两 种。定值控制目标值为一定值时的控制，例如将压力、温
11、度保持为一定值的控制即为定值控 制。追踪控制目标值随时间变化时的控制。也称为跟踪控制。追踪控制的种类包括按照预定模式使得目标温度随时间而变化的程序控制，以 及将燃烧时空气与燃料的空燃比、以及多种液体混合时比例保持为一定值的比 例控制等。第三章控制环检测部分与操作部分控制环方块图中检测部分和操作部分比较詔分具库例子在下 兰一贞以后介绍检测器分检测部分检测对象检测方式流量差压式节流机构（节流孔、文丘里流量计等） 电磁式电磁流量计容积式根式、椭圆式其它（科里奥利式、超声波式、涡旋式等）温度热电偶、测温电阻、放射温度计压力差压电气式电阻线式、压电式 弹性式布尔顿管、隔膜式、风箱式 液柱式U形管、单管式液位差压式、浮动式、静电容量式、超声波式成分pH计、氧气浓度计、残留氯检测仪、 coDft测 仪、H2检测仪、CO2检测仪、气相色谱仪等以下所示为用于检测流量以及温度的、具有代表性的传感器一览保护管热电偶导线束黴融点）操作部分驱动用压缩空气种类机构调 节 阀气动式气动调节阀电动式电动阀，电磁阀其他油压调节阀其他转速控制装置（变频器） 固态继电器电力调压器等操作部分的代表性例子如下所示气动调节阀第四章综合测试
