Automated Continuous Process Contro

Automated Continuous Process Control. Carlos A. Smith Copyright 2002 John Wiley & Sons, Inc. ISBN: 0-471-21578-3


CHAPTER 3














FEEDBACK CONTROLLERS






In this chapter we present the most important types of industrial controllers. These controllers are used in analog systems, in distributed control systems (DCSs), and in stand-alone controllers, also sometimes referred to as single-loop controllers, or simply loop controllers. The DCSs and the stand-alone controllers are computer-based, and consequently, they do not process the signals on a continuous basis but rather, in a discrete fashion. However, the sampling time for these systems is rather fast, usually ranging from 10 times per second to about once per second. Thus, for all practical purposes, these controllers appear to be continuous.



3-1 ACTION OF CONTROLLERS


The selection of controller action is critical. If the action is not selected correctly, the controller will not control. Let us see how to select the action, and what it means.
Consider the heat exchanger control loop shown in Fig. 3-1.1. The process is at steady state and at the set point; the set point is constant. Assume that signal from the transmitter increases,indicating that the outlet temperature has increased above the set point. To return this temperature to the set point, the controller must close the steam valve by some amount. Because the valve is fail-closed (FC), the con-troller must reduce its output signal to close the valve (see the arrows in the figure). When an increase in signal to the controller requires a decrease in signal from the controller, the controller must be set to reverse action. Often, the term increase/decrease, or simply decrease, is also used. The increase refers to the mea-surement, c(t), and the decrease refers to the manipulated variable, m(t). The set point is not part of the decision.
Alternatively,consider the level loop shown in Fig. 3-1.2.The process is at steady state and at set point; the set point is constant. If the signal from the transmitter

38

ACTION OF CONTROLLERS 39


SP

TC 22

m(t), % TO
c(t), FC Steam % CO





Process fluid

i (t)


TT 22


T(t)

T




Condensate return

Figure 3-1.1 Heat exchanger control loop.



fi (t), gpm


SP


LT LC 07 07 c(t), %TO


m(t),%CO



f(t), gpm

FC Figure 3-1.2 Liquid level control loop.



increases, indicating an increase in level, it is necessary to open the outlet valve more. Because the valve is fail-closed, the signal from the controller must increase to open the valve. Therefore, when the signal from the transmitter increases, the signal from the controller must also increase (see the arrows in the figure). In this case the controller must be set to direct action. Often, the term increase/increase, or simply increase, is also used. The controller action is usually set by a switch, by a configuration bit, or by answering a question on most controllers.

40 FEEDBACK CONTROLLERS


3-2 TYPES OF FEEDBACK CONTROLLERS


The way that feedback controllers make a decision is by solving an equation based on the difference between the set point and the controlled variable. In this section we look at the most common types of controllers by looking at the equations that describe their operation.
As presented in Chapter 1, the signals entering and exiting the controllers are either electrical or pneumatic. Even in computer systems the signals entering from the field are electrical before they are converted by an analog-to-digital (A/D) con-verter to digital signals. Similarly, the signal the computer system sends back to the field is an electrical signal. To help simplify the presentation that follows, we will use all signals in percent, that is, 0 to 100% as opposed to 4 to 20mA or 3 to 15psig. As mentioned,feedback controllers decide what to do to maintain the controlled variable at the set point by solving an equation based on the difference between the
set point and the controlled variable. This difference, or error, is computed as

etcset tct (3-2.1)


where c(t) is the controlled variable (most often, the controlled variable is given by the transmitter output and consequently, has units of %TO); cset(t) is the set point (this is the desired value of the controlled variable and thus has units of %TO; as the set point is entered in engineering units of the process variable, it is converted by the control system (controller) into %TO using the transmitter range); and e(t) is the error in %TO.The error could have also being computed as e(t) c(t) cset(t); however, Eq. (3-2.1) will be the convention used in this book.


3-2.1 Proportional Controller

The proportional (P) controller is the simplest type of controller we will discuss. The equation that describes its operation is

mtm KC et (3-2.2)


where m(t) is the controller output, %CO [the term m(t) is used to stress that as far as the controller is concerned, this output is the manipulated variable]; KC is the controller gain, %CO/%TO; and m is the bias value, %CO (this is the output from the controller when the error is zero; m is a constant value and it is also the output when the controller is switched to manual; it is very often initially set at midscale, 50%CO).
Equation (3-2.2) shows that the output of the controller is proportional to the error.The proportionality is given by the controller gain,KC.The significance of this gain is shown graphically in Fig. 3-2.1. The figure shows that the larger KC value, the more the controller output changes for a given error. Thus KC establishes the sensitivity of the controller to an error,that is,how much the controller output changes per unit change in error. In other words, KC establishes the aggressiveness of the controller. The larger KC is, the more aggressive the controller reacts to an error.
Proportional controllers have the advantage of only one tuning parameter, KC. However, they suffer a major disadvantage—that of operating the controlled


The trial version converts only 3 pages. Evaluation only.
Converted by First PDF.
(Licensed version doesn't display this notice!)

Click to get the license for First PDF.

Kết quả (Việt) 1:

Tự động kiểm soát quá trình liên tục. Carlos A. Smith bản quyền 2002 John Wiley & Sons, Inc. ISBN: 0-471-21578-3CHƯƠNG 3BỘ ĐIỀU KHIỂN THÔNG TIN PHẢN HỒITrong chương này chúng tôi trình bày các loại quan trọng nhất của bộ điều khiển công nghiệp. Các bộ điều khiển được sử dụng trong hệ thống tương tự, trong hệ thống kiểm soát phân phối (DCSs), và điều khiển độc lập, cũng đôi khi được gọi là bộ điều khiển vòng lặp đơn, hoặc chỉ đơn giản là bộ điều khiển vòng lặp. Các DCSs và bộ điều khiển độc lập được dựa trên máy tính, và kết quả là, họ không xử lý tín hiệu trên cơ sở liên tục nhưng thay vào đó, trong một thời trang rời rạc. Tuy nhiên, thời gian lấy mẫu cho các hệ thống này là khá nhanh, thường khác nhau, từ 10 lần / giây để về một lần mỗi giây. Do đó, cho tất cả các mục đích thực tế, các bộ điều khiển xuất hiện để được liên tục.3-1 HÀNH ĐỘNG CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂNViệc lựa chọn của bộ điều khiển hành động là rất quan trọng. Nếu các hành động không được lựa chọn một cách chính xác, bộ điều khiển sẽ không kiểm soát. Chúng ta hãy xem làm thế nào để chọn hành động, và ý nghĩa của nó.Xem xét các vòng lặp kiểm soát trao đổi nhiệt Hiển thị trong hình 3-1.1. Quá trình này là ở trạng thái ổn định và đặt điểm; điểm đặt là hằng số. Giả sử rằng tín hiệu từ máy phát tăng, cho thấy rằng nhiệt độ cửa hàng đã tăng lên so với điểm đặt. Để trở về nhiệt độ này điểm đặt, bộ điều khiển phải đóng Van hơi bằng một số lượng. Bởi vì các van là thất bại, đóng cửa (FC), con-troller phải giảm tín hiệu đầu ra của nó để đóng các van (xem mũi tên trong figure). Khi tăng tín hiệu với bộ điều khiển đòi hỏi một sự giảm xuống trong tín hiệu từ bộ điều khiển, bộ điều khiển phải được đặt để đảo ngược hành động. Thông thường, thuật ngữ tăng/giảm, hoặc chỉ đơn giản là giảm, cũng được dùng. Sự gia tăng đề cập đến nổi mea, c(t), và giảm đề cập đến biến thao tác, m(t). Đặt điểm không phải là một phần của các quyết định.Ngoài ra, xem xét các vòng lặp cấp Hiển thị trong hình 3-1.2.The quá trình là trạng thái ổn định và đặt điểm; điểm đặt là hằng số. Nếu tín hiệu từ các truyãön38 CÁC HÀNH ĐỘNG CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN 39SPTC 22m(t), % đếnc(t), FC hơi kiểu % CO Chất lỏng quá trìnhtôi (t) TT 22T(t) T Ngưng tụ trở lạiHình 3-1.1 trao đổi nhiệt vòng điều khiển.Fi (t), gpmSPLT LC 07 07 c(t), % đếnm (t), % COf(t), gpmVòng điều khiển cấp hình 3-1,2 lỏng FC.tăng thêm, cho thấy sự gia tăng mức độ, nó là cần thiết để mở các van cửa hàng thêm. Bởi vì các van là thất bại, đóng cửa, các tín hiệu từ bộ điều khiển phải tăng để mở các van. Vì vậy, khi tín hiệu từ các truyãön tăng, các tín hiệu từ bộ điều khiển phải cũng tăng (xem mũi tên trong figure). Trong trường hợp này, bộ điều khiển phải được thiết lập để hành động trực tiếp. Thông thường, thuật ngữ tăng/tăng, hoặc chỉ đơn giản là tăng, cũng được dùng. Hành động điều khiển thường được thiết lập bởi một chuyển đổi, bởi một configuration chút hoặc bằng cách trả lời một câu hỏi trên hầu hết các bộ điều khiển. 40 PHẢN HỒI BỘ ĐIỀU KHIỂN3-2 LOẠI BỘ ĐIỀU KHIỂN THÔNG TIN PHẢN HỒIĐường bộ điều khiển phản hồi đưa ra quyết định là bằng cách giải quyết một phương trình dựa trên sự khác biệt giữa điểm đặt và biến điều khiển. Trong phần này, chúng tôi xem xét loại phổ biến nhất của bộ điều khiển bằng cách nhìn vào các phương trình mô tả hoạt động của họ.Như trình bày trong chương 1, các tín hiệu nhập và thoát khỏi các bộ điều khiển được điện hoặc khí nén. Ngay cả trong hệ thống máy tính các tín hiệu nhập từ quấn là điện trước khi họ được chuyển đổi bởi một analog-to-kỹ thuật số (A/D) con-verter kỹ thuật số tín hiệu. Tương tự, các tín hiệu hệ thống máy tính gửi trở lại cho quấn là một tín hiệu điện. Để giúp đơn giản hóa trình bày sau, chúng tôi sẽ sử dụng tất cả tín hiệu trong phần trăm, có nghĩa là, 0-100% như trái ngược với 4 để 20mA hoặc 3 để 15psig. Như đã đề cập, bộ điều khiển phản hồi quyết định những việc cần làm để duy trì Ðông điểm đặt, kiểm soát bằng cách giải quyết một phương trình dựa trên sự khác biệt giữa cácĐặt điểm và biến điều khiển. Sự khác biệt này, hoặc lỗi, được tính nhưetcset tct (3-2,1)nơi c(t) là biến điều khiển (thông thường, các kiểm soát biến được cho bởi sản lượng máy phát và do đó, có các đơn vị của % đến); cset(t) là điểm đặt (đây là giá trị mong muốn biến kiểm soát và do đó có các đơn vị của % đến; như điểm đặt được nhập vào trong các đơn vị kỹ thuật của quá trình biến, nó được chuyển bởi hệ thống điều khiển (điều khiển) thành % đến bằng cách sử dụng phạm vi truyền); và e(t) là lỗi trong % đến. Lỗi có thể có cũng được tính như e(t) c(t) cset(t); Tuy nhiên, Eq. (3-2,1) sẽ là công ước được sử dụng trong cuốn sách này.Bộ điều khiển tỉ lệ 3-2,1Bộ điều khiển (P) tỉ lệ là loại đơn giản nhất của điều khiển chúng tôi sẽ thảo luận. Phương trình mô tả hoạt động của nó làmtm KC et (3-2,2)nơi m(t) là đầu ra bộ điều khiển, % CO [m(t) thuật ngữ được sử dụng để nhấn mạnh rằng như xa như bộ điều khiển là có liên quan, sản lượng này là biến thao tác]; KC là đạt được điều khiển, % CO/%TO; và m là giá trị thiên vị, % CO (đây là đầu ra từ bộ điều khiển khi lỗi là zero; m là một giá trị liên tục và nó cũng là đầu ra khi bộ điều khiển được bật để hướng dẫn sử dụng; nó rất thường ban đầu được đặt tại midscale, 50% CO).Phương trình (3-2,2) cho thấy rằng đầu ra của bộ điều khiển là tỷ lệ thuận với lỗi. Proportionality được đưa ra bởi đạt được điều khiển, KC. Significance này đạt được hiển thị đồ họa trong hình 3-2,1. figure cho thấy rằng giá trị KC lớn hơn, thêm bộ điều khiển đầu ra thay đổi cho một lỗi nhất định. Do đó KC thiết lập sự nhạy cảm của bộ điều khiển cho một lỗi, có nghĩa là, bao nhiêu điều khiển đầu ra thay đổi mỗi đơn vị thay đổi trong lỗi. Nói cách khác, KC thiết lập gây hấn của bộ điều khiển. KC lớn hơn là, tích cực hơn bộ điều khiển phản ứng với một lỗi.Bộ điều khiển tỉ lệ có lợi thế chỉ có một thông số điều chỉnh, KC. Tuy nhiên, họ bị một bất lợi lớn — của hoạt động các kiểm soát Phiên bản dùng thử chuyển đổi chỉ có 3 trang. Đánh giá.Chuyển đổi bởi đầu tiên PDF.(Phiên bản được cấp phép không hiển thị thông báo này!)Nhấn vào đây để có được giấy phép cho đầu tiên PDF.

Kết quả (Việt) 2:

Tự động điều khiển quá trình liên tục. Carlos A. Smith Copyright 2002 John Wiley & Sons, Inc. ISBN: 0-471-21578-3 CHƯƠNG 3 PHẢN HỒI KIỂM SOÁT Trong chương này chúng tôi trình bày các loại quan trọng nhất của bộ điều khiển công nghiệp. Các bộ điều khiển được sử dụng trong các hệ thống tương tự, trong các hệ thống điều khiển phân tán (DCS), và trong bộ điều khiển độc lập, cũng đôi khi được gọi là bộ điều khiển vòng lặp đơn, hoặc chỉ đơn giản là điều khiển vòng lặp. Các hệ thống DCS và các bộ điều khiển độc lập là dựa trên máy tính, và do đó, họ không xử lý các tín hiệu trên cơ sở liên tục nhưng đúng hơn, một cách rời rạc. Tuy nhiên, thời gian lấy mẫu cho các hệ thống này là khá nhanh, thường là từ 10 lần mỗi giây để khoảng một lần mỗi giây. Như vậy, đối với tất cả các mục đích thực tế, các bộ điều khiển xuất hiện được liên tục. 3-1 HÀNH ĐỘNG KIỂM SOÁT Việc lựa chọn các hành động điều khiển là rất quan trọng. Nếu hành động không được chọn một cách chính xác, bộ điều khiển sẽ không kiểm soát. Chúng ta hãy xem làm thế nào để chọn hành động, và những gì nó có nghĩa. Hãy xem xét các vòng điều khiển thiết bị trao đổi nhiệt hình. 3-1,1. Quá trình này là ở trạng thái ổn định và tại các điểm quy định; điểm tập là hằng số. Giả sử rằng tín hiệu từ máy phát tăng, chỉ ra rằng nhiệt độ đầu ra đã tăng lên trên điểm tập. Để trở về nhiệt độ này đến điểm tập hợp, bộ điều khiển phải đóng van hơi nước bằng một số tiền. Bởi vì các van không kín (FC), các con-troller phải giảm tín hiệu đầu ra của mình để đóng van (xem các mũi tên trong Hình vẽ fi). Khi sự gia tăng tín hiệu để điều khiển yêu cầu giảm tín hiệu từ bộ điều khiển, bộ điều khiển phải được thiết lập để đảo ngược hành động. Thông thường, các hạn mức tăng / giảm, hoặc chỉ đơn giản là giảm, còn được sử dụng. Sự gia tăng đề cập đến mea-surement, c (t), và giảm đề cập đến các biến thao tác, m (t). Các điểm tập không phải là một phần của các quyết định. Ngoài ra, xem xét các vòng lặp mức hình. Quá trình 3-1.2.The là ở trạng thái ổn định và tại điểm đặt; điểm tập là hằng số. Nếu tín hiệu từ máy phát 38 HÀNH ĐỘNG KIỂM SOÁT 39 SP TC 22 m (t),% TO c (t), FC Steam% CO Quy trình dịch i (t) TT 22 T (t) T Condensate trở lại hình 3-1,1 nhiệt kiểm soát trao đổi vòng lặp. fi (t), gpm SP LT LC 07 07 c (t),% ĐẾN m (t),% CO f (t), gpm FC Hình 3-1,2 lỏng kiểm soát mức độ vòng lặp. tăng, cho thấy sự gia tăng ở mức độ, nó là cần thiết để mở van mở ra nhiều hơn. Bởi vì các van không kín, tín hiệu từ bộ điều khiển phải tăng để mở van. Vì vậy, khi các tín hiệu từ các máy phát tăng, tín hiệu từ bộ điều khiển cũng phải tăng lên (xem các mũi tên trong Hình vẽ fi). Trong trường hợp này bộ điều khiển phải được thiết lập để hành động trực tiếp. Thông thường, thời hạn gia tăng / tăng, hoặc chỉ đơn giản là tăng, còn được sử dụng. Các hành động điều khiển thường được thiết lập bởi một chuyển đổi, bởi một guration bit con fi, hoặc bằng cách trả lời câu hỏi trên hầu hết các bộ điều khiển. 40 bộ điều khiển phản hồi, 3-2 LOẠI KIỂM SOÁT PHẢN HỒI Cách mà các bộ điều khiển phản hồi đưa ra quyết định là bằng cách giải một phương trình dựa trên sự khác biệt giữa các điểm thiết lập và các biến kiểm soát. Trong phần này chúng ta nhìn vào những loại phổ biến nhất của các bộ điều khiển bằng cách nhìn vào các phương trình mô tả hoạt động của họ. Như đã trình bày ở chương 1, các tín hiệu vào và ra các bộ điều khiển là một trong hai điện hoặc khí nén. Ngay cả trong các hệ thống máy tính của các tín hiệu nhập từ lĩnh fi là điện trước khi chúng được chuyển đổi bởi một analog-to-kỹ thuật số (A / D) con-verter với các tín hiệu kỹ thuật số. Tương tự như vậy, các tín hiệu hệ thống máy tính sẽ gửi lại cho các lĩnh fi là một tín hiệu điện. Để giúp đơn giản hóa việc trình bày sau đây, chúng tôi sẽ sử dụng tất cả các tín hiệu theo phần trăm, tức là 0-100% như trái ngược với 4 đến 20mA hoặc 3 để 15psig. Như đã đề cập, điều khiển phản hồi quyết định phải làm gì để duy trì các biến kiểm soát tại các điểm thiết lập bằng cách giải một phương trình dựa trên sự khác biệt giữa các điểm thiết lập và các biến kiểm soát. Sự khác biệt này, hoặc lỗi, được tính như etcset tct (3-2,1) nơi c (t) là biến chứng (thường xuyên nhất, biến kiểm soát được cho bởi ra của máy phát và do đó, có đơn vị% TO); CSET (t) là điểm tập (đây là giá trị mong muốn của các biến kiểm soát và do đó có đơn vị% TO; như là điểm tập hợp được nhập vào đơn vị kỹ thuật của quá trình diễn biến, nó được chuyển đổi bởi các hệ thống điều khiển (controller) vào% ĐẾN sử dụng phạm vi phát); và e (t) là các lỗi trong% TO.The lỗi có thể cũng được tính như e (t) c (t) cset (t); Tuy nhiên, Eq. (3-2,1) sẽ được quy ước sử dụng trong cuốn sách này. 3-2,1 tỉ lệ điều khiển Các tỉ lệ (P) điều khiển là loại đơn giản của bộ điều khiển, chúng tôi sẽ thảo luận. Các phương trình mô tả hoạt động của nó là mtm KC et (3-2,2) nơi m (t) là đầu ra điều khiển,% CO [m dài (t) được sử dụng để nhấn mạnh rằng như xa như bộ điều khiển là có liên quan, sản lượng này là biến chế tác]; KC là đạt được điều khiển,% CO /% TO; và m là giá trị sai lệch,% CO (điều này là đầu ra từ bộ điều khiển khi lỗi là số không; m là một giá trị không đổi và nó cũng là đầu ra khi điều khiển được chuyển sang tay, nó là rất ban đầu thường được đặt ở midscale , 50% CO). Phương trình (3-2,2) cho thấy rằng đầu ra của bộ điều khiển tỉ lệ với tỷ lệ tương xứng error.The được đưa ra bởi các bộ điều khiển tăng, KC.The fi trọng yếu của cance tăng này được thể hiện bằng đồ thị trong hình. 3-2,1. Các Hình vẽ fi cho thấy rằng giá trị KC lớn hơn, càng có nhiều sự thay đổi sản lượng điều khiển cho một lỗi được đưa ra. Như vậy KC thiết lập độ nhạy của bộ điều khiển để một lỗi, đó là, bao nhiêu sự thay đổi sản lượng điều khiển, mỗi lần thay đơn vị trong lỗi. Nói cách khác, KC lập gây hấn của bộ điều khiển. Càng lớn KC là, tích cực hơn các bộ điều khiển phản ứng với một lỗi. điều khiển tỉ lệ có lợi thế của một tham số điều chỉnh, KC. Tuy nhiên, họ phải chịu một thiệt thòi-rằng chính vận hành kiểm soát Phiên bản thử nghiệm chuyển đổi chỉ có 3 trang. Đánh giá chỉ. Chuyển Đổi bởi First PDF. (phiên bản được cấp phép không hiển thị thông báo này!) Nhấn vào đây để có được giấy phép cho First PDF.