分程控制系統(tǒng)

1、第1頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)第六章第六章 其他控制系統(tǒng)其他控制系統(tǒng)第2頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)第一節(jié)第一節(jié) 選擇性控制系統(tǒng)選擇性控制系統(tǒng)非正常工況時的控制系統(tǒng)安全保護(hù)性措施有兩類：非正常工況時的控制系統(tǒng)安全保護(hù)性措施有兩類：一類是硬保護(hù)措施一類是硬保護(hù)措施一類是軟保護(hù)措施一類是軟保護(hù)措施 硬保護(hù)措施就是聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)，當(dāng)生產(chǎn)工況超出一定硬保護(hù)措施就是聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)，當(dāng)生產(chǎn)工況超出一定范圍時，聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)采取一系列相應(yīng)的措施，如有聲和范圍時，聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)采取一系列相應(yīng)的措施，如有聲和光警報產(chǎn)生、自動到手動、聯(lián)鎖等，使生產(chǎn)過程處于相對光警報產(chǎn)生、自動到手動、聯(lián)鎖等，使生產(chǎn)過程處于相對安全的狀態(tài)。安

2、全的狀態(tài)。 缺點缺點: :這種硬保護(hù)措施經(jīng)常使生產(chǎn)停車，造成較大的這種硬保護(hù)措施經(jīng)常使生產(chǎn)停車，造成較大的經(jīng)濟損失。經(jīng)濟損失。 第3頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng) 用一個控制不安全情況的控制方案自動取代用一個控制不安全情況的控制方案自動取代正常生產(chǎn)情況下工作的控制方案，用取代控制器正常生產(chǎn)情況下工作的控制方案，用取代控制器代替正?？刂破?，直至使生產(chǎn)過程重新恢復(fù)正常，代替正?？刂破?，直至使生產(chǎn)過程重新恢復(fù)正常，而后又使原來的控制方案重新恢復(fù)工作，用正常而后又使原來的控制方案重新恢復(fù)工作，用正?？刂破鞔嫒〈刂破??？刂破鞔嫒〈刂破?。 軟保護(hù)措施軟保護(hù)措施: : 通過一個特定設(shè)計的自動選擇性控制系

3、統(tǒng)，通過一個特定設(shè)計的自動選擇性控制系統(tǒng)，當(dāng)生產(chǎn)短期內(nèi)處于不正常工況時，既不使設(shè)備當(dāng)生產(chǎn)短期內(nèi)處于不正常工況時，既不使設(shè)備停車又起到對生產(chǎn)進(jìn)行自動保護(hù)的目的。停車又起到對生產(chǎn)進(jìn)行自動保護(hù)的目的。第4頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)構(gòu)成該系統(tǒng)應(yīng)具備兩方面構(gòu)成該系統(tǒng)應(yīng)具備兩方面: :一是生產(chǎn)操作上有一定的一是生產(chǎn)操作上有一定的選擇性規(guī)律選擇性規(guī)律；二是組成控制系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)中，必須包二是組成控制系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)中，必須包含具有選擇性功能的含具有選擇性功能的選擇單元。選擇單元。通常系統(tǒng)中設(shè)有兩個控制器（或兩個以通常系統(tǒng)中設(shè)有兩個控制器（或兩個以上的變送器），通過選擇器選出能適應(yīng)上的變送器），通過選擇器選出能

4、適應(yīng)生產(chǎn)安全狀況的控制信號，實現(xiàn)對生產(chǎn)生產(chǎn)安全狀況的控制信號，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的自動控制。過程的自動控制。第5頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)1 1連續(xù)型選擇性控制系統(tǒng)連續(xù)型選擇性控制系統(tǒng)兩類兩類: :1 1）選擇器位于兩個控制器與一個執(zhí)行器之）選擇器位于兩個控制器與一個執(zhí)行器之間這是選擇性控制系統(tǒng)中常用的類型。間這是選擇性控制系統(tǒng)中常用的類型。 二、選擇性控制系統(tǒng)的類型二、選擇性控制系統(tǒng)的類型第6頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)鍋爐為例鍋爐為例第7頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng) 然而，燃料氣的壓力也隨燃料氣量的增加而然而，燃料氣的壓力也隨燃料氣量的增加而升高，當(dāng)燃料氣壓力過高超過某一安全極限時，升高，當(dāng)燃料氣

5、壓力過高超過某一安全極限時，會產(chǎn)生脫火現(xiàn)象。會產(chǎn)生脫火現(xiàn)象。一旦脫火現(xiàn)象發(fā)生，燃燒室內(nèi)一旦脫火現(xiàn)象發(fā)生，燃燒室內(nèi)由于積存大量燃料氣與空氣的混合物，會有爆炸由于積存大量燃料氣與空氣的混合物，會有爆炸的危險。的危險。 正常情況下，通過控制燃料量來保證蒸汽正常情況下，通過控制燃料量來保證蒸汽壓力的穩(wěn)定。壓力的穩(wěn)定。 當(dāng)蒸汽用量增加時，蒸汽壓力就會下降，當(dāng)蒸汽用量增加時，蒸汽壓力就會下降，為保證蒸汽壓力不變，必須在增加供水量的同為保證蒸汽壓力不變，必須在增加供水量的同時，相應(yīng)地增加燃料氣量。時，相應(yīng)地增加燃料氣量。 鍋爐控制系統(tǒng)中常采用蒸汽壓力與燃料氣壓鍋爐控制系統(tǒng)中常采用蒸汽壓力與燃料氣壓力的選擇性

6、控制系統(tǒng)，以防止脫火現(xiàn)象產(chǎn)生。力的選擇性控制系統(tǒng)，以防止脫火現(xiàn)象產(chǎn)生。第8頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng) 當(dāng)燃料氣壓力恢復(fù)正常時，蒸汽壓力控制器當(dāng)燃料氣壓力恢復(fù)正常時，蒸汽壓力控制器P1CP1C的輸出的輸出b b又成為低信號，經(jīng)自動切換，蒸汽壓力控制系統(tǒng)重新恢又成為低信號，經(jīng)自動切換，蒸汽壓力控制系統(tǒng)重新恢復(fù)運行。復(fù)運行。從安全角度考慮，燃料氣控制閥應(yīng)為氣開式。從安全角度考慮，燃料氣控制閥應(yīng)為氣開式。正常情況下，燃料氣壓力低于給定值，由于正常情況下，燃料氣壓力低于給定值，由于P2CP2C是是反作用，其輸出反作用，其輸出a a將是高信號，而蒸汽壓力控制器將是高信號，而蒸汽壓力控制器P1CP1C的輸出

7、的輸出b b則為低信號。此時，低選器選中則為低信號。此時，低選器選中b b信號信號來控制閥來控制閥, ,使蒸汽壓力滿足工藝要求。使蒸汽壓力滿足工藝要求。 而當(dāng)燃料氣壓力上升到超過脫火壓力時，由于而當(dāng)燃料氣壓力上升到超過脫火壓力時，由于P2CP2C是反作用，其輸出是反作用，其輸出a a將是低信號，將是低信號，a a被低選器選中，被低選器選中，這樣便取代了蒸汽壓力控制器，防止脫火現(xiàn)象的發(fā)這樣便取代了蒸汽壓力控制器，防止脫火現(xiàn)象的發(fā)生生, ,其結(jié)果是控制閥的開度關(guān)小，閥后壓力下降，起其結(jié)果是控制閥的開度關(guān)小，閥后壓力下降，起到自動保護(hù)的作用。到自動保護(hù)的作用。第9頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)特點：特點

8、： 多個變送器共用一個控制器，選擇器位于控制多個變送器共用一個控制器，選擇器位于控制器之前，對變送器的輸出信號進(jìn)行選擇。其用途主器之前，對變送器的輸出信號進(jìn)行選擇。其用途主要有兩個要有兩個: :2 2）選擇器位于控制器之前）選擇器位于控制器之前 其二是為防儀表故障造成事故，對同一檢測點采其二是為防儀表故障造成事故，對同一檢測點采用多個儀表測量，選出可靠的測量值，即冗余系統(tǒng)。用多個儀表測量，選出可靠的測量值，即冗余系統(tǒng)。 一是選出幾個檢測變送信號的最高或最低信號用一是選出幾個檢測變送信號的最高或最低信號用于控制，即競爭控制系統(tǒng)，于控制，即競爭控制系統(tǒng)， 第10頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)競爭控制系

9、統(tǒng)競爭控制系統(tǒng)冗余系統(tǒng)冗余系統(tǒng) 第11頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng) 一個變量是工藝操作的主要技術(shù)指標(biāo)，另一一個變量是工藝操作的主要技術(shù)指標(biāo)，另一個變量只在工藝上對其有一限值要求，只要不超個變量只在工藝上對其有一限值要求，只要不超出該限值，就能保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行。因此，正出該限值，就能保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行。因此，正常情況下就按照影響生產(chǎn)的主要變量來進(jìn)行連續(xù)常情況下就按照影響生產(chǎn)的主要變量來進(jìn)行連續(xù)控制?？刂啤?一旦另一變量達(dá)到極限要求時，為了防止事一旦另一變量達(dá)到極限要求時，為了防止事故的發(fā)生，選擇性控制系統(tǒng)將通過專門的裝置故的發(fā)生，選擇性控制系統(tǒng)將通過專門的裝置（電接點、信號器、切換器等）切斷主要

10、變量控（電接點、信號器、切換器等）切斷主要變量控制器的輸出，而將控制閥迅速打開或關(guān)閉，直到制器的輸出，而將控制閥迅速打開或關(guān)閉，直到該變量回到限值以內(nèi)時，系統(tǒng)才自動重新恢復(fù)到該變量回到限值以內(nèi)時，系統(tǒng)才自動重新恢復(fù)到之前的連續(xù)控制。之前的連續(xù)控制。2 2開關(guān)型選擇性控制系統(tǒng)開關(guān)型選擇性控制系統(tǒng)這種控制系統(tǒng)一般有兩個可供選擇的變量。這種控制系統(tǒng)一般有兩個可供選擇的變量。第12頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)5 5）當(dāng)選擇高選器時，應(yīng)考慮事故時的保護(hù)措施。）當(dāng)選擇高選器時，應(yīng)考慮事故時的保護(hù)措施。三、選擇性控制系統(tǒng)的設(shè)計三、選擇性控制系統(tǒng)的設(shè)計1 1選擇器的選型選擇器的選型 在選擇器具體選型時，根據(jù)生產(chǎn)

11、處于不正常情況下，取在選擇器具體選型時，根據(jù)生產(chǎn)處于不正常情況下，取代控制器的輸出信號為高或為低來確定選擇器的類型。代控制器的輸出信號為高或為低來確定選擇器的類型。步驟步驟: :1 1）從安全角度考慮，確定控制閥的氣開和氣關(guān)類型；）從安全角度考慮，確定控制閥的氣開和氣關(guān)類型；4 4）根據(jù)取代控制器的輸出信號類型，確定選擇器是高）根據(jù)取代控制器的輸出信號類型，確定選擇器是高選器還是低選器；選器還是低選器；2 2）確定正常工況和取代工況時的對象特性，即放大）確定正常工況和取代工況時的對象特性，即放大倍數(shù)的正、負(fù)；倍數(shù)的正、負(fù)；3 3）確定正常控制器和取代控制器的正、反作用；）確定正?？刂破骱腿〈?/p>

12、制器的正、反作用；第13頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)四、積分飽和及其防止四、積分飽和及其防止3. 3.控制器的輸入，即偏差信號一直存在。控制器的輸入，即偏差信號一直存在。 產(chǎn)生積分飽和有三個條件產(chǎn)生積分飽和有三個條件: :1. 1.控制器具有積分作用控制器具有積分作用；2. 2.控制器處于開環(huán)工作狀態(tài)，既其輸出沒有控制器處于開環(huán)工作狀態(tài)，既其輸出沒有被送往控制閥；被送往控制閥； 在選擇性控制系統(tǒng)中，總有一個控制器處于在選擇性控制系統(tǒng)中，總有一個控制器處于開環(huán)狀態(tài)，若此控制器有積分作用，就會產(chǎn)生開環(huán)狀態(tài)，若此控制器有積分作用，就會產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象。積分飽和現(xiàn)象。 第14頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)采

13、用外部信號作為控制器的積分反饋信號。采用外部信號作為控制器的積分反饋信號。 防止積分飽和防止積分飽和1 1）限幅法用高低值限幅器，使控制器的輸出信號）限幅法用高低值限幅器，使控制器的輸出信號被限制在工作區(qū)間內(nèi)。被限制在工作區(qū)間內(nèi)。2 2）外反饋法）外反饋法 當(dāng)控制器處于開環(huán)工作狀態(tài)時，由于積分反當(dāng)控制器處于開環(huán)工作狀態(tài)時，由于積分反饋信號不是輸出信號本身，就不會形成對偏饋信號不是輸出信號本身，就不會形成對偏差的積分作用，從而可以防止積分飽和問題差的積分作用，從而可以防止積分飽和問題的出現(xiàn)。的出現(xiàn)。第15頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)如圖所示，選擇性控制系統(tǒng)的兩個比例積分控制器輸出分別如圖所示，選擇

14、性控制系統(tǒng)的兩個比例積分控制器輸出分別為為P1P1、P2P2，通過選擇器選中其中之一送至控制閥，送往控制，通過選擇器選中其中之一送至控制閥，送往控制閥的信號又同時引回到兩個控制器的積分環(huán)節(jié)。閥的信號又同時引回到兩個控制器的積分環(huán)節(jié)。第16頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng) 分程控制系統(tǒng)是將一個控制器的輸出分成若干段，分程控制系統(tǒng)是將一個控制器的輸出分成若干段，由各個信號段去控制相應(yīng)的控制閥，從而實現(xiàn)了一由各個信號段去控制相應(yīng)的控制閥，從而實現(xiàn)了一個控制器對多個控制閥的控制。個控制器對多個控制閥的控制。第二節(jié)第二節(jié) 分程控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)一、概述一、概述 前面介紹的控制系統(tǒng)中，通常是一個控制器的輸前面

15、介紹的控制系統(tǒng)中，通常是一個控制器的輸出只用來控制一個控制閥。出只用來控制一個控制閥。第17頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng) 如閥如閥A A在控制器的輸出信號為在控制器的輸出信號為0.020.020.06MPa0.06MPa范圍內(nèi)工作，范圍內(nèi)工作，閥閥B B則在控制器輸出信號為則在控制器輸出信號為0.060.060.1MPa0.1MPa范圍內(nèi)工作。范圍內(nèi)工作。 把控制器的輸出信號分成兩段，利用不同的輸出信號把控制器的輸出信號分成兩段，利用不同的輸出信號段分別控制兩個控制閥段分別控制兩個控制閥第18頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)就控制閥的氣開、氣關(guān)形式可分為兩類：就控制閥的氣開、氣關(guān)形式可分為兩類：一類是

16、控制閥同向動作，即隨著控制器輸出信號的一類是控制閥同向動作，即隨著控制器輸出信號的變化，控制閥均開大或關(guān)小，且兩個閥同為氣開式變化，控制閥均開大或關(guān)小，且兩個閥同為氣開式或同為氣關(guān)式?；蛲瑸闅怅P(guān)式。第19頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng) 另一類是控制閥異向動作，即隨著控制器輸出信號的變另一類是控制閥異向動作，即隨著控制器輸出信號的變化，控制閥中一個開大，另一個關(guān)小，且兩個控制閥一個氣化，控制閥中一個開大，另一個關(guān)小，且兩個控制閥一個氣開式，一個氣關(guān)式。開式，一個氣關(guān)式。 分程控制中，控制閥同向或異向的選擇，要根據(jù)工藝的分程控制中，控制閥同向或異向的選擇，要根據(jù)工藝的實際需要來確定。實際需要來確定。

17、第20頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)為實現(xiàn)分程控制，所使用的閥必須是帶有閥門定位器的。通為實現(xiàn)分程控制，所使用的閥必須是帶有閥門定位器的。通過閥門定位器使閥接收調(diào)節(jié)器輸出的不同信號段，在各自的過閥門定位器使閥接收調(diào)節(jié)器輸出的不同信號段，在各自的信號段范圍內(nèi)走全行程。信號段范圍內(nèi)走全行程。如要使一臺調(diào)節(jié)器同時控制如要使一臺調(diào)節(jié)器同時控制A A、B B兩個調(diào)節(jié)閥，通過調(diào)閥門定兩個調(diào)節(jié)閥，通過調(diào)閥門定位器的零點和量程，使位器的零點和量程，使A A閥定位器在閥定位器在4 412mA12mA信號時，輸出信號時，輸出0.020.020.06MPa0.06MPa信號控制信號控制A A閥走全行程，使閥走全行程，使

18、B B閥定位器在閥定位器在12122020mAmA時，輸出時，輸出0.060.060.1MPa0.1MPa控制控制B B閥走全行程。閥走全行程。m axm inQRQ二、分程控制的應(yīng)用場合二、分程控制的應(yīng)用場合1 1擴大閥的可調(diào)范圍，改善控制品質(zhì)擴大閥的可調(diào)范圍，改善控制品質(zhì)控制閥有一個重要指標(biāo)是閥的可調(diào)比控制閥有一個重要指標(biāo)是閥的可調(diào)比R RQminQmin閥能控制的最小流量閥能控制的最小流量式中式中 QmaxQmax閥能控制的最大流量閥能控制的最大流量第21頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)圖中，若圖中，若maxmax4100ABQQ 且兩閥的可調(diào)比相等且兩閥的可調(diào)比相等30ABRR min40.

19、13330AQ maxmaxmax104ABQQQ 當(dāng)大閥泄漏量可忽略時，采用分程控制后，當(dāng)大閥泄漏量可忽略時，采用分程控制后，最小流量為最小流量為最大流量為最大流量為1047820.133R 可調(diào)比將擴大到可調(diào)比將擴大到第22頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)第23頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)2 2控制兩種不同的介質(zhì)，滿足工藝的要求控制兩種不同的介質(zhì)，滿足工藝的要求某些間歇式某些間歇式生產(chǎn)的化學(xué)生產(chǎn)的化學(xué)反應(yīng)過程反應(yīng)過程需需A A、B B兩個控制閥分別控制冷水和蒸汽兩種傳熱介質(zhì)兩個控制閥分別控制冷水和蒸汽兩種傳熱介質(zhì)需設(shè)計一個分程控制系統(tǒng)，用調(diào)節(jié)器輸出不同的信號段需設(shè)計一個分程控制系統(tǒng)，用調(diào)節(jié)器輸出不

20、同的信號段來控制這兩個閥，以滿足工藝上需要冷卻和加熱的要求來控制這兩個閥，以滿足工藝上需要冷卻和加熱的要求第24頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)1 1）確定閥的類型）確定閥的類型從安全的角度考慮，冷水閥從安全的角度考慮，冷水閥A A選擇氣關(guān)式，蒸汽閥選擇氣關(guān)式，蒸汽閥B B選擇氣選擇氣開式開式? ?2 2）確定分程區(qū)間）確定分程區(qū)間該系統(tǒng)中，溫度調(diào)節(jié)器應(yīng)為反作用。該系統(tǒng)中，溫度調(diào)節(jié)器應(yīng)為反作用。為節(jié)能，升溫期間應(yīng)關(guān)閉冷水閥，打開蒸汽閥；為節(jié)能，升溫期間應(yīng)關(guān)閉冷水閥，打開蒸汽閥；當(dāng)溫度偏高需降溫時，應(yīng)先關(guān)小蒸汽再開大冷水。當(dāng)溫度偏高需降溫時，應(yīng)先關(guān)小蒸汽再開大冷水。調(diào)節(jié)器反作用，即溫度升高，其輸出信號

21、下降時（從調(diào)節(jié)器反作用，即溫度升高，其輸出信號下降時（從20204mA4mA），），先關(guān)小蒸汽閥，再開大冷水閥先關(guān)小蒸汽閥，再開大冷水閥第25頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)故蒸汽閥應(yīng)在高信號區(qū)工作（故蒸汽閥應(yīng)在高信號區(qū)工作（202012mA,0.0612mA,0.060.1MPa0.1MPa）冷水閥應(yīng)在低信號區(qū)工作（冷水閥應(yīng)在低信號區(qū)工作（12124mA,4mA,0.020.020.06MPa0.06MPa）一般同向分程動作是為了滿足工藝上擴大可調(diào)比的要求；一般同向分程動作是為了滿足工藝上擴大可調(diào)比的要求；反向分程動作是為了滿足工藝的特殊要求。反向分程動作是為了滿足工藝的特殊要求。第26頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)反應(yīng)前的升溫階段，由于溫度測量值小于給定值，調(diào)節(jié)器輸反應(yīng)前的升溫階段，由于溫度測量值小于給定值，調(diào)節(jié)器輸出較大（大于出較大（大于0.06MPa0.06MPa），閥），閥A A關(guān)，閥關(guān)，閥B B開，此時通入蒸汽使開，此時通入蒸汽使循環(huán)水加熱，再通過夾套使反應(yīng)物溫度慢慢升高。循環(huán)水加熱，再通過夾套使反應(yīng)物溫度慢慢升高。當(dāng)反應(yīng)物溫度達(dá)到反應(yīng)溫度時，當(dāng)反應(yīng)物溫度達(dá)到反應(yīng)溫度時，化學(xué)反應(yīng)開始，有熱量放出，化學(xué)反應(yīng)開始，有熱量放出，反應(yīng)物溫度升高。反應(yīng)物溫度升高。調(diào)節(jié)器為反作用，隨著溫度升高，調(diào)節(jié)器為反作