化工儀表及自動化第13章

1、化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 化工儀表及自動化化工儀表及自動化第十三章第十三章 復雜控制系統(tǒng)復雜控制系統(tǒng) 化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 內(nèi)容提要內(nèi)容提要n 串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)n串級控制系統(tǒng)概述串級控制系統(tǒng)概述n串級控制系統(tǒng)的特點及應(yīng)用串級控制系統(tǒng)的特點及應(yīng)用n主、副控制器控制規(guī)律的選擇主、副控制器控制規(guī)律的選擇n主、副控制器正反作用的選擇主、副控制器正反作用的選擇n控制器參數(shù)工程整定與系統(tǒng)投運控制器參數(shù)工程整定與系統(tǒng)投運n 其他復雜控制系統(tǒng)其他復雜控制系統(tǒng)n均勻控制系統(tǒng)均勻控制系統(tǒng)1化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 內(nèi)容提要內(nèi)容提要n比值控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)n前饋控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)

2、n取代控制系統(tǒng)取代控制系統(tǒng)n分程控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)n多沖量控制系統(tǒng)多沖量控制系統(tǒng)2化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 概述概述3復雜控制系統(tǒng)復雜控制系統(tǒng)串級串級控制控制系統(tǒng)系統(tǒng) 均勻均勻控制控制系統(tǒng)系統(tǒng)比值比值控制控制系統(tǒng)系統(tǒng)分程分程控制控制系統(tǒng)系統(tǒng) 前饋前饋控制控制系統(tǒng)系統(tǒng) 選擇選擇控制控制系統(tǒng)系統(tǒng) 三沖量三沖量控制系控制系統(tǒng)統(tǒng) 化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)n 一、串級控制系統(tǒng)概述一、串級控制系統(tǒng)概述4 當對象的滯后較大，干擾比較劇烈、頻繁時，可考當對象的滯后較大，干擾比較劇烈、頻繁時，可考慮采用串級控制系統(tǒng)。慮采用串級控制系統(tǒng)。舉例舉例說明串級控

3、制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其工作原理說明串級控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其工作原理 可延長爐子壽命，防止爐管燒壞；可延長爐子壽命，防止爐管燒壞； 可保證后面精餾分離的質(zhì)量?？杀ＷC后面精餾分離的質(zhì)量。 圖13-1 管式加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng) 根據(jù)原油出口溫度的變化來控制燃料閥門的開度根據(jù)原油出口溫度的變化來控制燃料閥門的開度 5化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)6 當燃料壓力或燃料本身的熱值變化后，先影響當燃料壓力或燃料本身的熱值變化后，先影響爐膛的溫度，然后通過傳熱過程才能逐漸影響原料爐膛的溫度，然后通過傳熱

4、過程才能逐漸影響原料油的出口溫度，這個通道容量滯后很大，時間常數(shù)油的出口溫度，這個通道容量滯后很大，時間常數(shù)約約15min左右，反應(yīng)緩慢，而溫度控制器左右，反應(yīng)緩慢，而溫度控制器TC是根據(jù)是根據(jù)原料油的出口溫度與給定值的偏差工作的。所以當原料油的出口溫度與給定值的偏差工作的。所以當干擾作用在對象上后，并不能較快地產(chǎn)生控制作用干擾作用在對象上后，并不能較快地產(chǎn)生控制作用以克服干擾被控變量的影響。當工藝上要求原料油以克服干擾被控變量的影響。當工藝上要求原料油的出口溫度非常嚴格時，為了解決容量滯后問題，的出口溫度非常嚴格時，為了解決容量滯后問題，還需對加熱爐的工藝作進一步分析。還需對加熱爐的工藝作進

5、一步分析。化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)7 圖13-3管式加熱爐出口溫度串級控制系統(tǒng)的方框圖圖13-2管式加熱爐出口溫度串級控制系統(tǒng)化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng) 在上述控制系統(tǒng)中，有兩個控制器T1C和T2C，接收來自對象不同部位的測量信號1和2。T1C的輸出作為T2C的給定值，而后者的輸出去控制執(zhí)行器以改變操縱變量。從系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)看，這兩個控制器是串接工作的。 工藝控制指標，在串級控制系統(tǒng)中起主導工藝控制指標，在串級控制系統(tǒng)中起主導作用的被控變量。作用的被控變量。8化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié)

6、 串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)9為主變量表征其特性的生產(chǎn)設(shè)備。為主變量表征其特性的生產(chǎn)設(shè)備。為副變量表征其特性的工藝生產(chǎn)設(shè)備。為副變量表征其特性的工藝生產(chǎn)設(shè)備。按主變量的測量值與給定值而工作，其輸按主變量的測量值與給定值而工作，其輸出作為副變量給定值的那個控制器。出作為副變量給定值的那個控制器。串級控制系統(tǒng)中為了穩(wěn)定主變量或因某串級控制系統(tǒng)中為了穩(wěn)定主變量或因某種需要而引入的輔助變量。種需要而引入的輔助變量。化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)由主變量的測量變送裝置，主、副控制器，由主變量的測量變送裝置，主、副控制器，執(zhí)行器和主、副對象構(gòu)成的外回路。執(zhí)行器和主、

7、副對象構(gòu)成的外回路。由副變量的測量變送裝置，副控制器執(zhí)行器和由副變量的測量變送裝置，副控制器執(zhí)行器和副對象所構(gòu)成的內(nèi)回路。副對象所構(gòu)成的內(nèi)回路。其給定值來自主控制器的輸出，并按副變其給定值來自主控制器的輸出，并按副變量的測量值與給定值的偏差而工作的那個量的測量值與給定值的偏差而工作的那個控制器?？刂破鳌?0化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)11圖13-4串級控制系統(tǒng)典型方塊圖化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)n 二、串級控制系統(tǒng)的特點及應(yīng)用二、串級控制系統(tǒng)的特點及應(yīng)用12 串級控制系統(tǒng)有兩個閉合回路。主回路是個定值控制

8、系統(tǒng), 副回路是個隨動系統(tǒng)。 在串級控制系統(tǒng)中,主變量是反映產(chǎn)品質(zhì)量或生產(chǎn)過程運行情況的主要工藝參數(shù)。副變量的引入往往是為了提高主變量的控制質(zhì)量,它是基于主,副變量之間具有一定的內(nèi)在關(guān)系而工作的。 化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng) 一類情況是選擇與主變量有一定關(guān)系的某一中間變量作為副變量; 另一類選擇的副變量就是操縱變量本身,這樣能及時克服它的波動,減小對主變量的影響。 13化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)14 通過這套串級控制系統(tǒng)，能夠在塔釜溫度穩(wěn)定不變時，蒸汽流量能保持恒定值，而當溫度在外來干擾作用下偏離給定值

9、時，又要求蒸汽流量能作相應(yīng)的變化，以使能量的需要與供給之間得到平衡，從而保持釜溫在要求的數(shù)值上。圖13-5精餾塔塔釜溫度串級控制系統(tǒng)1精餾塔；2再沸器化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng) 在上例中，選擇的副變量就是操縱變量（加熱蒸汽量）本身。這樣，當干擾來自蒸汽壓力或流量的波動時，副回路能及時加以克服，以大大減少這種干擾對主變量的影響，使塔釜溫度的控制質(zhì)量得以提高。15化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)(1)(1)干擾作用于副回路干擾作用于副回路F2引起2變化，控制器T2C及時進行控制，使其很快穩(wěn)定下來；如果干擾量小，經(jīng)

10、過副回路控制后，F(xiàn)2一般影響不到溫度1；如果干擾量大，其大部分影響為副回路所克服，波及到被控變量溫度1再由主回路進一步控制，徹底消除干擾的影響，使被控變量回復到給定值。16化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng) 由于副回路控制通道短，時間常數(shù)小，所以當干由于副回路控制通道短，時間常數(shù)小，所以當干擾進入回路時，可以獲得比單回路控制系統(tǒng)超前的控擾進入回路時，可以獲得比單回路控制系統(tǒng)超前的控制作用，有效地克服燃料油壓力或熱值變化對原料油制作用，有效地克服燃料油壓力或熱值變化對原料油出口溫度的影響，從而大大提高了控制質(zhì)量。出口溫度的影響，從而大大提高了控制質(zhì)量。 在確

11、定副回路時，除了要考慮它的快速性外，還應(yīng)在確定副回路時，除了要考慮它的快速性外，還應(yīng)該使副回路包括主要干擾，可能條件下應(yīng)力求包括較該使副回路包括主要干擾，可能條件下應(yīng)力求包括較多的次要干擾。多的次要干擾。17化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)圖13-6 加熱爐出口溫度與燃料油壓力串級控制系統(tǒng)如果燃料油的壓力比較穩(wěn)定如果燃料油的壓力比較穩(wěn)定, ,而燃料油的組分波動較大而燃料油的組分波動較大, ,那么那么, ,該圖串級控制系統(tǒng)的該圖串級控制系統(tǒng)的副回路作用就不大。副回路作用就不大。 18化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)(

12、2)(2)干擾同時作用于副回路和主對象干擾同時作用于副回路和主對象在干擾作用下，主、副變量的變化方向相同。在干擾作用下，主、副變量的變化方向相同?；貜驮O(shè)定值副控制器的輸出給定值測量值主控制器的輸出原料油出口溫度爐膛溫度11219化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)20主、副變量的變化方向相反，一個增加，另一個減小。主、副變量的變化方向相反，一個增加，另一個減小。副控制器輸出不變，偏差為零時副控制器的測定值主控制器的輸出原料油出口溫度爐膛溫度212,化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)在串級控制系統(tǒng)中，由于引入一個閉合的副回

13、路，在串級控制系統(tǒng)中，由于引入一個閉合的副回路，不僅能迅速克服作用于副回路的干擾，而且對作不僅能迅速克服作用于副回路的干擾，而且對作用于主對象上的干擾也能加速克服過程。用于主對象上的干擾也能加速克服過程。因此，在串級控因此，在串級控制系統(tǒng)中，由于主、副回路相互配合、相互補充，制系統(tǒng)中，由于主、副回路相互配合、相互補充，充分發(fā)揮了控制作用，大大提高了控制質(zhì)量。充分發(fā)揮了控制作用，大大提高了控制質(zhì)量。 21化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng) 由于增加了副回路,使串級控制系統(tǒng)具有一定的自適應(yīng)能力,可用于負荷和操作條件有較大變化的場合。 當對象的滯后和時間常數(shù)很大

14、,干擾作用強而頻繁,負荷變化大,簡單控制系統(tǒng)滿足不了要求時,使用串級控制系統(tǒng)是合適的,尤其是當主要干擾來自控制閥方面時,選擇控制介質(zhì)的流量或壓力作為副變量來構(gòu)成串級控制系統(tǒng)是很適宜的。 22化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)n 三、主、副控制器控制規(guī)律的選擇三、主、副控制器控制規(guī)律的選擇23為了高精度地穩(wěn)定主變量。主控制器通常都選用比例積分控制規(guī)律，以實現(xiàn)主變量的無差控制。 副變量的給定值是隨主控制器的輸出變化而變化的。副控制器一般采用比例控制規(guī)律。 化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)選擇方法序號對變量的要求應(yīng)選控制規(guī)

15、律備 注主 變 量副 變 量主 控副 控1234重要指標,要求很高主要指標,要求較高允許變化,要求不高要求不高,互相協(xié)調(diào)允許變化,要求不嚴主要指標,要求較高要求較高,變化較快 要求不高,互相協(xié)調(diào)PIPIPPPPIPIP主控必要時引入微分工程上很少采用表13-1 主、副變量不同時應(yīng)選用的控制規(guī)律24化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)25n 四、主、副控制器正反作用的選擇四、主、副控制器正反作用的選擇 串級控制系統(tǒng)中的副控制器作用方向的選擇，根據(jù)工藝安全等要求，選定執(zhí)行器的氣開、氣關(guān)形式后，按照使副控制回路成為一個負反饋系統(tǒng)的原則來確定。 例如圖例如圖13-2

16、13-2所示的管式加熱爐溫度所示的管式加熱爐溫度- -溫度串級控制系統(tǒng)溫度串級控制系統(tǒng)中的副回路。中的副回路。 氣源中斷，停止供給燃料油時，執(zhí)行器選氣開閥， “正”方向。燃料量加大時，爐膛溫度2（副變量）增加，副對象 “正”方向。為使副回路構(gòu)成一個負反饋系統(tǒng)，副控制器T2C選擇“反” 方向。1.副控制器作用方向的選擇副控制器作用方向的選擇化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng) 當主、副變量增加（減小）時，如果由工藝分析得出，為使主、副變量減?。ㄔ黾樱罂刂崎y的動作方向是一致的時候，主控制器應(yīng)選“反”作用；反之，則應(yīng)選“正”作用。26例如圖例如圖13-213

17、-2所示的管式加熱爐串級控制系統(tǒng)。所示的管式加熱爐串級控制系統(tǒng)。 主變量1或副變量2增加時，都要求關(guān)小控制閥，減少供給的燃料量，才能使1或2降下來，所以此時主控制器T1C應(yīng)確定為反作用方向。 化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)n 五、控制器參數(shù)整定與系統(tǒng)投運五、控制器參數(shù)整定與系統(tǒng)投運27串級控制系統(tǒng)主、副控制器的參數(shù)整定的兩種方法。串級控制系統(tǒng)主、副控制器的參數(shù)整定的兩種方法。 按照串級控制系統(tǒng)主、副回路的情況，先整定副控制器，后整定主控制器的方法。 化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)（1）在工況穩(wěn)定，主、副控制器都

18、在純比例作用運行的條件下，將主控制器的比例度先固定在100的刻度上，逐漸減小副控制器的比例度，求取副回路在滿足某種衰減比（如41）過渡過程下的副控制器比例度和操作周期，分別用2s和T2s表示。（2）在副控制器比例度等于2s的條件下，逐步減小主控制器的比例度，直至得到同樣衰減比下的過渡過程，記下此時主控制器的比例度1s和操作周期T1s。 28化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)29（3）根據(jù)上面得到的1s、T1s、2s、T2s，按表12-3（或表12-4）的規(guī)定關(guān)系計算主、副控制器的比例度、積分時間和微分時間。（4）按“先副后主”、“先比例次積分后微分”的整定

19、規(guī)律，將計算出的控制器參數(shù)加到控制器上。（5）觀察控制過程，適當調(diào)整，直到獲得滿意的過渡過程。 化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng) 如果主、副對象時間常數(shù)相差不大，動態(tài)聯(lián)系密切，可能會出現(xiàn)“共振共振”現(xiàn)象。 可適當減小副控制器比例度或積分時間，以達到減小副回路操作周期的目的。同理，可以加大主控制器的比例度或積分時間，以期增大主回路操作周期，使主、副回路的操作周期之比加大，避免“共振”。 如果主、副對象特性太接近，就不能完全靠控制器參數(shù)的改變來避免“共振”了。30化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)2.2.一步整定法一步整

20、定法 副控制器的參數(shù)按經(jīng)驗直接確定副控制器的參數(shù)按經(jīng)驗直接確定, ,主控制器的參數(shù)按主控制器的參數(shù)按簡單控制系統(tǒng)整定。簡單控制系統(tǒng)整定。 這種整定方法，對于對主變量要求較高，而對副變量沒有什么要求或要求不嚴，允許它在一定范圍內(nèi)變化的串級控制系統(tǒng)，是很有效的。 31化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)32副變量副變量放大倍數(shù)放大倍數(shù)K Kc2c2比例度比例度2s2s溫度壓力流量液位5.0 1.73.0 1.42.5 1.255.0 1.2520 6030 7040 8020 80表 13-2采用一步整定法時副變量的選擇范圍化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第一

21、節(jié)第一節(jié) 串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)33 （1）在生產(chǎn)正常，系統(tǒng)為純比例運行的條件下，按照表13-2所列的數(shù)據(jù)，將副控制器比例度調(diào)到某一適當?shù)臄?shù)值。（2）利用簡單控制系統(tǒng)中任一種參數(shù)整定方法整定主控制器的參數(shù)。（3）如果出現(xiàn)“共振”現(xiàn)象，可加大主控制器或減小副控制器的參數(shù)整定值，一般即能消除?；瘜W工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 其他復雜控制系統(tǒng)其他復雜控制系統(tǒng)n 一、均勻控制系統(tǒng)一、均勻控制系統(tǒng)34甲塔:為了穩(wěn)定操作需保持塔釜液位穩(wěn)定，必然頻繁地改變塔底的排出量。 乙塔：從穩(wěn)定操作要求出發(fā)，希望進料量盡量不變或少變。甲、乙兩塔間的供求關(guān)系出現(xiàn)了矛盾。 為了解決前后工序供求矛盾，達到前

22、后兼顧協(xié)調(diào)操作，為了解決前后工序供求矛盾，達到前后兼顧協(xié)調(diào)操作，使液位和流量均勻變化，組成的系統(tǒng)稱為均勻控制系統(tǒng)。使液位和流量均勻變化，組成的系統(tǒng)稱為均勻控制系統(tǒng)。圖13-7前后精餾塔的供求關(guān)系 1出料閥；2小閥化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 其他復雜控制系統(tǒng)其他復雜控制系統(tǒng)35（1）兩個變量在控制過程中都應(yīng)該是緩慢變化的。（2）前后互相聯(lián)系又互相矛盾的兩個變量應(yīng)保持在所允許的范圍內(nèi)波動。 圖13-8前一設(shè)備的液位和后一設(shè)備的進料量之關(guān)系1液位變化曲線；2流量變化曲線化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 其他復雜控制系統(tǒng)其他復雜控制系統(tǒng)36 為了協(xié)調(diào)液位與排出流量之間

23、的關(guān)系，允許它們都在各自許可的范圍內(nèi)作緩慢的變化。 通過控制器的參數(shù)整定來實現(xiàn)。 圖13-9簡單均勻控制化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 其他復雜控制系統(tǒng)其他復雜控制系統(tǒng)37 可在簡單均勻控制方案基礎(chǔ)可在簡單均勻控制方案基礎(chǔ)上增加一個流量副回路，即構(gòu)成上增加一個流量副回路，即構(gòu)成串級均勻控制。串級均勻控制。 由小到大地進行調(diào)整。 串級均勻控制系統(tǒng)的主、副控制器一般都采用純比例作用的。只在要求較高時，為了防止偏差過大而超過允許范圍，才引入適當?shù)姆e分作用。 圖13-10 串級均勻控制化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 其他復雜控制系統(tǒng)其他復雜控制系統(tǒng) 由于增加了副回路，可

24、以及時克服由于塔內(nèi)或排出端壓力改變所引起的流量變化。 串級均勻控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)兩個變量間的關(guān)系是通過控制器參數(shù)整定來實現(xiàn)的。 在串級均勻控制系統(tǒng)中，參數(shù)整定的目的不是使變量盡快地回到給定值，而是要求變量在允許的范圍內(nèi)作緩慢的變化。38化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 其他復雜控制系統(tǒng)其他復雜控制系統(tǒng)n 二、比值控制系統(tǒng)二、比值控制系統(tǒng)39 工業(yè)上為了保持兩種或兩種以上物料的比值為一定的控制叫比值控制比值控制。 主物料、主動信號主物料、主動信號從物料、從動信號從物料、從動信號化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 其他復雜控制系統(tǒng)其他復雜控制系統(tǒng)4012QQK 比值控制系統(tǒng)的類

25、型：比值控制系統(tǒng)的類型：從物料量Q2與主物料量Q1的比值關(guān)系為圖13-11 開環(huán)比值控制化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 其他復雜控制系統(tǒng)其他復雜控制系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)簡單，只需一臺純比例控制器，其比例度可以根據(jù)比值要求來設(shè)定。 主、副流量均開環(huán)； 這種比值控制方案對從物料量Q2本身無抗干擾能力。所以這種系統(tǒng)只能適用于副流量較平穩(wěn)且比值要求不高的場合。 41特點特點化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 其他復雜控制系統(tǒng)其他復雜控制系統(tǒng)42 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)是為了克服開環(huán)比值控制方案的不足，在開環(huán)比值控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過增加一個副流量的閉環(huán)控制系統(tǒng)而組成的。

26、 圖13-12單閉環(huán)比值控制這種方案的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單,能確保兩流量比值不變,是應(yīng)用最多的方案?；瘜W工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 其他復雜控制系統(tǒng)其他復雜控制系統(tǒng)12QQK 在比值控制系統(tǒng)中,我們一般用比值系數(shù)K來表示兩種物料經(jīng)過變送器以后的流量信號之間的比值，假定（13-1）max2max1QQKK 當流量信號與流量成線性關(guān)系時,則有（13-2）2max22max12QQKK 當流量信號與流量成平方關(guān)系時,則有（13-3）43化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 其他復雜控制系統(tǒng)其他復雜控制系統(tǒng)44 要求兩種物料的比值能靈活地隨第三參數(shù)的需要而加以調(diào)整，這樣就出現(xiàn)一種變

27、比值控制系統(tǒng)。圖13-13 變比值控制系統(tǒng)化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 其他復雜控制系統(tǒng)其他復雜控制系統(tǒng)n 三、前饋控制系統(tǒng)三、前饋控制系統(tǒng)45圖13-14 換熱器的反饋控制圖13-15 換熱器的前饋控制化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 其他復雜控制系統(tǒng)其他復雜控制系統(tǒng) 不論什么干擾,只要引起被控變量變化,都可以進行控制,這是反饋控制的優(yōu)點。 前饋控制是一種按擾動變化大小進行控制的系統(tǒng),控制作用在擾動發(fā)生的同時就產(chǎn)生, 這就是前饋控制的主要特點。 往往用“前饋”來克服主要干擾,再用“反饋”來克服其他干擾,組成“復合”的前饋-反饋控制系統(tǒng)。46化學工業(yè)出版社化學工

28、業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 其他復雜控制系統(tǒng)其他復雜控制系統(tǒng)圖13-16 換熱器的前饋-反饋控制 用前饋控制來克服由于進料量波動對被控變量的影響,而用溫度控制器的控制作用來克服其他干擾對被控變量的影響,前饋與反饋控制作用相加,共同改變加熱蒸汽量,以使出料溫度維持在給定值上。47化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 其他復雜控制系統(tǒng)其他復雜控制系統(tǒng)n 四、取代控制系統(tǒng)四、取代控制系統(tǒng)48 一般控制系統(tǒng),都是在正常工況下工作的。當生產(chǎn)不正常時，通常的處理辦法有兩種，一種是改用手動遙控；另一種是聯(lián)鎖保護緊急停車，防止事故發(fā)生，即所謂硬限控制。由于硬限控制對生產(chǎn)和操作都不利，近年來采用了安全

29、軟限控制?；瘜W工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 其他復雜控制系統(tǒng)其他復雜控制系統(tǒng)49 當一個變量將要達到危險值時,就適當降低生產(chǎn)要求,讓它暫時維持生產(chǎn),并逐漸調(diào)整生產(chǎn),使之朝正常工況發(fā)展。實現(xiàn)軟限控制系統(tǒng),稱為取代控制系統(tǒng),又稱為選擇性控制系統(tǒng)。化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 其他復雜控制系統(tǒng)其他復雜控制系統(tǒng)控制器控制器選擇器控制閥參數(shù)參數(shù)圖13-17 取代控制示意圖圖13-18 輔助鍋爐壓力取代控制系統(tǒng)50化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 其他復雜控制系統(tǒng)其他復雜控制系統(tǒng)n 五、分程控制系統(tǒng)五、分程控制系統(tǒng) 分程控制分程控制就是由一只調(diào)節(jié)器的輸出信號控

30、制兩只或更多只控制閥,每只控制閥在控制器輸出信號的某段范圍內(nèi)工作。圖13-19分程控制示意框圖51化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 其他復雜控制系統(tǒng)其他復雜控制系統(tǒng) 從控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)來看,分程控制屬于單回路的定值控制系統(tǒng),其控制過程與簡單控制系統(tǒng)一樣。分程控制系統(tǒng)常用的應(yīng)用場合：分程控制系統(tǒng)常用的應(yīng)用場合：圖13-20 熱交換器溫度分程控制 采用熱水與蒸汽兩種不同物料作為調(diào)節(jié)介質(zhì),在一般控制系統(tǒng)中難于實現(xiàn),但在分程控制系統(tǒng)中,不僅充分利用了熱水,而且節(jié)省了蒸汽。52化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 其他復雜控制系統(tǒng)其他復雜控制系統(tǒng) 有時生產(chǎn)過程負荷變化很大,要求有較

31、大范圍的流量變化。若用一個控制閥,由于控制閥的可調(diào)范圍R是有限的,當最大流量和最小流量相差太懸殊時,就會降低控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量, 這時可采用分程控制系統(tǒng)。舉例舉例丙烯腈生產(chǎn)過程丙烯腈生產(chǎn)過程圖13-21 閥門動作示意圖圖13-22 分程控制53化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 其他復雜控制系統(tǒng)其他復雜控制系統(tǒng) 有些生產(chǎn)過程在接近事故狀態(tài)或某個參數(shù)達到極限值時,應(yīng)當改變正常的控制手段,采用補充手段或放空來維持安全生產(chǎn)。一般控制系統(tǒng)很難兼顧正常與事故兩種不同狀態(tài)。 采用分程控制系統(tǒng),用不同的閥門,分別使用在控制器輸出信號的不同范圍內(nèi),就可保證在正常或事故狀態(tài)下,系統(tǒng)都能安全運行。54

32、化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 其他復雜控制系統(tǒng)其他復雜控制系統(tǒng)指在控制系統(tǒng)中，有多個變量信號，經(jīng)過一定的運算后，共同控制一臺執(zhí)行器，以使某個被控的工藝變量有較高的控制質(zhì)量。 多沖量控制系統(tǒng)在控制中應(yīng)用比較廣泛。主要用來自動控制鍋爐的給水量，使其適應(yīng)蒸發(fā)量的變化，維持汽包水位在允許的范圍內(nèi)。 55n 六、多沖量控制系統(tǒng)六、多沖量控制系統(tǒng)化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 其他復雜控制系統(tǒng)其他復雜控制系統(tǒng)1.1.單沖量液位控制系統(tǒng)單沖量液位控制系統(tǒng)根據(jù)汽包液位的信號來控制給水量。結(jié)構(gòu)簡單、使用儀表少。 不能適應(yīng)蒸汽負荷的劇烈變化。易根據(jù)易根據(jù)“假液位假液位”引起控制系

33、統(tǒng)的誤動作。引起控制系統(tǒng)的誤動作。56圖13-23 單沖量控制系統(tǒng)化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 其他復雜控制系統(tǒng)其他復雜控制系統(tǒng)液位信號和蒸汽流量信號，它實際上是一個前饋 -反饋控制系統(tǒng)。當供水壓力擾動比較頻繁時，該系統(tǒng)的控制質(zhì)量較差。當供水壓力擾動比較頻繁時，該系統(tǒng)的控制質(zhì)量較差。 57圖13-24 雙沖量控制系統(tǒng)化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 其他復雜控制系統(tǒng)其他復雜控制系統(tǒng)58圖13-25 三沖量控制系統(tǒng) 該系統(tǒng)除了液位、蒸該系統(tǒng)除了液位、蒸汽流量信號外汽流量信號外, ,再增加一個再增加一個給水流量的信號。它有助給水流量的信號。它有助于及時克服由于供水壓

34、力于及時克服由于供水壓力波動而引起的汽包液位的波動而引起的汽包液位的變化。變化?；瘜W工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 例題分析例題分析1.某聚合反應(yīng)釜內(nèi)進行放熱反應(yīng),釜溫過高會發(fā)生事故,為此采用夾套水冷卻。由于釜溫控制要求較高,且冷卻水壓力、溫度波動較大,故設(shè)置串級控制系統(tǒng),如圖13-26所示。試確定控制閥的氣開、氣關(guān)型式與控制器的正、反作用。圖13-26 聚合釜溫度控制為了在氣源中斷時保證冷卻水繼續(xù)供給,以防止釜溫過高,故控制閥應(yīng)采用氣關(guān)型,為“-”方向。 59化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 例題分析例題分析 當冷卻水流量增加時,釜溫和夾套溫度都是下降的,故對象為“-”方向。測量變送器為“+”

35、方向故按單回路系統(tǒng)的確定原則,副控制器T2C應(yīng)為“反”作用。 主控制器T1C的作用方向可以這樣來確定:由于主、副變量(溫度T1、T2)增加時,都要求冷卻水的控制閥開大,因此主控制器應(yīng)為“反”作用。 整個串級控制系統(tǒng)的工作過程是這樣的:當夾套內(nèi)溫度 T2(副變量)升高時,副控制器的輸出降低,控制閥開大,冷卻水流量增加以克服副變量的波動;當釜內(nèi)溫度T1(主變量)升高時,主控制器T1C的輸出降低,即副控制器T2C給定值降低,因此副控制器的輸出降低,控制閥開大,冷卻水流量增加以使釜內(nèi)溫度降下來。60化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 例題分析例題分析 由這個例子可以清楚地看出,串級控制系統(tǒng)主控制器的作用

36、方向完全是由工藝情況確定的,與控制閥的開關(guān)形式、副控制器的正反作用完全無關(guān)。所以,串級控制系統(tǒng)的控制流程一經(jīng)確定之后,即可按主、副變量變化對控制閥開度變化的要求直接確定主控制器的作用方向,然后按一般單回路控制系統(tǒng),再確定控制閥的開、關(guān)型式及副控制器的作用方向,這將使整個串級控制系統(tǒng)控制器作用方向的確定工作簡捷而方便。從大量實際的串級控制系統(tǒng)分析,發(fā)現(xiàn)大多數(shù)的串級控制系統(tǒng)主、副變量的變化對控制閥的動作方向要求是一致的,所以使用反作用方向的主控制器為多數(shù)。61化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 例題分析例題分析2.一高位槽的出口流量需要進行平穩(wěn)控制,但為防止高位槽液位過高而造成溢出事故,又需對槽的液位采取保護性措施。根據(jù)上述情況要求設(shè)計一選擇性控制系統(tǒng),畫出該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖、方塊圖、選擇控制閥的開關(guān)型式,控制器的正、反作用及選擇器的高低類型,并簡要說明該系統(tǒng)的工作過程。圖13-27 流量液位選擇性控制系統(tǒng)原理圖根據(jù)要求,設(shè)計了一個高位槽液位與流出量的選擇性系統(tǒng),圖13-27是它的結(jié)構(gòu)原理圖。圖中的開方器是為了使流量測量信號線性化而采用的。圖13-28是該選擇性控制系統(tǒng)的方塊圖。62化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 例題分析例題分析液位控制器流量控制器選擇器執(zhí)行器流量對象液位對象開方器流量測量、變送液位測量