武漢理工大學(xué)過程控制下

1、過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章 生產(chǎn)過程中，經(jīng)常需要幾種物料的流量保持一生產(chǎn)過程中，經(jīng)常需要幾種物料的流量保持一定的比例關(guān)系。例如，在鍋爐的燃燒系統(tǒng)中，要保定的比例關(guān)系。例如，在鍋爐的燃燒系統(tǒng)中，要保持燃料和空氣量的一定比例，以保證燃燒的經(jīng)濟(jì)性。持燃料和空氣量的一定比例，以保證燃燒的經(jīng)濟(jì)性。定義：定義：實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)參數(shù)符合一定比例關(guān)系實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)參數(shù)符合一定比例關(guān)系的控制系統(tǒng)，稱為比值控制系統(tǒng)。的控制系統(tǒng)，稱為比值控制系統(tǒng)。例如要實(shí)現(xiàn)兩種物料的比例關(guān)系，則表示為：例如要實(shí)現(xiàn)兩種物料的比例關(guān)系，則表示為：Q2=K Q1 其中：其中：K比值系數(shù)；比值系數(shù)；Q1主流量；主流量；

2、 Q2副副流量流量 。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.4.1比值控制系統(tǒng)的種類比值控制系統(tǒng)的種類 1. 開環(huán)比值控制系統(tǒng)開環(huán)比值控制系統(tǒng)如圖如圖Q1是主流量，是主流量，Q2是副流量。流量變送器是副流量。流量變送器FT檢測主物料流量檢測主物料流量Q1；由控制器；由控制器FC及安裝在從物料管及安裝在從物料管道上的閥門來控制副流量道上的閥門來控制副流量Q2。FTFCQ1Q2此控制方案的優(yōu)點(diǎn)是此控制方案的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、成本低。缺點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單、成本低。缺點(diǎn)是無抗干擾能力，當(dāng)副流是無抗干擾能力，當(dāng)副流管線壓力等改變時(shí)，不能管線壓力等改變時(shí)，不能保證所要求的比值。保證所要求的比值。 控制

3、目標(biāo)：控制目標(biāo)：Q2K Q1過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章2. 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)為了克服開環(huán)比值控制的不足，在開環(huán)比值控為了克服開環(huán)比值控制的不足，在開環(huán)比值控制的基礎(chǔ)上，增加對副流量的閉環(huán)控制。制的基礎(chǔ)上，增加對副流量的閉環(huán)控制。特點(diǎn)：特點(diǎn)：q對對Q2進(jìn)行閉環(huán)控制，比值控制精度提高進(jìn)行閉環(huán)控制，比值控制精度提高。q控制目標(biāo)：控制目標(biāo)：Q2= =K Q1 q對對Q1只測量、不控只測量、不控制。制。Q1變化，變化，Q2跟著變跟著變化，總流量不穩(wěn)定?；?，總流量不穩(wěn)定。F1TQ1Q2 KF2TF2C過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章3. 雙閉環(huán)比值

4、控制系統(tǒng)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng) 為了克服單閉環(huán)比值控制中主流量不受控制的缺為了克服單閉環(huán)比值控制中主流量不受控制的缺點(diǎn)，增加了主流量控制回路。點(diǎn)，增加了主流量控制回路。特點(diǎn)：特點(diǎn)：qQ1是主流量，是主流量，Q2是副是副流量。兩個(gè)流量都可控，流量。兩個(gè)流量都可控，因此總流量穩(wěn)定。因此總流量穩(wěn)定。F1TQ1Q2F1CF2TF2CKq有兩個(gè)閉環(huán)控制回路，有兩個(gè)閉環(huán)控制回路，用比值器聯(lián)系。用比值器聯(lián)系。q控制目標(biāo)：控制目標(biāo)：Q2= =K Q1 過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章4變比值控制系統(tǒng)變比值控制系統(tǒng)以上介紹的都是定比值控制系統(tǒng)。在有些生產(chǎn)過以上介紹的都是定比值控制系統(tǒng)。在有些生產(chǎn)過程

5、中，要求兩種物料流量的比值隨第三個(gè)工藝參數(shù)的程中，要求兩種物料流量的比值隨第三個(gè)工藝參數(shù)的需要而變化，為滿足這種工藝的要求，就出現(xiàn)了變比需要而變化，為滿足這種工藝的要求，就出現(xiàn)了變比值控制系統(tǒng)。值控制系統(tǒng)。 例如，變換爐工藝中，煤氣與水蒸氣（例如，變換爐工藝中，煤氣與水蒸氣（58倍）倍）在觸媒的催化下，轉(zhuǎn)化成二氧化碳和氫氣。溫度越在觸媒的催化下，轉(zhuǎn)化成二氧化碳和氫氣。溫度越高轉(zhuǎn)化率越高，但溫度過高會影響觸媒壽命。如果高轉(zhuǎn)化率越高，但溫度過高會影響觸媒壽命。如果根據(jù)觸媒層的溫度調(diào)節(jié)其比例系數(shù)，就能保持最佳根據(jù)觸媒層的溫度調(diào)節(jié)其比例系數(shù)，就能保持最佳的觸媒溫度和最高的轉(zhuǎn)化率。的觸媒溫度和最高的轉(zhuǎn)化

6、率。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章F1TF2T TT轉(zhuǎn)化氣轉(zhuǎn)化氣溫度控制器溫度控制器TC根據(jù)觸媒的實(shí)根據(jù)觸媒的實(shí)際溫度與給定溫度的偏差，際溫度與給定溫度的偏差，計(jì)算流量比值的給定值。計(jì)算流量比值的給定值。除法器算出蒸汽與煤氣除法器算出蒸汽與煤氣流量的實(shí)際比值，輸入流量的實(shí)際比值，輸入到流量控制器到流量控制器FC。最后通過調(diào)整蒸最后通過調(diào)整蒸汽量（改變蒸汽汽量（改變蒸汽與半水煤氣的比與半水煤氣的比值）來使變換爐值）來使變換爐觸媒層的溫度恒觸媒層的溫度恒定在給定值上。定在給定值上。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章圖圖7.23 變比值控制系統(tǒng)框圖變比值控制系統(tǒng)框圖G

7、c2(s)Y(s)+Gv2(s)G02(s)G0(s)Gc1(s)X (s)Gm(s)Q1(s)Q2(s)Gm2(s)Gm1(s)+KKr_ _ _應(yīng)當(dāng)注意，在變比值控制系統(tǒng)中，流量比值只應(yīng)當(dāng)注意，在變比值控制系統(tǒng)中，流量比值只是一種控制手段，不是最終目的，而第三參數(shù)（如是一種控制手段，不是最終目的，而第三參數(shù)（如本例中溫度）往往是主要被控參數(shù)。本例中溫度）往往是主要被控參數(shù)。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.4.2比值控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與參數(shù)整定比值控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與參數(shù)整定 1比值控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)比值控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1）主流量、副流量的確定原則：）主流量、副流量的確定原則：生產(chǎn)中起主導(dǎo)

8、作用的物料流量，一般選為主流生產(chǎn)中起主導(dǎo)作用的物料流量，一般選為主流量，其余的物料流量跟隨其變化，為副流量。量，其余的物料流量跟隨其變化，為副流量。工藝上不可控的物料流量，一般選為主流量。工藝上不可控的物料流量，一般選為主流量。成本較昂貴的物料流量一般選為主流量。成本較昂貴的物料流量一般選為主流量。當(dāng)生產(chǎn)工藝有特殊要求時(shí)，主、副物料流量的當(dāng)生產(chǎn)工藝有特殊要求時(shí)，主、副物料流量的確定應(yīng)服從工藝需要。確定應(yīng)服從工藝需要。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章2）控制方案的選擇）控制方案的選擇控制方案選擇應(yīng)根據(jù)不同的生產(chǎn)要求確定，同時(shí)控制方案選擇應(yīng)根據(jù)不同的生產(chǎn)要求確定，同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)性原則

9、。兼顧經(jīng)濟(jì)性原則。如果工藝上僅要求兩物料流量之比值一定，而如果工藝上僅要求兩物料流量之比值一定，而對總流量無要求，可用單閉環(huán)比值控制方案。對總流量無要求，可用單閉環(huán)比值控制方案。如果主、副流量的擾動頻繁，而工藝要求主、如果主、副流量的擾動頻繁，而工藝要求主、副物料總流量恒定的生產(chǎn)過程，可用雙閉環(huán)比值控制副物料總流量恒定的生產(chǎn)過程，可用雙閉環(huán)比值控制方案。方案。當(dāng)生產(chǎn)工藝要求兩種物料流量的比值要隨著第當(dāng)生產(chǎn)工藝要求兩種物料流量的比值要隨著第三參數(shù)的需要進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，可用變比值控制方案。三參數(shù)的需要進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，可用變比值控制方案。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章3）調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的確

10、定）調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的確定比值控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律是根據(jù)控比值控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律是根據(jù)控制方案和控制要求而定。制方案和控制要求而定。F1TQ1Q2 KF2TF2C在單閉環(huán)比值控制系在單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)中，比值器統(tǒng)中，比值器K起比值計(jì)起比值計(jì)算作用，若用調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)，算作用，若用調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)，則選則選P調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)器F2C使副流量穩(wěn)定，為保證控使副流量穩(wěn)定，為保證控制精度可選制精度可選PI調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)。PPI過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章雙閉環(huán)比值控制不僅雙閉環(huán)比值控制不僅要求兩流量保持恒定的比要求兩流量保持恒定的比值關(guān)系，而且主、副流量值關(guān)系，而且主、副流

11、量均要實(shí)現(xiàn)定值控制，所以均要實(shí)現(xiàn)定值控制，所以兩個(gè)調(diào)節(jié)器均應(yīng)選兩個(gè)調(diào)節(jié)器均應(yīng)選PI調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)；比值器選比值器選P調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)。 F1TQ1Q2F1CF2TF2CKPIPIP 4）正確選擇流量計(jì)及其量程）正確選擇流量計(jì)及其量程各種流量計(jì)都有一定的適用范圍（一般正常流各種流量計(jì)都有一定的適用范圍（一般正常流量選在滿量程的量選在滿量程的70左右），必須正確地選擇和使左右），必須正確地選擇和使用，可參考有關(guān)設(shè)計(jì)資料、產(chǎn)品手冊。用，可參考有關(guān)設(shè)計(jì)資料、產(chǎn)品手冊。 過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章5）比值系數(shù)的計(jì)算）比值系數(shù)的計(jì)算工藝規(guī)定的流量（或質(zhì)量）比值工藝規(guī)定的流量（或質(zhì)量）比值K不能

12、直接作為不能直接作為儀表比值使用，必須根據(jù)儀表的量程轉(zhuǎn)換成儀表的儀表比值使用，必須根據(jù)儀表的量程轉(zhuǎn)換成儀表的比值系數(shù)比值系數(shù)K后才能進(jìn)行比值設(shè)定。后才能進(jìn)行比值設(shè)定。變送器的轉(zhuǎn)換特性不同，比值系數(shù)變送器的轉(zhuǎn)換特性不同，比值系數(shù)K的計(jì)算公的計(jì)算公式不同。式不同。（l）流量與測量信號之間成線性關(guān)系）流量與測量信號之間成線性關(guān)系如果如果Q1的流量計(jì)測量范圍為的流量計(jì)測量范圍為0Q1max 、Q2的流的流量計(jì)測量范圍為量計(jì)測量范圍為0Q2max，則變送器輸出電流信號和，則變送器輸出電流信號和流量之間的關(guān)系如下：流量之間的關(guān)系如下：過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章因因1111max1ma

13、xQQI(204)4164QQ222maxQI164Q代入工藝比值公式：代入工藝比值公式：2max22max211max11maxQ(I4)QQKKQQ(I4)Q1max2maxQKKQ得換算公式：得換算公式：21(I4)K(I4)而儀表比值公式：而儀表比值公式：過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章（2）流量與測量信號之間成非線性關(guān)系）流量與測量信號之間成非線性關(guān)系利用節(jié)流原理測流量時(shí)，流量計(jì)輸出信號與流量的利用節(jié)流原理測流量時(shí)，流量計(jì)輸出信號與流量的平方成正比：平方成正比： I=CQ2 21121maxQI164Q代入工藝比值公式：代入工藝比值公式：得換算公式：得換算公式：則則2

14、2222maxQI164Q21max22max221max222max21222)4()4(QQKIQIQQQK=22max21max2QQKK 過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.4.2.2 比值控制系統(tǒng)的實(shí)施與參數(shù)整定比值控制系統(tǒng)的實(shí)施與參數(shù)整定1）比值系數(shù)的實(shí)現(xiàn)）比值系數(shù)的實(shí)現(xiàn)比值系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)有相乘和相除二種方法。在工程比值系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)有相乘和相除二種方法。在工程上可采用比值器、乘法器、除法器等儀表實(shí)現(xiàn)；用計(jì)上可采用比值器、乘法器、除法器等儀表實(shí)現(xiàn)；用計(jì)算機(jī)控制時(shí)，通過比例、乘、除運(yùn)算程序?qū)崿F(xiàn)。算機(jī)控制時(shí)，通過比例、乘、除運(yùn)算程序?qū)崿F(xiàn)。2）比值控制系統(tǒng)的參數(shù)整定）比值控制系統(tǒng)

15、的參數(shù)整定比值系統(tǒng)的主流量回路，可按單回路控制系統(tǒng)進(jìn)比值系統(tǒng)的主流量回路，可按單回路控制系統(tǒng)進(jìn)行整定；比值系統(tǒng)的副流量整定為振蕩與不振蕩的邊行整定；比值系統(tǒng)的副流量整定為振蕩與不振蕩的邊界為佳，即過渡過程既不振蕩而反應(yīng)又快。界為佳，即過渡過程既不振蕩而反應(yīng)又快。 過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.5 均勻控制系統(tǒng)均勻控制系統(tǒng)在連續(xù)生產(chǎn)過程中，有許多裝置是前后緊密聯(lián)在連續(xù)生產(chǎn)過程中，有許多裝置是前后緊密聯(lián)系的。前一設(shè)備的出料，往往是后一設(shè)備的進(jìn)料，系的。前一設(shè)備的出料，往往是后一設(shè)備的進(jìn)料，各設(shè)備的操作也互相關(guān)聯(lián)、互相影響。例如圖各設(shè)備的操作也互相關(guān)聯(lián)、互相影響。例如圖7.24

16、所所示的兩個(gè)連續(xù)操作的精餾塔。示的兩個(gè)連續(xù)操作的精餾塔。LC1#2#FTFCLT 1#塔要求液塔要求液位穩(wěn)定，設(shè)液位位穩(wěn)定，設(shè)液位控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)。 2#塔要求進(jìn)塔要求進(jìn)料量穩(wěn)定，設(shè)流料量穩(wěn)定，設(shè)流量控制系統(tǒng)。量控制系統(tǒng)。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章顯然，這兩套控制系統(tǒng)的控制目標(biāo)存在矛盾：顯然，這兩套控制系統(tǒng)的控制目標(biāo)存在矛盾： 解決辦法：解決辦法：1、設(shè)中間貯設(shè)中間貯槽，使前后影響減槽，使前后影響減小，但成本高。小，但成本高。2、用均勻調(diào)、用均勻調(diào)節(jié)方案。節(jié)方案。1#塔液位調(diào)節(jié)塔液位調(diào)節(jié)閥閥 1 開度變化開度變化LC1#2#FTFCLT12 2#塔流量變化塔流量變化2#

17、塔流量調(diào)節(jié)塔流量調(diào)節(jié)閥閥 2 開度變化開度變化 1#塔液位變化塔液位變化過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.5.1均勻控制系統(tǒng)工作原理及特點(diǎn)均勻控制系統(tǒng)工作原理及特點(diǎn)為了解決前后工序控制的矛盾，達(dá)到前后兼顧、為了解決前后工序控制的矛盾，達(dá)到前后兼顧、協(xié)調(diào)操作，使前后工序的控制參數(shù)均能符合要求而設(shè)協(xié)調(diào)操作，使前后工序的控制參數(shù)均能符合要求而設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)稱為計(jì)的控制系統(tǒng)稱為均勻控制系統(tǒng)均勻控制系統(tǒng)。如上例中，均勻控制應(yīng)通過對液位和流量兩個(gè)變?nèi)缟侠?，均勻控制?yīng)通過對液位和流量兩個(gè)變量同時(shí)兼顧的控制方案，使兩個(gè)互相矛盾的變量相互量同時(shí)兼顧的控制方案，使兩個(gè)互相矛盾的變量相互協(xié)調(diào)，都

18、能滿足各自的的工藝要求。協(xié)調(diào)，都能滿足各自的的工藝要求。和其它控制方式相比，均勻控制的特點(diǎn)如下：和其它控制方式相比，均勻控制的特點(diǎn)如下：（1）兩個(gè)被控變量在控制過程中都是緩慢變化）兩個(gè)被控變量在控制過程中都是緩慢變化的。的。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章因?yàn)槿魧⒁驗(yàn)槿魧?#塔液位控制成平穩(wěn)的直線，會導(dǎo)致塔液位控制成平穩(wěn)的直線，會導(dǎo)致2#塔的進(jìn)料量波動很大；反之若將塔的進(jìn)料量波動很大；反之若將2#塔的進(jìn)料量控制成塔的進(jìn)料量控制成平穩(wěn)的直線，會導(dǎo)致平穩(wěn)的直線，會導(dǎo)致1#塔液位波動很大。即無法實(shí)現(xiàn)塔液位波動很大。即無法實(shí)現(xiàn)兩個(gè)被控參數(shù)都很平穩(wěn)。兩個(gè)被控參數(shù)都很平穩(wěn)。只有讓兩者都有一

19、定程度的波動，但波動都比較只有讓兩者都有一定程度的波動，但波動都比較緩慢、且幅度較小，才有可能同時(shí)符合控制要求。緩慢、且幅度較小，才有可能同時(shí)符合控制要求。 tLL FFO（a）1#塔液位穩(wěn)定、塔液位穩(wěn)定、2#塔流量變化大塔流量變化大LFL FtO（b）1#塔液位變化大、塔液位變化大、2#塔流量穩(wěn)定塔流量穩(wěn)定L FLFtO（c）1#塔液位、塔液位、2#塔流量均變化較小塔流量均變化較小過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章（2）前后互相聯(lián)系又互相矛盾的兩個(gè)變量應(yīng)保前后互相聯(lián)系又互相矛盾的兩個(gè)變量應(yīng)保持在所允許的范圍內(nèi)波動。持在所允許的范圍內(nèi)波動。如圖，如圖，1#塔塔釜液位的升降變化不能

20、超過規(guī)定的塔塔釜液位的升降變化不能超過規(guī)定的上下限。上下限。2#塔進(jìn)料流量也不能超越規(guī)定的上下限，否塔進(jìn)料流量也不能超越規(guī)定的上下限，否則就不能滿足工藝要求。則就不能滿足工藝要求。LC1#2#FTFCLT12L FLFtO過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.5.2均勻控制方案均勻控制方案均勻控制常用的方案有簡單均勻控制、串級均勻均勻控制常用的方案有簡單均勻控制、串級均勻控制等形式，下面介紹這兩種控制方案?？刂频刃问?，下面介紹這兩種控制方案。1簡單均勻控制簡單均勻控制LC1#2#LT結(jié)構(gòu)與簡單液位結(jié)構(gòu)與簡單液位定值控制系統(tǒng)一樣，定值控制系統(tǒng)一樣，但系統(tǒng)控制的目的不但系統(tǒng)控制的目的

21、不同。均勻控制的目的同。均勻控制的目的是是協(xié)調(diào)控制協(xié)調(diào)控制液位和排液位和排出流量兩個(gè)變量。出流量兩個(gè)變量。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章由于控制目的不同，均勻控制要求兼顧兩個(gè)變由于控制目的不同，均勻控制要求兼顧兩個(gè)變量，是通過調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定來實(shí)現(xiàn)的。量，是通過調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定來實(shí)現(xiàn)的。簡單均勻控制系統(tǒng)中的控制器一般都是純比例簡單均勻控制系統(tǒng)中的控制器一般都是純比例作用，而且將比例度整定得很大。作用，而且將比例度整定得很大。LC1#2#LT當(dāng)液位變化時(shí)，當(dāng)液位變化時(shí)，控制器的輸出變化很控制器的輸出變化很小，排出流量只作微小，排出流量只作微小緩慢的變化，以較小緩慢的變化，以較弱

22、的控制作用達(dá)到均弱的控制作用達(dá)到均勻控制的目的。勻控制的目的。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章LC1#2#LT 因此，簡單因此，簡單均勻控制適用于干均勻控制適用于干擾不大、對流量的擾不大、對流量的均勻程度要求較低均勻程度要求較低的場合。的場合。簡單均勻控制的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，投運(yùn)方便，成簡單均勻控制的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，投運(yùn)方便，成本低。但對另一個(gè)被控變量是不測不控的兼顧操作，本低。但對另一個(gè)被控變量是不測不控的兼顧操作，其控制精度不一定能保證。其控制精度不一定能保證。如此例中，當(dāng)前后塔的壓力變化較大時(shí)，盡管調(diào)如此例中，當(dāng)前后塔的壓力變化較大時(shí)，盡管調(diào)節(jié)閥的開度不變，輸出流量也會發(fā)生

23、較大變化。節(jié)閥的開度不變，輸出流量也會發(fā)生較大變化。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章2串級均勻控制串級均勻控制為了克服簡單均勻控制只有一個(gè)控制回路，只能為了克服簡單均勻控制只有一個(gè)控制回路，只能保證一個(gè)被控變量精度的缺點(diǎn)，可在簡單均勻控制方保證一個(gè)被控變量精度的缺點(diǎn)，可在簡單均勻控制方案基礎(chǔ)上增加一個(gè)副控制回路，構(gòu)成串級均勻控制。案基礎(chǔ)上增加一個(gè)副控制回路，構(gòu)成串級均勻控制。 q結(jié)構(gòu)與串級控結(jié)構(gòu)與串級控制系統(tǒng)相同。增加制系統(tǒng)相同。增加了流量控制回路，了流量控制回路，可以及時(shí)克服壓力可以及時(shí)克服壓力干擾，保證流量控干擾，保證流量控制精度。制精度。LC1#2#FTFCLT過程控制系

24、統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章q串級均勻控制方案中，主、副變量都有控制精度串級均勻控制方案中，主、副變量都有控制精度要求，二者均在規(guī)定的范圍內(nèi)作緩慢的變化，所以控要求，二者均在規(guī)定的范圍內(nèi)作緩慢的變化，所以控制手法上與串級控制不同。制手法上與串級控制不同。v主、副控制器一般都采用純比例作用，而且將比主、副控制器一般都采用純比例作用，而且將比例度整定得較大。例度整定得較大。v串級均勻控制方案串級均勻控制方案適用于干擾較大的場合。適用于干擾較大的場合。但使用儀表較多，投運(yùn)、但使用儀表較多，投運(yùn)、維護(hù)較復(fù)雜。維護(hù)較復(fù)雜。LC1#2#FTFCLT過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章

25、7.6分程控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)在分程控制系統(tǒng)中，一個(gè)控制器的輸出信號被分在分程控制系統(tǒng)中，一個(gè)控制器的輸出信號被分割成幾個(gè)行程段，每一段行程各控制一個(gè)調(diào)節(jié)閥，故割成幾個(gè)行程段，每一段行程各控制一個(gè)調(diào)節(jié)閥，故取名為分程控制系統(tǒng)。取名為分程控制系統(tǒng)。例如，一個(gè)控制器的輸出信號分程控制兩個(gè)調(diào)節(jié)例如，一個(gè)控制器的輸出信號分程控制兩個(gè)調(diào)節(jié)閥閥A和和B ， A和和B的輸入信號各占一半行程。的輸入信號各占一半行程。q可調(diào)整閥門定可調(diào)整閥門定位器來縮小調(diào)節(jié)閥位器來縮小調(diào)節(jié)閥的輸入量程的輸入量程 。CABMM過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.6.1分程控制系統(tǒng)工作原理及類型分程控制系統(tǒng)工作原理

26、及類型1分程控制系統(tǒng)工作原理分程控制系統(tǒng)工作原理如某一間歇式生產(chǎn)的化學(xué)反應(yīng)過程中，每次投料如某一間歇式生產(chǎn)的化學(xué)反應(yīng)過程中，每次投料完畢后，需要先對其加熱引發(fā)化學(xué)反應(yīng)。完畢后，需要先對其加熱引發(fā)化學(xué)反應(yīng)。 TT熱水熱水冷卻水冷卻水B TCA一旦反應(yīng)開始進(jìn)行，一旦反應(yīng)開始進(jìn)行，就會持續(xù)產(chǎn)生大量的反就會持續(xù)產(chǎn)生大量的反應(yīng)熱，如果不及時(shí)降溫，應(yīng)熱，如果不及時(shí)降溫，物料溫度會越來越高，物料溫度會越來越高，有發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)。因有發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)。因此，必須降溫。此，必須降溫。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章為此，可設(shè)計(jì)以反應(yīng)器內(nèi)溫度為被控參數(shù)、以熱為此，可設(shè)計(jì)以反應(yīng)器內(nèi)溫度為被控參數(shù)、以熱

27、水流量和冷卻水流量為控制變量的分程控制系統(tǒng)，調(diào)水流量和冷卻水流量為控制變量的分程控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)閥節(jié)閥A、B分別控制冷卻水和熱水。分別控制冷卻水和熱水。為保證安全，為保證安全，熱水閥采用氣開熱水閥采用氣開式，冷水閥采用式，冷水閥采用氣關(guān)式，則溫度氣關(guān)式，則溫度調(diào)節(jié)器設(shè)為反作調(diào)節(jié)器設(shè)為反作用。用。 TT熱水熱水冷卻水冷卻水B TCA反反反反正正過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章圖圖7.29 調(diào)節(jié)閥分程關(guān)系曲線調(diào)節(jié)閥分程關(guān)系曲線MPa0100%0.020.060.10A閥閥B閥閥 TT熱水熱水冷卻水冷卻水B TCA正正反反反反工作原理如下：工作原理如下：當(dāng)裝料完成、化學(xué)反應(yīng)開始前，溫度

28、測量值小當(dāng)裝料完成、化學(xué)反應(yīng)開始前，溫度測量值小于設(shè)定值。調(diào)節(jié)器于設(shè)定值。調(diào)節(jié)器TC輸出氣壓大于輸出氣壓大于0.06MPa，A（冷（冷水）閥關(guān)閉，水）閥關(guān)閉，B（熱水）閥開啟，反應(yīng)器夾套中進(jìn)的（熱水）閥開啟，反應(yīng)器夾套中進(jìn)的熱水使反應(yīng)物料溫度上升。熱水使反應(yīng)物料溫度上升。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章反應(yīng)開始后，反應(yīng)物溫度逐漸升高，調(diào)節(jié)器輸出反應(yīng)開始后，反應(yīng)物溫度逐漸升高，調(diào)節(jié)器輸出逐漸下降，熱水閥逐漸關(guān)??；當(dāng)反應(yīng)物料溫度達(dá)到并逐漸下降，熱水閥逐漸關(guān)小；當(dāng)反應(yīng)物料溫度達(dá)到并高于設(shè)定值時(shí)，調(diào)節(jié)器輸出氣壓將小于高于設(shè)定值時(shí)，調(diào)節(jié)器輸出氣壓將小于0.06MPa，熱，熱水閥完全關(guān)閉，

29、冷水閥逐漸打開，冷水進(jìn)入夾套將反水閥完全關(guān)閉，冷水閥逐漸打開，冷水進(jìn)入夾套將反應(yīng)熱帶走，使反應(yīng)物料溫度保持在設(shè)定值。應(yīng)熱帶走，使反應(yīng)物料溫度保持在設(shè)定值。圖圖7.29 調(diào)節(jié)閥分程關(guān)系曲線調(diào)節(jié)閥分程關(guān)系曲線MPa0100%0.020.060.10A閥閥B閥閥 TT熱水熱水冷卻水冷卻水B TCA正正反反反反過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章2分程控制系統(tǒng)的類型分程控制系統(tǒng)的類型按照調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式和分程信號區(qū)段按照調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式和分程信號區(qū)段不同，可分為以下兩種類型：不同，可分為以下兩種類型：調(diào)節(jié)閥同向動作的分程控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥同向動作的分程控制系統(tǒng)例：兩個(gè)調(diào)節(jié)閥同向動作

30、例：兩個(gè)調(diào)節(jié)閥同向動作A、B均為正作用閥均為正作用閥A、B均為反作用閥均為反作用閥MPa0100%0.020.060.10A閥閥B閥閥MPa0100%0.020.060.10A閥閥B閥閥過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章MPa0100%0.020.060.10A閥閥B閥閥MPa0100%0.020.060.10A閥閥B閥閥調(diào)節(jié)閥異向動作的分程控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥異向動作的分程控制系統(tǒng)例：兩個(gè)調(diào)節(jié)閥異向動作例：兩個(gè)調(diào)節(jié)閥異向動作在在0.020.06MPa區(qū)區(qū)間，間，B閥全開、閥全開、A閥逐漸閥逐漸開大；在開大；在0.060.10MPa區(qū)間，區(qū)間，A閥全開、閥全開、B閥逐閥逐漸關(guān)小。漸關(guān)小

31、。在在0.020.06MPa區(qū)區(qū)間，間，B閥全關(guān)、閥全關(guān)、A閥逐漸閥逐漸關(guān)??；在關(guān)?。辉?.060.10MPa區(qū)間，區(qū)間，A閥全關(guān)、閥全關(guān)、B閥逐閥逐漸開大。漸開大。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章給定給定執(zhí)行器執(zhí)行器1對象對象變送器變送器控制器控制器干擾干擾執(zhí)行器執(zhí)行器27.6.2 分程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及工業(yè)應(yīng)用分程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及工業(yè)應(yīng)用分程控制系統(tǒng)本質(zhì)上屬于單回路控制系統(tǒng)。二者分程控制系統(tǒng)本質(zhì)上屬于單回路控制系統(tǒng)。二者的主要區(qū)別是：單回路控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器輸出控制一的主要區(qū)別是：單回路控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器輸出控制一個(gè)調(diào)節(jié)閥，分程控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器輸出控制多個(gè)調(diào)節(jié)個(gè)調(diào)節(jié)閥，分程控制系統(tǒng)中

32、調(diào)節(jié)器輸出控制多個(gè)調(diào)節(jié)閥。因此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)上有所不同。閥。因此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)上有所不同。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.6.2.1 控制信號的分段控制信號的分段在分程控制中，調(diào)節(jié)器輸出信號分段是由生產(chǎn)工藝要在分程控制中，調(diào)節(jié)器輸出信號分段是由生產(chǎn)工藝要求決定的。調(diào)節(jié)器輸出信號需要分成幾段，哪一段信求決定的。調(diào)節(jié)器輸出信號需要分成幾段，哪一段信號控制哪一個(gè)調(diào)節(jié)閥，完全取決于工藝要求。號控制哪一個(gè)調(diào)節(jié)閥，完全取決于工藝要求。 如在此例反應(yīng)如在此例反應(yīng)器溫度控制中，工器溫度控制中，工藝需要控制兩個(gè)調(diào)藝需要控制兩個(gè)調(diào)節(jié)閥。因此，調(diào)節(jié)節(jié)閥。因此，調(diào)節(jié)器輸出信號需要分器輸出信號需要分成兩段。

33、成兩段。 TT熱水熱水冷卻水冷卻水B TCA反反反反正正過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章 TT熱水熱水冷卻水冷卻水B TCA反反反反正正7.6.2.2 調(diào)節(jié)閥特性的選擇與應(yīng)注意的問題調(diào)節(jié)閥特性的選擇與應(yīng)注意的問題1. 根據(jù)工藝要求選擇同向或異向工作的調(diào)節(jié)閥根據(jù)工藝要求選擇同向或異向工作的調(diào)節(jié)閥如此例中，為保證安全，熱水閥采用氣開式，冷水如此例中，為保證安全，熱水閥采用氣開式，冷水閥采用氣關(guān)式。這就決定了兩個(gè)調(diào)節(jié)閥異向工作。又閥采用氣關(guān)式。這就決定了兩個(gè)調(diào)節(jié)閥異向工作。又因工藝要求一個(gè)閥打開時(shí)，另一個(gè)必須關(guān)閉。因此兩因工藝要求一個(gè)閥打開時(shí)，另一個(gè)必須關(guān)閉。因此兩個(gè)閥的特性組合應(yīng)是

34、：個(gè)閥的特性組合應(yīng)是：MPa0100%0.020.060.10A閥閥B閥閥過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章2. 流量特性的平滑銜接流量特性的平滑銜接如圖為蒸汽壓力減壓系統(tǒng)。小負(fù)荷時(shí)只有如圖為蒸汽壓力減壓系統(tǒng)。小負(fù)荷時(shí)只有A閥控閥控制、制、B閥不開；負(fù)荷較大時(shí)閥不開；負(fù)荷較大時(shí)A閥全開、閥全開、B閥控制。閥控制。兩個(gè)同向特性的調(diào)節(jié)閥并聯(lián)控制一種介質(zhì)的流量兩個(gè)同向特性的調(diào)節(jié)閥并聯(lián)控制一種介質(zhì)的流量時(shí)，總流量特性是兩個(gè)閥流量特性的疊加組合。時(shí)，總流量特性是兩個(gè)閥流量特性的疊加組合。PTMPa0100%0.020.060.10A閥閥B閥閥過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章

35、如果兩個(gè)調(diào)節(jié)閥的增益差距較大，組合后的總流如果兩個(gè)調(diào)節(jié)閥的增益差距較大，組合后的總流量特性有突變點(diǎn)，會影響調(diào)節(jié)品質(zhì)。量特性有突變點(diǎn)，會影響調(diào)節(jié)品質(zhì)。P（MPa）（a）二閥特性比較接近）二閥特性比較接近0流量流量 Q（%）1000.020.060.1045（b）二閥特性差距較大）二閥特性差距較大01000.020.060.1045P（MPa）流量流量 Q（%）如果兩個(gè)調(diào)節(jié)閥都用直線特性，組合后的總流量如果兩個(gè)調(diào)節(jié)閥都用直線特性，組合后的總流量特性有下列兩種情況：特性有下列兩種情況：過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章（a）分程信號不重疊）分程信號不重疊P（MPa）流量流量 Q（%）0

36、1000.020.060.10如果調(diào)節(jié)閥是對數(shù)流量特性，其總流量特性銜接如果調(diào)節(jié)閥是對數(shù)流量特性，其總流量特性銜接處必有突變點(diǎn)。處必有突變點(diǎn)?？梢酝ㄟ^兩個(gè)調(diào)節(jié)閥分程信號部分重迭的辦法，可以通過兩個(gè)調(diào)節(jié)閥分程信號部分重迭的辦法，使調(diào)節(jié)閥流量特性實(shí)現(xiàn)平滑過渡。即將兩個(gè)閥的工作使調(diào)節(jié)閥流量特性實(shí)現(xiàn)平滑過渡。即將兩個(gè)閥的工作范圍擴(kuò)大，形成一段重迭區(qū)。范圍擴(kuò)大，形成一段重迭區(qū)。 （b）分程信號重疊）分程信號重疊P（MPa）01000.020.060.10流量流量 Q（%）過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章3）調(diào)節(jié)閥的泄漏量）調(diào)節(jié)閥的泄漏量 在分程控制中，調(diào)節(jié)閥的泄漏量太大會影響控制質(zhì)在分程

37、控制中，調(diào)節(jié)閥的泄漏量太大會影響控制質(zhì)量。尤其當(dāng)大、小閥并聯(lián)工作時(shí)，若大閥的泄漏量接量。尤其當(dāng)大、小閥并聯(lián)工作時(shí)，若大閥的泄漏量接近或大于小閥的正常的調(diào)節(jié)量，則小閥的調(diào)節(jié)能力大近或大于小閥的正常的調(diào)節(jié)量，則小閥的調(diào)節(jié)能力大大降低。大降低。因?yàn)榇箝y的泄漏量因?yàn)榇箝y的泄漏量相當(dāng)于存在一個(gè)不受控相當(dāng)于存在一個(gè)不受控制的旁路管道，所以要制的旁路管道，所以要求大閥的泄漏量很小。求大閥的泄漏量很小。PT過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.6.2.3 分程控制的實(shí)現(xiàn)分程控制的實(shí)現(xiàn)分程控制要求調(diào)節(jié)閥的輸入量程進(jìn)行壓縮。通過調(diào)分程控制要求調(diào)節(jié)閥的輸入量程進(jìn)行壓縮。通過調(diào)整閥門定位器的輸入信號零點(diǎn)

38、和量程，使調(diào)節(jié)閥在整閥門定位器的輸入信號零點(diǎn)和量程，使調(diào)節(jié)閥在規(guī)定的信號區(qū)段作全行程動作。規(guī)定的信號區(qū)段作全行程動作。（b）分程信號重疊）分程信號重疊P（MPa）01000.020.060.10流量流量 Q（%）例如，使調(diào)節(jié)閥例如，使調(diào)節(jié)閥A在在0.020.07MPa范圍內(nèi)作全范圍內(nèi)作全行程動作；使調(diào)節(jié)閥行程動作；使調(diào)節(jié)閥B在在0.050.10MPa范圍內(nèi)作全范圍內(nèi)作全行程動作。行程動作。 過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.6.2.4 分程控制系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用分程控制系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用分程控制系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用廣泛，介紹應(yīng)用比較多分程控制系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用廣泛，介紹應(yīng)用比較多的兩種形式：的

39、兩種形式：1、用于擴(kuò)大調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍、用于擴(kuò)大調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍有的生產(chǎn)工藝要求控制的流量變化范圍較大，但有的生產(chǎn)工藝要求控制的流量變化范圍較大，但是調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍是有限的（國產(chǎn)統(tǒng)一設(shè)計(jì)柱塞調(diào)是調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍是有限的（國產(chǎn)統(tǒng)一設(shè)計(jì)柱塞調(diào)節(jié)閥可調(diào)范圍節(jié)閥可調(diào)范圍R30）。）。若采用一個(gè)調(diào)節(jié)閥，能夠控若采用一個(gè)調(diào)節(jié)閥，能夠控制的最大流量和最小流量相差不可能太懸殊，滿足不制的最大流量和最小流量相差不可能太懸殊，滿足不了生產(chǎn)上流量大范圍變化的要求，這時(shí)可考慮采用兩了生產(chǎn)上流量大范圍變化的要求，這時(shí)可考慮采用兩個(gè)控制閥并聯(lián)的分程控制方案。個(gè)控制閥并聯(lián)的分程控制方案。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀

40、表 第第7章章例例 某廠蒸汽壓力減壓系統(tǒng)某廠蒸汽壓力減壓系統(tǒng)用節(jié)流減壓的方法將用節(jié)流減壓的方法將10MPa的高壓蒸汽減壓成的高壓蒸汽減壓成4MPa的中壓蒸汽。中壓蒸汽的使用量變化很大。的中壓蒸汽。中壓蒸汽的使用量變化很大。如果只用一個(gè)閥門控制，只能選擇大口徑閥。而如果只用一個(gè)閥門控制，只能選擇大口徑閥。而大口徑閥在小開度下工作時(shí)，控制效果變差。大口徑閥在小開度下工作時(shí)，控制效果變差。如果用兩個(gè)閥分程如果用兩個(gè)閥分程控制，小負(fù)荷時(shí)只開小控制，小負(fù)荷時(shí)只開小閥，負(fù)荷增大時(shí)再開大閥，負(fù)荷增大時(shí)再開大閥。則兩個(gè)調(diào)節(jié)閥組合閥。則兩個(gè)調(diào)節(jié)閥組合后，可調(diào)范圍擴(kuò)大。后，可調(diào)范圍擴(kuò)大。PT過程控制系統(tǒng)與儀表過程

41、控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章設(shè)大小兩個(gè)調(diào)節(jié)閥的最大流通能力分別為：設(shè)大小兩個(gè)調(diào)節(jié)閥的最大流通能力分別為： CBmax=105 m3 、CAmax=4.2m3；可調(diào)范圍均為；可調(diào)范圍均為 R= 30則兩個(gè)閥的最小流通能力分別為：則兩個(gè)閥的最小流通能力分別為：CBmin= CBmin / R=105/ 30=3.5 m3CAmin= CAmin / R=4.2/ 30=0.14 m3兩個(gè)調(diào)節(jié)閥并聯(lián)使用時(shí)：兩個(gè)調(diào)節(jié)閥并聯(lián)使用時(shí)：最小流通能力為：最小流通能力為：Cmin= CAmin =0.14最大流通能力為：最大流通能力為： Cmax= CBmax+CAmax=107.2 m3可調(diào)范圍可調(diào)范圍R并并=

42、 Cmax / Cmin=107.2 / 0.14=780并聯(lián)使用后調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍增大了并聯(lián)使用后調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍增大了26倍。倍。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章2. 用于一個(gè)控制回路需要控制多個(gè)操縱量用于一個(gè)控制回路需要控制多個(gè)操縱量例如在工業(yè)廢液中和處理工藝中，需要根據(jù)廢例如在工業(yè)廢液中和處理工藝中，需要根據(jù)廢液的酸堿性（液的酸堿性（pH值），分別控制加酸量或加堿量。值），分別控制加酸量或加堿量。 MPa0100%0.020.060.10酸閥酸閥堿閥堿閥 pHT反反反反正正廢液廢液 pHC正正堿液堿液酸液酸液中和液中和液過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7

43、.7 選擇性控制系統(tǒng)選擇性控制系統(tǒng)通常的自動控制系統(tǒng)是在正常生產(chǎn)狀態(tài)下對某參通常的自動控制系統(tǒng)是在正常生產(chǎn)狀態(tài)下對某參數(shù)進(jìn)行穩(wěn)定性控制。一旦生產(chǎn)過程出現(xiàn)非正常狀態(tài)數(shù)進(jìn)行穩(wěn)定性控制。一旦生產(chǎn)過程出現(xiàn)非正常狀態(tài)（如其它參數(shù)超過安全線），就得放棄對此參數(shù)的控（如其它參數(shù)超過安全線），就得放棄對此參數(shù)的控制，否則會發(fā)生事故。待采取生產(chǎn)保護(hù)措施消除非正制，否則會發(fā)生事故。待采取生產(chǎn)保護(hù)措施消除非正常狀態(tài)后，控制系統(tǒng)再重新投入工作。常狀態(tài)后，控制系統(tǒng)再重新投入工作。傳統(tǒng)的生產(chǎn)保護(hù)措施是傳統(tǒng)的生產(chǎn)保護(hù)措施是硬保護(hù)硬保護(hù)措施。當(dāng)生產(chǎn)操作措施。當(dāng)生產(chǎn)操作達(dá)到安全極限時(shí)，發(fā)出聲、光報(bào)警。操作工立即將控達(dá)到安全極限

44、時(shí)，發(fā)出聲、光報(bào)警。操作工立即將控制器切到手動操作、或是通過專門設(shè)置的聯(lián)鎖保護(hù)線制器切到手動操作、或是通過專門設(shè)置的聯(lián)鎖保護(hù)線路實(shí)現(xiàn)自動停車，以排除險(xiǎn)情。路實(shí)現(xiàn)自動停車，以排除險(xiǎn)情。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章如果控制系統(tǒng)具有自動應(yīng)變能力，對于不同的如果控制系統(tǒng)具有自動應(yīng)變能力，對于不同的生產(chǎn)狀態(tài)，能自動選擇不同的控制方案。當(dāng)生產(chǎn)出生產(chǎn)狀態(tài)，能自動選擇不同的控制方案。當(dāng)生產(chǎn)出現(xiàn)不正常狀況時(shí)，能自動切換到保護(hù)性控制回路，現(xiàn)不正常狀況時(shí)，能自動切換到保護(hù)性控制回路，讓保護(hù)性控制回路來恢復(fù)生產(chǎn)狀態(tài)；當(dāng)生產(chǎn)恢復(fù)正讓保護(hù)性控制回路來恢復(fù)生產(chǎn)狀態(tài)；當(dāng)生產(chǎn)恢復(fù)正常時(shí)，再自動切回穩(wěn)定性控制

45、回路。這樣就不需要常時(shí)，再自動切回穩(wěn)定性控制回路。這樣就不需要通過人工或停車操作對生產(chǎn)進(jìn)行保護(hù)，稱為通過人工或停車操作對生產(chǎn)進(jìn)行保護(hù)，稱為軟保護(hù)軟保護(hù)措施。措施。選擇性控制系統(tǒng)就是能根據(jù)生產(chǎn)狀態(tài)自動選擇選擇性控制系統(tǒng)就是能根據(jù)生產(chǎn)狀態(tài)自動選擇合適的控制方案的控制系統(tǒng)合適的控制方案的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)有有多個(gè)控制。系統(tǒng)設(shè)有有多個(gè)控制回路，由選擇器根據(jù)設(shè)計(jì)的邏輯關(guān)系選通某個(gè)控制回路，由選擇器根據(jù)設(shè)計(jì)的邏輯關(guān)系選通某個(gè)控制回路。回路。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.7.1選擇性控制系統(tǒng)的類型選擇性控制系統(tǒng)的類型選擇性控制系統(tǒng)通過選擇器實(shí)現(xiàn)選擇功能。選擇選擇性控制系統(tǒng)通過選擇器實(shí)現(xiàn)選

46、擇功能。選擇器可以接在調(diào)節(jié)器的輸出端，對控制信號進(jìn)行選擇；器可以接在調(diào)節(jié)器的輸出端，對控制信號進(jìn)行選擇；也可以接在變送器的輸出端，對測量信號進(jìn)行選擇。也可以接在變送器的輸出端，對測量信號進(jìn)行選擇。1. 對調(diào)節(jié)器輸出信號進(jìn)行選擇對調(diào)節(jié)器輸出信號進(jìn)行選擇給定給定2變送器變送器2執(zhí)行器執(zhí)行器對象對象被控量被控量2給定給定1變送器變送器1控制器控制器1選擇器選擇器被控量被控量1干擾干擾控制器控制器2正常控制正?？刂迫〈刂迫〈刂七^程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章例例1 鍋爐蒸汽壓力的控制鍋爐蒸汽壓力的控制工藝要求鍋爐輸出蒸汽壓力穩(wěn)定。若用單回路工藝要求鍋爐輸出蒸汽壓力穩(wěn)定。若用單回路控

47、制系統(tǒng)控制，則根據(jù)蒸汽出口壓力控制燃?xì)饬?。控制系統(tǒng)控制，則根據(jù)蒸汽出口壓力控制燃?xì)饬?。燃?xì)馊細(xì)忮仩t給水鍋爐給水蒸汽蒸汽汽包汽包爐膛爐膛P1TP1C正正反反如果蒸汽用量如果蒸汽用量大幅度變化，蒸汽大幅度變化，蒸汽壓力控制系統(tǒng)會使壓力控制系統(tǒng)會使燃?xì)忾y門開度大幅燃?xì)忾y門開度大幅變化。但煤氣壓力變化。但煤氣壓力過高會發(fā)生脫火。過高會發(fā)生脫火。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章為防止產(chǎn)生脫火現(xiàn)象，增加一個(gè)燃?xì)飧邏罕Ｗo(hù)控為防止產(chǎn)生脫火現(xiàn)象，增加一個(gè)燃?xì)飧邏罕Ｗo(hù)控制回路。用制回路。用P2T測燃?xì)鈮毫?，測燃?xì)鈮毫Γ琍2C的設(shè)定值為燃?xì)飧叩脑O(shè)定值為燃?xì)飧邏荷舷拗?，?dāng)燃?xì)鈮毫Φ陀谏舷拗禃r(shí)，壓上限值

48、，當(dāng)燃?xì)鈮毫Φ陀谏舷拗禃r(shí)， P2C輸出高值輸出高值信號。信號。 燃?xì)馊細(xì)釶2C鍋爐給水鍋爐給水蒸汽蒸汽汽包汽包爐膛爐膛選擇器選擇器1P2TP1TP1C反反反反正正用低選器自用低選器自動地選擇兩個(gè)控動地選擇兩個(gè)控制信號中較低的制信號中較低的一個(gè)，作為閥門一個(gè)，作為閥門的控制信號。的控制信號。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章P2C輸出高值時(shí)，輸出高值時(shí)，LS選中選中P1C作為輸出。系統(tǒng)是作為輸出。系統(tǒng)是以蒸汽壓力為被控變量的簡單控制系統(tǒng)。當(dāng)煤氣壓力以蒸汽壓力為被控變量的簡單控制系統(tǒng)。當(dāng)煤氣壓力超過超過P2C給定值時(shí)，給定值時(shí)， P2C輸出低值，輸出低值， LS將改選將改選P2C作作

49、為輸出。為輸出。 系統(tǒng)處于燃系統(tǒng)處于燃?xì)鈮毫刂茣r(shí)，氣壓力控制時(shí)，蒸汽出口壓力控蒸汽出口壓力控制回路被燃?xì)鈮褐苹芈繁蝗細(xì)鈮毫Π踩Ｗo(hù)回路力安全保護(hù)回路所取代。所取代。燃?xì)馊細(xì)釶2C鍋爐給水鍋爐給水蒸汽蒸汽汽包汽包爐膛爐膛選擇器選擇器1P2TP1TP1C反反反反正正過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章燃?xì)馊細(xì)釶2C鍋爐給水鍋爐給水蒸汽蒸汽汽包汽包爐膛爐膛選擇器選擇器1P2TP1TP1C反反反反正正在蒸汽壓力定值控制與燃?xì)飧邏鹤詣颖Ｗo(hù)的選擇在蒸汽壓力定值控制與燃?xì)飧邏鹤詣颖Ｗo(hù)的選擇控制過程中，還可能出現(xiàn)另一種事故：如果因蒸汽負(fù)控制過程中，還可能出現(xiàn)另一種事故：如果因蒸汽負(fù)荷很低，導(dǎo)致燃

50、氣流量過低，會出現(xiàn)熄火現(xiàn)象，也必荷很低，導(dǎo)致燃?xì)饬髁窟^低，會出現(xiàn)熄火現(xiàn)象，也必須加以防止。須加以防止。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章為防止出現(xiàn)熄火現(xiàn)象，再增加一個(gè)燃?xì)獾蛪罕Ｗo(hù)為防止出現(xiàn)熄火現(xiàn)象，再增加一個(gè)燃?xì)獾蛪罕Ｗo(hù)控制回路控制回路 P3T、 P3C。 P3C的設(shè)定值為燃?xì)鈮毫ο碌脑O(shè)定值為燃?xì)鈮毫ο孪拗?，?dāng)燃?xì)鈮毫Φ陀谙孪拗禃r(shí)，限值，當(dāng)燃?xì)鈮毫Φ陀谙孪拗禃r(shí)， P3C輸出高值信號，輸出高值信號，被被HS選中。選中。燃?xì)馊細(xì)釶2C鍋爐給水鍋爐給水蒸汽蒸汽汽包汽包爐膛爐膛選擇器選擇器1選擇器選擇器2P3TP3CP2TP1TP1C正正反反反反反反當(dāng)燃?xì)鈮毫Ξ?dāng)燃?xì)鈮毫Ω哂谙孪拗禃r(shí)，高于

51、下限值時(shí)， P3C輸出低值信輸出低值信號，不會被號，不會被HS選中。選中。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章本系統(tǒng)的選擇器在控制器之后，是三選一系統(tǒng)。本系統(tǒng)的選擇器在控制器之后，是三選一系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)處于燃?xì)鈮毫ΡＷo(hù)控制期間，蒸汽出口壓力不當(dāng)系統(tǒng)處于燃?xì)鈮毫ΡＷo(hù)控制期間，蒸汽出口壓力不能保證符合工藝要求。能保證符合工藝要求。 燃?xì)馊細(xì)釶2C鍋爐給水鍋爐給水蒸汽蒸汽汽包汽包爐膛爐膛選擇器選擇器1選擇器選擇器2P3TP3CP2TP1TP1C正正反反反反反反過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章2對變送器輸出信號進(jìn)行選擇對變送器輸出信號進(jìn)行選擇這種系統(tǒng)的選擇器裝在控制器之前，對

52、變送器輸這種系統(tǒng)的選擇器裝在控制器之前，對變送器輸出信號進(jìn)行選擇。用于幾個(gè)被控變量的給定值、控制出信號進(jìn)行選擇。用于幾個(gè)被控變量的給定值、控制規(guī)律都一樣的場合。規(guī)律都一樣的場合。 給定給定變送器變送器2執(zhí)行器執(zhí)行器對象對象被控量被控量2變送器變送器1選擇器選擇器被控量被控量1干擾干擾 控制器控制器正常控制正?？刂七^程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章例例2 固定床反應(yīng)器中熱點(diǎn)溫度的控制固定床反應(yīng)器中熱點(diǎn)溫度的控制反應(yīng)器內(nèi)固定床上裝有催化劑以加速反應(yīng)，而反反應(yīng)器內(nèi)固定床上裝有催化劑以加速反應(yīng)，而反應(yīng)產(chǎn)生的熱量若不及時(shí)被冷卻液帶走，溫度過高會燒應(yīng)產(chǎn)生的熱量若不及時(shí)被冷卻液帶走，溫度過高會

53、燒壞催化劑。因催化劑的老化、變質(zhì)和流動等原因，固壞催化劑。因催化劑的老化、變質(zhì)和流動等原因，固定床不同位置的溫度可能不同。定床不同位置的溫度可能不同。在不同位置分別在不同位置分別安裝溫度傳感器，由安裝溫度傳感器，由選擇器選出熱點(diǎn)溫度選擇器選出熱點(diǎn)溫度信號，送入控制器進(jìn)信號，送入控制器進(jìn)行控制。行控制。冷卻液冷卻液入料入料T1TTC反反T2TT3T反應(yīng)器反應(yīng)器產(chǎn)品產(chǎn)品反反過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章給定給定變送器變送器2執(zhí)行器執(zhí)行器對象對象3段段變送器變送器1選擇器選擇器被控量被控量1 控制器控制器對象對象2段段對象對象1段段變送器變送器1在此設(shè)備中，三在此設(shè)備中，三點(diǎn)被控溫

54、度是串聯(lián)關(guān)點(diǎn)被控溫度是串聯(lián)關(guān)系。因此，控制系統(tǒng)系。因此，控制系統(tǒng)方框圖中對象特性可方框圖中對象特性可等效為串聯(lián)的三段。等效為串聯(lián)的三段。冷卻液冷卻液入料入料T1TTC反反T2TT3T反應(yīng)器反應(yīng)器產(chǎn)品產(chǎn)品反反過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.7.2選擇性控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則選擇性控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則選擇性控制系統(tǒng)是多個(gè)常規(guī)控制系統(tǒng)的組合。與選擇性控制系統(tǒng)是多個(gè)常規(guī)控制系統(tǒng)的組合。與常規(guī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)相比，主要不同點(diǎn)是選擇器的設(shè)常規(guī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)相比，主要不同點(diǎn)是選擇器的設(shè)計(jì)選型和調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的確定。計(jì)選型和調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的確定。1選擇器的選型選擇器的選型選擇器有高值選擇器選擇器有

55、高值選擇器HS與低值選擇器與低值選擇器LS兩種。兩種。選擇器類型的確定，是根據(jù)執(zhí)行器的作用方向和選擇器類型的確定，是根據(jù)執(zhí)行器的作用方向和控制回路的切換條件決定的?？刂苹芈返那袚Q條件決定的。例例1 蒸汽壓力與燃?xì)鈮毫Φ淖詣舆x擇控制蒸汽壓力與燃?xì)鈮毫Φ淖詣舆x擇控制例例2 固定床反應(yīng)器中熱點(diǎn)溫度的控制固定床反應(yīng)器中熱點(diǎn)溫度的控制過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章燃?xì)馊細(xì)釶2C鍋爐給水鍋爐給水蒸汽蒸汽汽包汽包爐膛爐膛選擇器選擇器1選擇器選擇器2P3TP3CP2TP1TP1C正正反反反反反反例例1 蒸汽壓力與燃?xì)鈮毫Φ淖詣舆x擇控制蒸汽壓力與燃?xì)鈮毫Φ淖詣舆x擇控制由于燃?xì)忾y是正作用閥，防止

56、燃?xì)鈮毫^高的選由于燃?xì)忾y是正作用閥，防止燃?xì)鈮毫^高的選擇器擇器1就應(yīng)當(dāng)是低選，防止燃?xì)鈮毫^低的選擇器就應(yīng)當(dāng)是低選，防止燃?xì)鈮毫^低的選擇器2就就應(yīng)當(dāng)是高選。應(yīng)當(dāng)是高選。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章冷卻液冷卻液入料入料T1TTC反反T2TT3T反應(yīng)器反應(yīng)器產(chǎn)品產(chǎn)品反反例例2 固定床反應(yīng)器中熱點(diǎn)溫度的控制固定床反應(yīng)器中熱點(diǎn)溫度的控制控制思路就是按最高點(diǎn)溫度控制，所有的點(diǎn)的控制思路就是按最高點(diǎn)溫度控制，所有的點(diǎn)的溫度都不會超標(biāo)，所以用高選器。溫度都不會超標(biāo)，所以用高選器。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章2調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的確定調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的確定對于正常工況下

57、運(yùn)行的調(diào)節(jié)器，由于有較高的控制精對于正常工況下運(yùn)行的調(diào)節(jié)器，由于有較高的控制精度要求，可用度要求，可用PI調(diào)節(jié)或調(diào)節(jié)或PID調(diào)節(jié)；對于取代調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)；對于取代調(diào)節(jié)器，一般只要求其迅速發(fā)揮保護(hù)作用，可用一般只要求其迅速發(fā)揮保護(hù)作用，可用P調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)。 燃?xì)馊細(xì)釶2C鍋爐給水鍋爐給水蒸汽蒸汽汽包汽包爐膛爐膛選擇器選擇器1選擇器選擇器2P3TP3CP2TP1TP1C正正PPPID過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章3調(diào)節(jié)器參數(shù)整定調(diào)節(jié)器參數(shù)整定正常工作調(diào)節(jié)器的整定要求與常規(guī)控制系統(tǒng)相同，可正常工作調(diào)節(jié)器的整定要求與常規(guī)控制系統(tǒng)相同，可按常規(guī)控制系統(tǒng)的整定方法進(jìn)行整定。對于取代調(diào)節(jié)按常規(guī)

58、控制系統(tǒng)的整定方法進(jìn)行整定。對于取代調(diào)節(jié)器，要求能及時(shí)產(chǎn)生自動保護(hù)作用，其比例度器，要求能及時(shí)產(chǎn)生自動保護(hù)作用，其比例度P應(yīng)整應(yīng)整定得小一些。定得小一些。 燃?xì)馊細(xì)釶2C鍋爐給水鍋爐給水蒸汽蒸汽汽包汽包爐膛爐膛選擇器選擇器1選擇器選擇器2P3TP3CP2TP1TP1C正正PPPID過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章4選擇性控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器抗積分飽和選擇性控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器抗積分飽和選擇性控制系統(tǒng)運(yùn)行中，無論在正常工況下，還選擇性控制系統(tǒng)運(yùn)行中，無論在正常工況下，還是在異常工況下，總是有調(diào)節(jié)器處于開環(huán)待命狀態(tài)。是在異常工況下，總是有調(diào)節(jié)器處于開環(huán)待命狀態(tài)。 如果調(diào)節(jié)器使用了積分作用，

59、當(dāng)其處于開環(huán)待如果調(diào)節(jié)器使用了積分作用，當(dāng)其處于開環(huán)待命狀態(tài)時(shí)，偏差輸入信號一直存在。命狀態(tài)時(shí)，偏差輸入信號一直存在。那么積分作用將使那么積分作用將使控制器的輸出不斷增加控制器的輸出不斷增加或減小，一直達(dá)到輸出或減小，一直達(dá)到輸出的極限值為止，這種現(xiàn)的極限值為止，這種現(xiàn)象稱之為象稱之為“積分飽和積分飽和”。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章q當(dāng)積分電路處于積分飽和狀態(tài)時(shí)，它的輸出將當(dāng)積分電路處于積分飽和狀態(tài)時(shí)，它的輸出將達(dá)到最大或最小的極限值，積分運(yùn)放正負(fù)輸入端電位達(dá)到最大或最小的極限值，積分運(yùn)放正負(fù)輸入端電位不再相等：不再相等：V= Vo2 ; V= VB此時(shí)若切回控制器，要讓

60、其重新發(fā)揮作用，必此時(shí)若切回控制器，要讓其重新發(fā)揮作用，必須等它退出飽和區(qū)，使輸出慢慢返回到執(zhí)行器的有效須等它退出飽和區(qū)，使輸出慢慢返回到執(zhí)行器的有效輸入范圍。輸入范圍。這種控制的不及時(shí)，這種控制的不及時(shí)，有時(shí)會給系統(tǒng)帶來嚴(yán)重有時(shí)會給系統(tǒng)帶來嚴(yán)重的后果，因而必須設(shè)法的后果，因而必須設(shè)法防止。防止。 過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章q抗積分飽和措施抗積分飽和措施抗積分飽和是調(diào)節(jié)器的一個(gè)附加功能，可供用抗積分飽和是調(diào)節(jié)器的一個(gè)附加功能，可供用戶選擇。在儀表中采用的方法有：戶選擇。在儀表中采用的方法有：（1）PI-P法法用監(jiān)測電路監(jiān)測積分電容用監(jiān)測電路監(jiān)測積分電容CM兩端電壓。兩端電