化工儀表與自動控制6復(fù)雜控制系統(tǒng)課件

復(fù)雜控制復(fù)雜控制基本內(nèi)容123☆復(fù)雜控制系統(tǒng)☆工業(yè)應(yīng)用案例-大中型工業(yè)鍋爐汽包液位的檢測與控制系統(tǒng)基本內(nèi)容123☆復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)

簡單控制系統(tǒng)的特點是組成簡單，需要自動化儀表少，設(shè)備投資省，維修、投運和整定都比較簡單，能解決生產(chǎn)中大量的定值控制問題，隨著生產(chǎn)的發(fā)展，工藝的革新，生產(chǎn)過程的大型化和復(fù)雜化，現(xiàn)代化生產(chǎn)往往對產(chǎn)品的質(zhì)量提出更高的要求,生產(chǎn)過程中的某些特殊要求，如物料配比、前后生產(chǎn)工序協(xié)調(diào)、安全生產(chǎn)軟保護(hù)等問題，這些問題都是簡單控制系統(tǒng)所不能勝任的，因此，相應(yīng)地就出現(xiàn)了一些與簡單控制系統(tǒng)不同的其它控制形式，這些控制系統(tǒng)統(tǒng)稱為復(fù)雜控制系統(tǒng)。6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)的特點是組成6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)根據(jù)根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和所擔(dān)負(fù)的任務(wù)復(fù)雜控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)均勻控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)取代控制系統(tǒng)三沖量控制系統(tǒng)6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)根據(jù)根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和所擔(dān)負(fù)的任務(wù)6.1.1串級控制系統(tǒng)(1)串級控制系統(tǒng)組成原理舉例說明串級控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其工作原理6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)管式加熱爐是煉油、化工生產(chǎn)中重要裝置之一。延長爐子壽命，防止?fàn)t管燒壞；保證后面精餾分離的質(zhì)量?？刂坪脺囟?.1.1串級控制系統(tǒng)(1)串級控制系統(tǒng)組成原理舉例說明串級6.1.1串級控制系統(tǒng)(1)串級控制系統(tǒng)組成原理6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)根據(jù)原油出口溫度的變化來控制燃料閥門的開度，即改變?nèi)剂狭縼砭S持原油出口溫度保持在工藝所規(guī)定的數(shù)值上，這是一個簡單控制系統(tǒng)。圖6-1管式加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計6.1.1串級控制系統(tǒng)(1)串級控制系統(tǒng)組成原理6.1復(fù)雜如果對溫度的誤差范圍要求不高，而加熱爐的燃料壓力、燃料本身的熱值波動不大，上述控制方案是可行的。在實際生產(chǎn)過程中，特別是當(dāng)加熱爐的燃料壓力或燃料本身的熱值有較大波動時，該簡單控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量往往很差，原料油的出口溫度波動較大，難以滿足生產(chǎn)上的要求。

缺點6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.1串級控制系統(tǒng)(1)串級控制系統(tǒng)組成原理如果對溫度的誤差范圍要求不高，而加熱爐的燃料壓力、燃料本身的當(dāng)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油的出口溫度，這個通道容量滯后很大，時間常數(shù)約15min左右，反應(yīng)緩慢，而溫度控制器TC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(dāng)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(dāng)工藝上要求原料油的出口溫度非常嚴(yán)格時，為了解決容量滯后問題，還需對加熱爐的工藝作進(jìn)一步分析。原因6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.1串級控制系統(tǒng)(1)串級控制系統(tǒng)組成原理當(dāng)燃料壓力或燃料本身的熱值變化后，先影響爐膛的溫度，然后通過以原料油出口溫度為主要被控變量的爐出口溫度與爐膛溫度的串級控制系統(tǒng)

管式加熱爐出口溫度串級控制系統(tǒng)6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.1串級控制系統(tǒng)(1)串級控制系統(tǒng)組成原理以原料油出口溫度為主要被控變量的爐出口溫度與爐膛溫度的串級控管式加熱爐出口溫度串級控制系統(tǒng)的方塊圖6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.1串級控制系統(tǒng)(1)串級控制系統(tǒng)組成原理管式加熱爐出口溫度串級控制系統(tǒng)的方塊圖6.1復(fù)雜控制在上述控制系統(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θ1和θ2。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。分析6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.1串級控制系統(tǒng)(1)串級控制系統(tǒng)組成原理在上述控制系統(tǒng)中，有兩個控制器T1C和T2C，接收來自對象不幾個串級控制系統(tǒng)中常用的名詞

主變量工藝控制指標(biāo)，在串級控制系統(tǒng)中起主導(dǎo)作用的被控變量。主對象為主變量表征其特性的生產(chǎn)設(shè)備。副對象為副變量表征其特性的工藝生產(chǎn)設(shè)備。副變量串級控制系統(tǒng)中為了穩(wěn)定主變量或因某種需要而引入的輔助變量。6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.1串級控制系統(tǒng)(1)串級控制系統(tǒng)組成原理幾個串級控制系統(tǒng)中常用的名詞主變量工藝控制指標(biāo)，在串級控制幾個串級控制系統(tǒng)中常用的名詞

主控制器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。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控制器。副控制器主回路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。副回路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。6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.1串級控制系統(tǒng)(1)串級控制系統(tǒng)組成原理幾個串級控制系統(tǒng)中常用的名詞主控制器按主變量的測量值與給定串級控制系統(tǒng)典型方塊圖6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.1串級控制系統(tǒng)(1)串級控制系統(tǒng)組成原理串級控制系統(tǒng)典型方塊圖6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.1（2）串級控制系統(tǒng)的工作過程管式加熱爐出口溫度串級控制系統(tǒng)執(zhí)行器

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氣開，斷氣時關(guān)閉控制閥TC1、TC2

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反作用方向6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.1串級控制系統(tǒng)（2）串級控制系統(tǒng)的工作過程管式加熱爐出口溫度串級控制系統(tǒng)執(zhí)1）干擾進(jìn)入副回路F2引起θ2變化，控制器T2C及時進(jìn)行控制，使其很快穩(wěn)定下來,如果干擾量小，經(jīng)過副回路控制后，F(xiàn)2一般影響不到溫度θ1；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θ1再由主回路進(jìn)一步控制，徹底消除干擾的影響，使被控變量回復(fù)到給定值。6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)（2）串級控制系統(tǒng)的工作過程6.1.1串級控制系統(tǒng)1）干擾進(jìn)入副回路F2引起θ2變化，控制器T21）干擾進(jìn)入副回路由于副回路控制通道短，時間常數(shù)小，所以當(dāng)干擾進(jìn)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出口溫度的影響，從而大大提高了控制質(zhì)量。小結(jié)6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)（2）串級控制系統(tǒng)的工作過程6.1.1串級控制系統(tǒng)1）干擾進(jìn)入副回路由于副回路控制通道短，時間常數(shù)小，所以當(dāng)干2）干擾作用于主對象F1變化→θ1

↑→T1C輸出↓→T2C設(shè)定值↓→T2C輸出↓→恢復(fù)給定值

所以，在串級控制系統(tǒng)中，如果干擾作用于主對象，由于副回路的存在，可以及時改變副變量的數(shù)值，以達(dá)到穩(wěn)定主變量的目的。6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)（2）串級控制系統(tǒng)的工作過程6.1.1串級控制系統(tǒng)2）干擾作用于主對象F1變化→θ1↑→T1C輸出↓→（3）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。6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)（2）串級控制系統(tǒng)的工作過程6.1.1串級控制系統(tǒng)（3）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3）干擾同時作用于副回路和主對象主、副變量的變化方向相反，一個增加，另一個減小。6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)（2）串級控制系統(tǒng)的工作過程6.1.1串級控制系統(tǒng)3）干擾同時作用于副回路和主對象主、副變量的變化方向相反，一在串級控制系統(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，而且對作用于主對象上的干擾也能加速克服過程。副回路具有先調(diào)、粗調(diào)、快調(diào)的特點；主回路具有后調(diào)、細(xì)調(diào)、慢調(diào)的特點，并對于副回路沒有完全克服掉的干擾影響能徹底加以克服。因此，在串級控制系統(tǒng)中，由于主、副回路相互配合、相互補(bǔ)充，充分發(fā)揮了控制作用，大大提高了控制質(zhì)量。小結(jié)6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)（2）串級控制系統(tǒng)的工作過程6.1.1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路，不僅能迅速克服作1）分級控制串級控制系統(tǒng)是將一個控制通道較長的對象分為兩級，即主對象和副對象，分別構(gòu)成主副回路，把大部分的干擾在第一級副環(huán)就基本克服掉，剩余的影響及其它干擾的綜合影響再由第二級主環(huán)加以克服。

2）串級系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成串級控制系統(tǒng)有兩個閉合回路：主回路和副回路；有兩個控制器；主控制器和副控制器；有兩個測量變送器，分別測量主變量和副變量。6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.1串級控制系統(tǒng)（3）串級控制系統(tǒng)的特點及適用范圍1）分級控制6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.1串級控制系3）串級控制系統(tǒng)的工作方式串級控制系統(tǒng)中，主、副控制器是串聯(lián)工作的。主控制器的輸出作為副控制器的給定值，系統(tǒng)通過副控制器的輸出去操縱執(zhí)行器動作，實現(xiàn)對主變量的定值控制。串級控制系統(tǒng)中，主回路是個定值控制系統(tǒng)，而副回路是個隨動控制系統(tǒng)。

4）控制效果好串級控制系統(tǒng)由于副回路的引入，改善了對象的特性，使控制過程加快、加強(qiáng)，具有超前控制的作用，從而有效地克服滯后，提高了控制質(zhì)量。串級控制系統(tǒng)由于增加了副回路，因此具有一定的自適應(yīng)能力，可用于負(fù)荷和操作條件有較大變化的場合。6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.1串級控制系統(tǒng)（3）串級控制系統(tǒng)的特點及適用范圍3）串級控制系統(tǒng)的工作方式6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1（3）串級控制系統(tǒng)的特點及適用范圍當(dāng)對象的滯后和時間常數(shù)很大，干擾作用強(qiáng)而頻繁，負(fù)荷變化大，簡單控制系統(tǒng)滿足不了控制質(zhì)量的要求時，采用串級控制系統(tǒng)是適宜的。6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.1串級控制系統(tǒng)（3）串級控制系統(tǒng)的特點及適用范圍當(dāng)對象的滯后和時間常數(shù)很大（4）串級控制系統(tǒng)中副回路的設(shè)計根據(jù)生產(chǎn)工藝的具體情況，選擇一個合適的副變量，從而構(gòu)成一個以副變量為被控變量的副回路。副回路的確定確定的原則主、副變量間應(yīng)有一定的內(nèi)在聯(lián)系要使系統(tǒng)的主要干擾被包圍在副回路內(nèi)在可能的情況下，應(yīng)使副環(huán)包圍更多的次要干擾副變量的選擇應(yīng)考慮到主、副對象時間常數(shù)的匹配，以防“共振”的發(fā)生當(dāng)對象具有較大的純滯后而影響控制質(zhì)量時，在選擇副變量時應(yīng)使副環(huán)盡量少包含純滯后或不包含純滯后6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.1串級控制系統(tǒng)（4）串級控制系統(tǒng)中副回路的設(shè)計根據(jù)生產(chǎn)工藝的具體情況，選擇1）主、副變量間應(yīng)有一定的內(nèi)在聯(lián)系舉例精餾塔塔釜溫度串級控制系統(tǒng)1—精餾塔；2—再沸器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(dāng)溫度在外來干擾作用下偏離給定值時，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。6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.1串級控制系統(tǒng)（4）串級控制系統(tǒng)中副回路的設(shè)計1）主、副變量間應(yīng)有一定的內(nèi)在聯(lián)系舉例精餾塔塔釜溫度串級控制1）主、副變量間應(yīng)有一定的內(nèi)在聯(lián)系

選擇與主變量有一定關(guān)系的某一中間變量作為副變量；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，減少對主變量的影響。選擇副變量的兩類情況6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.1串級控制系統(tǒng)（4）串級控制系統(tǒng)中副回路的設(shè)計1）主、副變量間應(yīng)有一定的內(nèi)在聯(lián)系選擇與主變量有一定關(guān)系的選擇的副變量就是操縱變量（加熱蒸汽量）本身。這樣，當(dāng)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。結(jié)論6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.1串級控制系統(tǒng)（4）串級控制系統(tǒng)中副回路的設(shè)計1）主、副變量間應(yīng)有一定的內(nèi)在聯(lián)系選擇的副變量就是操縱變量（加熱蒸汽量）本身。這樣，當(dāng)干擾來自2）要使系統(tǒng)的主要干擾被包圍在副回路中加熱爐出口溫度與燃料油壓力串級控制系統(tǒng)在本系統(tǒng)中，由于選擇了燃料油壓力作為副變量，副對象的控制通道很短，時間常數(shù)很小，因此控制作用非常及時，可及時有效地克服由于燃料油壓力波動對原料油出口溫度的影響，從而大大提高了控制質(zhì)量。6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.1串級控制系統(tǒng)（4）串級控制系統(tǒng)中副回路的設(shè)計2）要使系統(tǒng)的主要干擾被包圍在副回路中加熱爐出口溫度與燃料油3）在可能的情況下，應(yīng)使副環(huán)包圍更多的次要干擾如果在生產(chǎn)過程中，除了主要干擾外，還有較多的次要干擾，或者系統(tǒng)的干擾較多且難于分出主要干擾與次要干擾，在這種情況下，選擇副變量應(yīng)考慮使副環(huán)盡量多包圍一些干擾，這樣可以充分發(fā)揮副環(huán)的快速抗干擾能力，以提高串級控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量。6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.1串級控制系統(tǒng)（4）串級控制系統(tǒng)中副回路的設(shè)計3）在可能的情況下，應(yīng)使副環(huán)包圍更多的次要干擾如果在生產(chǎn)過程注意在考慮到使副環(huán)包圍更多干擾時，也應(yīng)同時考慮到副環(huán)的靈敏度。隨著副回路包圍干擾的增多，副環(huán)將隨之?dāng)U大，副變量離主變量也就越近。這樣一來，副對象的控制通道就變長，滯后也就增大，從而會削弱副回路的快速、有力控制的特性。在選擇副變量時，既要考慮到使副環(huán)包圍較多的干擾，又要考慮到使副變量不要離主變量太近。結(jié)論6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.1串級控制系統(tǒng)（4）串級控制系統(tǒng)中副回路的設(shè)計注意在考慮到使副環(huán)包圍更多干擾時，也應(yīng)同時考慮到副環(huán)的靈敏度4）副變量的選擇應(yīng)考慮到主、副對象時間常數(shù)的匹配，以防“共振”的發(fā)生

是為了保證副回路具有快速的抗干擾性能；是由于串級系統(tǒng)中主、副回路之間是密切相關(guān)的，副變量的變化會影響到主變量，而主變量的變化通過反饋回路又會影響到副變量。在串級控制系統(tǒng)中，主、副對象的時間常數(shù)不能太接近。6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.1串級控制系統(tǒng)（4）串級控制系統(tǒng)中副回路的設(shè)計4）副變量的選擇應(yīng)考慮到主、副對象時間常數(shù)的匹配，以防“共振4）副變量的選擇應(yīng)考慮到主、副對象時間常數(shù)的匹配，以防“共振”的發(fā)生在選擇副變量時，應(yīng)注意使主、副對象的時間常數(shù)之比為3～10，以減少主、副回路的動態(tài)聯(lián)系，避免“共振”。當(dāng)然，也不能盲目追求減小副對象的時間常數(shù)，否則可能使副回路包圍的干擾太少，使系統(tǒng)抗干擾能力反而減弱了。小結(jié)6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.1串級控制系統(tǒng)（4）串級控制系統(tǒng)中副回路的設(shè)計4）副變量的選擇應(yīng)考慮到主、副對象時間常數(shù)的匹配，以防“共振5）當(dāng)對象具有較大的純滯后而影響控制質(zhì)量時，在選擇副變量時應(yīng)使副環(huán)盡量少包含純滯后或不包含純滯后舉例某化纖廠膠液壓力的控制壓力與壓力串級控制系統(tǒng)1—計量泵；2—板式熱交換器；3—過濾器6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.1串級控制系統(tǒng)（4）串級控制系統(tǒng)中副回路的設(shè)計5）當(dāng)對象具有較大的純滯后而影響控制質(zhì)量時，在選擇副變量時應(yīng)5）當(dāng)對象具有較大的純滯后而影響控制質(zhì)量時，在選擇副變量時應(yīng)使副環(huán)盡量少包含純滯后或不包含純滯后在計量泵和冷卻器之間，靠近計量泵的適當(dāng)位置，選擇壓力測量點，并作為副變量組成一個壓力與壓力的串級控制系統(tǒng)，以提高控制質(zhì)量。圖中主控制器P1C的輸出作為副控制器P2C的給定值，由副控制器的輸出來改變計量泵的轉(zhuǎn)速，從而控制紡絲膠液的壓力。6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.1串級控制系統(tǒng)（4）串級控制系統(tǒng)中副回路的設(shè)計5）當(dāng)對象具有較大的純滯后而影響控制質(zhì)量時，在選擇副變量時應(yīng)（5）主副控制器控制規(guī)律控制規(guī)律是根據(jù)控制的要求來進(jìn)行選擇的。目的為了高精度地穩(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。6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.1串級控制系統(tǒng)（5）主副控制器控制規(guī)律控制規(guī)律是根據(jù)控制的要求來進(jìn)行選擇的（6）主副控制器正、反作用的選擇1）副控制器作用方向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(fù)反饋系統(tǒng)的原則來確定。6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.1串級控制系統(tǒng)（6）主副控制器正、反作用的選擇1）副控制器作用方向的選擇串舉例

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θ2（副變量）增加，副對象“正”方向。為使副回路構(gòu)成一個負(fù)反饋系統(tǒng)，副控制器T2C選擇“反”方向。管式加熱爐出口溫度串級控制系統(tǒng)6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.1串級控制系統(tǒng)（6）主副控制器正、反作用的選擇舉例氣源中斷，停止供給燃料油時，執(zhí)行器選氣開閥，“正”方舉例精餾塔塔釜溫度串級控制系統(tǒng)基于工藝上的考慮，選擇執(zhí)行器為氣關(guān)閥。為使副回路是一個負(fù)反饋控制系統(tǒng)，副控制器FC的作用方向應(yīng)選擇為“正”作用。6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.1串級控制系統(tǒng)（6）主副控制器正、反作用的選擇舉例精餾塔塔釜溫度串級控制系統(tǒng)基于工藝上的考慮，選擇執(zhí)行器為（6）主副控制器正、反作用的選擇當(dāng)主、副變量增加（減?。r，如果由工藝分析得出，為使主、副變量減?。ㄔ黾樱?，要求控制閥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。6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.1串級控制系統(tǒng)2）主控制器作用方向的選擇（6）主副控制器正、反作用的選擇當(dāng)主、副變量增加（減?。r，舉例管式加熱爐出口溫度串級控制系統(tǒng)主變量θ1或副變量θ2增加時，都要求關(guān)小控制閥，減少供給的燃料量，才能使θ1或θ2降下來，所以此時主控制器T1C應(yīng)確定為反作用方向。6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)（6）主副控制器正、反作用的選擇6.1.1串級控制系統(tǒng)舉例管式加熱爐出口溫度串級控制系統(tǒng)主變量θ1或副變量θ2增加舉例精餾塔塔釜溫度串級控制系統(tǒng)蒸汽流量（副變量）或塔釜溫度（主變量）增加時，都需要關(guān)小控制閥，它們對控制閥的動作方向要求是一致的，所以主控制器TC也應(yīng)為反作用方向。6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)（6）主副控制器正、反作用的選擇6.1.1串級控制系統(tǒng)舉例精餾塔塔釜溫度串級控制系統(tǒng)蒸汽流量（副變量）或塔釜溫度（舉例冷卻器溫度串級控制系統(tǒng)

冷卻器溫度串級控制系統(tǒng)是以被冷卻物料出口溫度為主變量，冷劑流量為副變量的串級控制系統(tǒng)。分析冷卻器的特性可以知道，當(dāng)主變量即被冷卻物料出口溫度增加時，需要開大控制閥，而當(dāng)副變量即冷劑流量增加時，需要關(guān)小控制閥，它們對控制閥動作方向的要求是不一致的，因此主控制器TC的作用方向應(yīng)選用正作用。6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)（6）主副控制器正、反作用的選擇6.1.1串級控制系統(tǒng)舉例冷卻器溫度串級控制系統(tǒng)冷卻器溫度串級控制系統(tǒng)是以被冷(6)主副控制器正、反作用的選擇3）當(dāng)由于工藝過程的需要，控制閥由氣開改為氣關(guān)，或由氣關(guān)改為氣開時，只要改變副控制器的正反作用而不需改變主控制器的正反作用。6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.1串級控制系統(tǒng)(6)主副控制器正、反作用的選擇3）當(dāng)由于工藝過程的需要，控(7)串級控制與主控的切換

在有些生產(chǎn)過程中，要求控制系統(tǒng)既可以進(jìn)行串級控制，又可以實現(xiàn)主控制器單獨工作，即切除副控制器，由主控制器的輸出直接控制執(zhí)行器（稱為主控）。這就是說，若系統(tǒng)由串級切換為主控時，是用主控制器的輸出代替原先副控制器的輸出去控制執(zhí)行器，而若系統(tǒng)由主控切換為串級時，是用副控制器的輸出代替主控制器的輸出去控制執(zhí)行器。6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.1串級控制系統(tǒng)(7)串級控制與主控的切換在有些生產(chǎn)過程中，要求控(8)控制器參數(shù)的工程整定1）兩步整定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。6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.1串級控制系統(tǒng)(8)控制器參數(shù)的工程整定1）兩步整定法按照串級控制系統(tǒng)主1）兩步整定法①在工況穩(wěn)定，主、副控制器都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4∶1）過渡過程下的副控制器比例度和操作周期，分別用δ2s和T2s表示。②在副控制器比例度等于δ2s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δ1s和操作周期T1s。整定過程6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)(8)控制器參數(shù)的工程整定6.1.1串級控制系統(tǒng)1）兩步整定法①在工況穩(wěn)定，主、副控制器都在純比例作用運行1）兩步整定法③根據(jù)上面得到的δ1s、T1s、δ2s、T2s，按表7-2（或表7-3）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(dāng)調(diào)整，直到獲得滿意的過渡過程。整定過程6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)(8)控制器參數(shù)的工程整定6.1.1串級控制系統(tǒng)1）兩步整定法③根據(jù)上面得到的δ1s、T1s、δ2s、T21）兩步整定法共振問題如果主、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”現(xiàn)象。6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)(8)控制器參數(shù)的工程整定6.1.1串級控制系統(tǒng)1）兩步整定法共振問題如果主、副對象時間常數(shù)相差不大，動態(tài)1）兩步整定法可適當(dāng)減小副控制器比例度或積分時間，以達(dá)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。6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)(8)控制器參數(shù)的工程整定6.1.1串級控制系統(tǒng)1）兩步整定法可適當(dāng)減小副控制器比例度或積分時間，以達(dá)到減2）一步整定法根據(jù)經(jīng)驗將副控制器一次放好，不再變動，然后按一般單回路控制系統(tǒng)的整定方法直接整定主控制器參數(shù)。實踐證明

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(yán)，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。6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)(8)控制器參數(shù)的工程整定6.1.1串級控制系統(tǒng)2）一步整定法根據(jù)經(jīng)驗將副控制器一次放好，不再變動，然后按2）一步整定法副變量類型副控制器比例度δ2／％副控制器比例放大倍數(shù)KP2溫度壓力流量液位20～6030～7040～8020～805.0～1.73.0～1.42.5～1.255.0～1.25采用一步整定法時副控制器參數(shù)選擇范圍6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)(8)控制器參數(shù)的工程整定6.1.1串級控制系統(tǒng)2）一步整定法副變量類型副控制器比例度δ2／％副控制器比例2）一步整定法一步整定法的整定步驟：

①在生產(chǎn)正常，系統(tǒng)為純比例運行的條件下，按照表所列的數(shù)據(jù)，將副控制器比例度調(diào)到某一適當(dāng)?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。6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)(8)控制器參數(shù)的工程整定6.1.1串級控制系統(tǒng)2）一步整定法一步整定法的整定步驟：①在生產(chǎn)正常，系統(tǒng)為6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)(9)串級控制系統(tǒng)的投運6.1.1串級控制系統(tǒng)1）先把各開關(guān)或旋鈕至于正確位置（正、反作用開關(guān)等），主、副調(diào)節(jié)器均置于“手動”位置，主調(diào)的“內(nèi)-外”設(shè)定開關(guān)設(shè)置于“內(nèi)”，副調(diào)節(jié)器的則至于“外”（與主調(diào)節(jié)器輸出相同），PID可置于預(yù)定位置。2）用副調(diào)節(jié)器的手操旋鈕或手輪進(jìn)行手動遙控，在主變量接近設(shè)定值，副變量也較平穩(wěn)時，手操主調(diào)節(jié)器的輸出，來調(diào)節(jié)副調(diào)節(jié)器的外設(shè)定值，使其等于副變量的值，當(dāng)偏為零時，即可把副調(diào)節(jié)器的切換開關(guān)切向“自動”，完成了副調(diào)節(jié)器的手動向自動的無擾動轉(zhuǎn)換。6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)(9)串級控制系統(tǒng)的投運6.16.1復(fù)雜控制系統(tǒng)(9)串級控制系統(tǒng)的投運6.1.1串級控制系統(tǒng)3）當(dāng)副回路穩(wěn)定，副變量等于它的設(shè)定值時，調(diào)節(jié)主調(diào)器的內(nèi)設(shè)定旋鈕或手輪，當(dāng)手操的值與主變量相等時，也就是表上的設(shè)定值與測定值相等，即可將主調(diào)節(jié)器切向“自動”，至此，完成了串級控制系統(tǒng)的投運操作。6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)(9)串級控制系統(tǒng)的投運6.16.1.2均勻控制系統(tǒng)(1)均勻控制系統(tǒng)的原理前后精餾塔的供求關(guān)系甲塔: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(jìn)料量盡量不變或少變。6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)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(dá)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)。6.1.2均勻控制系統(tǒng)(1)均勻控制系統(tǒng)的原理前后精餾塔的供均勻控制系統(tǒng)的要求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。6.1.2均勻控制系統(tǒng)(1)均勻控制系統(tǒng)的原理6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)均勻控制系統(tǒng)的要求1）兩個變量在控制過程中都應(yīng)該是緩慢變化的前一設(shè)備的液位和后一設(shè)備的進(jìn)料量之關(guān)系1—液位變化曲線；2—流量變化曲線6.1.2均勻控制系統(tǒng)(1)均勻控制系統(tǒng)的原理6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)前一設(shè)備的液位和后一設(shè)備的進(jìn)料量之關(guān)系1—液位變化曲線；2—（3）均勻控制系統(tǒng)方案1）簡單均勻控制系統(tǒng)簡單均勻控制目的為了協(xié)調(diào)液位與排出流量之間的關(guān)系，允許它們都在各自許可的范圍內(nèi)作緩慢的變化。滿足均勻控制要求的方法通過控制器的參數(shù)整定來實現(xiàn)。6.1.2均勻控制系統(tǒng)6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)（3）均勻控制系統(tǒng)方案1）簡單均勻控制系統(tǒng)簡單均勻控制目的為2）串級均勻控制系統(tǒng)串級均勻控制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)成串級均勻控制。參數(shù)整定的方法由小到大地進(jìn)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(dāng)?shù)姆e分作用。6.1.2均勻控制系統(tǒng)6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)（3）均勻控制系統(tǒng)方案2）串級均勻控制系統(tǒng)串級均勻控制可在簡單均勻控制方案基礎(chǔ)上增特點由于增加了副回路，可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。6.1.2均勻控制系統(tǒng)6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)（3）均勻控制系統(tǒng)方案特點由于增加了副回路，可以及時克服由于塔內(nèi)或排出端壓力改變所6.1.3比值控制系統(tǒng)（1）比值控制系統(tǒng)概述實現(xiàn)兩個或兩個以上參數(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)。通常為流量比值控制系統(tǒng)。幾個概念主物料、主動量（Q1

、主流量）從物料、從動量（Q2

、副流量）副流量Q2與主流量Q1的比值關(guān)系為6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.3比值控制系統(tǒng)（1）比值控制系統(tǒng)概述實現(xiàn)兩個或兩個1）開環(huán)比值控制系統(tǒng)開環(huán)比值控制開環(huán)比值控制方塊圖6.1.3比值控制系統(tǒng)（2）比值控制系統(tǒng)類型6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)1）開環(huán)比值控制系統(tǒng)開環(huán)比值控制開環(huán)比值控制方塊圖6.1.3特點

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副流量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。1）開環(huán)比值控制系統(tǒng)6.1.3比值控制系統(tǒng)（2）比值控制系統(tǒng)類型6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)特點結(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2）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。單閉環(huán)比值控制單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方塊圖6.1.3比值控制系統(tǒng)（2）比值控制系統(tǒng)類型6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)2）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（2）單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)特點

它能實現(xiàn)副流量隨主流量的變化而變化，還可以克服副流量本身干擾對比值的影響。結(jié)構(gòu)簡單，實施方便，尤其適用于主物料在工藝上不允許進(jìn)行控制的場合。雖然能保持兩物料量比值一定，但由于主流量是不受控制的，當(dāng)主流量變化時，總的物料量就會跟著變化。6.1.3比值控制系統(tǒng)（2）比值控制系統(tǒng)類型6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)（2）單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)特點它能實現(xiàn)副流量隨主流量的變化而（3）雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)它是在單閉環(huán)比值控制的基礎(chǔ)上，增加了主流量控制回路而構(gòu)成的。

雙閉環(huán)比值控制雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方塊圖6.1.3比值控制系統(tǒng)（2）比值控制系統(tǒng)類型6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)（3）雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)它是在單閉環(huán)比值控制的基礎(chǔ)上，增加了（3）雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)

實現(xiàn)了比較精確的流量比值，也確保了兩物料總量基本不變。提降負(fù)荷比較方便，只要緩慢地改變主流量控制器的給定值，就可以提降主流量，同時副流量也就自動跟蹤提降，并保持兩者比值不變。結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，使用的儀表較多，投資較大，系統(tǒng)調(diào)整較麻煩。主要適用于主流量干擾頻繁、工藝上不允許負(fù)荷有較大波動或工藝上經(jīng)常需要提降負(fù)荷的場合。特點6.1.3比值控制系統(tǒng)（2）比值控制系統(tǒng)類型6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)（3）雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)實現(xiàn)了比較精確的流量比值，也確保了（4）變比值控制系統(tǒng)變比值控制系統(tǒng)要求兩種物料的比值能靈活地隨第三變量的需要而加以調(diào)整，這樣就出現(xiàn)一種變比值控制系統(tǒng)。變比值控制系統(tǒng)方塊圖6.1.3比值控制系統(tǒng)（2）比值控制系統(tǒng)類型6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)（4）變比值控制系統(tǒng)變比值控制系統(tǒng)要求兩種物料的比值能靈活地6.1.4前饋控制系統(tǒng)（1）前饋控制系統(tǒng)及其特點換熱器的反饋控制換熱器的前饋控制6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.4前饋控制系統(tǒng)（1）前饋控制系統(tǒng)及其特點換熱器的反饋6.1.4前饋控制系統(tǒng)（1）前饋控制系統(tǒng)及其特點反饋控制與前饋控制方塊圖6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.4前饋控制系統(tǒng)（1）前饋控制系統(tǒng)及其特點反饋控制與前（1）前饋控制是基于不變性原理工作的，比反饋控制及時、有效（2）前饋控制是屬于“開環(huán)”控制系統(tǒng)（3）前饋控制使用的是視對象特性而定的“專用”控制器（4）一種前饋作用只能克服一種干擾（1）前饋控制系統(tǒng)的特點前饋控制系統(tǒng)的補(bǔ)償過程6.1.4前饋控制系統(tǒng)6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)（1）前饋控制是基于不變性原理工作的，比反饋控制及時、有效（（2）前饋控制的主要形式（1）單純的前饋控制形式（2）前饋—

反饋控制

靜態(tài)前饋控制系統(tǒng)動態(tài)前饋控制系統(tǒng)6.1.4前饋控制系統(tǒng)6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)（2）前饋控制的主要形式（1）單純的前饋控制形式靜態(tài)前饋控1）靜態(tài)前饋控制系統(tǒng)舉例蒸汽加熱的換熱器

靜態(tài)前饋控制實施方案熱交換器是應(yīng)用前饋控制較多的場合，換熱器有滯后大、時間常數(shù)大、反應(yīng)慢的特性，前饋控制就是針對這種對象特性設(shè)計的，故能很好發(fā)揮作用。6.1.4前饋控制系統(tǒng)6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)1）靜態(tài)前饋控制系統(tǒng)舉例蒸汽加熱的換熱器靜態(tài)前饋控制實施方動態(tài)前饋控制系統(tǒng)舉例蒸汽加熱的換熱器

動態(tài)前饋控制實施方案可在靜態(tài)前饋控制的基礎(chǔ)上，加上延遲環(huán)節(jié)或微分環(huán)節(jié)，以達(dá)到干擾作用的近似補(bǔ)償。按此原理設(shè)計的一種前饋控制器，有三個可以調(diào)整的參數(shù)K、T1、T2。

K為放大倍數(shù)，是為了靜態(tài)補(bǔ)償用的。T1、T2是時間常數(shù)，都有可調(diào)范圍，分別表示延遲作用和微分作用的強(qiáng)弱。6.1.4前饋控制系統(tǒng)6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)動態(tài)前饋控制系統(tǒng)舉例蒸汽加熱的換熱器動態(tài)前饋控制實施方案可2）前饋—反饋控制將前饋與反饋組合起來，取長補(bǔ)短，使前饋控制用來克服主要干擾，反饋控制用來克服其他的多種干擾，兩者協(xié)同工作，能提高控制質(zhì)量。換熱器的前饋-反饋控制前饋-反饋控制系統(tǒng)方塊圖6.1.4前饋控制系統(tǒng)6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)2）前饋—反饋控制將前饋與反饋組合起來，取長補(bǔ)短，使前饋前饋-反饋控制系統(tǒng)與串級控制系統(tǒng)的不同點

串級控制系統(tǒng)是由內(nèi)、外（或主、副）兩個反饋回路所組成；而前饋-反饋控制系統(tǒng)是由一個反饋回路和另一個開環(huán)的補(bǔ)償回路疊加而成。6.1.4前饋控制系統(tǒng)6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)前饋-反饋控制系統(tǒng)與串級控制系統(tǒng)的不同點串級控制系統(tǒng)是由（3）前饋控制的應(yīng)用場合（1）干擾幅值大而頻繁，對被控變量影響劇烈，僅采用反饋控制達(dá)不到要求的對象。（2）主要干擾是可測而不可控的變量。（3）當(dāng)對象的控制通道滯后大，反饋控制不及時，控制質(zhì)量差，可采用前饋或前饋-反饋控制系統(tǒng)，以提高控制質(zhì)量。6.1.4前饋控制系統(tǒng)6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)（3）前饋控制的應(yīng)用場合（1）干擾幅值大而頻繁，對被控變量影6.1.5分程控制系統(tǒng)（1）概述一臺控制器的輸出可以同時控制兩臺甚至兩臺以上的控制閥。控制器的輸出信號被分割成若干個信號范圍段，由每一段信號去控制一臺控制閥，稱為分程控制系統(tǒng)。分程控制系統(tǒng)方塊圖6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.5分程控制系統(tǒng)（1）概述一臺控制器的輸出可以同時控就控制閥的開、關(guān)形式分類

兩個控制閥同向動作，即隨著控制器輸出信號（即閥壓）的增大或減小，兩控制閥都開大或關(guān)小。兩個控制閥異向動作，即隨著控制器輸出信號的增大或減小，一個控制閥開大，另一個控制閥則關(guān)小。兩閥異向動作兩閥同向動作6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.5分程控制系統(tǒng)（1）概述就控制閥的開、關(guān)形式分類兩個控制閥同向動作，即隨著控制器輸（2）分程控制的應(yīng)用場合1）用于擴(kuò)大控制閥的可調(diào)范圍，改善控制品質(zhì)蒸汽減壓系統(tǒng)分程控制6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.5分程控制系統(tǒng)（2）分程控制的應(yīng)用場合1）用于擴(kuò)大控制閥的可調(diào)范圍，改善控2）用于控制兩種不同的介質(zhì)，以滿足工藝生產(chǎn)的要求反應(yīng)器分程控制系統(tǒng)對間歇式化學(xué)反應(yīng)器，既要考慮反應(yīng)前的預(yù)熱問題，又需要考慮反應(yīng)過程中移走熱量的問題。A、B閥特性圖（2）分程控制的應(yīng)用場合6.1.5分程控制系統(tǒng)6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)2）用于控制兩種不同的介質(zhì)，以滿足工藝生產(chǎn)的要求反應(yīng)器分程控本方案中選擇蒸汽控制閥為氣開式，冷水控制閥為氣關(guān)式是從生產(chǎn)安全角度考慮的。因為，一旦出現(xiàn)供氣中斷情況，A閥將處于全開，B閥將處于全關(guān)。這樣，就不會因為反應(yīng)器溫度過高而導(dǎo)致生產(chǎn)事故。（2）分程控制的應(yīng)用場合6.1.5分程控制系統(tǒng)6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)本方案中選擇蒸汽控制閥為氣開式，冷水控制閥為氣關(guān)式是從生產(chǎn)安3）用作生產(chǎn)安全的防護(hù)措施貯罐氮封分程控制方案解決貯罐中物料量的增減會導(dǎo)致氮封壓力的變化的問題。氮封分程閥特性圖（2）分程控制的應(yīng)用場合6.1.5分程控制系統(tǒng)6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)3）用作生產(chǎn)安全的防護(hù)措施貯罐氮封分程控制方案解決貯罐中物料（3）分程控制過程中的幾個問題（1）控制閥流量特性要正確選擇。閥門特性（2）大小閥并聯(lián)時，大閥泄漏量不可忽視，否則就不能充分發(fā)揮擴(kuò)大可調(diào)范圍的作用。當(dāng)大閥泄漏量較大時，系統(tǒng)的最小流通能力就不再是小閥的最小流通能力。6.1.5分程控制系統(tǒng)6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)（3）分程控制過程中的幾個問題（1）控制閥流量特性要正確選擇（3）分程控制過程中的幾個問題閥門特性3）控制器的選擇和參數(shù)整定，可參照簡單控制系統(tǒng)處理。如果在運行中，兩個控制通道特性不同，即廣義對象特性是兩個，控制器參數(shù)不能同時滿足兩個不同對象特性的要求。這時，只好照顧正常情況下的被控對象特性，按正常情況下整定控制器的參數(shù)。對另一臺閥的操作要求，只要能在工藝允許的范圍內(nèi)即可。6.1.5分程控制系統(tǒng)6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)（3）分程控制過程中的幾個問題閥門特性3）控制器的選擇和參數(shù)6.1.6選擇性控制系統(tǒng)（1）基本概念在這些大型工藝生產(chǎn)過程中，除了要求控制系統(tǒng)在生產(chǎn)處于正常運行情況下，能夠克服外界干擾，維持生產(chǎn)的平穩(wěn)運行外，當(dāng)生產(chǎn)操作達(dá)到安全極限時，控制系統(tǒng)應(yīng)有一種應(yīng)變能力，能采取相應(yīng)的保護(hù)措施，促使生產(chǎn)操作離開安全極限，返回到正常情況。

6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.6選擇性控制系統(tǒng)（1）基本概念在這些大型工藝生產(chǎn)過程生產(chǎn)保護(hù)性措施有兩類：一類是硬保護(hù)措施；一類是軟保護(hù)措施。生產(chǎn)的軟保護(hù)措施通過一個特定設(shè)計的自動選擇性控制系統(tǒng)，當(dāng)生產(chǎn)短期內(nèi)處于不正常情況時，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。6.1.6選擇性控制系統(tǒng)（1）基本概念6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)生產(chǎn)保護(hù)性措施有兩類：一類是硬保護(hù)措施；生產(chǎn)的軟保護(hù)措施6.（2）類型1）開關(guān)型選擇控制系統(tǒng)一般有A、B兩個可供選擇的變量。其中一個變量A假定是工藝操作的主要技術(shù)指標(biāo)，它直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量或生產(chǎn)效率；另一個變量B，工藝上對它有一個限值要求。開關(guān)型選擇性控制系統(tǒng)一般都用做系統(tǒng)的限值保護(hù)。6.1.6選擇性控制系統(tǒng)6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)（2）類型1）開關(guān)型選擇控制系統(tǒng)一般有A、B兩個可供選擇的變丙烯冷卻器的兩種控制方案方案（b）是在方案（a）的基礎(chǔ)上增加了一個帶上限節(jié)點的液位變送器（或報警器）和一個連接于溫度控制器TC與執(zhí)行器之間的電磁三通閥。舉例6.1.6選擇性控制系統(tǒng)6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)丙烯冷卻器的兩種控制方案方案（b）是在方案（a）的基礎(chǔ)上增加通過改變換熱面積的方法來達(dá)到控制溫度的目的。當(dāng)裂解氣溫度過高或負(fù)荷量過大時，控制閥將要大幅度地被打開。當(dāng)冷卻器中的列管全部為液態(tài)丙烯所淹沒，而裂解氣出口溫度仍然降不到希望的溫度時，就不能再一味地使控制閥開度繼續(xù)增加了。注意6.1.6選擇性控制系統(tǒng)6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)通過改變換熱面積的方法來達(dá)到控制溫度的目的。當(dāng)裂解氣溫度過高舉例開關(guān)型選擇性控制系統(tǒng)信號器的信號關(guān)系是：當(dāng)液位低于75％時，輸出p2＝０；當(dāng)液位達(dá)到75％時，p2＝0.1MPa。切換器的信號關(guān)系是：當(dāng)p2＝０時，py＝px；當(dāng)p2＝0.1MPa時，py＝０。6.1.6選擇性控制系統(tǒng)6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)舉例開關(guān)型選擇性控制系統(tǒng)信號器的信號關(guān)系是：6.1.6選擇性開關(guān)型選擇性控制系統(tǒng)方塊圖圖中的方塊“開關(guān)”實際上是一只電磁三通閥，可以根據(jù)液位的不同情況分別讓執(zhí)行器接通溫度控制器或接通大氣。6.1.6選擇性控制系統(tǒng)6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)開關(guān)型選擇性控制系統(tǒng)方塊圖圖中的方塊“開關(guān)”實際上是一只電磁2）連續(xù)型選擇控制系統(tǒng)特點當(dāng)取代作用發(fā)生后，控制閥不是立即全開或全關(guān)，而是在閥門原來的開度基礎(chǔ)上繼續(xù)進(jìn)行連續(xù)控制。

一般具有兩臺控制器，它們的輸出通過一臺選擇器（高選器或低選器）后，送往執(zhí)行器。這兩臺控制器，一臺在正常情況下工作，另一臺在非正常情況下工作。6.1.6選擇性控制系統(tǒng)6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)2）連續(xù)型選擇控制系統(tǒng)特點當(dāng)取代作用發(fā)生后，控制閥不是立即全舉例大型合成氨工廠的蒸汽鍋爐輔助鍋爐壓力取代控制系統(tǒng)蒸汽壓力與燃料氣壓力選擇性控制系統(tǒng)方塊圖6.1.6選擇性控制系統(tǒng)6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)舉例大型合成氨工廠的蒸汽鍋爐輔助鍋爐壓力取代控制系統(tǒng)蒸汽壓力舉例大型合成氨工廠的蒸汽鍋爐當(dāng)系統(tǒng)處于燃料氣壓力控制時，蒸汽壓力的控制質(zhì)量將會明顯下降，但這是為了防止事故發(fā)生所采取的必要的應(yīng)急措施，這時的蒸汽壓力控制系統(tǒng)實際上停止了工作，被屬于非正?？刂频娜剂蠚鈮毫刂葡到y(tǒng)所取代。注意6.1.6選擇性控制系統(tǒng)6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)舉例大型合成氨工廠的蒸汽鍋爐當(dāng)系統(tǒng)處于燃料氣壓力控制時，蒸汽2.類型（3）混合型選擇控制系統(tǒng)在這種混合型選擇性控制系統(tǒng)中，既包含有開關(guān)型選擇的內(nèi)容，又包含有連續(xù)型選擇的內(nèi)容。當(dāng)燃料氣壓力不足時，燃料氣管線的壓力就有可能低于燃燒室壓力，這樣就會出現(xiàn)危險的回火現(xiàn)象，危及燃料氣罐使之發(fā)生燃燒和爆炸。燃料氣管線壓力過低的危害

6.1.6選擇性控制系統(tǒng)6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)2.類型（3）混合型選擇控制系統(tǒng)在這種混合型選擇性控制系統(tǒng)中混合型選擇性控制方案增加了一個帶下限節(jié)點的壓力控制器P3C和一臺電磁三通閥。一旦燃料氣壓力下降到極限值時，下限節(jié)點接通，電磁閥通電，切斷了低選器LS送往執(zhí)行器的信號，使控制閥膜頭與大氣相通，膜頭內(nèi)壓力迅速下降到零，于是控制閥將關(guān)閉，回火事故將不致發(fā)生。當(dāng)燃料氣壓力上升達(dá)到正常時，下限節(jié)點斷開，電磁閥中失電，低選器的輸出又被送往執(zhí)行器。6.1.6選擇性控制系統(tǒng)6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)混合型選擇性控制方案增加了一個帶下限節(jié)點的壓力控制器P3C和3.積分飽和及其防止（1）積分飽和的產(chǎn)生及其危害一個具有積分作用的控制器，處于開環(huán)工作狀態(tài)時，如果偏差輸入信號一直存在，那么，由于積分作用的結(jié)果，將使控制器的輸出不斷增加或減小，一直達(dá)到輸出的極限值為止，該現(xiàn)象稱為“積分飽和”。6.1.6選擇性控制系統(tǒng)6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)3.積分飽和及其防止（1）積分飽和的產(chǎn)生及其危害一個具有積分3.積分飽和及其防止（1）積分飽和的產(chǎn)生及其危害產(chǎn)生積分飽和的條件其一是控制器具有積分作用；其二是控制器處于開環(huán)工作狀態(tài)，其輸出沒有被送往執(zhí)行器；其三是控制器的輸入偏差信號長期存在。6.1.6選擇性控制系統(tǒng)6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)3.積分飽和及其防止（1）積分飽和的產(chǎn)生及其危害產(chǎn)生積分飽和3.積分飽和及其防止（1）積分飽和的產(chǎn)生及其危害6.1.6選擇性控制系統(tǒng)6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)在選擇性控制系統(tǒng)中，任何時候選擇器只能選中兩個控制器的其中一個，被選中的控制器其輸出送往執(zhí)行器，而未被選中的控制器則處于開環(huán)工作狀態(tài)。這個處于開環(huán)工作狀態(tài)下的控制器如果具有積分作用，在偏差長期存在的條件下，就會產(chǎn)生積分飽和。3.積分飽和及其防止（1）積分飽和的產(chǎn)生及其危害6.1.6選3.積分飽和及其防止（1）積分飽和的產(chǎn)生及其危害6.1.6選擇性控制系統(tǒng)6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)當(dāng)控制器處于積分飽和狀態(tài)時，它的輸出將達(dá)到最大或最小的極限值，該極限值已超出執(zhí)行器的有效輸入信號范圍。由于控制器處于積分飽和狀態(tài)時，它的輸出已超出執(zhí)行器的有效輸入信號范圍，所以當(dāng)它在某個時刻重新被選擇器選中，需要它取代另一個控制器對系統(tǒng)進(jìn)行控制時，它并不能立即發(fā)揮作用。這是因為要它發(fā)揮作用，必須等它退出飽和區(qū)，即輸出慢慢返回到執(zhí)行器的有效輸入范圍以后，才能使執(zhí)行器開始動作，因而控制是不及時的。這種取代不及時（或者說取代雖然及時，但真正發(fā)揮作用不及時）有時會給系統(tǒng)帶來嚴(yán)重的后果，甚至?xí)斐墒鹿剩蚨仨氃O(shè)法防止和克服。3.積分飽和及其防止（1）積分飽和的產(chǎn)生及其危害6.1.6選3.積分飽和及其防止（2）抗積分飽和的措施目前防止積分飽和的兩種方法

限幅法通過一些專門的技術(shù)措施對積分反饋信號加以限制，從而使控制器輸出信號被限制在工作信號范圍之內(nèi)。積分切除法當(dāng)控制器處于開環(huán)工作狀態(tài)時，就將控制器的積分作用切除掉，這樣就不會使控制器輸出一直增大到最大值或一直減小到最小值，就不會產(chǎn)生積分飽和問題了。6.1.6選擇性控制系統(tǒng)6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)3.積分飽和及其防止（2）抗積分飽和的措施目前防止積分飽和的6.1.7多沖量控制系統(tǒng)多沖量控制系統(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)在鍋爐給水系統(tǒng)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)。定義適用范圍6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.7多沖量控制系統(tǒng)多沖量控制系統(tǒng)指在控制系統(tǒng)中，有多個6.1.7多沖量控制系統(tǒng)（1）單沖量液位控制系統(tǒng)單沖量控制系統(tǒng)原理根據(jù)汽包液位的信號來控制給水量。優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單、使用儀表少。缺點不能適應(yīng)蒸汽負(fù)荷的劇烈變化。易根據(jù)“假液位”引起控制系統(tǒng)的誤動作。6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.7多沖量控制系統(tǒng)（1）單沖量液位控制系統(tǒng)單沖量控制系（2）雙沖量液位控制系統(tǒng)雙沖量控制系統(tǒng)方塊圖雙沖量——液位信號和蒸汽流量信號雙沖量控制系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上看，它實際上是一個前饋-反饋控制系統(tǒng)。當(dāng)供水壓力擾動比較頻繁時，該系統(tǒng)的控制質(zhì)量較差。6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.7多沖量控制系統(tǒng)（2）雙沖量液位控制系統(tǒng)雙沖量控制系統(tǒng)方塊圖雙沖量——液（3）三沖量液位控制系統(tǒng)三沖量控制系統(tǒng)三沖量控制系統(tǒng)的一種實施方案6.1.7多沖量控制系統(tǒng)6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)（3）三沖量液位控制系統(tǒng)三沖量控制系統(tǒng)三沖量控制系統(tǒng)的一種實三沖量控制系統(tǒng)方塊圖

這實質(zhì)上是前饋-串級控制系統(tǒng)。汽包液位是被控變量，給水流量是串級控制系統(tǒng)中的副變量，蒸汽流量是作為前饋信號引入的。結(jié)論（3）三沖量液位控制系統(tǒng)6.1.7多沖量控制系統(tǒng)6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)三沖量控制系統(tǒng)方塊圖這實質(zhì)上是前饋-串級控制系統(tǒng)。結(jié)論（工業(yè)鍋爐產(chǎn)品分兩種，一是蒸汽，用于發(fā)電，或是供汽，比如化肥廠可用蒸汽汽化，以煤為原料，合成化肥，這就是典型的工業(yè)鍋爐，工業(yè)鍋爐還是以燃煤占大多數(shù)，燃汽的一般是余熱鍋爐用于回收廢熱。工業(yè)鍋爐常見的是循環(huán)流化床鍋爐。工業(yè)鍋爐是重要的熱能動力設(shè)備，我國是當(dāng)今世界鍋爐生產(chǎn)和使用最多的國家。中國制造業(yè)是在新中國成立后建立和發(fā)展起來的。6.2工業(yè)應(yīng)用案例-大中型工業(yè)鍋爐汽包液位的檢測與控制系統(tǒng)工業(yè)鍋爐產(chǎn)品分兩種，一是蒸汽，用于發(fā)電，或是供汽，比如化肥廠

大中型工業(yè)鍋爐是化工、煉油、發(fā)電等工業(yè)生產(chǎn)過程中必不可少的重要動力設(shè)備，它的作用是生產(chǎn)出高溫高壓的蒸汽，給后續(xù)工段提供作功活加熱用的原料。大中型鍋爐的控制是相當(dāng)?shù)湫偷囊粋€控制系統(tǒng)，它包括汽包液位控制、燃燒過程控制、蒸汽壓力控制等多個控制回路，屬于比較復(fù)雜的控制對象。6.2工業(yè)應(yīng)用案例-大中型工業(yè)鍋爐汽包液位的檢測與控制系統(tǒng)大中型工業(yè)鍋爐是化工、煉油、發(fā)電等工業(yè)生產(chǎn)過程中必不6.2.1大中型工業(yè)鍋爐的工藝過程6.2工業(yè)應(yīng)用案例-大中型工業(yè)鍋爐汽包液位的檢測與控制系統(tǒng)

燃料和熱空氣按一定比例送入燃燒室燃燒，生產(chǎn)的熱量傳遞給蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，產(chǎn)生飽和蒸汽Ds。飽和蒸汽經(jīng)過熱器后形成一定氣溫的過熱蒸汽D，匯集至蒸汽母管。壓力為Pm的過熱蒸汽，經(jīng)負(fù)荷設(shè)備控制供給負(fù)荷設(shè)備用。與此同時，燃燒過程中產(chǎn)生的煙氣，除將飽和蒸汽變成過熱蒸汽外，還分別經(jīng)過省煤器和空氣預(yù)熱器對鍋爐給水和燃燒用空氣進(jìn)行預(yù)熱，以充分利用熱能，最后經(jīng)引風(fēng)機(jī)送往煙囪，排入大氣。6.2.1大中型工業(yè)鍋爐的工藝過程6.2工業(yè)應(yīng)用案例-大其輸入變量主要有：負(fù)荷、鍋爐給水、燃料量、減溫水、送風(fēng)和引風(fēng)等；輸出變量主要有：汽包水位、蒸汽壓力、過熱蒸汽溫度、爐膛負(fù)壓、過?？諝猓煔夂趿浚┑?。6.2工業(yè)應(yīng)用案例-大中型工業(yè)鍋爐汽包液位的檢測與控制系統(tǒng)其輸入變量主要有：輸出變量主要有：6.2工業(yè)應(yīng)用案例-大中（1）汽包水位的控制要求水位過低，則由于汽包內(nèi)的水量較少，而氣化速度快，若控制不及時，就會在很短的時間內(nèi)使汽包內(nèi)的水全部氣化，導(dǎo)致鍋爐燒壞和爆炸；水位過高將會影響汽包的水汽分離效果，產(chǎn)生蒸汽帶液現(xiàn)象，會使過熱器管壁結(jié)垢導(dǎo)致?lián)p壞，同時過熱蒸汽溫度急劇下降，該蒸汽作為汽輪機(jī)動力的話，還會損壞汽輪機(jī)葉片，如果有大量的水進(jìn)入蒸汽管道，還會導(dǎo)致蒸汽管道爆管的嚴(yán)重后果。水位高低會影響整個系統(tǒng)的安全性。6.2工業(yè)應(yīng)用案例-大中型工業(yè)鍋爐汽包液位的檢測與控制系統(tǒng)6.2.2鍋爐汽包水位的檢測和控制（1）汽包水位的控制要求水位過低，則由于汽包內(nèi)的水量較少，而1）單沖量控制系統(tǒng)控制汽包水位時常選給水量作為操作變量，由此可組成如圖6-54所示的普通單沖量控制系統(tǒng)。6.2工業(yè)應(yīng)用案例-大中型工業(yè)鍋爐汽包液位的檢測與控制系統(tǒng)6.2.2鍋爐汽包水位的檢測和控制（2）汽包水位的控制方案1）單沖量控制系統(tǒng)控制汽包水位時常選給水量作為操作變量，由此對于部分小型鍋爐來說，由于蒸發(fā)量少，水在汽包內(nèi)停留時間較長，所以在蒸汽負(fù)荷變化時，假水位的現(xiàn)象并不顯著，如果使用單沖量控制系統(tǒng)配用聯(lián)鎖報警裝置，也能夠保證系統(tǒng)的安全性操作，滿足生產(chǎn)的要求。1）單沖量控制系統(tǒng)6.2工業(yè)應(yīng)用案例-大中型工業(yè)鍋爐汽包液位的檢測與控制系統(tǒng)6.2.2鍋爐汽包水位的檢測和控制（2）汽包水位的控制方案對于部分小型鍋爐來說，由于蒸發(fā)量少，水在汽包內(nèi)停留時間較長，大中型鍋爐的蒸發(fā)量相當(dāng)大，當(dāng)蒸汽負(fù)荷突然大幅度增加時，假水位現(xiàn)象比較明顯，調(diào)節(jié)器收到錯誤的假水位信號后，不但不開大給水閥增加給水量，以維持鍋爐的物料平衡，滿足蒸汽量增大的要求，反而關(guān)小調(diào)節(jié)閥的開度，減少給水量。1）單沖量控制系統(tǒng)6.2工業(yè)應(yīng)用案例-大中型工業(yè)鍋爐汽包液位的檢測與控制系統(tǒng)6.2.2鍋爐汽包水位的檢測和控制（2）汽包水位的控制方案大中型鍋爐的蒸發(fā)量相當(dāng)大，當(dāng)蒸汽負(fù)荷突然大幅度增加時，假水位單沖量系統(tǒng)不能勝任對大中型鍋爐的控制，水位得不到保證。這種情況被稱為調(diào)節(jié)器的誤動作，是由假水位引起的。等到假水位消失后，由于蒸汽量增加而送水量減少，將使水位顯著下降，嚴(yán)重時甚至?xí)蛊唤档轿ｋU程度以致發(fā)生事故。1）單沖量控制系統(tǒng)6.2工業(yè)應(yīng)用案例-大中型工業(yè)鍋爐汽包液位的檢測與控制系統(tǒng)6.2.2鍋爐汽包水位的檢測和控制（2）汽包水位的控制方案單沖量系統(tǒng)不能勝任對大中型鍋爐的控制，水位得不到保證。這種從物料平衡的角度來看，只要保證任一時刻蒸汽流量流出量與給水流量之間是等量關(guān)系，就能保證水位的恒定。如圖6-55所示的比值控制系統(tǒng)就是建立在這樣的控制思想上的。這樣，給水量隨著蒸汽負(fù)荷的變化而變化，而且方向變化和數(shù)量是完全相同的，可以避免在單沖量方案出現(xiàn)的調(diào)節(jié)器誤動作。6.2工業(yè)應(yīng)用案例-大中型工業(yè)鍋爐汽包液位的檢測與控制系統(tǒng)2）比值控制系統(tǒng)6.2.2鍋爐汽包水位的檢測和控制（2）汽包水位的控制方案從物料平衡的角度來看，只要保證任一時刻蒸汽流量流出量與給水流這種方案也可視為一種前饋補(bǔ)償方案，補(bǔ)償器就是比值器口。此方案對于蒸汽負(fù)荷方面的擾動具有很好的抑制作用，但是由于沒有真正監(jiān)視水位的變化情況，所以由其他擾動引起的水位變化完全不得而知，也就不可能對其他的擾動影響進(jìn)行調(diào)節(jié)，所以只能是一種探討型方案，不能應(yīng)用在實際系統(tǒng)中。2）比值控制系統(tǒng)6.2工業(yè)應(yīng)用案例-大中型工業(yè)鍋爐汽包液位的檢測與控制系統(tǒng)6.2.2鍋爐汽包水位的檢測和控制（2）汽包水位的控制方案這種方案也可視為一種前饋補(bǔ)償方案，補(bǔ)償器就是比值器口。此方案綜合單沖量控制系統(tǒng)和比值控制系統(tǒng)的特點，不難設(shè)計出如圖6-56所示的雙沖量控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)是在單沖量控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上適當(dāng)引入了對蒸汽流量的監(jiān)視，起到對水位的充校正作用，就可以大大減弱假水位引起的調(diào)節(jié)器誤動作。6.2工業(yè)應(yīng)用案例-大中型工業(yè)鍋爐汽包液位的檢測與控制系統(tǒng)3）雙沖量控制系統(tǒng)6.2.2鍋爐汽包水位的檢測和控制（2）汽包水位的控制方案綜合單沖量控制系統(tǒng)和比值控制系統(tǒng)的特點，不難設(shè)計出如圖6-56.2工業(yè)應(yīng)用案例-大中型工業(yè)鍋爐汽包液位的檢測與控制系統(tǒng)3）雙沖量控制系統(tǒng)6.2.2鍋爐汽包水位的檢測和控制（2）汽包水位的控制方案6.2工業(yè)應(yīng)用案例-大中型工業(yè)鍋爐汽包液位的檢測與控制系統(tǒng)其控制思路是：測量出蒸汽負(fù)荷的大小，根據(jù)物料平衡原理，只要給水量與蒸發(fā)量完全相等，那么水位將保持不變，從而克服假水位的影響，也就是利用前饋控制抑制負(fù)荷擾動；其他干擾因素引起的水位變化則由反饋控制來克服。這樣的設(shè)計思路不僅能削弱調(diào)節(jié)器的誤動作，還能使調(diào)節(jié)閥動作及時、水位波動減弱，起到改善控制品質(zhì)的作用。3）雙沖量控制系統(tǒng)6.2.2鍋爐汽包水位的檢測和控制6.2工業(yè)應(yīng)用案例-大中型工業(yè)鍋爐汽包液位的檢測與控制系統(tǒng)（2）汽包水位的控制方案其控制思路是：測量出蒸汽負(fù)荷的大小，根據(jù)物料平衡原理，只要給復(fù)雜控制復(fù)雜控制基本內(nèi)容123☆復(fù)雜控制系統(tǒng)☆工業(yè)應(yīng)用案例-大中型工業(yè)鍋爐汽包液位的檢測與控制系統(tǒng)基本內(nèi)容123☆復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)

簡單控制系統(tǒng)的特點是組成簡單，需要自動化儀表少，設(shè)備投資省，維修、投運和整定都比較簡單，能解決生產(chǎn)中大量的定值控制問題，隨著生產(chǎn)的發(fā)展，工藝的革新，生產(chǎn)過程的大型化和復(fù)雜化，現(xiàn)代化生產(chǎn)往往對產(chǎn)品的質(zhì)量提出更高的要求,生產(chǎn)過程中的某些特殊要求，如物料配比、前后生產(chǎn)工序協(xié)調(diào)、安全生產(chǎn)軟保護(hù)等問題，這些問題都是簡單控制系統(tǒng)所不能勝任的，因此，相應(yīng)地就出現(xiàn)了一些與簡單控制系統(tǒng)不同的其它控制形式，這些控制系統(tǒng)統(tǒng)稱為復(fù)雜控制系統(tǒng)。6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)的特點是組成6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)根據(jù)根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和所擔(dān)負(fù)的任務(wù)復(fù)雜控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)均勻控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)取代控制系統(tǒng)三沖量控制系統(tǒng)6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)根據(jù)根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和所擔(dān)負(fù)的任務(wù)6.1.1串級控制系統(tǒng)(1)串級控制系統(tǒng)組成原理舉例說明串級控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其工作原理6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)管式加熱爐是煉油、化工生產(chǎn)中重要裝置之一。延長爐子壽命，防止?fàn)t管燒壞；保證后面精餾分離的質(zhì)量。控制好溫度6.1.1串級控制系統(tǒng)(1)串級控制系統(tǒng)組成原理舉例說明串級6.1.1串級控制系統(tǒng)(1)串級控制系統(tǒng)組成原理6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)根據(jù)原油出口溫度的變化來控制燃料閥門的開度，即改變?nèi)剂狭縼砭S持原油出口溫度保持在工藝所規(guī)定的數(shù)值上，這是一個簡單控制系統(tǒng)。圖6-1管式加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計6.1.1串級控制系統(tǒng)(1)串級控制系統(tǒng)組成原理6.1復(fù)雜如果對溫度的誤差范圍要求不高，而加熱爐的燃料壓力、燃料本身的熱值波動不大，上述控制方案是可行的。在實際生產(chǎn)過程中，特別是當(dāng)加熱爐的燃料壓力或燃料本身的熱值有較大波動時，該簡單控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量往往很差，原料油的出口溫度波動較大，難以滿足生產(chǎn)上的要求。

缺點6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.1串級控制系統(tǒng)(1)串級控制系統(tǒng)組成原理如果對溫度的誤差范圍要求不高，而加熱爐的燃料壓力、燃料本身的當(dāng)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油的出口溫度，這個通道容量滯后很大，時間常數(shù)約15min左右，反應(yīng)緩慢，而溫度控制器TC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(dāng)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(dāng)工藝上要求原料油的出口溫度非常嚴(yán)格時，為了解決容量滯后問題，還需對加熱爐的工藝作進(jìn)一步分析。原因6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.1串級控制系統(tǒng)(1)串級控制系統(tǒng)組成原理當(dāng)燃料壓力或燃料本身的熱值變化后，先影響爐膛的溫度，然后通過以原料油出口溫度為主要被控變量的爐出口溫度與爐膛溫度的串級控制系統(tǒng)

管式加熱爐出口溫度串級控制系統(tǒng)6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.1串級控制系統(tǒng)(1)串級控制系統(tǒng)組成原理以原料油出口溫度為主要被控變量的爐出口溫度與爐膛溫度的串級控管式加熱爐出口溫度串級控制系統(tǒng)的方塊圖6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.1串級控制系統(tǒng)(1)串級控制系統(tǒng)組成原理管式加熱爐出口溫度串級控制系統(tǒng)的方塊圖6.1復(fù)雜控制在上述控制系統(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θ1和θ2。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。分析6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.1串級控制系統(tǒng)(1)串級控制系統(tǒng)組成原理在上述控制系統(tǒng)中，有兩個控制器T1C和T2C，接收來自對象不幾個串級控制系統(tǒng)中常用的名詞

主變量工藝控制指標(biāo)，在串級控制系統(tǒng)中起主導(dǎo)作用的被控變量。主對象為主變量表征其特性的生產(chǎn)設(shè)備。副對象為副變量表征其特性的工藝生產(chǎn)設(shè)備。副變量串級控制系統(tǒng)中為了穩(wěn)定主變量或因某種需要而引入的輔助變量。6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.1串級控制系統(tǒng)(1)串級控制系統(tǒng)組成原理幾個串級控制系統(tǒng)中常用的名詞主變量工藝控制指標(biāo)，在串級控制幾個串級控制系統(tǒng)中常用的名詞

主控制器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。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控制器。副控制器主回路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。副回路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。6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.1串級控制系統(tǒng)(1)串級控制系統(tǒng)組成原理幾個串級控制系統(tǒng)中常用的名詞主控制器按主變量的測量值與給定串級控制系統(tǒng)典型方塊圖6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.1串級控制系統(tǒng)(1)串級控制系統(tǒng)組成原理串級控制系統(tǒng)典型方塊圖6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.1（2）串級控制系統(tǒng)的工作過程管式加熱爐出口溫度串級控制系統(tǒng)執(zhí)行器

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氣開，斷氣時關(guān)閉控制閥TC1、TC2

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反作用方向6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.1串級控制系統(tǒng)（2）串級控制系統(tǒng)的工作過程管式加熱爐出口溫度串級控制系統(tǒng)執(zhí)1）干擾進(jìn)入副回路F2引起θ2變化，控制器T2C及時進(jìn)行控制，使其很快穩(wěn)定下來,如果干擾量小，經(jīng)過副回路控制后，F(xiàn)2一般影響不到溫度θ1；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θ1再由主回路進(jìn)一步控制，徹底消除干擾的影響，使被控變量回復(fù)到給定值。6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)（2）串級控制系統(tǒng)的工作過程6.1.1串級控制系統(tǒng)1）干擾進(jìn)入副回路F2引起θ2變化，控制器T21）干擾進(jìn)入副回路由于副回路控制通道短，時間常數(shù)小，所以當(dāng)干擾進(jìn)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出口溫度的影響，從而大大提高了控制質(zhì)量。小結(jié)6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)（2）串級控制系統(tǒng)的工作過程6.1.1串級控制系統(tǒng)1）干擾進(jìn)入副回路由于副回路控制通道短，時間常數(shù)小，所以當(dāng)干2）干擾作用于主對象F1變化→θ1

↑→T1C輸出↓→T2C設(shè)定值↓→T2C輸出↓→恢復(fù)給定值

所以，在串級控制系統(tǒng)中，如果干擾作用于主對象，由于副回路的存在，可以及時改變副變量的數(shù)值，以達(dá)到穩(wěn)定主變量的目的。6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)（2）串級控制系統(tǒng)的工作過程6.1.1串級控制系統(tǒng)2）干擾作用于主對象F1變化→θ1↑→T1C輸出↓→（3）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。6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)（2）串級控制系統(tǒng)的工作過程6.1.1串級控制系統(tǒng)（3）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3）干擾同時作用于副回路和主對象主、副變量的變化方向相反，一個增加，另一個減小。6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)（2）串級控制系統(tǒng)的工作過程6.1.1串級控制系統(tǒng)3）干擾同時作用于副回路和主對象主、副變量的變化方向相反，一在串級控制系統(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，而且對作用于主對象上的干擾也能加速克服過程。副回路具有先調(diào)、粗調(diào)、快調(diào)的特點；主回路具有后調(diào)、細(xì)調(diào)、慢調(diào)的特點，并對于副回路沒有完全克服掉的干擾影響能徹底加以克服。因此，在串級控制系統(tǒng)中，由于主、副回路相互配合、相互補(bǔ)充，充分發(fā)揮了控制作用，大大提高了控制質(zhì)量。小結(jié)6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)（2）串級控制系統(tǒng)的工作過程6.1.1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路，不僅能迅速克服作1）分級控制串級控制系統(tǒng)是將一個控制通道較長的對象分為兩級，即主對象和副對象，分別構(gòu)成主副回路，把大部分的干擾在第一級副環(huán)就基本克服掉，剩余的影響及其它干擾的綜合影響再由第二級主環(huán)加以克服。

2）串級系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成串級控制系統(tǒng)有兩個閉合回路：主回路和副回路；有兩個控制器；主控制器和副控制器；有兩個測量變送器，分別測量主變量和副變量。6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.1.1串級控制系統(tǒng)（3）串級控制系統(tǒng)的特點及適用范圍1）分級控制6.1復(fù)雜控制系統(tǒng)6.