化工自動化過程控制系統(tǒng)課件

化工自動化過程控制系統(tǒng)技術科化工自動化過程控制系統(tǒng)技術科復雜控制系統(tǒng)

按控制系統(tǒng)的結構特征分類，控制系統(tǒng)所謂的復雜，是相對于簡單而言的。凡是多參數(shù)具有兩個以上變送器、兩個以上控制器或兩個以上調節(jié)閥組成的多回路的自控系統(tǒng)，稱之為復雜控制系統(tǒng)。目前常用的復雜控制系統(tǒng)有串級、分程、三沖量、前饋、選擇、比值等。并且隨著生產(chǎn)需要和科學技術的進步，又出現(xiàn)了許多新型的控制系統(tǒng)復雜控制系統(tǒng)

按控制系統(tǒng)的結構特征分類，控制系統(tǒng)所謂的復雜，一、串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)的特點：兩個調節(jié)器相串聯(lián)，主調節(jié)器的輸出作為副調節(jié)器的給定，適用于時間常數(shù)及純滯后較大的對象。串級控制系統(tǒng)的基本概念與方框圖一、串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)的實際應用

加熱爐原料出口溫度控制系統(tǒng)若采用簡單溫度控制，當負荷發(fā)生變化時，由溫變、控制器和調節(jié)閥組成一個單回路控制系統(tǒng)，去克服由于變化而引起的原料出口溫度的波動，以保持出口溫度在設定值上。

但是，當燃料氣壓力波動大且頻繁時，由于加熱爐滯后很大，將引起原料出口溫度的大幅度波動。為此，先構成一個燃料氣壓力（或流量）的控制系統(tǒng)（回路Ⅱ），首先穩(wěn)定燃料氣的壓力（或流量），而把原料出口溫度控制器的輸出，作為壓力控制器的設定值，形成回路Ⅰ，使壓力控制器隨著原料出口溫度控制器的需要而動作，這樣就構成了如圖中所示的溫度－壓力串級控制系統(tǒng)。TTTCPT原料PC主回路副回路串級控制系統(tǒng)的實際應用加熱爐原料出口溫度控制系統(tǒng)若串級控制系統(tǒng)的方框圖在這個控制系統(tǒng)中，原料出口溫度稱為被控變量，簡稱主變量。調節(jié)閥閥后燃料氣壓力稱為副被控變量，簡稱為副變量。溫度控制器稱為主控制器，壓力控制器稱為副控制器。從燃料閥閥后到原料出口溫度這個溫度對象稱為主對象。閥后壓力對象稱為副對象。由副控制器、調節(jié)閥、副對象、副測量變送器組成的回路稱為副回路。而整個串級控制系統(tǒng)包括主對象、主控制器、副回路等效環(huán)節(jié)和主變量測量變送器，稱為主回路，又稱主環(huán)和外環(huán)。主測量變送單元主調節(jié)器調節(jié)閥副調節(jié)器副對象主對象副測量變送單元串級控制系統(tǒng)的方框圖在這個控制系統(tǒng)中，原料出口溫度稱為被控變串級控制系統(tǒng)的特點：1）、對進入副回路的擾動具有較迅速、較強的克服能力；2)、可以改善對象特性，提高工作效率；3)、可消除調節(jié)閥等非線性的影響；4）、串級控制系統(tǒng)具有一定的自適應能力。串級控制系統(tǒng)的特點：二、分程控制系統(tǒng)

一般來講，一臺調節(jié)器的輸出僅控制一個調節(jié)閥。若一臺調節(jié)器去控制幾個閥門，并且是按輸出信號的不同區(qū)間操作不同的閥門，這種控制方式習慣上稱為分程控制。二、分程控制系統(tǒng)

一般來講，一臺調節(jié)器的輸出僅控制一個調節(jié)閥分程控制系統(tǒng)簡圖如下：

調節(jié)器0.02～0.06Mpa0.06～0.1Mpa分程控制系統(tǒng)圖分程控制系統(tǒng)簡圖如下：

調節(jié)器0.02～0.06Mpa0.0分程控制方案中，閥的開閉形式，可分為同向和異向兩種閥門開度％01000.020.060.1Mpa氣開閥閥門開度％01000.020.060.1Mpa氣關閥同向分程控制方案閥門開度％10000.020.060.1Mpa氣關閥氣開閥00.020.060.1Mpa氣關閥氣開閥異向分程控制方案分程控制方案中，閥的開閉形式，可分為同向和異向兩種閥門開度％同向或異向規(guī)律的選擇,根據(jù)工藝需要來決定。設計分程控制系統(tǒng)的主要目的：一、擴大調節(jié)閥的可調范圍,改善控制品質;二、滿足工藝的特殊要求。工藝特殊要求的分程控制系統(tǒng)例如：實行氮封的技術要求是,要始終保持儲罐內(nèi)的氮氣微正壓.儲罐內(nèi)物料增減時,將引起罐頂壓力的升降,應及時進行控制,否則將使儲罐變形。因此，當儲罐內(nèi)液面上升時，應停止補充氮氣，并將壓縮的氮氣適量排出。反之，液面下降時停止放出氮氣。只有這樣才能做到隔絕空氣，又保證容器不變形的目的。同向或異向規(guī)律的選擇,根據(jù)工藝需要來決定。甲醇儲罐氮封分程控制系統(tǒng)甲醇氮氣PCAB氮氣PT氣開氣關閥門開度％10000.020.060.1Mpa氣關閥氣開閥異向分程控制方案給定值甲醇儲罐氮封分程控制系統(tǒng)甲醇氮氣PCAB氮氣PT氣開氣關閥門三、三沖量控制系統(tǒng)

主要用于鍋爐汽包液位的控制。所謂三沖量就是一個前饋加串級的控制系統(tǒng)。〝沖量〞實際就是變量，多沖量控制中的沖量是指引入系統(tǒng)的測量信號。其主要沖量是水位，輔助沖量是蒸汽負荷和給水流量，它是為提高控制品質而引入的。一般我們都采用水位、蒸汽流量和給水流量三沖量控制。三、三沖量控制系統(tǒng)

主要用于鍋爐汽包液位的控制。∑LCFC蒸汽汽包給水∑LCFC蒸汽汽包給水四、前饋控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)屬于反饋控制，它的特點是按被控變量的偏差進行控制，因此只有在偏差產(chǎn)生后，控制器才對操縱變量進行控制，以補償擾動變量對被控變量的影響。若擾動已經(jīng)產(chǎn)生，而被控變量尚未變化，控制作用是不會產(chǎn)生的，所以，這種控制作用總是落后于擾動作用的，是不及時的控制。對于滯后大的對象，或擾動幅度大而頻繁時，采用簡單控制往往不能滿足工藝的要求，若引入前饋控制，實現(xiàn)前饋－反饋控制就能獲得顯著的控制效果。四、前饋控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)屬于反饋控制，它的特點是按被控變前饋控制的基本原理就是測取進入過程的擾動量（包括外界擾動和設定值變化），并按照其信號產(chǎn)生合適的控制作用去改變控制量，使被控制變量維持在設定值上。換熱器的前饋控制S前饋控制的基本原理就是測取進入過程的擾動量（包括外界擾動和設五、選擇控制系統(tǒng)

在我們生產(chǎn)中自動控制系統(tǒng)的主要任務之一就是要保證生產(chǎn)的安全、平穩(wěn)地進行。但在生產(chǎn)過程中，不可避免地會出現(xiàn)不正常的工況以及其他特殊情況。這樣正常設計的控制系統(tǒng)往往適合不了工況的要求。過去通常采用報警后由人工處理或自動連鎖停車的對策，但隨著裝置的大型化，一次開、停車過程要消耗大量的原料，并排放出大量的不合格產(chǎn)品，這樣顯然是很不經(jīng)濟的；再者出現(xiàn)不正常工況后全部轉由人工處理，則可能造成操作人員的過分忙亂和緊張。所以必須考慮在非正常工況下由別的調節(jié)器按照適合當時特殊情況的另一套規(guī)律來進行控制，此外有一些工藝變量的控制，受到多種條件的約束和限制，因而也必須根據(jù)不同的情況來分別對待。在這樣的指導思想下就發(fā)展出了自動選擇控制系統(tǒng)。選擇性控制系統(tǒng)的基本設計思想就是把在某些特殊場合下工藝過程操作所要求的控制邏輯關系疊加到正常的自動控制中去，它也被叫超馳控制系統(tǒng)或者取代控制系統(tǒng)。五、選擇控制系統(tǒng)

在我們生產(chǎn)中自動控制系統(tǒng)的主要任務之一就在正常情況下，選擇器選正常調節(jié)器A，使輸出送至調節(jié)閥，實現(xiàn)對參數(shù)A的正?？刂?；但參數(shù)B要達到危險值，選擇器就自動選中控制器B，從而取代調節(jié)器A，這時對參數(shù)A來說，可能控制質量不高，但生產(chǎn)仍能繼續(xù)進行，并通過B調節(jié)器，使生產(chǎn)逐漸趨于正常，待到恢復正常后，控制器A又取代調節(jié)器B的工作，這樣就保證在參數(shù)B達到越限前就自動采取新的控制手段，不必硬性停車。參數(shù)A調節(jié)器A調節(jié)器B選擇器調節(jié)閥參數(shù)B在正常情況下，選擇器選正常調節(jié)器A，使輸出送至調節(jié)閥，實現(xiàn)對六、比值控制系統(tǒng)

在化工生產(chǎn)中經(jīng)常要求兩種物料以一定的比例混合以后參加反應，以保證反應充分并安全節(jié)能等。工業(yè)生產(chǎn)上為保持兩種或兩種以上物料比值一定的控制叫比值控制系統(tǒng)。常見的比值控制系統(tǒng)有單閉環(huán)比值、雙閉環(huán)比值和串級比值控制系統(tǒng)。六、比值控制系統(tǒng)

在化工生產(chǎn)中經(jīng)常要求兩種物料以一定的比例單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)從物料流量的控制部分看，是一個隨動的閉環(huán)控制回路，而主物料流量的控制部分則是開環(huán)的，主流量經(jīng)比值運算后使輸出信號與輸入信號成一定比例，并作為副流量控制器的給定值。在穩(wěn)態(tài)時，主、副流量滿足工藝要求的比值。當主流量負荷變化時，其流量信號經(jīng)變送器到比值器，比值器則按預定的比值使輸出成比例變化，即成比例地改變了流量控制器的給定值，則從物料經(jīng)調節(jié)自動跟隨主物料變化，使得在新的穩(wěn)態(tài)下保持不變。當副流量由于擾動作用而變化時，因主流量不變，即控制器的給定值不變，這樣，對于副流量的擾動，閉合回路相當于一個定值控制系統(tǒng)加以克服，使工藝要求的流量比值不變。KFC主物料從物料單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)從物料流量的控制部分看，是一個隨動的閉環(huán)控雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)實質上是由一個定值系統(tǒng)和一個隨動控制系統(tǒng)所組成，它不僅能保持兩個流量之間的比值關系，而且能保證流量不變。與采用兩個單回路流量控制系統(tǒng)相比，其優(yōu)越性在于主流量一旦失調，仍能保持原定的比值。并且當主流量因擾動而發(fā)生變化時，在控制過程中仍能保持原定的比值關系從物料KF2C主物料F1C雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)實質上是由一個定值系統(tǒng)和串級比值控制系統(tǒng)上面兩種比值控制系統(tǒng)，其流量比是固定的不變的，故也稱為定比值控制系統(tǒng)。然而在某些生產(chǎn)過程中，卻需要兩種物料的比值按具體工況而改變，比值大小由另一個控制器來設定，比值控制作為副回路，從而構成串級比值控制系統(tǒng)，也稱為變比值控制系統(tǒng)。這種控制系統(tǒng)的特點是控制精度高?！翿C主物料從物料TC付回路主回路串級比值控制系統(tǒng)上面兩種比值控制系統(tǒng)，其流量比是固定的不變的其它先進控制系統(tǒng)其它先進控制系統(tǒng)：解耦控制、內(nèi)?？刂?、預測控制、軟測量、推斷控制及穩(wěn)態(tài)優(yōu)化控制等。有時間、有精力可以參考相關書籍。其它先進控制系統(tǒng)其它先進控制系統(tǒng)：本節(jié)主要內(nèi)容：復雜控制系統(tǒng)的定義及分類串級控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)三沖量控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)選擇控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)其它控制系統(tǒng)本節(jié)主要內(nèi)容：復雜控制系統(tǒng)的定義及分類祝大家在新的一年里工作順利生活幸福祝大家結束，謝謝大家!結束，謝謝大家!化工自動化過程控制系統(tǒng)技術科化工自動化過程控制系統(tǒng)技術科復雜控制系統(tǒng)

按控制系統(tǒng)的結構特征分類，控制系統(tǒng)所謂的復雜，是相對于簡單而言的。凡是多參數(shù)具有兩個以上變送器、兩個以上控制器或兩個以上調節(jié)閥組成的多回路的自控系統(tǒng)，稱之為復雜控制系統(tǒng)。目前常用的復雜控制系統(tǒng)有串級、分程、三沖量、前饋、選擇、比值等。并且隨著生產(chǎn)需要和科學技術的進步，又出現(xiàn)了許多新型的控制系統(tǒng)復雜控制系統(tǒng)

按控制系統(tǒng)的結構特征分類，控制系統(tǒng)所謂的復雜，一、串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)的特點：兩個調節(jié)器相串聯(lián)，主調節(jié)器的輸出作為副調節(jié)器的給定，適用于時間常數(shù)及純滯后較大的對象。串級控制系統(tǒng)的基本概念與方框圖一、串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)的實際應用

加熱爐原料出口溫度控制系統(tǒng)若采用簡單溫度控制，當負荷發(fā)生變化時，由溫變、控制器和調節(jié)閥組成一個單回路控制系統(tǒng)，去克服由于變化而引起的原料出口溫度的波動，以保持出口溫度在設定值上。

但是，當燃料氣壓力波動大且頻繁時，由于加熱爐滯后很大，將引起原料出口溫度的大幅度波動。為此，先構成一個燃料氣壓力（或流量）的控制系統(tǒng)（回路Ⅱ），首先穩(wěn)定燃料氣的壓力（或流量），而把原料出口溫度控制器的輸出，作為壓力控制器的設定值，形成回路Ⅰ，使壓力控制器隨著原料出口溫度控制器的需要而動作，這樣就構成了如圖中所示的溫度－壓力串級控制系統(tǒng)。TTTCPT原料PC主回路副回路串級控制系統(tǒng)的實際應用加熱爐原料出口溫度控制系統(tǒng)若串級控制系統(tǒng)的方框圖在這個控制系統(tǒng)中，原料出口溫度稱為被控變量，簡稱主變量。調節(jié)閥閥后燃料氣壓力稱為副被控變量，簡稱為副變量。溫度控制器稱為主控制器，壓力控制器稱為副控制器。從燃料閥閥后到原料出口溫度這個溫度對象稱為主對象。閥后壓力對象稱為副對象。由副控制器、調節(jié)閥、副對象、副測量變送器組成的回路稱為副回路。而整個串級控制系統(tǒng)包括主對象、主控制器、副回路等效環(huán)節(jié)和主變量測量變送器，稱為主回路，又稱主環(huán)和外環(huán)。主測量變送單元主調節(jié)器調節(jié)閥副調節(jié)器副對象主對象副測量變送單元串級控制系統(tǒng)的方框圖在這個控制系統(tǒng)中，原料出口溫度稱為被控變串級控制系統(tǒng)的特點：1）、對進入副回路的擾動具有較迅速、較強的克服能力；2)、可以改善對象特性，提高工作效率；3)、可消除調節(jié)閥等非線性的影響；4）、串級控制系統(tǒng)具有一定的自適應能力。串級控制系統(tǒng)的特點：二、分程控制系統(tǒng)

一般來講，一臺調節(jié)器的輸出僅控制一個調節(jié)閥。若一臺調節(jié)器去控制幾個閥門，并且是按輸出信號的不同區(qū)間操作不同的閥門，這種控制方式習慣上稱為分程控制。二、分程控制系統(tǒng)

一般來講，一臺調節(jié)器的輸出僅控制一個調節(jié)閥分程控制系統(tǒng)簡圖如下：

調節(jié)器0.02～0.06Mpa0.06～0.1Mpa分程控制系統(tǒng)圖分程控制系統(tǒng)簡圖如下：

調節(jié)器0.02～0.06Mpa0.0分程控制方案中，閥的開閉形式，可分為同向和異向兩種閥門開度％01000.020.060.1Mpa氣開閥閥門開度％01000.020.060.1Mpa氣關閥同向分程控制方案閥門開度％10000.020.060.1Mpa氣關閥氣開閥00.020.060.1Mpa氣關閥氣開閥異向分程控制方案分程控制方案中，閥的開閉形式，可分為同向和異向兩種閥門開度％同向或異向規(guī)律的選擇,根據(jù)工藝需要來決定。設計分程控制系統(tǒng)的主要目的：一、擴大調節(jié)閥的可調范圍,改善控制品質;二、滿足工藝的特殊要求。工藝特殊要求的分程控制系統(tǒng)例如：實行氮封的技術要求是,要始終保持儲罐內(nèi)的氮氣微正壓.儲罐內(nèi)物料增減時,將引起罐頂壓力的升降,應及時進行控制,否則將使儲罐變形。因此，當儲罐內(nèi)液面上升時，應停止補充氮氣，并將壓縮的氮氣適量排出。反之，液面下降時停止放出氮氣。只有這樣才能做到隔絕空氣，又保證容器不變形的目的。同向或異向規(guī)律的選擇,根據(jù)工藝需要來決定。甲醇儲罐氮封分程控制系統(tǒng)甲醇氮氣PCAB氮氣PT氣開氣關閥門開度％10000.020.060.1Mpa氣關閥氣開閥異向分程控制方案給定值甲醇儲罐氮封分程控制系統(tǒng)甲醇氮氣PCAB氮氣PT氣開氣關閥門三、三沖量控制系統(tǒng)

主要用于鍋爐汽包液位的控制。所謂三沖量就是一個前饋加串級的控制系統(tǒng)。〝沖量〞實際就是變量，多沖量控制中的沖量是指引入系統(tǒng)的測量信號。其主要沖量是水位，輔助沖量是蒸汽負荷和給水流量，它是為提高控制品質而引入的。一般我們都采用水位、蒸汽流量和給水流量三沖量控制。三、三沖量控制系統(tǒng)

主要用于鍋爐汽包液位的控制?！芁CFC蒸汽汽包給水∑LCFC蒸汽汽包給水四、前饋控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)屬于反饋控制，它的特點是按被控變量的偏差進行控制，因此只有在偏差產(chǎn)生后，控制器才對操縱變量進行控制，以補償擾動變量對被控變量的影響。若擾動已經(jīng)產(chǎn)生，而被控變量尚未變化，控制作用是不會產(chǎn)生的，所以，這種控制作用總是落后于擾動作用的，是不及時的控制。對于滯后大的對象，或擾動幅度大而頻繁時，采用簡單控制往往不能滿足工藝的要求，若引入前饋控制，實現(xiàn)前饋－反饋控制就能獲得顯著的控制效果。四、前饋控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)屬于反饋控制，它的特點是按被控變前饋控制的基本原理就是測取進入過程的擾動量（包括外界擾動和設定值變化），并按照其信號產(chǎn)生合適的控制作用去改變控制量，使被控制變量維持在設定值上。換熱器的前饋控制S前饋控制的基本原理就是測取進入過程的擾動量（包括外界擾動和設五、選擇控制系統(tǒng)

在我們生產(chǎn)中自動控制系統(tǒng)的主要任務之一就是要保證生產(chǎn)的安全、平穩(wěn)地進行。但在生產(chǎn)過程中，不可避免地會出現(xiàn)不正常的工況以及其他特殊情況。這樣正常設計的控制系統(tǒng)往往適合不了工況的要求。過去通常采用報警后由人工處理或自動連鎖停車的對策，但隨著裝置的大型化，一次開、停車過程要消耗大量的原料，并排放出大量的不合格產(chǎn)品，這樣顯然是很不經(jīng)濟的；再者出現(xiàn)不正常工況后全部轉由人工處理，則可能造成操作人員的過分忙亂和緊張。所以必須考慮在非正常工況下由別的調節(jié)器按照適合當時特殊情況的另一套規(guī)律來進行控制，此外有一些工藝變量的控制，受到多種條件的約束和限制，因而也必須根據(jù)不同的情況來分別對待。在這樣的指導思想下就發(fā)展出了自動選擇控制系統(tǒng)。選擇性控制系統(tǒng)的基本設計思想就是把在某些特殊場合下工藝過程操作所要求的控制邏輯關系疊加到正常的自動控制中去，它也被叫超馳控制系統(tǒng)或者取代控制系統(tǒng)。五、選擇控制系統(tǒng)

在我們生產(chǎn)中自動控制系統(tǒng)的主要任務之一就在正常情況下，選擇器選正常調節(jié)器A，使輸出送至調節(jié)閥，實現(xiàn)對參數(shù)A的正?？刂?；但參數(shù)B要達到危險值，選擇器就自動選中控制器B，從而取代調節(jié)器A，這時對參數(shù)A來說，可能控制質量不高，但生產(chǎn)仍能繼續(xù)進行，并通過B調節(jié)器，使生產(chǎn)逐漸趨于正常，待到恢復正常后，控制器A又取代調節(jié)器B的工作，這樣就保證在參數(shù)B達到越限前就自動采取新的控制手段，不必硬性停車。參數(shù)A調節(jié)器A調節(jié)器B選擇器調節(jié)閥參數(shù)B在正常情況下，選擇器選正常調節(jié)器A，使輸出送至調節(jié)閥，實現(xiàn)對六、比值控制系統(tǒng)

在化工生產(chǎn)中經(jīng)常要求兩種物料以一定的比例混合以后參加反應，以保證反應充分并安全節(jié)能等。工業(yè)生產(chǎn)上為保持兩種或兩種以上物料比值一定的控制叫比值控制系統(tǒng)。常見的比值控制系統(tǒng)有單閉環(huán)比值、雙閉環(huán)比值和串級比值控制系統(tǒng)。六、比值控制系統(tǒng)

在化工生產(chǎn)中經(jīng)常要求兩種物料以一定的比例單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)從物料流量的控制部分看，是一個隨動的閉環(huán)控制回路，而主物料流量的控制部分則是開環(huán)的，主流量經(jīng)比值運算后使輸出信號與輸入信號成一定比例，并作為副流量控制器的給定值。在穩(wěn)態(tài)時，主、副流量滿足工藝要求的比值。當主流量負荷變化