過程控制72——王再英課件

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 定義：定義：實現兩個或多個參數符合一定比例關系實現兩個或多個參數符合一定比例關系的控制系統(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)。例如要實現兩種物料的比例關系，則表示為：例如要實現兩種物料的比例關系，則表示為：Q2=K Q1 其中：其中：K工藝工藝比值系數；比值系數；Q1主流量主流量(主物料的流量）主物料的流量）； Q2副副流量流量（從物料的流量）（從物料的流量） 。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（構成，方框圖，工作情況，應用場合）（構成，方框圖，工作情況，應用場合） 1

2、. 開環(huán)比值控制系統(tǒng)開環(huán)比值控制系統(tǒng)Q1主流量，主流量，Q2副流量。副流量。FTFCQ1Q2控制目標：控制目標：Q2K Q1控制器控制器控制閥控制閥管道管道1Q測量變送器測量變送器2Q試畫其方框圖？與單回路控制系統(tǒng)的區(qū)別？試畫其方框圖？與單回路控制系統(tǒng)的區(qū)別？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)特點：特點：q對對Q2進行閉環(huán)控制，比值控制精度提高進行閉環(huán)控制，比值控制精度提高。q控制目標：控制目標：Q2= =K Q1 F1TQ1Q2 KF2TF2C測量變送測量變送器器1比值器比值器控制器控制器控制閥控制閥流量對流量對象象1Q2Q測量變送測量

3、變送器器2注意：與串級系統(tǒng)的不同注意：與串級系統(tǒng)的不同過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章3. 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng) 特點：特點：qQ1是主流量，是主流量，Q2是副流量。是副流量。兩個流量都可控，因此總流量穩(wěn)定。兩個流量都可控，因此總流量穩(wěn)定。F1TQ1Q2F1CF2TF2CKq有兩個閉環(huán)控制回路，用比有兩個閉環(huán)控制回路，用比值器聯系。值器聯系。q控制目標：控制目標：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章章比值器比值器副調節(jié)器副調節(jié)器調節(jié)閥調節(jié)閥副對象副對象2Q副流量測副流量測量變送器量變送器主調節(jié)器主調節(jié)器調節(jié)閥調節(jié)閥主對象主對象主流量

4、測主流量測量變送器量變送器1QrQ1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)F1TF2T TT轉化氣轉化氣溫度控制器溫度控制器TC根據觸媒的實際溫度與給根據觸媒的實際溫度與給定溫度的偏差，計算流量比值的給定值。定溫度的偏差，計算流量比值的給定值。除法器算出蒸汽與煤氣流量的實除法器算出蒸汽與煤氣流量的實際比值，輸入到流量控制器際比值，輸入到流量控制器FC。最 后 通 過 調 整 蒸 汽 量最 后 通 過 調 整 蒸 汽 量（改變蒸汽與半水煤氣（改變蒸汽與半水煤氣的比值）來使變換爐觸的比值）來使變換爐觸媒層的溫度恒定在給定媒層的溫度恒定在給定值上并保證最高轉化

5、率。值上并保證最高轉化率。試畫其方框圖？試畫其方框圖？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Gc2(s)Y(s)+Gv2(s)G02(s)G0(s)Gc1(s)X (s)Gm(s)Q1(s)Q2(s)Gm2(s)Gm1(s)+KKr_ _ _注意注意:在變比值控制系統(tǒng)中，流量比值只是一種控制手在變比值控制系統(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（如本例中溫度）往往是主段，不是最終目的，而第三參數（如本例中溫度）往往是主要被控參數。要被控參數。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)的設計

6、與參數整定比值控制系統(tǒng)的設計與參數整定 1比值控制系統(tǒng)設計比值控制系統(tǒng)設計1）主流量、副流量的確定原則）主流量、副流量的確定原則2）控制方案的選擇）控制方案的選擇過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章3）調節(jié)器控制規(guī)律的確定）調節(jié)器控制規(guī)律的確定F1TQ1Q2 KF2TF2C在單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)中，在單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)中，比值器比值器K起比值計算作用，若用調起比值計算作用，若用調節(jié)器實現，則選節(jié)器實現，則選P調節(jié)；調節(jié)器調節(jié)；調節(jié)器F2C使副流量穩(wěn)定，為保證控制精度可使副流量穩(wěn)定，為保證控制精度可選選PI調節(jié)。調節(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

7、控制系統(tǒng)：雙閉環(huán)比值控制控制系統(tǒng)：兩個調節(jié)器均應選兩個調節(jié)器均應選PI調節(jié)；調節(jié)；比值器選比值器選P調節(jié)。調節(jié)。 F1TQ1Q2F1CF2TF2CKPIPIP 4）正確選擇流量計及其量程）正確選擇流量計及其量程過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章5）比值系數的計算）比值系數的計算工藝規(guī)定的工藝規(guī)定的流量（或質量）比值流量（或質量）比值K不能直接作為儀表比不能直接作為儀表比值使用，必須根據儀表的量程轉換成值使用，必須根據儀表的量程轉換成儀表的比值系數儀表的比值系數K后才后才能進行比值設定能進行比值設定。44-K,(1212 IIKkQQ指指儀儀表表上上設設置置的的數數值值比比值值系系

8、數數量量之之比比）兩兩物物料料的的重重量量或或體體積積流流比比值值對對DDZ-型儀表型儀表過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章1111max1maxQQI(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：（l）流量與測量信號之間成線性關系時比值系數的計算）流量與測量信號之間成線性關系時比值系數的計算變送器輸出電流信號和流量之間的關系如下：變送器輸出電流信號和流量之間的關系如下：過

9、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系時比值系數的計算）流量與測量信號之間成非線性關系時比值系數的計算利用節(jié)流原理測流量時，流量計輸出信號與流量的利用節(jié)流原理測流量時，流量計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22222maxQI164Q21max22max221max222max21222)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)的實施與參數

10、整定比值控制系統(tǒng)的實施與參數整定1）比值系數的實現）比值系數的實現2）比值控制系統(tǒng)的參數整定）比值控制系統(tǒng)的參數整定過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章比值控制系統(tǒng)的實施方案比值控制系統(tǒng)的實施方案(1)相乘方案相乘方案. Q2=kQ1-作為流量控制器的設定值作為流量控制器的設定值(2)相除方案相除方案- 作為比值控制器的設定值作為比值控制器的設定值2Q1QFCK2QFCKKsp1QkQQ 12過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章例：用乘法器例：用乘法器(配備恒流給定器配備恒流給定器)實現相乘控制方案實現相乘控制方案恒流給定器的輸出恒流給定器的輸出Ik按照上式確定按照上式

11、確定,即可實現比值控制即可實現比值控制FY乘法器乘法器.Ik恒流給定器輸出恒流實現儀表比值系數恒流給定器輸出恒流實現儀表比值系數K.12I4I4I4161616k416164IKIKkk根據比值控制要求根據比值控制要求:214(4)IK I 二者比較二者比較:Q2Q1如何用如何用Ik實現實現K？注意注意:K在在01之間之間.若若K值值1,應怎樣設計應怎樣設計過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章KKKIk1416*用乘法器用乘法器(配備恒流給定器配備恒流給定器)實現相乘控制方案實現相乘控制方案Q2Q1請推導請推導Ik與與K的的計算公式計算公式過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第

12、7章章蒸汽最大流量蒸汽最大流量31100m3/h.天然氣天然氣最大流量最大流量11000m3/h.空氣最大流量空氣最大流量14000m3/h.采用相乘方案采用相乘方案.求儀表比值系求儀表比值系數數K1,K2,乘法器輸入電流乘法器輸入電流Ik1,Ik2注意：流量檢測儀表量程的選擇：通常工業(yè)用流量儀表測量范圍分注意：流量檢測儀表量程的選擇：通常工業(yè)用流量儀表測量范圍分為為10檔：檔：1,1.25,1.6,2,2.5,3.2,4,5,6.3,8（*10的的n次方，次方，n為整數）為整數）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)圖圖7.24所示的兩個連續(xù)操作的精

13、餾塔。所示的兩個連續(xù)操作的精餾塔。LC1#2#FTFCLT 1#塔（初餾塔）要求液位穩(wěn)塔（初餾塔）要求液位穩(wěn)定，設置定，設置液位液位控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)。 2# 塔（精餾塔）要求進料量塔（精餾塔）要求進料量穩(wěn)定，設置穩(wěn)定，設置流量流量控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)。問題：兩套控制系統(tǒng)的控制目標存在矛盾：問題：兩套控制系統(tǒng)的控制目標存在矛盾： 1#塔液位調節(jié)塔液位調節(jié)閥閥 1 開度變化開度變化 2#塔流量變化塔流量變化2#塔流量調節(jié)塔流量調節(jié)閥閥 2 開度變化開度變化 1#塔液位變化塔液位變化解決辦法：用均勻控制方案。解決辦法：用均勻控制方案。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7.5.1均勻控制

14、系統(tǒng)工作原理及特點均勻控制系統(tǒng)工作原理及特點為了解決前后工序控制的矛盾，達到前后兼顧、協調操作，使前后為了解決前后工序控制的矛盾，達到前后兼顧、協調操作，使前后工序的控制參數均能符合要求而設計的控制系統(tǒng)稱為工序的控制參數均能符合要求而設計的控制系統(tǒng)稱為均勻控制系統(tǒng)均勻控制系統(tǒng)。均勻控制的特點如下：均勻控制的特點如下：（1）兩個被控變量在控制過程中都是緩慢變化的。）兩個被控變量在控制過程中都是緩慢變化的。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

15、#塔流量均變化較小塔流量均變化較小（2）前后互相聯系又互相矛盾的兩個變量應保持在所允許的前后互相聯系又互相矛盾的兩個變量應保持在所允許的范圍內波動。范圍內波動。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1簡單均勻控制簡單均勻控制LC1#2#LT控制系統(tǒng)結構與單回路純液位控制系統(tǒng)相同，控制目的不同?？刂葡到y(tǒng)結構與單回路純液位控制系統(tǒng)相同，控制目的不同。？怎樣進行調節(jié)器選型與參數整定才能用液位控制？怎樣進行調節(jié)器選型與參數整定才能用液位控制系統(tǒng)結構實現均勻控制目的系統(tǒng)結構實現均勻控制目的實現時體現在實現時體現在調節(jié)器選型與參數整定調節(jié)器選型與參數整定不同不同

16、過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章分析：分析：單回路純液位控制系統(tǒng)，調節(jié)器采用單回路純液位控制系統(tǒng)，調節(jié)器采用P,PI規(guī)律，不同比規(guī)律，不同比例度例度,積分時間時液位與流量曲線積分時間時液位與流量曲線HQ2H,Q2控制作用很強時控制作用很強時H,Q2曲線曲線窄的比例度窄的比例度(10%-40%)或小或小的積分時間的積分時間HQ2H,Q2控制作用弱時控制作用弱時H,Q2曲線曲線寬的比例度或大的積分時間寬的比例度或大的積分時間即：希望液位變化更平穩(wěn)，則控制器取小的比例度，小的積分時間即：希望液位變化更平穩(wěn)，則控制器取小的比例度，小的積分時間.希望排出流量變化更平穩(wěn)，則控制器取大的比例

17、度，大的積分時間希望排出流量變化更平穩(wěn)，則控制器取大的比例度，大的積分時間.過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章采用純比例調節(jié)器，取較寬比例度，使控制作用采用純比例調節(jié)器，取較寬比例度，使控制作用“弱弱”盡量不使用比例積分控制規(guī)律，或者使用時取大的積盡量不使用比例積分控制規(guī)律，或者使用時取大的積分時間分時間不用微分控制規(guī)律不用微分控制規(guī)律結論：用單回路液位控制系統(tǒng)結構實現均勻控制目的結論：用單回路液位控制系統(tǒng)結構實現均勻控制目的調節(jié)器選型與參數整定注意：調節(jié)器選型與參數整定注意：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

18、勻控制串級均勻控制FC1#2#FTLCLT結構同串級系統(tǒng)，控制目的不同，實現時體現在調節(jié)器選型與結構同串級系統(tǒng)，控制目的不同，實現時體現在調節(jié)器選型與參數整定不同參數整定不同v主、副控制器一般主、副控制器一般都采用純比例作用，而且都采用純比例作用，而且將比例度整定得較大。將比例度整定得較大。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7.6分程控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)一個控制器的輸出信號被分割成幾個行程段，每一段行一個控制器的輸出信號被分割成幾個行程段，每一段行程各控制一個調節(jié)閥全程動作，故取名為程各控制一個調節(jié)閥全程動作，故取名為分程控制系統(tǒng)。分程控制系統(tǒng)。例：一個控制器的輸出信號分程控制兩

19、個調節(jié)閥例：一個控制器的輸出信號分程控制兩個調節(jié)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。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)工作原理熱水熱水冷卻水冷卻水B TT TCA例：間歇反應器溫度控制系統(tǒng)。工藝要求：投料完畢需先加熱以引發(fā)反應；反例：間歇反應器溫度控制系統(tǒng)。工藝要求：投料完畢需先加熱以引發(fā)反應；反應時又需進行冷卻以保證反應溫度要求。試設計一個合理的控制系統(tǒng)滿足工藝應時又需進行冷卻以保證反應溫度要求。試設計一個合理的控制系統(tǒng)滿足工藝控制要求。

20、控制要求。被控對象：反應器被控對象：反應器被控參數：反應器溫度被控參數：反應器溫度調節(jié)參數：冷水與蒸汽調節(jié)參數：冷水與蒸汽控制系統(tǒng)結構：分程控制控制系統(tǒng)結構：分程控制為保證安全，熱水閥采用氣為保證安全，熱水閥采用氣開式，冷水閥采用氣關式，開式，冷水閥采用氣關式，則溫度調節(jié)器設為反作用。則溫度調節(jié)器設為反作用。氣開氣開氣關氣關反反過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章 TT熱水熱水冷卻水冷卻水B TCA氣開氣開氣關氣關反反工作原理工作原理圖圖7.29 調節(jié)閥分程關系曲線調節(jié)閥分程關系曲線MPa0100%0.020.060.10A閥閥B閥閥閥相對開度閥相對開度過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系

21、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)的類型調節(jié)閥同向動作的分程控制系統(tǒng)調節(jié)閥同向動作的分程控制系統(tǒng)A、B均為氣開閥均為氣開閥A、B均為氣關閥均為氣關閥MPa0100%0.020.060.10A閥閥B閥閥MPa0100%0.020.060.10A閥閥B閥閥MPa0100%0.020.060.10A閥閥B閥閥MPa0100%0.020.060.10A閥閥B閥閥調節(jié)閥異向動作的分程控制系統(tǒng)調節(jié)閥異向動作的分程控制系統(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7.6.2.1 控制信號的分段與實現控制信號的分段與實現 -使用閥門定位器使用閥門定位器 TT熱水熱水冷卻水冷卻水B TC

22、A7.6.2 分程控制系統(tǒng)設計及工業(yè)應用分程控制系統(tǒng)設計及工業(yè)應用給定給定執(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2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 TCA7.6.2.2 調節(jié)閥特性的選擇與應注意的問題調節(jié)閥特性的選擇與應注意的問題1. 根據工藝要求選擇同向或異向工作的調節(jié)閥根據工藝要求選擇同向或異向工作的調節(jié)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2. 流量特性的平滑銜接流量特性的平滑銜接例：蒸汽壓力減壓控制系統(tǒng)系統(tǒng)。要求中壓蒸汽壓力恒定，而生產中中例：蒸汽壓力

23、減壓控制系統(tǒng)系統(tǒng)。要求中壓蒸汽壓力恒定，而生產中中壓蒸汽用量的變化范圍很大，用一個執(zhí)行器其流量變化無法滿足要求。故采壓蒸汽用量的變化范圍很大，用一個執(zhí)行器其流量變化無法滿足要求。故采用如圖分程控制系統(tǒng)。小負荷時只有用如圖分程控制系統(tǒng)。小負荷時只有A閥控制、閥控制、B閥不開；負荷較大時閥不開；負荷較大時A閥全閥全開、開、B閥控制。設兩閥都為氣開閥，試（閥控制。設兩閥都為氣開閥，試（1）畫出系統(tǒng)方框圖（）畫出系統(tǒng)方框圖（2）確定調節(jié)器）確定調節(jié)器正反作用方式（正反作用方式（3）作出其分程關系曲線。）作出其分程關系曲線。PT注意：兩個同向特性的調節(jié)閥并聯控制一種介質的流量時，總流量注意：兩個同向特性

24、的調節(jié)閥并聯控制一種介質的流量時，總流量特性是兩個閥流量特性的疊加組合。此時要求兩個閥過渡流量變化要連特性是兩個閥流量特性的疊加組合。此時要求兩個閥過渡流量變化要連續(xù)，平滑續(xù)，平滑-可采用控制器輸出信號區(qū)間重疊實現。可采用控制器輸出信號區(qū)間重疊實現。3.調節(jié)閥的泄漏量調節(jié)閥的泄漏量 要求大閥的泄漏量很小。要求大閥的泄漏量很小。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章例例 某廠蒸汽壓力減壓系統(tǒng)分程控制某廠蒸汽壓力減壓系統(tǒng)分程控制PT設大小兩個調節(jié)閥的最大流量分別為：設大小兩個調節(jié)閥的最大流量分別為： QBmax=105 m3 、QAmax=4.2m3；可調范圍均為可調范圍均為 R= 30

25、，求兩閥并聯使用后的可調范圍。，求兩閥并聯使用后的可調范圍。解：兩個閥的最小流量分別為：解：兩個閥的最小流量分別為：QBmin=QBmin / R=105/ 30=3.5 m3QAmin= QAmin / R=4.2/ 30=0.14 m3兩個調節(jié)閥并聯使用時：兩個調節(jié)閥并聯使用時：最小流量為：最小流量為：Qmin=QAmin =0.14最大流量為：最大流量為： Qmax=QBmax+QAmax=107.2 m3可調范圍可調范圍R并并=Qmax / Qmin=107.2 / 0.14=780 并聯使用后調節(jié)閥的可調范圍增大了并聯使用后調節(jié)閥的可調范圍增大了26倍。倍。7.6.2.4 分程控制系

26、統(tǒng)的工業(yè)應用分程控制系統(tǒng)的工業(yè)應用1、用于擴大調節(jié)閥的可調范圍、用于擴大調節(jié)閥的可調范圍過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章試對此過程進行控制系統(tǒng)設計。試對此過程進行控制系統(tǒng)設計。(1)選擇控制系統(tǒng)類型選擇控制系統(tǒng)類型(2) 指出被控變量，操縱變量指出被控變量，操縱變量 (3)畫出控制系統(tǒng)方框圖畫出控制系統(tǒng)方框圖(4)已知加堿閥選為氣開閥，試確定調已知加堿閥選為氣開閥，試確定調節(jié)器正反作用。節(jié)器正反作用。(5)如有其他需要設計部分，請給出。如有其他需要設計部分，請給出。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. 用于同一被控參數兩個不同控制介質的生產過用于同一被控參數兩個

27、不同控制介質的生產過程程練習：在工業(yè)廢液中和處理工藝中，需要根據廢液的酸堿性（練習：在工業(yè)廢液中和處理工藝中，需要根據廢液的酸堿性（pH值），值），分別控制加酸量或加堿量。試對此過程進行控制系統(tǒng)設計。分別控制加酸量或加堿量。試對此過程進行控制系統(tǒng)設計。選擇控制系統(tǒng)類型選擇控制系統(tǒng)類型 指出被控變量，操縱變量指出被控變量，操縱變量 畫出控制系統(tǒng)方框圖畫出控制系統(tǒng)方框圖已知加堿閥選為氣開閥，加酸閥選為氣關閥，試確定調節(jié)器正反作用。已知加堿閥選為氣開閥，加酸閥選為氣關閥，試確定調節(jié)器正反作用。(1)如有其他需要設計部分，請給出。如有其他需要設計部分，請給出。廢液廢液堿液堿液酸液酸液中和液中和液過程控

28、制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章練習：儲罐氮封分程控制系統(tǒng)設計練習：儲罐氮封分程控制系統(tǒng)設計氮封技術要求：保持儲罐內氮封技術要求：保持儲罐內氮氣壓呈微量正壓。氮氣壓呈微量正壓。儲罐氮封分程控制系統(tǒng)儲罐氮封分程控制系統(tǒng)排空排空閥閥B閥閥AN2N2物料物料PC1.選擇控制系統(tǒng)類型選擇控制系統(tǒng)類型2畫出控制系統(tǒng)方框圖畫出控制系統(tǒng)方框圖3試確定調節(jié)器正反作試確定調節(jié)器正反作用。用。4如有其他需要設計部如有其他需要設計部分，請給出。分，請給出。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 選擇性控制系統(tǒng)選擇性控制系統(tǒng)為了適應在不同工況下能實現自動控制，在控制回路中引入為了適應在不同工

29、況下能實現自動控制，在控制回路中引入選擇器選擇器，設計兩，設計兩個或兩個以上控制系統(tǒng)，當工況改變時，自動選擇一個適當的控制系統(tǒng)投入個或兩個以上控制系統(tǒng)，當工況改變時，自動選擇一個適當的控制系統(tǒng)投入運行運行選擇性控制系統(tǒng)選擇性控制系統(tǒng)結構特點采用選擇器結構特點采用選擇器選擇器分類選擇器分類:高選器高選器:選擇器的輸出等于輸入信號中最高者選擇器的輸出等于輸入信號中最高者低選器低選器:選擇器的輸出等于輸入信號中最低者選擇器的輸出等于輸入信號中最低者ui1uiNuoLSui1uiNuoHSUo=min(ui1,uiN)Uo=max(ui1,uiN)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

30、.1選擇性控制系統(tǒng)的類型選擇性控制系統(tǒng)的類型1. 對調節(jié)器輸出信號進行選擇對調節(jié)器輸出信號進行選擇給定給定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?？刂普？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章章燃氣燃氣鍋爐給水鍋爐給水蒸汽蒸汽汽包汽包爐膛爐膛P1TP1C工藝要求鍋爐輸出蒸汽壓力穩(wěn)定。工藝要求鍋爐輸出蒸汽壓力穩(wěn)定。特殊工況一：如果使蒸汽壓力特殊工況一：如果使蒸汽壓力大幅度降低，蒸汽壓力控制系統(tǒng)會使大幅度降低，蒸汽壓力控制系統(tǒng)會使燃氣閥門開度大幅度增加，燃氣流量燃氣閥門開

31、度大幅度增加，燃氣流量大幅度增加，此時燃氣壓力過高會發(fā)大幅度增加，此時燃氣壓力過高會發(fā)生脫火。試設計一個控制系統(tǒng)保證在生脫火。試設計一個控制系統(tǒng)保證在兩種情況下自動切換。兩種情況下自動切換。正常工況：用單回路控制系統(tǒng)控制，則根據蒸汽出口壓力控制燃氣量。正常工況：用單回路控制系統(tǒng)控制，則根據蒸汽出口壓力控制燃氣量。例例 鍋爐蒸汽壓力的控制鍋爐蒸汽壓力的控制1.確定控制系統(tǒng)類型確定控制系統(tǒng)類型2畫出控制系統(tǒng)方框圖畫出控制系統(tǒng)方框圖3試確定調節(jié)器正反作試確定調節(jié)器正反作用。用。4如有其他需要設計部如有其他需要設計部分，請給出。分，請給出。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章燃氣燃氣鍋爐給

32、水鍋爐給水蒸汽蒸汽汽包汽包爐膛爐膛P2C選擇器選擇器1P2TP1TP1C反反反反氣氣開開1.選擇性控制系統(tǒng)。選擇性控制系統(tǒng)。正常工況：用單回路控制系統(tǒng)控制，則根據蒸汽出口壓力控制燃氣量。正常工況：用單回路控制系統(tǒng)控制，則根據蒸汽出口壓力控制燃氣量。為防止產生脫火現象，增加一個燃氣高壓保護取代控制回路。為防止產生脫火現象，增加一個燃氣高壓保護取代控制回路。用低選器自動用低選器自動地選擇兩個控制信號地選擇兩個控制信號中較低的一個，作為中較低的一個，作為閥門的控制信號。閥門的控制信號。4.需確定選擇器性質。需確定選擇器性質。選擇器的選擇取決于取代選擇器的選擇取決于取代調節(jié)器調節(jié)器反反過程控制系統(tǒng)與儀

33、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行選擇對變送器輸出信號進行選擇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?？刂普？刂评鋮s液冷卻液入料入料T1TTC反反T2TT3T反應器反應器產品產品反反例例 固定床反應器中熱點溫度的控制固定床反應器中熱點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7.7.2選擇性控制系統(tǒng)的設計原則選擇性控制系統(tǒng)的設計原則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，是根據執(zhí)行器的作用方向

34、和選擇器類型的確定，是根據執(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 蒸汽壓力與燃氣壓力的自動選擇控制蒸汽壓力與燃氣壓力的自動選擇控制例例2 固定床反應器中熱點溫度的控制固定床反應器中熱點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2調節(jié)器調節(jié)規(guī)律的確定調節(jié)器調節(jié)規(guī)律的確定對于正常工況下運行的調節(jié)器，由于有較高的控制精度要求，對于正常工況下運行的調節(jié)器，由于有較高的控制精度要求，可用可用PI調節(jié)或調節(jié)或PID調節(jié)；對于取代調節(jié)器，一般只要求其迅速調節(jié)；對于取代調節(jié)器，一般只要求其迅速發(fā)揮保護作用，可用發(fā)揮保護作用，可用P調節(jié)。調節(jié)。 燃氣燃氣P2

35、C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氣氣開開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調節(jié)器參數整定調節(jié)器參數整定正常工作調節(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)正常工作調節(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)的整定方法進行整定。的整定方法進行整定。取代回路調節(jié)器，要求能及時產生自動保護作用，其比例度取代回路調節(jié)器，要求能及時產生自動保護作用，其比例度P應整定得應整定得小一些。小一些。 燃氣燃氣P2C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2P3TP3CP2TP1

36、TP1CPPPID過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章練習：液氨蒸發(fā)器控制方案練習：液氨蒸發(fā)器控制方案(1)工藝原理：工藝原理：液氨液氨氣氨氣氨被冷物料被冷物料液氨蒸發(fā)器液氨蒸發(fā)器控制指標控制指標:要求被冷卻物料出口溫度穩(wěn)定要求被冷卻物料出口溫度穩(wěn)定.此時液氨液位在一定允許范圍內。此時液氨液位在一定允許范圍內。液氨液氨氣氨氣氨被冷物料被冷物料TC(a)被冷物料出口溫度被冷物料出口溫度單回路控制系統(tǒng)單回路控制系統(tǒng)非正常工況非正常工況:液位高度超過上限液位高度超過上限.使氣氨使氣氨帶液，會損壞后面回收氣氨的壓縮機帶液，會損壞后面回收氣氨的壓縮機1.確定控制系統(tǒng)類型確定控制系統(tǒng)類型2畫出

37、控制系統(tǒng)方框圖畫出控制系統(tǒng)方框圖3試確定調節(jié)器正反作用。試確定調節(jié)器正反作用。4如有其他需要設計部分，請如有其他需要設計部分，請給出。給出。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章液氨液氨氣氨氣氨被冷物料被冷物料LCLSTC(b)溫度與液位選擇溫度與液位選擇性控制性控制防超限控制防超限控制圖液氨蒸發(fā)器控制方案圖液氨蒸發(fā)器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章章練習：高塔供水控制方案練習：高塔供水控制方案高位槽向用戶供水，為保證供水流量平穩(wěn)，要求對高位槽出口流量進行控制，高位槽向用戶供水，為保證供水流量平穩(wěn)，要求對高位槽出口流量進行控制，但為了防止高位槽水位過高而造成溢水

38、事故，需對液位采取保護性措施。根據但為了防止高位槽水位過高而造成溢水事故，需對液位采取保護性措施。根據控制要求設計合適的控制方案。控制要求設計合適的控制方案。hQiQo1.確定控制系統(tǒng)類型確定控制系統(tǒng)類型2畫出控制系統(tǒng)方框圖畫出控制系統(tǒng)方框圖3試確定調節(jié)器正反作用。試確定調節(jié)器正反作用。4如有其他需要設計部分，如有其他需要設計部分，請給出。請給出。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章練習：用熱交換器用以冷卻經壓縮后的裂解氣，冷卻劑為脫甲烷塔的釜液。正練習：用熱交換器用以冷卻經壓縮后的裂解氣，冷卻劑為脫甲烷塔的釜液。正常情況下要求釜液流量維持恒定，以保證脫甲烷塔的穩(wěn)定操作，但是裂解氣

39、冷常情況下要求釜液流量維持恒定，以保證脫甲烷塔的穩(wěn)定操作，但是裂解氣冷卻后的出口溫度不得低于卻后的出口溫度不得低于15度，因為溫度低于此溫度時，裂解氣中所含的水分度，因為溫度低于此溫度時，裂解氣中所含的水分就會生成水合物而堵塞管道。為此設計一選擇性控制系統(tǒng)。就會生成水合物而堵塞管道。為此設計一選擇性控制系統(tǒng)。1畫出系統(tǒng)的工藝原理圖，控制系統(tǒng)方框圖畫出系統(tǒng)的工藝原理圖，控制系統(tǒng)方框圖2確定執(zhí)行器氣開，氣關型式，試確定調節(jié)器正反作用。確定執(zhí)行器氣開，氣關型式，試確定調節(jié)器正反作用。3確定選擇器類型確定選擇器類型釜液釜液裂解氣裂解氣過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.8 解耦控制解耦

40、控制通過采取措施，把相互關聯的多參數控制過程轉化為幾個通過采取措施，把相互關聯的多參數控制過程轉化為幾個彼此獨立的單入單出控制系統(tǒng)，實現一個調節(jié)器只對其對應的彼此獨立的單入單出控制系統(tǒng)，實現一個調節(jié)器只對其對應的被控過程獨立地進行調節(jié)。把這樣的系統(tǒng)稱為解耦控制系統(tǒng)被控過程獨立地進行調節(jié)。把這樣的系統(tǒng)稱為解耦控制系統(tǒng)（或自治控制系統(tǒng)）。（或自治控制系統(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7.8.1被控過程的耦合現象及對控制過程的影響被控過程的耦合現象及對控制過程的影響 例例:被控過程的耦合現象及對控制過程的影響分析。被控過程的耦合現象及對控制過程的影響分析。精餾塔的塔頂溫精餾塔的

41、塔頂溫度控制系統(tǒng)和塔底溫度控制系統(tǒng)和塔底溫度控制系統(tǒng)存在耦合度控制系統(tǒng)存在耦合現象?，F象。圖圖7.37 精餾塔溫度控制系統(tǒng)精餾塔溫度控制系統(tǒng)再沸器再沸器回流回流QL塔底產品塔底產品QW精精 餾餾 塔塔 T2C T2T T1C蒸汽蒸汽QS進料進料F塔頂產品塔頂產品QDu2 T1T冷凝器冷凝器回流罐回流罐過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章圖圖7.38 精餾塔溫度控制系統(tǒng)框圖精餾塔溫度控制系統(tǒng)框圖G11(s)T1(s)U1(s)G21(s)G12(s)G22(s)U2(s)Gc2(s)Gc1(s)T2(s)T10T20+ + - -+ + + + + + + + + + - -塔頂溫度

42、控制系統(tǒng)和塔底溫度控制系統(tǒng)的耦合關系，可抽象為方框塔頂溫度控制系統(tǒng)和塔底溫度控制系統(tǒng)的耦合關系，可抽象為方框圖表示圖表示耦合通道耦合通道過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.8.2解耦控制系統(tǒng)設計解耦控制系統(tǒng)設計 1前饋補償解耦設計前饋補償解耦設計利用前饋控制原理實現解耦。利用前饋控制原理實現解耦。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7.39 前饋補償解耦系統(tǒng)框圖前饋補償解耦系統(tǒng)框圖G11(s)Y1(s)U1(s)G21(s)G12(s)G22(s)U2(s)Gc2(s)Gc1(s)Y2(s)X1X2+ + - -+ + + + + + + + + + - -+

43、+ N21(s)N12(s)+ + + + + + 根據不變性原理可得根據不變性原理可得U1(s) G21(s) + U1(s) N21(s) G22(s)=0U2(s) G12(s) + U2(s) N12(s) G11(s)=0求得解耦環(huán)節(jié)的數學模型求得解耦環(huán)節(jié)的數學模型121211( )N ( )( )GssGs 212122( )N ( )( )GssGs 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對角矩陣解耦設計對角矩陣解耦設計 Y1(s)=G11(s)U1(s)+G12(s)U2(s)Y2(s)=G21(s)U1(s)+G22(s)U2(s)例：對下圖所示的兩個輸入量和輸出

44、量對被控過程，求滿足對角例：對下圖所示的兩個輸入量和輸出量對被控過程，求滿足對角矩陣解耦設計的矩陣解耦設計的N(s)G11(s)Y1(s)U1(s)G21(s)G12(s)G22(s)U2(s)Gc2(s)Gc1(s)Y2(s)X1X2+ + - -+ + + + + + + + + + - -N11(s)N21(s)N12(s)N22(s)+ + + + + + + + Uc1(s)Uc2(s)N(s)G(s)111121221222( )( )( )U ( )( )( )( )U ( )Y sGsGssY sGsGss 可簡寫成：可簡寫成： Y(s) = G(s)U (s) 過程控制系統(tǒng)與

45、儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章解耦環(huán)節(jié)解耦環(huán)節(jié)N(s)接在調節(jié)器和對象接在調節(jié)器和對象G(s)之間：之間：U1(s)=N11(s)Uc1(s)+N12(s)Uc2(s)U2(s)=N21(s)Uc1(s)+N22(s)Uc2(s)G11(s)Y1(s)U1(s)G21(s)G12(s)G22(s)U2(s)Gc2(s)Gc1(s)Y2(s)X1X2+ + - -+ + + + + + + + + + - -N11(s)N21(s)N12(s)N22(s)+ + + + + + + + Uc1(s)Uc2(s)N(s)G(s)c111112222122U ( )U ( )N ( )N ( )U ( )U ( )N ( )N ( )cssssssss U ( )N( )U ( )csss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cY( )G( ) N( ) U ( )ssss11122122NNN( )NNs11122122( )GGG sGGG11(s)Y1(s)U1(s)G21(s)G12(s)G22(s)U2(s)Gc2(s)Gc1(s)Y2(s)X1X2+ + - -+ + + + + + + + + + - -N11(s)N21(s)N12(s)N22(s)+ + + + + + + + Uc1(