化工儀表及其自動化控制第八章復(fù)雜控制系統(tǒng)

1、1/11/2022FC進(jìn)料進(jìn)料塔底采出塔底采出12蒸汽蒸汽方案方案2：控制蒸汽流量恒定：控制蒸汽流量恒定TC進(jìn)料進(jìn)料塔底采出塔底采出12蒸汽蒸汽方案方案1：控制塔釜溫度恒定：控制塔釜溫度恒定目標(biāo)：控制塔釜溫度穩(wěn)定目標(biāo)：控制塔釜溫度穩(wěn)定方案方案1 1優(yōu)點(diǎn)：將所有對溫度的干擾都概括在控優(yōu)點(diǎn)：將所有對溫度的干擾都概括在控制回路內(nèi)。制回路內(nèi)。缺點(diǎn)：當(dāng)蒸汽壓力波動較大時，由于溫缺點(diǎn)：當(dāng)蒸汽壓力波動較大時，由于溫度對象滯后較大，控制質(zhì)量不理想。度對象滯后較大，控制質(zhì)量不理想。方案方案2 2優(yōu)點(diǎn)：能及時克服蒸汽壓力的干擾對溫優(yōu)點(diǎn)：能及時克服蒸汽壓力的干擾對溫度的影響度的影響缺點(diǎn)：不能克服進(jìn)料流量、物料溫度等

2、缺點(diǎn)：不能克服進(jìn)料流量、物料溫度等其他因素對溫度的影響。其他因素對溫度的影響。1/11/2022蒸汽蒸汽TC進(jìn)料進(jìn)料塔底采出塔底采出12FC方案方案3：串級控制系統(tǒng)：串級控制系統(tǒng)FCTC進(jìn)料進(jìn)料塔底采出塔底采出12蒸汽蒸汽希望在塔釜溫度不變時蒸汽流量能保希望在塔釜溫度不變時蒸汽流量能保持設(shè)定持設(shè)定值，而當(dāng)塔釜溫度在外來干擾值，而當(dāng)塔釜溫度在外來干擾的作用下偏離給定值時，又要求蒸汽的作用下偏離給定值時，又要求蒸汽流量能作相應(yīng)的變化，使塔釜溫度保流量能作相應(yīng)的變化，使塔釜溫度保持在設(shè)定值上。持在設(shè)定值上。 1/11/2022流量控流量控制器制器TC2執(zhí)行器執(zhí)行器 流量對象流量對象溫度溫度T設(shè)定值設(shè)

3、定值干擾干擾f1精餾塔控制系統(tǒng)方塊圖精餾塔控制系統(tǒng)方塊圖溫度對象溫度對象溫度控溫度控制器制器TC1+干擾干擾f2測量、變送測量、變送y1測量、變送測量、變送y2F副控副控制器制器執(zhí)行器執(zhí)行器 副對象副對象主變量主變量設(shè)定值設(shè)定值主干擾主干擾串級控制系統(tǒng)方塊圖串級控制系統(tǒng)方塊圖主對象主對象主控主控制器制器+副干擾副干擾主測量、變送主測量、變送副測量、變送副測量、變送副變量副變量副回路副回路主回路主回路常用的名詞常用的名詞主變量主變量副變量副變量主對象主對象副對象副對象主控制器主控制器副控制器副控制器主回路主回路 副回路副回路1/11/2022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

4、克服作在串級控制系統(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。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。副副回路具有先調(diào)、粗調(diào)、快調(diào)的特點(diǎn)；主回路具有后調(diào)、細(xì)調(diào)、慢調(diào)的回路具有先調(diào)、粗調(diào)、快調(diào)的特點(diǎn)；主回路具有后調(diào)、細(xì)調(diào)、慢調(diào)的特點(diǎn)，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。特點(diǎn)，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。發(fā)揮了控制作用，大

5、大提高了控制質(zhì)量。 干擾作用于副對象干擾作用于副對象 由于副回路控制通道短，時間常數(shù)小，所以當(dāng)干擾進(jìn)入副回路時，可由于副回路控制通道短，時間常數(shù)小，所以當(dāng)干擾進(jìn)入副回路時，可以獲得比單回路控制系統(tǒng)超前的控制作用，有效地克服蒸汽壓力變化對以獲得比單回路控制系統(tǒng)超前的控制作用，有效地克服蒸汽壓力變化對塔釜溫度的影響塔釜溫度的影響 干擾作用于主對象干擾作用于主對象 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。的目的。 1/11/2022(1) (1) 從從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來看，串級控制系統(tǒng)有主、副兩個閉合回路；有主、

6、副來看，串級控制系統(tǒng)有主、副兩個閉合回路；有主、副兩個控制器；有分別測量主變量和副變量的兩個測量變送器。兩個控制器；有分別測量主變量和副變量的兩個測量變送器。 在串級控制系統(tǒng)中，在串級控制系統(tǒng)中，主回路是定值控制系統(tǒng)，而副回路是隨動控制主回路是定值控制系統(tǒng)，而副回路是隨動控制系統(tǒng)。系統(tǒng)。(2) (2) 在串級控制系統(tǒng)中，有兩主、副兩個變量。主變量是反映產(chǎn)品質(zhì)量在串級控制系統(tǒng)中，有兩主、副兩個變量。主變量是反映產(chǎn)品質(zhì)量或生產(chǎn)過程運(yùn)行情況的主要工藝變量?？刂频哪康脑谟谑惯@一變量等于工或生產(chǎn)過程運(yùn)行情況的主要工藝變量?？刂频哪康脑谟谑惯@一變量等于工藝規(guī)定的給定值。藝規(guī)定的給定值。(3) (3) 從系

7、統(tǒng)特性來看，串級控制系統(tǒng)由于副回路的引入，改善了對象的從系統(tǒng)特性來看，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，具有超前控制的作用，從而有效地克服滯后，提特性，使控制過程加快，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。高了控制質(zhì)量。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)而且頻繁、負(fù)荷變適用范圍：當(dāng)對象的滯后和時間常數(shù)很大，干擾作用強(qiáng)而且頻繁、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，可采用串級控制系統(tǒng)。化大，簡單控制系統(tǒng)滿足不了控制質(zhì)量的要求時，可采用串級控制系統(tǒng)。 1/11/2022主變量的選擇主變量的選擇 與單回路控制時被控變量的選擇原

8、則是一樣的，能直接或間接地表與單回路控制時被控變量的選擇原則是一樣的，能直接或間接地表征生產(chǎn)過程質(zhì)量的參數(shù)都可以作為控制系統(tǒng)的被控變量。征生產(chǎn)過程質(zhì)量的參數(shù)都可以作為控制系統(tǒng)的被控變量。 副變量的選擇副變量的選擇 副變量的變化應(yīng)在很大程度上影響主變量的變化副變量的變化應(yīng)在很大程度上影響主變量的變化 副回路應(yīng)將生產(chǎn)過程中的主要干擾包圍在內(nèi)副回路應(yīng)將生產(chǎn)過程中的主要干擾包圍在內(nèi) 在可能的情況下，應(yīng)使副環(huán)包圍更多的次要干擾在可能的情況下，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，以防發(fā)生副變量的選擇應(yīng)考慮到主、副對象時間常數(shù)的匹配，以防發(fā)生“共共振振”。 當(dāng)對象具有較

9、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。環(huán)盡量少包含純滯后或不包含純滯后。 1/11/2022 串級控制系統(tǒng)的串級控制系統(tǒng)的目的目的是為了高精度地穩(wěn)定主變量。是為了高精度地穩(wěn)定主變量。 主變量是生產(chǎn)工藝的主要控制指標(biāo)，它直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量或生產(chǎn)主變量是生產(chǎn)工藝的主要控制指標(biāo)，它直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量或生產(chǎn)的正常，工藝上對它的要求比較嚴(yán)格。一般來說，主變量不允許有余差的正常，工藝上對它的要求比較嚴(yán)格。一般來說，主變量不允許有余差。所以，主控制器通常都選用比例積分控制規(guī)律，以實(shí)現(xiàn)主變量的無余。所以

10、，主控制器通常都選用比例積分控制規(guī)律，以實(shí)現(xiàn)主變量的無余差控制。差控制。 在串級控制系統(tǒng)中，穩(wěn)定副變量并不是目的，設(shè)置副變量的目的就在于在串級控制系統(tǒng)中，穩(wěn)定副變量并不是目的，設(shè)置副變量的目的就在于保證和提高主變量的控制質(zhì)量。保證和提高主變量的控制質(zhì)量。 副變量的給定值是隨主控制器輸出變化而變化的。所以，在控制過程中副變量的給定值是隨主控制器輸出變化而變化的。所以，在控制過程中，對副變量的要求一般都不很嚴(yán)格，允許它有波動。因此，副控制器一，對副變量的要求一般都不很嚴(yán)格，允許它有波動。因此，副控制器一般采用比例控制規(guī)律。般采用比例控制規(guī)律。1/11/2022 選擇副回路控制器的正反作用選擇副回路

11、控制器的正反作用與簡單控制系統(tǒng)中控制器與簡單控制系統(tǒng)中控制器“正正”、“反反”作用的選擇方式相同，先判斷作用的選擇方式相同，先判斷副對象的正反作用，然后根據(jù)工藝安全等要求，選定執(zhí)行器的副對象的正反作用，然后根據(jù)工藝安全等要求，選定執(zhí)行器的“正正”、“反反”作用方式，并按照使副控制回路成為一個負(fù)反饋系統(tǒng)的原則來確作用方式，并按照使副控制回路成為一個負(fù)反饋系統(tǒng)的原則來確定副回路控制器的正反作用。定副回路控制器的正反作用。 選擇主回路控制器的正反作用選擇主回路控制器的正反作用確定原則：確定原則：當(dāng)主、副變量在增加當(dāng)主、副變量在增加( (或減或減小小) )時，如果由工藝分析得出，為使主時，如果由工藝分

12、析得出，為使主、副變量減小、副變量減小( (或增加或增加) )，要求控制閥的，要求控制閥的動作方向是一致的，主控制器應(yīng)選動作方向是一致的，主控制器應(yīng)選“反反”作用，反之，則應(yīng)選作用，反之，則應(yīng)選“正正”作用。作用。物料進(jìn)物料進(jìn) 物料出物料出 冷卻器流量溫度串級控制系統(tǒng)冷卻器流量溫度串級控制系統(tǒng) 1/11/2022 兩步整定法：先整定副控制器，后整定主控制器兩步整定法：先整定副控制器，后整定主控制器(1) 在工況穩(wěn)定，主、副控制器都在純比例作用的條件下，將主控制器的在工況穩(wěn)定，主、副控制器都在純比例作用的條件下，將主控制器的比例度先固定在比例度先固定在100的刻度上，然后逐漸減小副控制器的比例度

13、，求取的刻度上，然后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副回路在滿足某種衰減比(如如4：1)過渡過程下的副控制器比例度過渡過程下的副控制器比例度2S和操作和操作周期周期2S。(2) 在副控制器比例度等于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，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。和操和操作周期作周期1S 。(3) 根據(jù)上面得到的根據(jù)上面得到的1S、1S、2S、2S按表按表7-2(或表或表7-3)的規(guī)定關(guān)系計算的規(guī)定關(guān)系計算主、副控制器的比例度

14、、積分時間和微分時間。主、副控制器的比例度、積分時間和微分時間。(4) 按按“先副后主先副后主”、“先比例次積分后微分先比例次積分后微分”的整定方法，將計算出的的整定方法，將計算出的控制器參數(shù)加到控制器上?？刂破鲄?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。觀察控制過程，適當(dāng)調(diào)整，直到獲得滿意的過渡過程。1/11/2022 一步整定法：即根據(jù)經(jīng)驗(yàn)先將副控制器一次放好，不再變動，然后按一步整定法：即根據(jù)經(jīng)驗(yàn)先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)。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)。 采用一步整定法副控制器參數(shù)

15、選擇范圍采用一步整定法副控制器參數(shù)選擇范圍副變量類型副變量類型副控制器比例度副控制器比例度2副控制器比例放大倍數(shù)副控制器比例放大倍數(shù)KP2溫度溫度20605.01.7壓力壓力30703.01.4流量流量40802.51.25液位液位20805.01.25一步整定法的整定步驟如下。一步整定法的整定步驟如下。(1)(1)在生產(chǎn)正常，系統(tǒng)為純比例運(yùn)行的條件下，按照上表所列的數(shù)據(jù)，將在生產(chǎn)正常，系統(tǒng)為純比例運(yùn)行的條件下，按照上表所列的數(shù)據(jù)，將副控制器比例度調(diào)到某一適當(dāng)?shù)臄?shù)值。副控制器比例度調(diào)到某一適當(dāng)?shù)臄?shù)值。(2)(2)利用簡單控制系中任一種參數(shù)整定方法整定主控制器的參數(shù)。利用簡單控制系中任一種參數(shù)整

16、定方法整定主控制器的參數(shù)。(3)(3)如果出現(xiàn)如果出現(xiàn)“共振共振”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。值，一般即能消除。1/11/2022連續(xù)精餾的多塔分離過程連續(xù)精餾的多塔分離過程 對甲塔來說，塔釜液位是一個重要的工藝對甲塔來說，塔釜液位是一個重要的工藝參數(shù)，必須保持在一定范圍之內(nèi)，為此配備參數(shù)，必須保持在一定范圍之內(nèi)，為此配備了液位控制系統(tǒng)；了液位控制系統(tǒng)； 對乙塔來說，從自身平穩(wěn)操作的要求出發(fā)，對乙塔來說，從自身平穩(wěn)操作的要求出發(fā)，希望進(jìn)料量穩(wěn)定，所以設(shè)置了流量控制系統(tǒng)；希望進(jìn)料量穩(wěn)定，所以設(shè)置了流量控制系統(tǒng)； 這樣，

17、甲、乙兩塔間的供求關(guān)系就出現(xiàn)了這樣，甲、乙兩塔間的供求關(guān)系就出現(xiàn)了矛盾。矛盾。 為解決這一前后工序供求矛盾，希望設(shè)計為解決這一前后工序供求矛盾，希望設(shè)計一種控制系統(tǒng)使液位與流量同時平穩(wěn)；一種控制系統(tǒng)使液位與流量同時平穩(wěn)；同時同時“均勻均勻”地變化。地變化。1/11/20221、表征前后供求矛盾的兩個變量在控制過程中都應(yīng)該是緩慢變化的、表征前后供求矛盾的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、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。 1液位變化曲線液位變化曲線 2流量變化曲線流量變化曲線1/11/2022不同于

18、常規(guī)的定值控制系統(tǒng)，而對被控變量不同于常規(guī)的定值控制系統(tǒng)，而對被控變量( (CV)CV)與控制變量與控制變量( (MV)MV)都有都有平穩(wěn)平穩(wěn)的要求；的要求；為解決為解決CVCV與與MVMV都希望平穩(wěn)這一對矛盾，只能要求都希望平穩(wěn)這一對矛盾，只能要求CVCV與與MVMV都都漸變漸變。均勻控制通常要求在最大干擾下，均勻控制通常要求在最大干擾下，CVCV在上下限內(nèi)波動，而在上下限內(nèi)波動，而MVMV應(yīng)應(yīng)在一定范圍內(nèi)平緩漸變。在一定范圍內(nèi)平緩漸變。均勻控制指的是均勻控制指的是控制功能控制功能，而不是控制方案。因?yàn)榫拖到y(tǒng)的結(jié)，而不是控制方案。因?yàn)榫拖到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)來看，有時象簡單控制系統(tǒng)，有時象串級控制系統(tǒng)。

19、所以要構(gòu)來看，有時象簡單控制系統(tǒng)，有時象串級控制系統(tǒng)。所以要識別控制方案是否起均勻控制作用，應(yīng)從識別控制方案是否起均勻控制作用，應(yīng)從控制的目的控制的目的進(jìn)行確定。進(jìn)行確定。 1/11/2022LC塔甲塔乙單回路均勻控制系統(tǒng)LCh(t)qo(t)塔甲FC塔乙串級均勻控制系統(tǒng)1/11/2022通過控制器通過控制器參數(shù)參數(shù)的設(shè)置，而不是改變控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，來實(shí)現(xiàn)的設(shè)置，而不是改變控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，來實(shí)現(xiàn)前后兩個變量間的相互協(xié)調(diào)的。前后兩個變量間的相互協(xié)調(diào)的。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。在允許的范

20、圍內(nèi)作緩慢的變化?？刂破鲄?shù)一般都采用純比例作用，且控制器比例度放的很大，控制器參數(shù)一般都采用純比例作用，且控制器比例度放的很大，以使輸出變化緩慢，只是在要求較高時，為了防止偏差超過允以使輸出變化緩慢，只是在要求較高時，為了防止偏差超過允許范圍，才引入適當(dāng)?shù)姆e分作用。許范圍，才引入適當(dāng)?shù)姆e分作用。 1/11/2022比值控制的目的是為了實(shí)現(xiàn)幾種物料按一定比例混合，使生產(chǎn)比值控制的目的是為了實(shí)現(xiàn)幾種物料按一定比例混合，使生產(chǎn)能安全、正常的進(jìn)行。實(shí)現(xiàn)兩個或兩個以上參數(shù)符合一定比例能安全、正常的進(jìn)行。實(shí)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)，稱為關(guān)系的控制系統(tǒng)，稱為比值控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)。

21、通常為流量比值控制。通常為流量比值控制。 在需要保持比值關(guān)系的兩種物料中，必有一種物料處于主導(dǎo)地在需要保持比值關(guān)系的兩種物料中，必有一種物料處于主導(dǎo)地位，成為主物料、主動量、位，成為主物料、主動量、主流量主流量，用，用Q1Q1表示；而另一種物料表示；而另一種物料按主物料進(jìn)行配比，在控制過程中隨主物料而變化，因此稱為按主物料進(jìn)行配比，在控制過程中隨主物料而變化，因此稱為從物料、從動量、從物料、從動量、副流量副流量，用，用Q2Q2表示；表示；副流量副流量Q Q2 2與主流量與主流量Q Q1 1的比值關(guān)系為的比值關(guān)系為 Q Q2 2KQKQ1 1 式中式中K K為副流量與主流量的流量比值系數(shù)。為副流

22、量與主流量的流量比值系數(shù)。 1/11/2022控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器對象對象測量、變送測量、變送給定給定Q2Q1開環(huán)比值控制系統(tǒng)方塊圖開環(huán)比值控制系統(tǒng)方塊圖 主、副流量均開環(huán)；主、副流量均開環(huán)；由于系統(tǒng)開環(huán)，該方案對副流量由于系統(tǒng)開環(huán)，該方案對副流量Q2Q2無克服干擾的能力，只適用無克服干擾的能力，只適用于副流量較平穩(wěn)且比值要求不高的場合。于副流量較平穩(wěn)且比值要求不高的場合。1/11/2022控制器控制器F2C執(zhí)行器執(zhí)行器對象對象副測量、變送副測量、變送控制器控制器F1C給定給定主測量、變送主測量、變送Q1Q2單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方塊圖單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方塊圖 副流量閉環(huán)控制副流量閉環(huán)控制主流

23、量開環(huán)控制主流量開環(huán)控制適用于主物料在工藝上不允許適用于主物料在工藝上不允許進(jìn)行控制的場合進(jìn)行控制的場合 1/11/2022給定給定K對象對象主流量控制器主流量控制器執(zhí)行器執(zhí)行器主測量、變送主測量、變送對象對象副流量控制器副流量控制器執(zhí)行器執(zhí)行器副測量、變送副測量、變送Q1Q2雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方塊圖雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方塊圖 主、副流量均閉環(huán)控制；主、副流量均閉環(huán)控制；該系統(tǒng)既實(shí)現(xiàn)了比較精確的流量比值控制，又確保了兩物料總該系統(tǒng)既實(shí)現(xiàn)了比較精確的流量比值控制，又確保了兩物料總量的基本不變量的基本不變主要適用于主流量干擾頻繁、工藝上不允許負(fù)荷有較大波動或主要適用于主流量干擾頻繁、工藝上不允許負(fù)荷

24、有較大波動或工藝工藝 上經(jīng)常需要提降負(fù)荷的場合。上經(jīng)常需要提降負(fù)荷的場合。1/11/2022Q2Q1噴射泵噴射泵 觸媒層觸媒層 變換爐變換爐 蒸汽蒸汽 煤氣煤氣 要求主、副流量的比值能跟隨要求主、副流量的比值能跟隨第三變量的需要而加以調(diào)整；第三變量的需要而加以調(diào)整；存在問題：存在問題：Q2Q2回路存在非線性，回路存在非線性，Q1Q1流量減少時，回路增益增大，流量減少時，回路增益增大，有可能使系統(tǒng)不穩(wěn)定，并可能有可能使系統(tǒng)不穩(wěn)定，并可能出現(xiàn)出現(xiàn)“除零除零”運(yùn)算。運(yùn)算。比值控制器比值控制器執(zhí)行器執(zhí)行器副流量對副流量對象象Q2測量、變送測量、變送溫度控制器溫度控制器給定給定主測量、變送主測量、變送Q

25、1測量、變送測量、變送除法器除法器主對象主對象（變換爐）（變換爐）Q1Q2變比值控制系統(tǒng)方塊圖變比值控制系統(tǒng)方塊圖K=Q2/Q1 1/11/2022給定給定對象對象控制器控制器控制閥控制閥A控制閥控制閥B測量、變送測量、變送分程控制系統(tǒng)方塊圖分程控制系統(tǒng)方塊圖 分程控制系統(tǒng)中，一臺控制器的輸出可以同時控制兩臺甚至兩臺以上分程控制系統(tǒng)中，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；的控制閥； 分程控制系統(tǒng)中控制器按輸出信號的不同區(qū)間去控制不同的閥門；分程控制系統(tǒng)中控制器按輸出信號的不同區(qū)間去控制不同的閥門； 分段一般是由附設(shè)在控制閥上的閥門定位器來實(shí)現(xiàn)。分段一般是由附設(shè)在控制閥上的閥門

26、定位器來實(shí)現(xiàn)。 1/11/2022A閥閥A閥閥A閥閥A閥閥B閥閥B閥閥B閥閥B閥閥兩閥同向動作兩閥同向動作兩閥異向動作兩閥異向動作(a)(a)(b)(b)閥門開度閥門開度100閥門開度閥門開度100閥門開度閥門開度100閥門開度閥門開度100閥壓閥壓kPa閥壓閥壓kPa閥壓閥壓kPa閥壓閥壓kPa1/11/20224Mpa中壓蒸汽中壓蒸汽給水給水10Mpa中壓蒸汽中壓蒸汽汽包汽包蒸汽減壓系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)蒸汽減壓系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)控制閥的可調(diào)比控制閥的可調(diào)比 R RQ Qmaxmax/ /Q Qminmin由于由于口徑固定口徑固定，采用同一個控制閥，能夠，采用同一個控制閥，能夠控制的最大流量和最小

27、流量不可能相差太控制的最大流量和最小流量不可能相差太大，滿足不了生產(chǎn)上流量大范圍變化的要大，滿足不了生產(chǎn)上流量大范圍變化的要求，在這種情況下可采用兩個控制閥并聯(lián)求，在這種情況下可采用兩個控制閥并聯(lián)的分程控制方案。的分程控制方案。A閥閥B閥閥A閥閥小口徑小口徑 B閥大口徑閥大口徑1/11/2022蒸汽蒸汽反應(yīng)器分程控制系統(tǒng)反應(yīng)器分程控制系統(tǒng)冷水冷水C回回水水A閥閥B閥閥A閥氣關(guān)，閥氣關(guān)，B閥氣開，閥氣開，TCTC反作用反作用對于間歇式化學(xué)反應(yīng)器，既要考慮反應(yīng)前對于間歇式化學(xué)反應(yīng)器，既要考慮反應(yīng)前的加熱問題，又需要考慮過程中移走熱量的加熱問題，又需要考慮過程中移走熱量的問題的問題為此可采用分程控制

28、系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，為此可采用分程控制系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，利用利用A A、B B兩臺控制閥，分別控制冷水與蒸兩臺控制閥，分別控制冷水與蒸汽兩種不同介質(zhì)，以滿足工藝上需要汽兩種不同介質(zhì)，以滿足工藝上需要冷卻冷卻和和加熱加熱的不同需要的不同需要工作原理：工作原理：反應(yīng)前升溫階段反應(yīng)前升溫階段溫度測量值小于給定溫度測量值小于給定值，控制器值，控制器TCTC輸出較大，輸出較大， A A閥將關(guān)閉，閥將關(guān)閉，B B閥閥被打開，蒸汽通入加熱反應(yīng)物；被打開，蒸汽通入加熱反應(yīng)物；反應(yīng)物開始放熱反應(yīng)物開始放熱控制器輸出逐漸減小控制器輸出逐漸減小，A A閥將打開，閥將打開，B B閥關(guān)閉，冷水通入冷卻反閥關(guān)閉，冷水通入冷

29、卻反應(yīng)物，維持反應(yīng)溫度不變；應(yīng)物，維持反應(yīng)溫度不變；1/11/2022“反反”儲罐氮封分程控制方案儲罐氮封分程控制方案A閥閥B閥閥閥門開度閥門開度100閥壓閥壓kPa化工廠的貯油罐需要進(jìn)行氮封，以使油品與化工廠的貯油罐需要進(jìn)行氮封，以使油品與空氣隔絕?？諝飧艚^。一個問題就是貯罐中物料量的增減會導(dǎo)致氮一個問題就是貯罐中物料量的增減會導(dǎo)致氮封壓力的變化。為了維持罐壓平衡，需要在封壓力的變化。為了維持罐壓平衡，需要在物料被抽取時加氮補(bǔ)壓，而在物料進(jìn)料時排物料被抽取時加氮補(bǔ)壓，而在物料進(jìn)料時排氣減壓。氣減壓。貯壓升高時，測量值將大于給定值，壓力控貯壓升高時，測量值將大于給定值，壓力控制器制器PCPC的

30、輸出將下降，的輸出將下降，A A閥關(guān)閉，閥關(guān)閉，B B閥打開，閥打開，排氣減壓排氣減壓貯壓降低時，測量值小于給定值時，控制器貯壓降低時，測量值小于給定值時，控制器輸出將變大，輸出將變大， A A閥打開，閥打開，B B閥關(guān)閉，補(bǔ)氮增閥關(guān)閉，補(bǔ)氮增壓。壓。A閥氣關(guān)，閥氣關(guān)，B閥氣開，閥氣開，PCPC反作用反作用1/11/2022(1)(1)控制閥流量特性要正確選擇。因?yàn)樵趦砷y分程點(diǎn)上，控制閥的放大控制閥流量特性要正確選擇。因?yàn)樵趦砷y分程點(diǎn)上，控制閥的放大倍數(shù)可能出現(xiàn)突變，表現(xiàn)在特性曲線上產(chǎn)生斜率突變的折點(diǎn)，這在大小控倍數(shù)可能出現(xiàn)突變，表現(xiàn)在特性曲線上產(chǎn)生斜率突變的折點(diǎn)，這在大小控制閥并聯(lián)時尤其重要

31、。如果兩控制閥均為線性特性，情況更嚴(yán)重。如果采制閥并聯(lián)時尤其重要。如果兩控制閥均為線性特性，情況更嚴(yán)重。如果采用對數(shù)特性控制閥，分程信號重疊一小段，則情況會有所改善。用對數(shù)特性控制閥，分程信號重疊一小段，則情況會有所改善。(2)(2)大小閥并聯(lián)時，大閥的泄漏量不可忽視，否則就不能充分發(fā)揮擴(kuò)大大小閥并聯(lián)時，大閥的泄漏量不可忽視，否則就不能充分發(fā)揮擴(kuò)大可調(diào)范圍的作用。當(dāng)大閥的泄漏量較大時，系統(tǒng)的最小流通能力就不再是可調(diào)范圍的作用。當(dāng)大閥的泄漏量較大時，系統(tǒng)的最小流通能力就不再是小閥的最小流通能力了。小閥的最小流通能力了。(3)(3)分程控制系統(tǒng)本質(zhì)上是簡單控制系統(tǒng)，因此控制器的選擇和參數(shù)整分程控制

32、系統(tǒng)本質(zhì)上是簡單控制系統(tǒng)，因此控制器的選擇和參數(shù)整定，可參照簡單控制系統(tǒng)處理。不過在運(yùn)行中，如果兩個控制通道特性不定，可參照簡單控制系統(tǒng)處理。不過在運(yùn)行中，如果兩個控制通道特性不同，就是說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同，就是說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。遇此情況，只好照顧正常情況下的被控對象特性，按正常情特性的要求。遇此情況，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。圍內(nèi)即可。1/11/2022

33、測量、變送測量、變送設(shè)定值設(shè)定值控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器干擾干擾對象對象干擾干擾對象對象測量、變送測量、變送執(zhí)行器執(zhí)行器控制器控制器反饋控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)反饋控制方案反饋控制方案TC蒸汽凝液工藝介質(zhì)cp, RF , T1T2HV, RV蒸汽凝液工藝介質(zhì)cp, RF , T1T2HV, RVFFRF前饋控制方案前饋控制方案1/11/2022D1Dn前饋控制器對象uyD D1 1，D Dn n為可測擾動；為可測擾動；u u，y y分別為分別為被控對象的操作變量與受控變量。被控對象的操作變量與受控變量。前饋思想：在擾動還未影響輸出以前，前饋思想：在擾動還未影響輸出以前，直接

34、改變操作變量，以使輸出不受或少直接改變操作變量，以使輸出不受或少受外部擾動的影響。受外部擾動的影響。GYD (s)d(t)GFF (s)GYC (s)y(t)u(t)控制目標(biāo)：控制目標(biāo)：0)()()()()(sGsGsGsDsYYCFFYDd d ( (t t) )、u u ( (t t) )、y y ( (t t) ) 分分別別表示工藝介質(zhì)流量（外表示工藝介質(zhì)流量（外部干擾）、蒸汽流量（控部干擾）、蒸汽流量（控制變量）與工藝介質(zhì)的出制變量）與工藝介質(zhì)的出口溫度（被控變量）；口溫度（被控變量）；G GFFFF( (s s) )為前饋控制器的動為前饋控制器的動態(tài)特性；態(tài)特性；G GYDYD( (

35、s s) )、G GYCYC( (s s) )分分別為干擾通道與控制通道別為干擾通道與控制通道的的動態(tài)特性。的的動態(tài)特性。1/11/2022 前饋控制比反饋控制前饋控制比反饋控制及時及時，并且不受系統(tǒng)滯后大小的限制。，并且不受系統(tǒng)滯后大小的限制。 前饋控制屬于前饋控制屬于開環(huán)開環(huán)控制控制 前饋控制規(guī)律與對象特性密切相關(guān)前饋控制規(guī)律與對象特性密切相關(guān) 一種前饋?zhàn)饔弥荒芸朔环N干擾一種前饋?zhàn)饔弥荒芸朔环N干擾 1/11/2022蒸汽蒸汽Q2冷物料冷物料Q1T1T2給定值給定值換熱器換熱器靜態(tài)前饋控制方案靜態(tài)前饋控制方案根據(jù)熱量平衡原理，近似的平衡關(guān)系是根據(jù)熱量平衡原理，近似的平衡關(guān)系是蒸汽冷凝放出

36、的熱量等于進(jìn)料流體獲得蒸汽冷凝放出的熱量等于進(jìn)料流體獲得的熱量。的熱量。 2121pQ LQ cTT式中式中 蒸汽冷凝熱；蒸汽冷凝熱； 被加熱物料的比熱容；被加熱物料的比熱容； 進(jìn)料流量；進(jìn)料流量； 蒸汽流量。蒸汽流量。 Lpc1Q2Q21211pfcTTQQKQL當(dāng)進(jìn)料流量當(dāng)進(jìn)料流量Q Q1 1變化后，為使出口溫度為變化后，為使出口溫度為T T2 2保持不變，應(yīng)增加的蒸汽量為保持不變，應(yīng)增加的蒸汽量為: :1/11/2022蒸汽蒸汽Q2冷物料冷物料Q1T1T2給定值給定值換熱器換熱器動態(tài)前饋控制方案動態(tài)前饋控制方案補(bǔ)償器補(bǔ)償器在靜態(tài)前饋控制的基礎(chǔ)上，加上延遲環(huán)在靜態(tài)前饋控制的基礎(chǔ)上，加上延遲

37、環(huán)節(jié)或微分環(huán)節(jié)，以達(dá)到對干擾作用的近節(jié)或微分環(huán)節(jié)，以達(dá)到對干擾作用的近似補(bǔ)償。似補(bǔ)償。 相對于干擾通道而言，控制通道反應(yīng)快的給它加強(qiáng)延遲作用，反應(yīng)慢相對于干擾通道而言，控制通道反應(yīng)快的給它加強(qiáng)延遲作用，反應(yīng)慢的給它加強(qiáng)微分作用。根據(jù)兩通道的特性適當(dāng)調(diào)整、的數(shù)值，使兩通的給它加強(qiáng)微分作用。根據(jù)兩通道的特性適當(dāng)調(diào)整、的數(shù)值，使兩通道反應(yīng)合拍便可以實(shí)現(xiàn)動態(tài)補(bǔ)償，消除動態(tài)偏差。道反應(yīng)合拍便可以實(shí)現(xiàn)動態(tài)補(bǔ)償，消除動態(tài)偏差。1/11/2022給定給定前饋反饋控制系統(tǒng)方塊圖前饋反饋控制系統(tǒng)方塊圖反饋控制器反饋控制器執(zhí)行器執(zhí)行器對象對象測量、變送測量、變送前饋控制器前饋控制器測量、變送測量、變送干擾干擾蒸汽蒸

38、汽進(jìn)料進(jìn)料出料出料換熱器前饋反饋控制系統(tǒng)換熱器前饋反饋控制系統(tǒng)用用“前饋前饋”來克服主要干擾，再用來克服主要干擾，再用“反反饋饋”來克服其他干擾來克服其他干擾1/11/2022 干擾幅值大而頻繁干擾幅值大而頻繁，對被控變量影響劇烈，僅采用反饋控制達(dá)不到要，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。求的對象。 主要干擾是可測而不可控的變量主要干擾是可測而不可控的變量。所謂可測，是指干擾量可以用檢測。所謂可測，是指干擾量可以用檢測變送裝置將其在線轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的電信號。所謂不可控，主要是指這些干變送裝置將其在線轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的電信號。所謂不可控，主要是指這些干擾難以通過設(shè)置單獨(dú)的控制系統(tǒng)進(jìn)行控制

39、，這類干擾在連續(xù)生產(chǎn)過程中擾難以通過設(shè)置單獨(dú)的控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，這類干擾在連續(xù)生產(chǎn)過程中是經(jīng)常遇到的，其中也包括一些雖能控制但生產(chǎn)上不允許控制的變量，是經(jīng)常遇到的，其中也包括一些雖能控制但生產(chǎn)上不允許控制的變量，例負(fù)荷量等。例負(fù)荷量等。 當(dāng)當(dāng)對象的控制通道滯后大對象的控制通道滯后大，反饋控制不及時，控制質(zhì)量差時，可采用，反饋控制不及時，控制質(zhì)量差時，可采用前饋或前饋前饋或前饋反饋控制系統(tǒng)，提高控制質(zhì)量。反饋控制系統(tǒng)，提高控制質(zhì)量。1/11/2022 單沖量控制系統(tǒng)單沖量控制系統(tǒng)給水給水汽包汽包蒸汽蒸汽虛假水位造成的錯誤信號將帶來一定的危險，為了克服這種由于虛假水位造成的錯誤信號將帶來一定的危險，為了克服這種由于“虛虛假液位假液位”而引起的控制系統(tǒng)的誤動作，引入了雙沖量控制系統(tǒng)。而引起的控制系統(tǒng)的誤動作，引入了雙沖量控制系統(tǒng)。在鍋爐的正常運(yùn)行中，汽包水位是重要的操作在鍋爐的正常運(yùn)行中，汽包水位是重要的操作指標(biāo)，給水控制系統(tǒng)的作用就是自動控制鍋爐指標(biāo)，給水控制系統(tǒng)的作用就是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)。水位在允許的范圍內(nèi)。 左圖控制系統(tǒng)屬于簡單的單回路控制系統(tǒng)，根左圖控制系統(tǒng)屬于簡單的單回路控制系統(tǒng)，根據(jù)汽包液位的信號來控制給水量據(jù)汽包液位的信號來控制給水量 被