過程控制系統(tǒng)7與8

過程控制系統(tǒng)

第一章

緒論

第二章

被控過程的數(shù)學模型

第三章

單回路控制系統(tǒng)設計

第四章

串級控制系統(tǒng)

第五章

前饋及復合控制系統(tǒng)

第六章

時間滯后控制系統(tǒng)

第七章

其它過程控制系統(tǒng)23

4

第八章

過程控制中的計算機應用2

3第七章實現(xiàn)特殊要求2

3

4

的過程控制系統(tǒng)§7-1比值控制系統(tǒng)

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，要求兩種或多種物料流量成一定比例關系；一旦比例失調(diào)，會影響生產(chǎn)的正常進行，影響產(chǎn)品質(zhì)量，浪費動力，造成環(huán)境污染，甚至產(chǎn)生生產(chǎn)事故。如：燃燒過程中，往往要求燃料量與空氣量需按一定比例混合后送入爐膛。制藥生產(chǎn)中要求藥物和注入劑按比例混合。

一、概述1、方法的產(chǎn)生1998。9。212、比值控制的含義凡是兩個或多個變量自動維持一定比值關系的過程控制系統(tǒng)，統(tǒng)稱為比值控制系統(tǒng)。3、變量及關系

主動量---起主導作用而又不可控的物料流量；從動量---跟隨主動量而變化的物料流量；比例系數(shù):K=Q1/

Q2

造紙過程中為保證紙漿濃度，要求自動控制紙漿量和水量比例。

水泥配料系統(tǒng)……1、系統(tǒng)組成:如下圖所示。

二、比值控制系統(tǒng)的類型(一)、開環(huán)比值控制比值控制系統(tǒng)可以通過保持物料的流量比來保證最終質(zhì)量保持流量比只是一種控制手段，保持最終質(zhì)量才是控制目的因此比值控制算是一種前饋控制比值控制系統(tǒng)是一種流量隨動系統(tǒng)，參數(shù)整定簡單本質(zhì)分析：

簡單、成本低；

只有當Q1變化時才起控制作用；

Q2變化時Q1不會響應，比例關系被破壞。

3、適用場合副流量沒有干擾的情況。

2、系統(tǒng)組成：如下圖所示。1、特點:能克服開環(huán)比值方案的不足。2、特點(二)、單閉環(huán)比值控制3、工作過程

穩(wěn)定狀態(tài)下……主流量變化時……副變量由于干擾而變化時……

請大家指出哪個是主流量，哪個是副流量？1998。9。217-3丁烯洗滌塔進料量與洗滌水量的比值控制系統(tǒng)

如右圖所示。4、應用實例:1998。9。21

優(yōu)點：不但能實現(xiàn)流量的副量跟主量變化，而且能克服副流量干擾等。缺點：主流量不受控。6、應用場合在負荷變化不太大的場合得到廣泛應用。5、優(yōu)缺點能克服單閉環(huán)主流量不受控的不足。1、特點2、系統(tǒng)組成：如下圖所示。(三)、雙閉環(huán)比值控制7-4a)雙閉環(huán)比值控制給定(隨動值)設定值(定值)相當于靜態(tài)前饋-串級控制系統(tǒng)1998。9。21

常用在主流量干擾頻繁或工藝上不允許負荷有較大的波動，或工藝上經(jīng)常需要升降負荷的場合。3、另一優(yōu)點：升降負荷比較方便。4、適用場合5、應用實例：如圖。設定值

在有些生產(chǎn)過程中，要求兩種物料流量的比值隨第三個變量的變化而變化。

為了滿足上述生產(chǎn)工藝要求，開發(fā)并應用變比值控制。(四)、變比值控制1、方法的產(chǎn)生2、系統(tǒng)結構：如下圖所示。分析：當系統(tǒng)中出現(xiàn)除流量干擾外的其他干擾引起主參數(shù)y變化時，通過主回路來修改主控制器的輸出（即兩流量的比值）出現(xiàn)在Q1的干擾，因為副回路的快速性Q2=rQ1，仍能使y穩(wěn)定（起靜態(tài)前饋的作用）出現(xiàn)在Q1的干擾，可以通過自身的控制回路來克服相當于靜態(tài)前饋-串級控制系統(tǒng)3、變比值控制的含義

比值只是一種手段，不是最終目的，而第三變量Y(s)往往是產(chǎn)品質(zhì)量指標。

變比值控制系統(tǒng)是一個以第三個變量為主變量(質(zhì)量指標)、以兩個流量比為副變量的串級控制系統(tǒng)。4、工作過程系統(tǒng)穩(wěn)定時……當Q1、Q2出現(xiàn)擾動時……當出現(xiàn)其他擾動(如溫度、壓力、成分等變化)時……5、該法特點7-7氧化爐溫度與氨氣/空氣串級比值控制系統(tǒng)6、應用實例：見以下兩圖?！?-2均勻控制系統(tǒng)

在連續(xù)生產(chǎn)過程中，一個裝置或設備往往與前后的裝置或設備緊密地聯(lián)想著，前一裝置或設備的出料量是后一裝置或設備的進料量，而后一裝置或設備的出料量又輸送給其他的裝置或設備。例如石油裂解氣分離工藝，前后共串聯(lián)了八個塔。前后有物料聯(lián)系的精餾塔，前塔的液位與后塔的進料量的穩(wěn)定要求會發(fā)生矛盾，如下圖所示。

一、均勻控制的用途及特點1、問題的提出

是指兩個工藝參數(shù)在規(guī)定范圍內(nèi)能緩慢地、均勻地變化，使前后設備在物料供求上相互兼顧、均勻協(xié)調(diào)的系統(tǒng)。

兩塔之間增設緩沖器(不適宜)。采用均勻控制系統(tǒng)(上策)。3、均勻控制的含義2、解決辦法1998。9。214、均勻控制的特點

表征前后供求矛盾的兩個參數(shù)都是變化的，變化是緩慢的，是在允許范圍內(nèi)波動的。參見下圖。

前塔的液位變化不能超過規(guī)定的上、下限。后塔的進料量也不能超過最大和最小處理量。

非均勻控制二、均勻控制系統(tǒng)的結構方案

1、方案示例：如下圖(一)、簡單均勻控制去下一精餾塔5、適用場合

2、與液位定值控制相比

通常適用于擾動較小、對流量的均勻程度要求較低的場合。

比例作用是基本的；不能引入微分；積分是否引入視情況而定。

系統(tǒng)的結構和所使用的儀表是完全一樣的，但控制目的不同。3、對控制參數(shù)應做適當選擇4、特點簡單均勻控制系統(tǒng)的最大優(yōu)點是結構簡單、操作方便、成本低；但控制效果差。(二)、串級

均勻控制1、組成結構：

為了克服調(diào)節(jié)閥前后壓力波動和被控過程的自衡特性對流量的影響，設計以流量為副變量的流量控制副回路，如右圖所示。2、與典型串級的異同

不能加微分作用；液位宜采用PI規(guī)律；流量一般用P規(guī)律。

串級均勻控制系統(tǒng)能克服控制閥前后壓力較大的擾動，使主、副變量變化均勻緩慢平穩(wěn)，控制質(zhì)量較高。

結構方案相同，目的不同；均勻串級控制的目的是使液位與流量均勻協(xié)調(diào)。3、控制過程

設干擾使1#塔液位上升…設2#塔因塔壓變化使其入料量發(fā)生變化…4、控制作用選擇(十分重要)5、特點(三)、雙沖量均勻控制

所謂雙沖量均勻控制系統(tǒng)，就是將兩個變量的測量信號通過加法器后作為被控量的均勻控制系統(tǒng)。

圖中PO=PH-PQ+Pr+C

1、含義2、應用示例：見下圖。3、一般方塊圖：如下圖所示。1、問題的提出

控制中往往會出現(xiàn)一些隨機的特殊要求，如在故障情況下能保證安全生產(chǎn)；發(fā)出報警后改由人工操作或聯(lián)鎖保護不是最佳辦法。

2、對選擇性控制的要求

故障時自動起保護作用而又不停車--是一種取代控制系統(tǒng)。

§7-3選擇性控制系統(tǒng)一、基本概念二、選擇性控制系統(tǒng)的類型(一)、對被控參數(shù)的選擇性控制系統(tǒng)

控制參數(shù)一個，被控參數(shù)卻有溫度和液位兩個。

b)圖增設了液面超限控制系統(tǒng)。

對比方案(二)、對控制參數(shù)的選擇性控制系統(tǒng)

一般選擇性控制方案如圖4-58所示。

被控參數(shù)（量）只有一個，而控制參數(shù)（操縱量）卻有兩個。

多種燃料選擇性控制方案如圖7-17.三、應用舉例

多閥：一只控制器的輸出信號去帶動兩個或兩個以上的控制閥工作。分程：每一個控制閥僅在控制器輸出信號整個范圍的某段內(nèi)工作。

控制閥同向動作：見下張圖7-18?？刂崎y異向動作：見下張圖7-19。§7-4分程控制系統(tǒng)

如有A、B兩個控制閥；控制器輸出信號壓力為0.020.1MPa。

當控制信號<0.06MPa時，A閥動作，B閥不動；當控制信號>0.06MPa時，A閥動至極限，B閥才動,如下圖7-18a)。一、分程控制的概念1、特點2、實現(xiàn)3、分類1、用于節(jié)能控制（上圖）二、分程控制方案的應用3、保證生產(chǎn)過程的安全與穩(wěn)定（下圖）2、擴大控制閥的可調(diào)范圍4、滿足不同工況的控制要求第八章過程控制中的計算機應用

專用工業(yè)控制機與一般的計算機相比較，具有以下特點；

1、可靠性高：一般要求連續(xù)無故障運行時間達幾千小時以上，同時平均故障時間要短(一次故障時間不超過幾分鐘)。

2、對計算機的速度和精度要求較低(相對而言)：因為工業(yè)生產(chǎn)過程往往是一個慢過程，而且提高速度的主要矛盾在于輸入、輸出設備。每秒幾十萬次的運算速度一般均能滿足過程控制的要求。

3、輸入、輸出等外圍設備較完善：除了常用的外圍設備，還要有包括不同數(shù)度的I/O部件、記錄、顯示等設備?！?-1控制機的特點8.2

8.3

4、實時響應性要好：在某一限定時間內(nèi)必須完成規(guī)定的處理任務。5、中斷系統(tǒng)比較完善：一旦出現(xiàn)中斷請求，就暫停執(zhí)行現(xiàn)行的程序，而去執(zhí)行中斷請求的相應程序。

6、具有豐富的指令系統(tǒng)：尤其是邏輯判斷指令和外圍設備的控制指令。

7、有正確反映生產(chǎn)過程的數(shù)學模型(控制算法)：為了尋求生產(chǎn)過程中的最優(yōu)工況，實現(xiàn)最優(yōu)控制，必須建立正確反映生產(chǎn)過程規(guī)律的數(shù)學模型。(實現(xiàn)高級控制的前提。)

8、有比較完善的軟件系統(tǒng)：操作系統(tǒng)、應用軟件。

1998。9。21§8-2微機過程控制

系統(tǒng)的組成計算機過程控制系統(tǒng)的典型構成如下圖所示。其基本硬件組成如下圖所示。1、主機2、過程接口:輸入、輸出；模擬量、開關量。

3、外圍設備：輸入設備、輸出設備、外存儲器。

4、自動化儀表：過程通道必須通過自動化儀表才能和貝卡被控過程發(fā)生聯(lián)系。

5、軟件系統(tǒng)：程序設計