復(fù)雜控制系統(tǒng)F

1、 第二篇第二篇 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng) 串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng) 比值控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng) 均勻控制系統(tǒng)均勻控制系統(tǒng) 分程控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng) 選擇型控制系統(tǒng)選擇型控制系統(tǒng) 前饋控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng) 解耦控制系統(tǒng)解耦控制系統(tǒng) 5.5 5.5 比值控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)：比值控制系統(tǒng)：實現(xiàn)兩個或兩個以上參實現(xiàn)兩個或兩個以上參數(shù)符合一定比例關(guān)系的數(shù)符合一定比例關(guān)系的控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)。 QA : QB = KQAC物料物料B物料物料ADTDTR合合成成爐爐QAQBIAIBIB*調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥管路管路比值器比值器變送器變送器QBQA變送器變送器IBIB*IA范圍范圍4-20mA

2、4-20mA一、比值系數(shù)一、比值系數(shù)的計算的計算1. 流量與其測量信號成非線性關(guān)系流量與其測量信號成非線性關(guān)系 流量PCQ 以“DDZ-型儀表”為例：PKPCQ 2221QKP物料物料A：物料物料B：22BBBAAAQKPQKP最大流量最大流量2maxmax2maxmaxBBBAAAQKPQKP任意流量任意流量416416maxmaxBBBAAAPPIPPI4164162max22max2BBBBBAAAAAQKQKIQKQKI4164162max22max2BBBAAAQQIQQI4)4(*BBIIABII*4162max2*BBBQQI2maxmaxABBAQQQQ假設(shè)假設(shè)BAQQK 2m

3、axmax2ABQQK2. 流量與其測量信號成線性關(guān)系流量與其測量信號成線性關(guān)系4444BBAAIIIIQAC物料物料B物料物料ADTDTR合合成成爐爐QAQBIAIBIB*IBIAABII*4)4(*BBII4)444(44BAII44BAIImaxmaxmaxmax44ABBABBAAQQQQQQQQ4164162max22max2BBBAAAQQIQQImaxmaxABQQK 二、比值系統(tǒng)中的非線性特性二、比值系統(tǒng)中的非線性特性1. 非線性關(guān)系非線性關(guān)系2max32AAAApQQdQdIk2. 線性關(guān)系線性關(guān)系max4AAApQdQIdk4162max2AAAQQI44 AAII44ma

4、xAAAQQI三、常見比值控制系統(tǒng)三、常見比值控制系統(tǒng)1. 開環(huán)比值控制系統(tǒng)開環(huán)比值控制系統(tǒng)副流量副流量主流量主流量Q1TQ1Q2Q2C優(yōu)點：優(yōu)點：簡單，成本低簡單，成本低缺點：缺點：無抗干擾能力，當副流管線壓力等改變時，不能保證所要求的比值。無抗干擾能力，當副流管線壓力等改變時，不能保證所要求的比值。適用場合：適用場合： 控制目標：控制目標：Q2 : Q1= K調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥設(shè)定值設(shè)定值比值器比值器流量變送器流量變送器Q1Q1TQ2C2. 閉環(huán)定比值控制系統(tǒng)閉環(huán)定比值控制系統(tǒng)副流量副流量主流量主流量Q1Q2Q2CQ1TRQ2T(1)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)優(yōu)點：優(yōu)點：不但能實現(xiàn)副流

5、量跟隨主不但能實現(xiàn)副流量跟隨主流量變化，而且能克服流量干擾流量變化，而且能克服流量干擾等。結(jié)構(gòu)較簡單，應(yīng)用較廣泛。等。結(jié)構(gòu)較簡單，應(yīng)用較廣泛。缺點：缺點：主流量不受控。主流量不受控。適用場合：適用場合：適用于負荷變化不大，適用于負荷變化不大，兩物料比值要求較精確的過程。兩物料比值要求較精確的過程。調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥對象對象比值器比值器流量變送器流量變送器Q1Q2流量變流量變送器送器副流量副流量主流量主流量Q1Q2Q2CQ1TQ1CRQ2T(2)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)主流量回路：主流量回路：克服主流量擾動，實現(xiàn)克服主流量擾動，實現(xiàn)其定值控制。其定值控制。副流量回路：副流量回路

6、：抑制副回路中的擾動，抑制副回路中的擾動，使副流量與主流量成比值關(guān)系。使副流量與主流量成比值關(guān)系。 優(yōu)點：優(yōu)點：克服單閉環(huán)主流量不受控的不足，控制系統(tǒng)克服單閉環(huán)主流量不受控的不足，控制系統(tǒng)更為穩(wěn)定；升降負荷比較方便。更為穩(wěn)定；升降負荷比較方便。適用場合：適用場合：適用于主副流量擾動頻繁，負荷變化較適用于主副流量擾動頻繁，負荷變化較大或經(jīng)常需要提降負荷的場合。大或經(jīng)常需要提降負荷的場合。主流量主流量Q1Q2主調(diào)節(jié)器主調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥主流量變送器主流量變送器調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥副流量副流量副調(diào)節(jié)器副調(diào)節(jié)器副流量變送器副流量變送器比值器比值器3. 變比值控制系統(tǒng)（串級比值控制系統(tǒng)）變比值控制系統(tǒng)（串級比值

7、控制系統(tǒng)） 變比值控制系統(tǒng)是一個變比值控制系統(tǒng)是一個以第三個變量為主變量以第三個變量為主變量(質(zhì)量質(zhì)量指標指標)、以兩個流量比為副變、以兩個流量比為副變量的串級控制系統(tǒng)。量的串級控制系統(tǒng)。反反 應(yīng)應(yīng) 器器空氣空氣氨氣氨氣QTQTQCCT溫度調(diào)節(jié)器溫度調(diào)節(jié)器流量調(diào)節(jié)器流量調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥氨氣流量氨氣流量流量檢測變送器流量檢測變送器除法器除法器溫度檢測變送器溫度檢測變送器流量檢測變送器流量檢測變送器 + + 溫度溫度給定給定空氣流量空氣流量反應(yīng)器溫度反應(yīng)器溫度四、比值方案的實施四、比值方案的實施相乘實施方案相乘實施方案 根據(jù)F2kF1，對F1的測量值乘以比值k作為F2流量調(diào)節(jié)器的設(shè)定值。相除實施

8、方案相除實施方案 根據(jù)F2F1 k，將F2與F1的測量值相除之后的數(shù)值作為比值控制器的測量值。(1) 單閉環(huán)比值控制單閉環(huán)比值控制 副流量控制回路是跟隨主流量而變化的隨動系統(tǒng)，因此要求反映快速、準確。故應(yīng)采用PI控制方式控制方式，并將過渡過程整定成非周期臨界情況。 五、系統(tǒng)選用原則與工程整定五、系統(tǒng)選用原則與工程整定 調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定步驟可歸納如下：l 根據(jù)工藝要求的流量比值K，求得比值系數(shù)比值系數(shù)。l 將積分時間置于最大值積分時間置于最大值，由大到小逐步改變比例度改變比例度，直到在階躍干擾下過渡過程處于振蕩與不振蕩的臨界過程振蕩與不振蕩的臨界過程為止。l 適當放寬比例度的情況下，逐步緩慢地減

9、小積分時間減小積分時間，直到出現(xiàn)振蕩與不振蕩的臨界過程或稍有一點超調(diào)的情況為止。（2）雙閉環(huán)比值控制）雙閉環(huán)比值控制 主流量控制環(huán)實現(xiàn)定值控制，從流量控制環(huán)實現(xiàn)自身的穩(wěn)定控制和對主流量變化的跟蹤，從而實現(xiàn)主、副流量的比值恒定。l 兩閉環(huán)調(diào)節(jié)器均應(yīng)選擇PI控制規(guī)律控制規(guī)律；l 使副流量控制環(huán)響應(yīng)較主流量控制環(huán)快使副流量控制環(huán)響應(yīng)較主流量控制環(huán)快，這樣副流量控制系統(tǒng)才有能跟上主流量的變化，保證主、副流量比值恒定；l 主、副控制回路都應(yīng)將過渡過程整定成非周期臨界情況整定成非周期臨界情況；l 整定參數(shù)需防止副動量回路共振問題共振問題。（3）變比值控制（串級比值控制系統(tǒng)）變比值控制（串級比值控制系統(tǒng)）

10、當兩種物料流量的比值與第三工藝參量有內(nèi)在關(guān)系，需要根據(jù)主流量的測得值和第三工藝參量的給定值調(diào)整主副物料流量的比值實現(xiàn)對第三工藝參量給定值的跟蹤控制（或定值控制）時，應(yīng)選用變比值控制方案。 仿效串級控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的選擇原則，主調(diào)節(jié)主調(diào)節(jié)器選擇器選擇PI或或PID控制規(guī)律；副調(diào)節(jié)器（即副流量調(diào)節(jié)器）可控制規(guī)律；副調(diào)節(jié)器（即副流量調(diào)節(jié)器）可按單閉環(huán)控制系統(tǒng)進行整定。按單閉環(huán)控制系統(tǒng)進行整定。（4）主副物料的選擇）主副物料的選擇 主副物料的確定是控制系統(tǒng)設(shè)計的首要一步，主要依循以下原則：l 貴重原則l 不可控原則l 主導作用原則l 流量大小原則l 工藝需要原則 丁稀洗滌塔的作用是用水丁稀洗滌塔

11、的作用是用水除去丁稀餾分所夾帶的微量乙除去丁稀餾分所夾帶的微量乙腈，為保證洗滌質(zhì)量，要求根腈，為保證洗滌質(zhì)量，要求根據(jù)進料流量配以一定比例的洗據(jù)進料流量配以一定比例的洗滌水流量。滌水流量。1. 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)洗洗滌滌塔塔含乙腈的含乙腈的丁稀餾分丁稀餾分含乙腈的洗滌水含乙腈的洗滌水K洗滌水洗滌水QC丁稀丁稀比值器比值器檢測變送器檢測變送器1Q2Q對象對象調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥檢測變送器檢測變送器六、比值控制系統(tǒng)應(yīng)用舉例六、比值控制系統(tǒng)應(yīng)用舉例2. 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)K1QC2QC2Q1Q混混合合反反應(yīng)應(yīng)器器二二氧氧化化碳碳氧氧氣氣1Q主對象主對象調(diào)節(jié)器調(diào)

12、節(jié)器調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥主流量變送器主流量變送器rQ1調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥2Q副對象副對象調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器副流量變送器副流量變送器比值器比值器二氧化碳與氧氣流量的雙閉環(huán)比值控制二氧化碳與氧氣流量的雙閉環(huán)比值控制3. 變比值控制系統(tǒng)變比值控制系統(tǒng)空氣空氣氧氧化化爐爐預(yù)預(yù)熱熱TC氨氣氨氣混混合合QC空氣空氣氧氧化化爐爐預(yù)預(yù)熱熱TC氨氣氨氣混混合合y主對象主對象調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥流量對象流量對象2Q調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器流量變送器流量變送器ry比值器比值器流量變送器流量變送器1Q除法器除法器主參數(shù)檢測變送器主參數(shù)檢測變送器例例1 自來水消毒過程要求氯氣注入量和自來水量保持一定的比值關(guān)系，用DDZ-型儀表組成一控制系統(tǒng)。氯氣的正常流量為

13、120kg/h，儀表量程為0240kg/h；自來水的正常流量為240kg/h，儀表量程為0360kg/h。試設(shè)計控制氯氣的單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，并分別計算引入開方器和不引入開方器時系統(tǒng)的比值系數(shù)。氯氣QAQBCQBTRQATQB來自過濾器的凈化水供用戶75. 0240360240120maxmax1BAABQQQQ5625. 0212maxmax22BAABQQQQ解：采用乘法器的單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，如下圖所示，其中QA為物料A自來水的流量，QB為物料B氯氣的流量。(1) 引入開方器時：(2) 不引入開方器時：均勻控制系統(tǒng)均勻控制系統(tǒng)均勻控制系統(tǒng)均勻控制系統(tǒng)是指兩個工藝參數(shù)在規(guī)定范圍內(nèi)能緩慢地、

14、均勻是指兩個工藝參數(shù)在規(guī)定范圍內(nèi)能緩慢地、均勻地變化，使前后設(shè)備在物料供求上相互兼顧、均勻協(xié)調(diào)的系統(tǒng)。地變化，使前后設(shè)備在物料供求上相互兼顧、均勻協(xié)調(diào)的系統(tǒng)。 甲塔甲塔LCLTQCQT乙塔乙塔液位與流量不協(xié)調(diào)控制方案液位與流量不協(xié)調(diào)控制方案一一均勻控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案均勻控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案1. 簡單均勻方案簡單均勻方案QHt0H0Q0QHQHt0H0Q0HQQHt0H0Q0HQ甲塔甲塔LCLTQH乙塔乙塔簡單均勻方案簡單均勻方案液位定值控制液位定值控制 流量定值控制流量定值控制液位與流量均勻控制液位與流量均勻控制特點：特點：結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，成本結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，成本低，但是控制效果較差。低

15、，但是控制效果較差。適用于擾動較小，對流量的均勻程適用于擾動較小，對流量的均勻程度要求較低的場合。度要求較低的場合。2. 串級均勻方案串級均勻方案甲塔甲塔LCLTQCQT乙塔乙塔串級均勻方案串級均勻方案特點：特點：能克服調(diào)節(jié)閥前后壓力波動較大的擾動，使主、副參數(shù)變化均能克服調(diào)節(jié)閥前后壓力波動較大的擾動，使主、副參數(shù)變化均勻緩慢平穩(wěn)，控制質(zhì)量較高，應(yīng)用廣泛。勻緩慢平穩(wěn)，控制質(zhì)量較高，應(yīng)用廣泛。分程控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)分程控制方框圖分程控制方框圖 分程控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)是將一個調(diào)節(jié)器的輸出分成若干個信號是將一個調(diào)節(jié)器的輸出分成若干個信號范圍，由各個信號段去控制相應(yīng)的調(diào)節(jié)閥，從而實現(xiàn)了一范圍，由各

16、個信號段去控制相應(yīng)的調(diào)節(jié)閥，從而實現(xiàn)了一個調(diào)節(jié)器對多個調(diào)節(jié)閥的控制，有效地提高了過程控制系個調(diào)節(jié)器對多個調(diào)節(jié)閥的控制，有效地提高了過程控制系統(tǒng)的控制能力。統(tǒng)的控制能力。 例例一個氣動調(diào)節(jié)閥在調(diào)節(jié)器一個氣動調(diào)節(jié)閥在調(diào)節(jié)器輸出信號輸出信號20KPa60KPa；另 一 個 氣 動 調(diào) 節(jié) 閥 在另 一 個 氣 動 調(diào) 節(jié) 閥 在60KPa100KPa范圍內(nèi)工作。范圍內(nèi)工作。一、分類一、分類1、調(diào)節(jié)閥同向動作、調(diào)節(jié)閥同向動作a a）調(diào)節(jié)閥）調(diào)節(jié)閥A A、B B均為氣開閥均為氣開閥b b）調(diào)節(jié)閥）調(diào)節(jié)閥A A、B B均為氣關(guān)閥均為氣關(guān)閥2、調(diào)節(jié)閥異向動作、調(diào)節(jié)閥異向動作a a）調(diào)節(jié)閥）調(diào)節(jié)閥A A為氣開

17、閥，為氣開閥，B B為氣關(guān)閥為氣關(guān)閥b b）調(diào)節(jié)閥）調(diào)節(jié)閥A A為氣關(guān)閥，為氣關(guān)閥，B B為氣開閥為氣開閥二、分程控制的應(yīng)用場合二、分程控制的應(yīng)用場合1、用于節(jié)能控制、用于節(jié)能控制冷水閥應(yīng)在低信號區(qū)工作（冷水閥應(yīng)在低信號區(qū)工作（20KPa60KPa），），蒸汽閥應(yīng)在高信號區(qū)工作（蒸汽閥應(yīng)在高信號區(qū)工作（60KPa100KPa）。）。minmaxCCR 2、用于擴大調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍、用于擴大調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍假設(shè)100, 4maxmaxBACC且兩閥的可調(diào)范圍均為30BARRR133.0304minC小閥的最小流量系數(shù)為1041004maxmaxmaxBACCC最大流量系數(shù)為30782133.01

18、04R分程控制系統(tǒng)的可調(diào)范圍將擴大到3、用于保證生產(chǎn)過程的安全、穩(wěn)定、用于保證生產(chǎn)過程的安全、穩(wěn)定a a）儲罐氮封分程控制系統(tǒng)）儲罐氮封分程控制系統(tǒng)b b）調(diào)節(jié)閥）調(diào)節(jié)閥A A、B B異向動作圖異向動作圖某些間歇式某些間歇式生產(chǎn)的化學生產(chǎn)的化學反應(yīng)過程反應(yīng)過程4、用于控制兩種不同的介質(zhì)、用于控制兩種不同的介質(zhì)釜式間歇反應(yīng)器的溫度控制釜式間歇反應(yīng)器的溫度控制四、注意事項四、注意事項2、調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇、調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇a a）直線性閥）直線性閥A A、B B的流量特性的流量特性b b）對數(shù)閥）對數(shù)閥A A、B B的流量特性的流量特性采用分程信號重疊法采用分程信號重疊法1、調(diào)節(jié)閥的泄漏量、

19、調(diào)節(jié)閥的泄漏量選擇性控制系統(tǒng)選擇性控制系統(tǒng)非正常工況時的控制系統(tǒng)安全保護性措施有兩類：非正常工況時的控制系統(tǒng)安全保護性措施有兩類： 一類是硬保護措施一類是硬保護措施 一類是軟保護措施一類是軟保護措施 通常系統(tǒng)中設(shè)有兩個控制器（或兩個以上的變送器），通常系統(tǒng)中設(shè)有兩個控制器（或兩個以上的變送器），通過選擇器選出能適應(yīng)生產(chǎn)安全狀況的控制信號，實現(xiàn)對通過選擇器選出能適應(yīng)生產(chǎn)安全狀況的控制信號，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的自動控制。生產(chǎn)過程的自動控制。 液面超限控制液面超限控制系統(tǒng)系統(tǒng)a)一般控制系統(tǒng)一般控制系統(tǒng) b)選擇性控制系統(tǒng)選擇性控制系統(tǒng)液氨液氨 冷卻控制系統(tǒng)冷卻控制系統(tǒng) 一、選擇性控制系統(tǒng)的類型1連續(xù)型

20、選擇性控制系統(tǒng)連續(xù)型選擇性控制系統(tǒng)（1）選擇器位于兩個控制器與一個執(zhí)行器之間這是選擇性）選擇器位于兩個控制器與一個執(zhí)行器之間這是選擇性控制系統(tǒng)中常用的類型。控制系統(tǒng)中常用的類型。 蒸汽壓力與燃料氣壓力的選擇性控制系統(tǒng)蒸汽壓力與燃料氣壓力的選擇性控制系統(tǒng)例例以鍋爐為例以鍋爐為例（2）選擇器位于控制器之前）選擇器位于控制器之前特點：特點：多個變送器共用一個控制器，選擇器位于控制器之前，對多個變送器共用一個控制器，選擇器位于控制器之前，對變送器的輸出信號進行選擇。變送器的輸出信號進行選擇。冗余系統(tǒng) 競爭控制系統(tǒng)用途主要有：用途主要有： 一個變量一個變量是工藝操作的主要技術(shù)指標；是工藝操作的主要技術(shù)指標； 另一個變量另一個變量只在工藝上對其有一限值要求，只要不超出該限只在工藝上對其有一限值要求，只要不超出該限值，就能保證生產(chǎn)的正常進行。值，就能保證生產(chǎn)的正常進行。2開關(guān)型選擇性控制系統(tǒng)開關(guān)型選擇性控制系統(tǒng)這種控制系統(tǒng)一般有兩