化工自动化过程控制系统(第二节).pptVIP

化工自动化过程控制系统 复杂控制系统 按控制系统的结构特征分类，控制系统所谓的复杂，是相对于简单而言的。凡是多参数具有两个以上变送器、两个以上控制器或两个以上调节阀组成的多回路的自控系统，称之为复杂控制系统。 目前常用的复杂控制系统有串级、分程、三冲量、前馈、选择、比值等。并且随着生产需要和科学技术的进步，又出现了许多新型的控制系统 一、串级控制系统 串级控制系统的特点：两个调节器相串联，主调节器的输出作为副调节器的给定，适用于时间常数及纯滞后较大的对象。 串级控制系统的基本概念与方框图 串级控制系统的实际应用 加热炉原料出口温度控制系统若采用简单温度控制，当负荷发生变化时，由温变、控制器和调节阀组成一个单回路控制系统，去克服由于变化而引起的原料出口温度的波动，以保持出口温度在设定值上。 但是，当燃料气压力波动大且频繁时，由于加热炉滞后很大，将引起原料出口温度的大幅度波动。为此，先构成一个燃料气压力（或流量）的控制系统（回路Ⅱ），首先稳定燃料气的压力（或流量），而把原料出口温度控制器的输出，作为压力控制器的设定值，形成回路Ⅰ，使压力控制器随着原料出口温度控制器的需要而动作，这样就构成了如图中所示的温度－压力串级控制系统。 TT TC PT 原料 PC 主回路 副回路 串级控制系统的方框图 在这个控制系统中，原料出口温度称为被控变量，简称主变量。调节阀阀后燃料气压力称为副被控变量，简称为副变量。温度控制器称为主控制器，压力控制器称为副控制器。从燃料阀阀后到原料出口温度这个温度对象称为主对象。阀后压力对象称为副对象。由副控制器、调节阀、副对象、副测量变送器组成的回路称为副回路。而整个串级控制系统包括主对象、主控制器、副回路等效环节和主变量测量变送器，称为主回路，又称主环和外环。 主测量变送单元 主调节器 调节阀 副调节器 副对象 主对象 副测量变送单元 串级控制系统的特点： 1）、对进入副回路的扰动具有较迅速、较 强的克服能力； 2) 、可以改善对象特性，提高工作效率； 3) 、可消除调节阀等非线性的影响； 4）、串级控制系统具有一定的自适应能力。 二、分程控制系统 一般来讲，一台调节器的输出仅控制一个调节阀。若一台调节器去控制几个阀门，并且是按输出信号的不同区间操作不同的阀门，这种控制方式习惯上称为分程控制。 分程控制系统简图如下： 调节器 0.02～0.06Mpa 0.06～0.1Mpa 分程控制系统图 分程控制方案中，阀的开闭形式，可分为同向和异向两种 阀门开度％ 0 100 0.02 0.06 0.1 Mpa 气开阀 阀门开度％ 0 100 0.02 0.06 0.1 Mpa 气关阀 同向分程控制方案 阀门开度％ 100 0 0.02 0.06 0.1 Mpa 气关阀 气开阀 0 0.02 0.06 0.1 Mpa 气关阀 气开阀 异向分程控制方案 同向或异向规律的选择,根据工艺需要来决定。 设计分程控制系统的主要目的： 一、 扩大调节阀的可调范围,改善控制品质; 二、 满足工艺的特殊要求。 工艺特殊要求的分程控制系统 例如：实行氮封的技术要求是,要始终保持储罐内的氮气微正压.储罐内物料增减时,将引起罐顶压力的升降,应及时进行控制,否则将使储罐变形。因此，当储罐内液面上升时，应停止补充氮气，并将压缩的氮气适量排出。反之，液面下降时停止放出氮气。只有这样才能做到隔绝空气，又保证容器不变形的目的。 甲醇储罐氮封分程控制系统 甲醇 氮气 PC A B 氮气 PT 气开 气关 阀门开度％ 100 0 0.02 0.06 0.1 Mpa 气关阀 气开阀 异向分程控制方案 给定值 三、三冲量控制系统 主要用于锅炉汽包液位的控制。 所谓三冲量就是一个前馈加串级的控制系统。〝冲量〞实际就是变量，多冲量控制中的冲量是指引入系统的测量信号。其主要冲量是水位，辅助冲量是蒸汽负荷和给水流量，它是为提高控制品质而引入的。一般我们都采用水位、蒸汽流量和给水流量三冲量控制。 ∑ LC FC 蒸汽 汽包 给水 四、前馈控制系统 简单控制系统属于反馈控制，它的特点是按被控变量的偏差进行控制，因此只有在偏差产生后，控制器才对操纵变量进行控制，以补偿扰动变量对被控变量的影响。若扰动已经产生，而被控变量尚未变化，控制作用是不会产生的，所以，这种控制作用总是落后于扰动作用的，是不及时的控制。 对于滞后大的对象，或扰动幅度大而频繁时，采用简单控制往往不能满足工艺的要求，若引入前馈控制，实现前馈－反馈控制就能获得显著的控制效果。 前馈控制的基本原理就是测取进入过程的扰动量（包括外界扰动和设定值变化），并按照其信号产生合适的控制作用去改变控制量，使被控制变量维持在设定值上。 换热器