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化工自动化控制系统第1页，共25页，星期日，2025年，2月5日复杂控制系统

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第2页，共25页，星期日，2025年，2月5日一、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第3页，共25页，星期日，2025年，2月5日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。TTTCPT原料PC主回路副回路第4页，共25页，星期日，2025年，2月5日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第5页，共25页，星期日，2025年，2月5日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。第6页，共25页，星期日，2025年，2月5日二、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。第7页，共25页，星期日，2025年，2月5日分程控制系统简图如下：

调节器0.02～0.06Mpa0.06～0.1Mpa分程控制系统图第8页，共25页，星期日，2025年，2月5日分程控制方案中，阀的开闭形式，可分为同向和异向两种阀门开度％01000.020.060.1Mpa气开阀阀门开度％01000.020.060.1Mpa气关阀同向分程控制方案阀门开度％10000.020.060.1Mpa气关阀气开阀00.020.060.1Mpa气关阀气开阀异向分程控制方案第9页，共25页，星期日，2025年，2月5日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。第10页，共25页，星期日，2025年，2月5日甲醇储罐氮封分程控制系统甲醇氮气PCAB氮气PT气开气关阀门开度％10000.020.060.1Mpa气关阀气开阀异向分程控制方案给定值第11页，共25页，星期日，2025年，2月5日三、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。第12页，共25页，星期日，2025年，2月5日∑LCFC蒸汽