过程控制第八章均匀选择优秀课件.ppt

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1、过程控制第八章均匀过程控制第八章均匀选择选择第1页，本讲稿共35页8-1均匀控制系统均匀控制系统8.1.1均匀控制系统的由来图多塔分离过程物料供求关系连续精馏塔多塔分离过程塔塔：要求液位平稳：要求液位平稳控制量为塔底液体排出流量塔塔：要求进料流量平稳：要求进料流量平稳控制量为进料管道流量二者联系：塔二者联系：塔塔底液体排出量为塔塔底液体排出量为塔进料量进料量.两套控制系统的控制目标存在矛两套控制系统的控制目标存在矛盾盾调调节节器器调调节节器器Q1Q2？如何解决 均匀控制系统(均流控制系统):控制目标在最大扰动时，塔在最大扰动时，塔1液位仍在允许的上，下限间波动液位仍在允许的上，下限间波动限制塔

2、限制塔2的进料变化速度，进料要求平稳或变化缓慢；的进料变化速度，进料要求平稳或变化缓慢；第2页，本讲稿共35页8.1.2均匀控制的实现1.单回路调节系统结构-实现均匀控制结构同结构同单回路纯液位控制系统单回路纯液位控制系统，控制目的不同，实现时体现，控制目的不同，实现时体现在在调节器选型与参数整定调节器选型与参数整定不同不同 调调节节器器Q1Q2？怎样进行调节器选型与参数整定才能用液位控制？怎样进行调节器选型与参数整定才能用液位控制系统结构实现均匀控制目的系统结构实现均匀控制目的第3页，本讲稿共35页分析：分析：单回路纯液位控制系统，调节器采用单回路纯液位控制系统，调节器采用P,PI规律，不同

3、比规律，不同比例度例度,积分时间时液位与流量曲线积分时间时液位与流量曲线HQ2H,Q2控制作用很强时H,Q2曲线窄的比例度(10%-40%)或小的积分时间HQ2H,Q2控制作用弱时H,Q2曲线宽的比例度或大的积分时间即：希望液位变化更平稳，则控制器取小的比例度，小的积分时间即：希望液位变化更平稳，则控制器取小的比例度，小的积分时间.希望排出流量变化更平稳，则控制器取大的比例度，大的积分时间希望排出流量变化更平稳，则控制器取大的比例度，大的积分时间.第4页，本讲稿共35页采用纯比例调节器，取较宽比例度，使控制作用采用纯比例调节器，取较宽比例度，使控制作用“弱弱”尽量不使用比例积分控制规律，或者使

4、用时取大的积分时间尽量不使用比例积分控制规律，或者使用时取大的积分时间不用微分控制规律不用微分控制规律结论：用单回路液位控制系统结构实现均匀控制目的结论：用单回路液位控制系统结构实现均匀控制目的调节器选型与参数整定注意：调节器选型与参数整定注意：第5页，本讲稿共35页串级形式的均匀调节系统2串级形式的均匀控制结构同串级系统，控制目的不同，实现时体现在调节器选型结构同串级系统，控制目的不同，实现时体现在调节器选型与参数整定不同与参数整定不同pd调节器调节器Q1Q2 p2Q2gQ2塔釜液位调节器流量调节器调节阀管道系统第6页，本讲稿共35页(1)调节器（液位调节器）的整定：选择比例规律选择比例积分

5、规律取较宽比例度，较大积分时间(2)调节器调节器(副回路流量控制器副回路流量控制器)的整定的整定选择比例积分规律，整定步骤同单回路流量选择比例积分规律，整定步骤同单回路流量 控制系统调节器控制系统调节器方法方法第7页，本讲稿共35页第8页，本讲稿共35页8-2 选择性控制系统选择性控制系统 为了适应在不同工况下能实现自动控制，在控制回路中引入为了适应在不同工况下能实现自动控制，在控制回路中引入选择器选择器，设计两个或两个以上，设计两个或两个以上控制系统，当工况改变时，自动选择一个适当的控制系统投入运行控制系统，当工况改变时，自动选择一个适当的控制系统投入运行选择性控制系统选择性控制系统结构特点

6、采用选择器结构特点采用选择器选择器分类选择器分类:高选器高选器:选择器的输出等于输入信号中最高者选择器的输出等于输入信号中最高者低选器低选器:选择器的输出等于输入信号中最低者选择器的输出等于输入信号中最低者ui1uiNuoLSui1uiNuoHSUo=min(ui1,uiN)Uo=max(ui1,uiN)第9页，本讲稿共35页例1：液氨蒸发器控制方案(1)工艺原理：液氨气氨被冷物料液氨蒸发器控制指标:要求被冷却物料出口温度稳定.此时液氨液位在一定允许范围内。一.对调节器输出信号进行选择8-2 选择性控制系统选择性控制系统 液氨气氨被冷物料TC(a)被冷物料出口温度单回路控制系统非正常工况非正常

7、工况:液位高度超过上限液位高度超过上限.第10页，本讲稿共35页液氨气氨被冷物料LC选择器TC(b)温度与液位选择性温度与液位选择性控制控制防超限控制防超限控制图液氨蒸发器控制方案选择性控制：正常工况（正常回路）：被冷物料出口温度单回路控制系统非正常工况（取代回路）：液位单回路控制系统二者的切换通过选择器自动根据工况实现第11页，本讲稿共35页给定2变送器2执行器对象被控量2给定1变送器1控制器1选择器被控量1干扰控制器2正常控制取代控制液氨蒸发器选择性控制系统方框图8-2 选择性控制系统选择性控制系统 液氨气氨被冷物料LC选择器TC(b)温度与液位选择性控温度与液位选择性控制制防超限控制防超

8、限控制第12页，本讲稿共35页(2)选择器的性质低值选择器还是高值选择器本例选低选器首先确定调节阀的型式。确定取代回路对象的特性。确定取代调节器的正反作用方式。由工作原理确定选择器的性质。第13页，本讲稿共35页调节阀的气开，气关形式调节阀的气开，气关形式本例应选用气开式调节阀本例应选用气开式调节阀（故障时全关）（故障时全关）液氨气氨被冷物料LCLSTC液氨蒸发器选择性控制？选择器的性质确定？选择器的性质确定第14页，本讲稿共35页液氨气氨被冷物料LCLSTC液氨蒸发器选择性控制对温度控制系统（正常工况）：对温度控制系统（正常工况）：被控参数：物料出口温度被控参数：物料出口温度调节参数：液氨流

9、量调节参数：液氨流量被控对象：液氨蒸发器被控对象：液氨蒸发器调节阀的气开，气关形式本例应选用气开式调节阀调节阀的气开，气关形式本例应选用气开式调节阀（故障时全关）（故障时全关）.Kv为为“+”液氨流量增加，物料出口温度降低。液氨流量增加，物料出口温度降低。Ko为为“-”温度控制器温度控制器Kc为为“-”,为正作用方式。为正作用方式。8-2 选择性控制系统选择性控制系统 第15页，本讲稿共35页液氨气氨被冷物料LCLSTC液氨蒸发器选择性控制对液位控制系统（取代回路）：对液位控制系统（取代回路）：被控参数：液氨液位被控参数：液氨液位调节参数：液氨流量调节参数：液氨流量被控对象：液氨蒸发器被控对象

10、：液氨蒸发器液氨流量增加，液氨液位升高。液氨流量增加，液氨液位升高。Ko为为“+”选用气开式调节阀选用气开式调节阀.Kv为为“+”液位控制器液位控制器Kc为为“+”,为反作用方式。为反作用方式。选择器的选择取决于取代调节器选择器的选择取决于取代调节器液位控制器为反作用，当测量值高于上限值时，控制器输出液位控制器为反作用，当测量值高于上限值时，控制器输出信号会减小该信号减小后，要求选中液位控制器，故用低信号会减小该信号减小后，要求选中液位控制器，故用低选器选器第16页，本讲稿共35页(3)控制器规律选择与参数整定正常工况下控制系统的调节器的参数整定同常规情况正常工况下控制系统的调节器的参数整定同

11、常规情况取代调节器的参数整定应使控制作用较常规情况强，一般采用取代调节器的参数整定应使控制作用较常规情况强，一般采用小比例度小比例度H温度与液位选择性控制系统方块图第17页，本讲稿共35页燃气锅炉给水蒸汽汽包炉膛P1TP1C工艺要求锅炉输出蒸汽压力稳定。特殊工况一：如果蒸汽用量突然大幅特殊工况一：如果蒸汽用量突然大幅度增加，会使蒸汽压力大幅度降低，蒸汽度增加，会使蒸汽压力大幅度降低，蒸汽压力控制系统会使燃气流量大幅度增加，压力控制系统会使燃气流量大幅度增加，此时燃气压力过高会发生脱火。试设计一此时燃气压力过高会发生脱火。试设计一个控制系统保证在两种情况下自动切换。个控制系统保证在两种情况下自动

12、切换。正常工况：用单回路控制系统控制，则根据蒸汽出口压力控制燃气量。正常工况：用单回路控制系统控制，则根据蒸汽出口压力控制燃气量。例 锅炉蒸汽压力的控制1.确定控制系统类型确定控制系统类型2画出控制系统方框图画出控制系统方框图3试确定调节器正反作用。试确定调节器正反作用。4如有其他需要设计部分，如有其他需要设计部分，请给出。请给出。第18页，本讲稿共35页燃气锅炉给水蒸汽汽包炉膛P2C选择器1P2TP1TP1C反反反反气开气开1.采用选择性控制系统。采用选择性控制系统。正正常常工工况况：用用单单回回路路控控制制系系统统控控制制，则则根根据据蒸蒸汽汽出出口口压压力力控控制制燃燃气气量量。为为防防

13、止止产产生脱火现象，增加一个燃气高压保护取代控制回路。生脱火现象，增加一个燃气高压保护取代控制回路。用低选器自动地选择两用低选器自动地选择两个控制信号中较低的一个，作个控制信号中较低的一个，作为阀门的控制信号。为阀门的控制信号。4.需确定选择器性质。需确定选择器性质。选择器的选择取决于取代选择器的选择取决于取代调节器调节器反反第20页，本讲稿共35页二竞争控制系统-对变送器输出信号进行选择这种系统的选择器装在控制器之前，对变送器输出信号进行选择。用于几个被控变量的给定值、控制规律都一样的场合。给定变送器2执行器对象被控量2变送器1选择器被控量1干扰 控制器正常控制第21页，本讲稿共35页例3

14、固定床反应器中热点温度的控制HS冷却液入料T1TTC气关T2TT3T反应器产品反给定变送器2执行器对象3段变送器1选择器被控量1 控制器对象2段对象1段变送器1第22页，本讲稿共35页3分程控制系统分程控制系统一台控制器去控制几个执行器，并且是按输出信号的不同区间去控制不同调节阀动作电气控制器AB0.020.06MPa0.060.1MPa0.020.1MPa0.020.1MPa4-20mA图分程控制示意图A,B-阀门定位器（用于实现分程控制系统的关键）8。3。1分程控制系统简图给定执行器1对象1变送器控制器干扰执行器2对象2第23页，本讲稿共35页0.020.1 MPa阀开度 100%0.06

15、AB(a)调节器输出信号调节器输出信号0.020.1 MPa阀开度 100%0.06BA(b)0.020.1 MPa阀开度 100%0.06AB调节器输出信号(d)分程控制方案阀的开闭形式调节阀分程动作（同向）调节阀分程动作（异向）分程控制方案调节器输出信号0.020.1 MPa阀开度 100%0.06AB第24页，本讲稿共35页一、用于扩大调节阀的可调范围8。3。2分程控制系统设计及工业应用两个同向特性的调节阀并联控制一种介质的流量时，总流量特性是两个阀流量特性的叠加组合。MPa0100%0.020.060.10A阀B阀P（MPa）总流量特性0流量 Q（%）1000.020.060.1045

16、第25页，本讲稿共35页第26页，本讲稿共35页设大小两个调节阀的最大流量分别为：Q2max=105 m3、Q1max=4.2m3；可调范围均为 R=308。3。2分程控制系统设计及工业应用则两个阀的最小流量分别为：则两个阀的最小流量分别为：Q2min=Q2max/R=105/30=3.5 Q1min=Q1max/R=4.2/30=0.14两个调节阀并联使用时：两个调节阀并联使用时：最小流量为：最小流量为：Qmin=Q1min=0.14最大流量为：最大流量为：Qmax=Q2max+Q1max=107.2可调范围可调范围R并并=Qmax /Qmin=107.2/0.14=780并联使用后调节阀的

17、可调范围增大了并联使用后调节阀的可调范围增大了26倍。倍。第27页，本讲稿共35页例：间歇反映器温度控制如图，试设计一个合理的控制系统满足工艺控制要求。TC热水冷冷水水图反应器温度分程控制被控对象：反应器被控对象：反应器被控参数：反应器温度被控参数：反应器温度调节参数：冷水与蒸汽调节参数：冷水与蒸汽8。3。2分程控制系统设计及工业应用二.用于一个控制回路需要控制多个操纵量控制系统结构：分程控制控制系统结构：分程控制（1）确定控制系统类型（2）指出被控变量，操纵变量（3）画出控制系统方框图（4）确定两个执行器气开，气关形式（5）试确定调节器正反作用。（6）如有其他需要设计部分，请给出。第28页，

18、本讲稿共35页冷水热水第29页，本讲稿共35页例：储罐氮封分程控制系统氮封目的氮封技术要求：保持储罐内氮气压呈微量正压。储罐氮封分程控制系统PC排空气关阀B气开阀AN2N2物料(4)阀的气开，气关形式充氮气阀A气开阀排氮气阀B气关阀（1）控制系统结构：分程控制）控制系统结构：分程控制（1）确定控制系统类型（2）指出被控变量，操纵变量（3）画出控制系统方框图（4）确定两个执行器气开，气关形式（5）试确定调节器正反作用。（6）如有其他需要设计部分，请给出。第30页，本讲稿共35页0.020.1 MPa阀开度 100%0.06AB调节器输出信号（6）分程动作图压力调节器为反作用调节器压力调节器为反作

19、用调节器对充氮气而言，氮气流量增加，氮气压力增加被控对象对排氮气而言，氮气流量增加，氮气压力减少被控参数氮气压力被控参数氮气压力例：储罐氮封分程控制系统（5）调节器正反作用方式）调节器正反作用方式第31页，本讲稿共35页小结了解均匀，选择性，分程等控制系统的引入原因,使用场合。掌握各种控制系统的设计过程掌握各种控制系统的工作过程，结构框图掌握均匀控制系统与纯液位控制系统的区别，反映在控制器参数整定上有何不同。掌握分程控制系统的工作过程及分程图的含义掌握选择性控制系统的工作过程，选择器的选择。第32页，本讲稿共35页控制系统结构特点控制特点 串级两控制器串联两闭合回路形成内外环解决对象滞后大，干

20、扰作用强而频繁，负荷变化大的问题 前馈前馈 开环控制开环控制对特定干扰加补偿器对特定干扰加补偿器 反馈反馈 反馈回路和开环反馈回路和开环的补偿回路叠加的补偿回路叠加而成而成在干扰频繁，对象有较大在干扰频繁，对象有较大滞后时，对主要干扰加补滞后时，对主要干扰加补偿器偿器总结第33页，本讲稿共35页控制系统结构特点控制特点 大滞后大滞后 采样控制；采样控制；Simth预估补预估补偿控制偿控制调一调、等一等；调一调、等一等；利用预估器提前做出响利用预估器提前做出响应、提前控制应、提前控制 比值比值 单闭环单闭环双闭环双闭环变比值变比值实现几个流量参数实现几个流量参数符合一定比例关系符合一定比例关系 均匀均匀 简单均匀控制简单均匀控制串级均匀控制串级均匀控制对两个有控制矛盾对两个有控制矛盾的被控参数，进行的被控参数，进行协调控制协调控制第34页，本讲稿共35页控制系统结构特点控制特点 分程分程 一个控制器一个控制器对多个控制阀对多个控制阀 解耦解耦 多个控制回路多个控制回路对一个控制阀对一个控制阀实现多个操实现多个操纵量协调操作纵量协调操作实现多个被控参实现多个被控参数选择控制数选择控制 选择选择 前馈解耦前馈解耦对角矩阵解耦对角矩阵解耦单位矩阵解耦单位矩阵解耦解除控制回路间解除控制回路间的耦合影响的耦合影响第35页，本讲稿共35页