过程控制及仪表(9)1_dlh.ppt

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1、第九章第九章 其他控制系统其他控制系统过程控制及仪表过程控制及仪表（过程控制系统篇过程控制系统篇）1/8/20231/8/20231 1辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 本章重点：本章重点：比值控制系统的基本概念和结构；比值控制系统的基本概念和结构；前馈控制系统的基本概念和结构；前馈控制系统的基本概念和结构；前馈特点、前馈反馈、前馈串级控制系统；前馈特点、前馈反馈、前馈串级控制系统；分程与选择控制的概念和实施。分程与选择控制的概念和实施。1/8/20231/8/20232 2辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 第一节第一节 比值控制系统比值控制系统 锅炉燃烧：燃料和空气按一定比例

2、进入炉膛，以保证完全燃烧，提高经济效益。硝酸生产：氧化炉进料氨气和空气按一定比例配合，以使氧化反应顺利进行，保证生产安全。水泥生产：熟料、石膏、矿渣按一定比例配比研磨，以保证产品质量。一、基本概念 定比例变化，比值控制系统是随动控制系统。因从动量随主动量按一表示。副流量与主流量的比值用表示。量：用从物料、从动量、副流表示；量：用主物料、主动量、主流 比值控制系统：凡把两种或两种以上物料自动的保持一定比例的控制系统，称为比值控制系统。k 21GG1/8/20231/8/20233 3辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 很少使用。变化，系统无能为力，因此号，如果开环系统：没有反馈信。最简单的

3、比值控制方案（一）、开环比值控制系统二、比值控制系统的类型212Q QQ K=1/8/20231/8/20234 4辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 。态下服，新的稳流量变化的干扰将被克恒值系统。副回路相当于一个流量若不变化，副流量副流量变化时：这时主。的稳态下变化。使在新成比例变化，即副控制器的设定值按主流量变化时：副流量稳定状态时：。副流量是一个闭环回路。见图（二）、单闭环比值系统KQ/QKQ/QKQ/Q =-212112 K 252返回1/8/20231/8/20235 5辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 副回流的给定值副回流的给定值 QQ 21统的是定值系统，与串级系动

4、系统，对是随路对个闭合回路，该回构上是不一样的，它只有一。但总体结上和串级控制系统相同在连接方式单闭环比值控制系统器，并视为主控制器，如比值器采用比例控制副环相同。洗涤水量的比值控制系统。，丁烯洗涤塔进料量与例：图3-5-21/8/20231/8/20236 6辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 1/8/20231/8/20237 7辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 大的偏离工艺要求值。时主、副流量比值会较偏差，动态过程中对设定值出现较大动，致使副变量在生产化，出现大幅度波荷变化而任意变，可能因干扰作用或负缺点：主流量不受控制负荷变化不大、动态比值要求不高的场合。结构简单，实施方

5、便，应用广泛。适用使本身的干扰，而且能克服流量流量跟随主流量变化，单闭环比值的特点：副 KQ/Q12=因此，不适应动态比值因此，不适应动态比值要求严格，负荷变化较大的场合。要求严格，负荷变化较大的场合。1/8/20231/8/20238 8辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 过比值器提供。，其设定值由主变量通随动系统：副变量回路；定值系统：主变量回路。见图，克服了单闭环的不足增加了主流量控制回路（三）、双闭环比值控制系统4-5-2返回1/8/20231/8/20239 9辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 持比值不变化。跟着变化，保变量设定值，副变量也2、负荷升降方便，改变主环比值

6、系统的缺点。稳定下来，克服了单闭较平稳，这样总负荷就变量也变得比使其变得平稳，从而副1、由于主变量受到控制，特点：控制作用。均选个控制器变化，以防量保证其输出为非周期主流量参数整定时，尽，同样可以保持比值。统是两个独立的单回路去掉比值后，双闭环系荷的场合。2、工艺上经常需要升降负化的场合。上不允许负荷有较大变1、主流量干扰频繁，工艺应用场合：PI “共振”。两1/8/20231/8/20231010辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 例：图例：图2-5-5,异丁烷异丁烷-丁烯馏分与硫酸的双闭环比值控制系统丁烯馏分与硫酸的双闭环比值控制系统主流量稳定主流量稳定副流量稳定副流量稳定主、副流量

7、保主、副流量保持比值关系持比值关系1/8/20231/8/20231111辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 652 的串级控制系统。比值为副变量为主变量而以两种流量是以某种质量指标由图可见，变比值系统。控制系统。见图的。因此提出了变比值比值系数是不可能重新设定，而这些干扰是随机的、幅度不同的，人工修正对比值系数这时为了保证质量，必须流量干扰）。就无法克服（只能克服以上系统化剂活性等变化时，时，如温度、成分、催当系统中存在其他干扰问题的提出：统（串级比值）（四）、变比值控制系yK-返回1/8/20231/8/20231212辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 比值，保证质量。值回路

8、及时克服，保证2、出现流量干扰：通过比正常工作。阀处于某一开度，工艺比值控制器输出稳定，相等，号稳定，且和比值信号恒定，主控制器输出信值恒定，质量指标y恒定，除法器输出的比1、稳定状态：主、副流量工作过程分析：1/8/20231/8/20231313辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 上重新稳定。使系统在新的比值，从而修正比值控制器的设定值，使主控制器输出变化量指标产品质来的真实流量比，最终将影响值已不能表示两流体原温度、压力下的比没变，但在新，变化：对气体流量来说3、主、副物料温度、压力yK1/8/20231/8/20231414辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 系统稳定下来。

9、到原来比值时，、副流量的有效成分回直到主偏离设定值，主控制器将修正比值，响产品质量，使变化了，将直接影效成分比值不变，但参加反应的有虽然4、主、副物料成分变化：yK1/8/20231/8/20231515辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 。空气串级比值控制系统氧化炉温度与氨气例：图系统重新稳定下来。起调节作用，对比值修正，变比值控制系统响质量指标5、催化剂活性化：同样影/,y7-52-质量指标质量指标1/8/20231/8/20231616辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 1/8/20231/8/20231717辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 氧化炉温度与氨气氧化炉温

10、度与氨气/空气变比值控制空气变比值控制系统系统1/8/20231/8/20231818辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 三、比值控制系统的实施 比值控制的实质是解决物料量之间的比值关系问题。控制系统中使用统一的电信号或者气压信号。因此比值控制系统的实施过程中，必须把工艺要求的物料量之比K转换为控制系统能够接受的电信号或气压信号之比K。（1）流量与测量信号成线性关系 转子流量计、涡轮流量计、压差变送器经开放运算后的测量信号均与被测流量成线性关系。我们以DDZ-型仪表为例，研究比值系数折算方法。I=I=Q QQmaxQmax16mA+4mAQ=(I-4mA)Qmax/16mAQ=(I-4m

11、A)Qmax/16mA由：有：（一）比值折算系数的确定1/8/20231/8/20231919辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 由此可得工艺要求的流量比值：K=K=Q Q2 2Q Q1 1=(I(I2 2-4mA)Q-4mA)Q2 2maxmax(I(I1 1-4mA)Q-4mA)Q1 1maxmax折算成仪表的比值设定值KK K=(I(I2 2-4mA)-4mA)(I(I1 1-4mA)-4mA)=KQ Q1 1maxmaxQ Q2 2maxmax（2 2）流量与测量信号成非线性关系）流量与测量信号成非线性关系 使用节流装置测量流量而未经开方处理时流量与压差关系为PCQD D=Q=(

12、I-4mA)Qmax/16mAQ=(I-4mA)Qmax/16mA1/8/20231/8/20232020辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 压差由零变到最大 时，变送器输出0-10mA或4-20mA，或0.02-0.1MP，任一中间流量Q对应的输出信号分别为：PmaxD DDDZ-型仪表：I=I=10mA=Q Q2 2Q Q2 2maxmaxPD DPmaxD D10mADDZ-型仪表：I=I=Q Q2 2Q Q2 2maxmax16mA+4mAQDZ-型仪表：P=P=Q Q2 2Q Q2 2maxmax0.08MP+0.02MP各种仪表的折算系数均为：K K=K2Q Q2 22 2m

13、axmaxQ Q1 12 2maxmax1/8/20231/8/20232121辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 （二）比值系统实施方案（二）比值系统实施方案1 1主、副物料流量的确定主、副物料流量的确定主、副物料流量的确定主、副物料流量的确定 (1)(1)一般选生产过程中起主导作用的物料流量为主流量。一般选生产过程中起主导作用的物料流量为主流量。一般选生产过程中起主导作用的物料流量为主流量。一般选生产过程中起主导作用的物料流量为主流量。(2)(2)不可控的或者工艺上不允许控制的物料流量一般选为主流量，而不可控的或者工艺上不允许控制的物料流量一般选为主流量，而不可控的或者工艺上不允许控

14、制的物料流量一般选为主流量，而不可控的或者工艺上不允许控制的物料流量一般选为主流量，而可可可可 控的物料流量选为副流量。控的物料流量选为副流量。控的物料流量选为副流量。控的物料流量选为副流量。(3)(3)较昂贵的物料流量可选为主流量。较昂贵的物料流量可选为主流量。较昂贵的物料流量可选为主流量。较昂贵的物料流量可选为主流量。(4)(4)按生产工艺的特殊要求确定主、副物料流量。按生产工艺的特殊要求确定主、副物料流量。按生产工艺的特殊要求确定主、副物料流量。按生产工艺的特殊要求确定主、副物料流量。2 2控制方案的选择控制方案的选择 分析各种方案的特点，根据具体生产工艺选择。分析各种方案的特点，根据具

15、体生产工艺选择。（1 1）如果仅要求两物料流量之比值一定，负荷变化不大，主流量）如果仅要求两物料流量之比值一定，负荷变化不大，主流量不要求可控制，则可选单闭环比值控制方案。不要求可控制，则可选单闭环比值控制方案。1/8/20231/8/20232222辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 （2 2）如果在生产过程中，主、副流量扰动）如果在生产过程中，主、副流量扰动频繁，负荷变化较大，同时要保证主、副物料频繁，负荷变化较大，同时要保证主、副物料流量恒定，则可选用双闭环比值控制方案。流量恒定，则可选用双闭环比值控制方案。（3 3）如果当生产要求两种物料流量的比值）如果当生产要求两种物料流量的比

16、值能灵活地随第三个参数的需要进行调节时，可能灵活地随第三个参数的需要进行调节时，可选用串级比值控制方案。选用串级比值控制方案。3调节器控制规律的确定 （1）单闭环比值控制系统中，WT1(s)仅起比值计算作用，故选P控制规律或用一个比值器；WT2(s)使副流量相对稳定，故选PI控制规律。（2）双闭环比值控制系统中，两个调节器均应选PI控制规律。（3）串级（变）比值控制系统，主调节器选PI或PID控制规律，副调节器选用P控制规律。1/8/20231/8/20232323辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 要求要求要求要求所以所以所以所以四、动态比值问题四、动态比值问题四、动态比值问题四、动态

17、比值问题动态补偿环节1/8/20231/8/20232424辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 五、比值系统的参数整定五、比值系统的参数整定 单闭环比值控制系统的整定 1.把控制器的积分时间Ti放在最大，然后从大到小逐渐减小比例度，直到被调量在主流量阶跃扰动下的过渡过程处于振荡与不振荡的临界情况，如图曲线中b所示。2.在确定好比例度后，逐步减小Ti，直到调节过程中被调量稍有一点过调，如图曲线中C所示。双闭环比值控制系统的主流量回路可按单回路控制系统进行整定；串级比值控制系统的主调节器可按串级系统进行整定。1/8/20231/8/20232525辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 作

18、业燃料量燃料量Q1与热风与热风Q2按比例配制按比例配制Q2/Q1=2。热风流量量程为热风流量量程为03000m3/h。燃料流量量程为燃料流量量程为01000m3/h。线性测量。线性测量。求比值器设定系数求比值器设定系数K。用用DDZ-仪表。当燃料仪表。当燃料Q1=100m3/h，求比值器，求比值器输出电压。输出电压。1/8/20231/8/20232626辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 思考题右右图图所所示示一一氧氧化化氮氮生生产产串串级级比比值值控控制制系系统统，要要保保证证产产品品质质量量，需需要要稳稳定定氧氧化化炉炉出出口口温温度度。回回答以下问题答以下问题。（1）图图中中除除

19、法法器器的的输输出出代代表表什什么？么？（2）系系统统中中开开方方器器有有什什么么作作用用？（3）图图中中Q1是是主主流流量量还还是是副副流量？流量？（4）系系统统主主副副流流量量无无变变化化，当当扰扰动动作作用用使使氧氧化化炉炉出出口口温温度度偏偏离设定值时，系统如何调节？离设定值时，系统如何调节？1/8/20231/8/20232727辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 第二节第二节第二节第二节 前馈控制系统前馈控制系统前馈控制系统前馈控制系统前馈控制是按扰动进行控制的一种控制方法。出现偏差后再进行控制，因此，无法将干扰克服在被控量偏离设定值之前，这是反馈控制系统不足的地方。按偏差大

20、小进行控制。前面学的反馈控制系统、基本概念一 -超前作用。统比反馈系统及时得多对于克服干扰，前馈系就可以把偏差彻底消灭，这样构成的系统称为前馈控制系统。而控制器已开始发挥作用。这样在理论上响还没影响到被控量，扰的影一定的规律去进行控制。这时干测到的大小和方向，按控制器就按检，在干扰一出现时，如果按干扰进行控制偏差产生的原因是干扰 1/8/20231/8/20232828辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 全补偿，使被控量保持在设定值上，而反馈控制系统是不及时的。必须理论上可以实现对干扰的完作用（超前作用），在偏差就产生了控制到被控量出现制系统很及时，不必等控制效果不同。前馈控被控量与设定

21、值偏差的大小和方向产生控制作用；系统则是检测被控量，按控制作用。而反馈控制和方向产生相应的按干扰的大小同。前馈是检测干扰，产生控制作用的依据不：前馈与反馈系统的差别 2、1、1/8/20231/8/20232929辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 也是不完全可能的；前馈是不经济的，克服多个干扰。因此，回路就可以构成一个系统，才能克服所有干扰对被控量的影响。而反馈控制一个每一个干扰单独不同。前馈控制必须对实现的经济性和可能性首先要有偏差；为代价来补偿干扰的影响，亦即在整个控制系统中要做到无偏差，必须理论上不可能使被控量始终保持在设定值上，它总是以被控量的偏差在被控量出现偏差后，控制器才对

22、操纵量进行调节以克服干扰的影响 3、4、前馈控制是开环控制，不存在稳定性问题。而反馈控制是闭环控制，必须考虑稳定性问题。如能把两者结合起来，就能达到很好的控制效果。1/8/20231/8/20233030辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 ，出出要做到全补偿，就要求与干扰相反。号表示前馈控制作用求出的全补偿条件，负以上是应用不变性原理）（由此可求出：，全补偿时，）（，有：应用不变性原理，见图)S(W33-5 )S(W)S(W)S(W 0)S(M0)S(T 31-5 )S(W)S(W)S(W)S(M)S(T13-52 fodfa2ofda2-=+=-制通道的传函。即确切地知道干扰通道和控1

23、/8/20231/8/20233131辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 干扰通道干扰通道控制通道控制通道1/8/20231/8/20233232辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 。可通过实验或计算求取）（，前馈控制器为：仅考虑静态放大系数时为线性关系。上式近似的表示许多工业对象中，又把为了便于工程上实施，无关。有关，而与仅与即）（一）、静态前馈控制系统）（关系为：前馈控制器的输入输出构形式二、前馈控制系统的结fodfffffK36-5 KKK)S(W tdm35-5 )d(fm 34-5 )t,d(fm -=-=1/8/20231/8/20233333辽宁科技大学电信学院辽宁科

24、技大学电信学院 系数：，可得控制通道的放大假定物料入口温度不变或）（加热蒸汽量加热蒸汽汽化潜热容容被加热物料的定压比热度度被加热物料入、出口温）（前馈方程：按热平衡关系写出静态忽略换热器的热损失，主要干扰：换热器温度控制系统。例：图 39)-(5 cMHMTT 38-5 )T-(THcMM 37-5 )T-(TcMHM M 1152pabb1212bpab12pabba+=-1/8/20231/8/20233434辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 效果。效果。获得较好的滞后相差不大时，可与与仪表即可。当装置。用单元组合不需要专用的的最简单的形式，通常静态前馈是前馈控制中）（干扰通道的放

25、大系数：干扰通道的放大系数：)S(W)S(W 40-5 H)T-(TcKKK-M)T-(TM1cMHMMcHMdMadTK cMHdMdTK odb12podfa12apabb2apbb2dpabb2o=-=-=-=-1/8/20231/8/20233535辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 接近于零，而不能控量的静态偏差等于或静态前馈：只能保证被（二）、动态前馈控制系统)S(W)S(W)S(W 2152)t,d(fm odff-=-=质指标。一步提高品动静态一起使用，可进偿的效果。相反，达到完全补态特性，并使其符号复制对象干扰通道的动完全，使前馈控制器的输出见图等于或接近于零。现后的动

26、、静偏差都馈的缺点，保证干扰出动态前馈：针对静态前态偏差等于或接近于零。保证被控量的动1/8/20231/8/20233636辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 和维护量；道，增大了费用，必须设计多个前馈通为补偿多个干扰的影响偏差；补偿结果最后是否消除前馈控制系统无法确认的结果没有检测手段。的反馈，对补偿统，不存在对被控对象前馈系统是开环控制系三）、前馈-反馈控制系统态前馈。求时，才考虑用动或静态前馈难以满足要要求精度较高，用反馈复杂。只有在工艺行和参数整定过程也较要专用的控制装置。运结构复杂，需系统控制质量，但系统动态前馈虽能显著提高2、1、(质量。仍获得较好的控制难以保证在负荷变化后

27、工况的影响而变化，使受负荷、多种因素的限制，3、前馈控制模型的精度受)S(W)S(W)S(Wfod1/8/20231/8/20233737辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 。例：图始终给予检测的长处。服多个干扰并对被控量了反馈控制能克正及时的特点，又保持这样，既发挥了前馈校控制其它干扰。反馈控制控制对被控量影响最大的干扰；前馈控制反馈控制系统中，制系统）。在前馈反馈控制系统（复合控起来，构成前馈通常将前馈与反馈结合为了克服以上局限性，1652 -1/8/20231/8/20233838辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 （四）、前馈-串级控制系统1/8/20231/8/20233

28、939辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 三、前馈作用的实施 前馈控制器的特性是由过程的干扰通道和控制通道特性所决定的。要想获得完全补偿，需要确切地知道两个通道的特性。实践表明，相当数量的工艺过程都具有非周期与过阻尼特性，因此可以用一个一阶或二阶的容量滞后来表示，必要时可加入纯滞后环节来描述。假设控制通道特性为：干扰通道的特性为：1/8/20231/8/20234040辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 那么前馈控制器可以归结为如下3种形式：（1）“K ”型前馈控制器 （2）型前馈控制器“”ffKT1s+1T2s+1型前馈控制器“”fKT1s+1T2s+1（3）e-s1/8/202

29、31/8/20234141辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 四.前馈控制系统参数整定 (一)K 的整定 1、开环整定法 2、闭环整定法 （1）前馈-反馈运行状态整定K （2）反馈运行状态整定K :fff(二)T1,T2 的整定 动态参数T1，T2决定了系统的动态补偿程度。T1T2代表动态补偿作用超前T1T2代表动态补偿作用滞后Kf=Ic-Ic0Id-Id01/8/20231/8/20234242辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 作业画出该前馈-反馈系统方框图，并推导前馈调节器 Wf(s)的表达式。1/8/20231/8/20234343辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院

30、1/8/20231/8/20234444辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 第三节第三节第三节第三节 分程与选择控制系统分程与选择控制系统分程与选择控制系统分程与选择控制系统 分程控制系统是将一个控制器的输出分成若干个信号范围，由各个信号段去控制相应的控制阀，从而实现了一个控制器对多个控制阀的控制，有效地提高了过程控制系统的控制能力。一、概述 前面介绍的控制系统中，通常是一个控制器的输出只用来控制一个控制阀，一般工作在较小的工作区域内，在系统出现较小的干扰时可以达到较好的控制效果。如果系统的工作条件不满足于较小调节范围或系统受到较大干扰甚至出现事故时，系统的控制质量就可能满足不了生产过程

31、的控制要求。1/8/20231/8/20234545辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 如阀A在控制器的输出信号为0.02MPa0.06MPa范围内工作，阀B则在控制器输出信号为0.06MPa0.1MPa范围内工作，每个控制阀的动作信号范围都是相同的。把控制器的输出信号分成两段，利用不同的输出信号分别控制两个控制阀。1/8/20231/8/20234646辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 就控制阀的气开、气关形式可分为两类：一类是控制阀同向动作，即随着控制器输出信号的增加或减小，控制阀均逐渐开大或逐渐减小，同向分程控制的两个控制阀同为气开式或同为气关式。1/8/20231/8/2

32、0234747辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 另一类是控制阀异向动作，即随着控制器输出信号的增加或减小，控制阀中一个逐渐开大，另一个逐渐减小，异向分程控制的两个控制阀一个为气开式，一个为气关式。分程控制中控制阀同向或异向的选择，要根据生产工艺的实际需要来确定。1/8/20231/8/20234848辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 为了实现分程控制，一般需要在每个控制阀上引入阀门定位器。阀门定位器相当于一台放大系数可变且零点可调的放大器。借助于它对信号的转换功能，多个控制阀在分别接受控制器输出的不同信号段后，均被调整为0.02MPa0.1MPa，使之走完全行程。二、分程控制的

33、应用场合 1用于扩大控制阀的可调范围，以改善控制品质。控制阀有一个重要指标是阀的可调范围R，即Cmin最小流量系数。式中 Cmax最大流量系数；1/8/20231/8/20234949辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 图中，若图中，若且两阀的可调范围相等，即且两阀的可调范围相等，即1/8/20231/8/20235050辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 忽略大阀的泄漏量，当采用分程控制后，其最小流量系数为因此两阀组合在一起的可调范围将扩大到分程控制阀的分程范围，要结合阀的特性及工艺要求来决定。最大流量系数为2）用于节能1/8/20231/8/20235151辽宁科技大学电信学院

34、辽宁科技大学电信学院 3）用于不同工况下的控制某些间歇式生产的化学反应过程一方面需配置蒸汽和冷水两种传热介质，并安装上控制阀。另一方面需设计一个分程控制系统，用温度控制器输出信号的不同区间来控制这两个阀。1/8/20231/8/20235252辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 当反应物料投入设备后，开始需加热升温，以引发反应；一旦达到反应温度后，由于放出大量反应热，若不及时移走热量，会使反应越来越剧烈，严重时会有爆炸的危险。利用A、B两个控制阀，分别控制冷水和蒸汽两种介质，以满足工艺上需要冷却和加热的不同要求。1）确定阀的类型从安全的角度考虑，冷水阀A选择气关式，蒸汽阀B选择气开式2）

35、确定分程区间该系统中，温度控制器应为反作用。1/8/20231/8/20235353辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 1/8/20231/8/20235454辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 采用氮封技术的工艺要求是保持贮罐内的氮气压力为微正压。4）用于保证生产过程的安全和稳定阀阀A A为气开式，阀为气开式，阀B B为气关式，控制器为反作用。为气关式，控制器为反作用。1/8/20231/8/20235555辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 反之，当贮罐内物料量减少时（即液位下降时），为保证罐内氮气呈微正压的工艺要求，向贮罐充氮气。贮罐中物料量的增减，将引起罐顶压力的升降

36、，故必须及时进行控制，否则将引起贮罐变形，甚至破裂，造成浪费或引起燃烧、爆炸等危险。因此，当贮罐内物料量增加时（即液位升高时），应及时使罐内氮气适量排出；1/8/20231/8/20235656辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 1/8/20231/8/20235757辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 三、选择性控制系统非正常工况时的控制系统安全保护性措施有两类：一类是硬保护措施 一类是软保护措施 硬保护措施就是联锁保护系统，当生产工况超出一定范围时，联锁保护系统采取一系列相应的措施，如有声和光警报产生、自动到手动、联锁等，使生产过程处于相对安全的状态。缺点:这种硬保护措施经常使

37、生产停车，造成较大的经济损失。1/8/20231/8/20235858辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 软保护措施:通过一个特定设计的自动选择性控制系统，当生产短期内处于不正常工况时，既不使设备停车又起到对生产进行自动保护的目的。通常系统中设有两个控制器（或两个以上的变送器），通过选择器选出能适应生产安全状况的控制信号，实现对生产过程的自动控制。用一个控制不安全情况的控制方案自动取代正常生产情况下工作的控制方案，用取代控制器代替正常控制器，直至使生产过程重新恢复正常，而后又使原来的控制方案重新恢复工作，用正常控制器代替取代控制器。1/8/20231/8/20235959辽宁科技大学电信

38、学院辽宁科技大学电信学院 构成该系统应具备两方面:一是生产操作上有一定的选择性规律；二是组成控制系统的各个环节中，必须包含具有选择性功能的选择单元。选择性控制系统类型：1）选择器位于两个控制器与一个执行器之间 这是选择性控制系统中常用的类型。1/8/20231/8/20236060辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 锅炉为例锅炉为例1/8/20231/8/20236161辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 然而，燃料气的压力也随燃料气量的增加而升高，当燃料气压力过然而，燃料气的压力也随燃料气量的增加而升高，当燃料气压力过高超过某一安全极限时，会产生脱火现象。一旦脱火现象发生，燃烧室

39、高超过某一安全极限时，会产生脱火现象。一旦脱火现象发生，燃烧室内由于积存大量燃料气与空气的混合物，会有爆炸的危险。内由于积存大量燃料气与空气的混合物，会有爆炸的危险。正常情况下，通过控制燃料量来保证蒸汽压力的稳定。正常情况下，通过控制燃料量来保证蒸汽压力的稳定。当当蒸蒸汽汽用用量量增增加加时时，蒸蒸汽汽压压力力就就会会下下降降，为为保保证证蒸蒸汽汽压压力力不不变变，必须在增加供水量的同时，相应地增加燃料气量。必须在增加供水量的同时，相应地增加燃料气量。锅锅炉炉控控制制系系统统中中常常采采用用蒸蒸汽汽压压力力与与燃燃料料气气压压力力的的选选择择性性控控制制系系统统，以防止脱火现象产生。以防止脱火

40、现象产生。1/8/20231/8/20236262辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 当燃料气压力恢复正常时，蒸汽压力控制器P1C的输出b又成为低信号，经自动切换，蒸汽压力控制系统重新恢复运行。从安全角度考虑，燃料气控制阀应为气开式。正常情况下，燃料气压力低于给定值，由于P2C是反作用，其输出a将是高信号，而蒸汽压力控制器P1C的输出b则为低信号。此时，低选器选中b信号来控制阀,使蒸汽压力满足工艺要求。而当燃料气压力上升到超过脱火压力时，由于P2C是反作用，其输出a将是低信号，a被低选器选中，这样便取代了蒸汽压力控制器，防止脱火现象的发生,其结果是控制阀的开度关小，阀后压力下降，起到自动

41、保护的作用。1/8/20231/8/20236363辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 特点：多个变送器共用一个控制器，选择器位于控制器之前，对变送器的输出信号进行选择。其用途主要有两个:2）选择器位于控制器之前 一是选出几个检测变送信号的最高或最低信号用于控制，即竞争控制系统，其二是为防仪表故障造成事故，对同一检测点采用多个仪表测量，选出可靠的测量值，即冗余系统。1/8/20231/8/20236464辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 竞争控制系统竞争控制系统冗余系统冗余系统 1/8/20231/8/20236565辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 四、选择性控制系统的

42、设计1选择器的选型 在选择器具体选型时，根据生产处于不正常情况下，取代控制器的输出信号为高或为低来确定选择器的类型。步骤:1）从安全角度考虑，确定控制阀的气开和气关类型；4）根据取代控制器的输出信号类型，确定选择器是高选器还是低选器；2）确定正常工况和取代工况时的对象特性，即放大倍数的正、负；3）确定正常控制器和取代控制器的正、反作用；1/8/20231/8/20236666辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 五、积分饱和及其防止3.控制器的输入，即偏差信号一直存在。产生积分饱和有三个条件:1.控制器具有积分作用；2.控制器处于开环工作状态，既其输出没有被送往控制阀；在选择性控制系统中，

43、总有一个控制器处于开环状态，若此控制器有积分作用，就会产生积分饱和现象。1/8/20231/8/20236767辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 采用外部信号作为控制器的积分反馈信号。防止积分饱和 1）PI-P法，对于电动控制器，当其输出在某一极限内，具有PI作用；当超过这一极限时则为纯比例作用，可避免积分饱和。2）外反馈法 当控制器处于开环工作状态时，由于积分反馈信号不是输出信号本身，就不会形成对偏差的积分作用，从而可以防止积分饱和问题的出现。1/8/20231/8/20236868辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 如如图图所所示示，选选择择性性控控制制系系统统的的两两个个比

44、比例例积积分分控控制制器器输输出出分分别别为为P P1 1、P P2 2，通通过过选选择择器器选选中中其其中中之之一一送送至至控控制制阀阀，送送往往控控制制阀阀的的信信号号又又同同时时引引回回到两个控制器的积分环节。到两个控制器的积分环节。1/8/20231/8/20236969辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院 作业作业 下图是由下图是由2个个DDZ-调节阀组成的分程控制系统原理图。调节阀组成的分程控制系统原理图。试分析：试分析：（1）A、B两阀的气开两阀的气开/气关形式。气关形式。（2）I=7mA时，时，A和和B两阀的开度分别是多少？两阀的开度分别是多少？（3）如果在非分程情况下，）如果在非分程情况下，I=7mA时，时，A和和B两阀的开度又是两阀的开度又是多少？多少？（4）画出非分程情况下）画出非分程情况下A和和B两阀的输入两阀的输入-输出特性。输出特性。1/8/20231/8/20237070辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院