化工儀表自動(dòng)化 第7章2節(jié)串級(jí)

1、1第第7章章 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)(續(xù)續(xù))比值控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)2前饋控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng)3 1均勻控制系統(tǒng)均勻控制系統(tǒng)4分程控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)5多沖量控制系統(tǒng)多沖量控制系統(tǒng)7選擇性控制系統(tǒng)選擇性控制系統(tǒng)6327-2 比值控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng) 一、概述一、概述p用來實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上物料之間保持一定比值關(guān)用來實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上物料之間保持一定比值關(guān)系的控制系統(tǒng)，稱為比值控制系統(tǒng)。系的控制系統(tǒng)，稱為比值控制系統(tǒng)。主流量主流量：在保持比值關(guān)系的：在保持比值關(guān)系的兩種物料中，一種物料處于兩種物料中，一種物料處于主導(dǎo)地位，稱為主物料，又主導(dǎo)地位，稱為主物料，又稱為主流量

2、。稱為主流量。副流量副流量：另一種物料按主物：另一種物料按主物料進(jìn)行配比，稱為從物料，料進(jìn)行配比，稱為從物料，又稱為副流量。又稱為副流量。主流量主流量副流量副流量3常將主要物料定為主物料，次要流量定為從物料；常將主要物料定為主物料，次要流量定為從物料；將不可控流量定為主流量，將可控流量定為副流量。將不可控流量定為主流量，將可控流量定為副流量。主流量主流量副流量副流量p若用若用F1表示主流量，表示主流量，F(xiàn)2表示副流量，則表示副流量，則F1和和F2之間之間應(yīng)滿足一定的比值關(guān)系：應(yīng)滿足一定的比值關(guān)系： F2=K*F14二、比值控制的類型二、比值控制的類型 1開環(huán)比值控制開環(huán)比值控制p開環(huán)比值控制是

3、各種比值控制系統(tǒng)中最簡單的控制方開環(huán)比值控制是各種比值控制系統(tǒng)中最簡單的控制方案，組成原理及方塊圖如圖所示。案，組成原理及方塊圖如圖所示。 主流量主流量副流量副流量P控制器控制器5優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：實(shí)施方便，只需一臺(tái)實(shí)施方便，只需一臺(tái)比例控制器比例控制器即可，且比值即可，且比值調(diào)整容易。調(diào)整容易。 開環(huán)比值控制方案分析：開環(huán)比值控制方案分析：缺點(diǎn)缺點(diǎn)：該控制方案是一個(gè)：該控制方案是一個(gè)開環(huán)開環(huán)系統(tǒng)系統(tǒng)，因?yàn)椋驗(yàn)镕2的測(cè)量信號(hào)并沒的測(cè)量信號(hào)并沒有反饋到輸入端，所以，當(dāng)有反饋到輸入端，所以，當(dāng)F2因管線兩端壓力波動(dòng)發(fā)生變化因管線兩端壓力波動(dòng)發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)沒有控制作用，此時(shí)，時(shí)，系統(tǒng)沒有控制作用，此時(shí)，

4、很難保證很難保證F2與與F1間的比值關(guān)系。間的比值關(guān)系。應(yīng)用場(chǎng)合：應(yīng)用場(chǎng)合：這種方案適用于副這種方案適用于副流量較平穩(wěn)且比值要求不高的流量較平穩(wěn)且比值要求不高的場(chǎng)合。實(shí)際生產(chǎn)中，場(chǎng)合。實(shí)際生產(chǎn)中，F(xiàn)2的干擾的干擾常常是不可避免的，因此這種常常是不可避免的，因此這種方案使用較少。方案使用較少。62 2單閉環(huán)比值控制單閉環(huán)比值控制p如圖所示，圖中的如圖所示，圖中的K K表示表示比值計(jì)算器比值計(jì)算器，比值計(jì)算器，比值計(jì)算器的輸入信號(hào)為主流量信號(hào)，的輸入信號(hào)為主流量信號(hào)，K=F2/F1K=F2/F1。 單回路單回路閉環(huán)流閉環(huán)流量控制量控制7單閉環(huán)比值控制優(yōu)缺點(diǎn)單閉環(huán)比值控制優(yōu)缺點(diǎn)p優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：是對(duì)進(jìn)入副

5、流量回路的是對(duì)進(jìn)入副流量回路的干擾都有較好的抑制作用。干擾都有較好的抑制作用。結(jié)構(gòu)簡單，在生產(chǎn)中得結(jié)構(gòu)簡單，在生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。到廣泛應(yīng)用。p缺點(diǎn)缺點(diǎn)：該方案無法保證：該方案無法保證主流量的穩(wěn)定。當(dāng)主流量主流量的穩(wěn)定。當(dāng)主流量波動(dòng)較大時(shí)，無法保證系波動(dòng)較大時(shí)，無法保證系統(tǒng)流量比。統(tǒng)流量比。8 3 3雙閉環(huán)比值控制雙閉環(huán)比值控制p為了保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行有時(shí)不僅要求兩種物料之為了保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行有時(shí)不僅要求兩種物料之間保持精確的比例關(guān)系，且間保持精確的比例關(guān)系，且還要求兩種物料的流量也還要求兩種物料的流量也保持相對(duì)的穩(wěn)定，保持相對(duì)的穩(wěn)定，這時(shí)可采用雙閉環(huán)比值控制。這時(shí)可采用雙閉環(huán)比值控制。p雙

6、閉環(huán)是在單閉環(huán)比值控制基礎(chǔ)上，增設(shè)了主流量雙閉環(huán)是在單閉環(huán)比值控制基礎(chǔ)上，增設(shè)了主流量控制回路構(gòu)成?？刂苹芈窐?gòu)成。9雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方塊圖：雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方塊圖：10雙閉環(huán)比值控制優(yōu)缺點(diǎn)雙閉環(huán)比值控制優(yōu)缺點(diǎn)p優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：對(duì)進(jìn)入主、副流量回路的干擾都有較好的抑制對(duì)進(jìn)入主、副流量回路的干擾都有較好的抑制作用。不論系統(tǒng)處于靜態(tài)，還是動(dòng)態(tài)，都能實(shí)現(xiàn)作用。不論系統(tǒng)處于靜態(tài)，還是動(dòng)態(tài)，都能實(shí)現(xiàn)比較精確的流量比。比較精確的流量比。當(dāng)系統(tǒng)改變負(fù)荷時(shí)，只要改變主流量控制器的當(dāng)系統(tǒng)改變負(fù)荷時(shí)，只要改變主流量控制器的給定值就能方便地實(shí)現(xiàn)。給定值就能方便地實(shí)現(xiàn)。p缺點(diǎn)缺點(diǎn)：該方案儀表多、投資高。要求主流量可：該方

7、案儀表多、投資高。要求主流量可控?？?。114變比值控制變比值控制p有些生產(chǎn)過程要求兩種物料的配比根據(jù)第三參數(shù)的有些生產(chǎn)過程要求兩種物料的配比根據(jù)第三參數(shù)的需要而自動(dòng)調(diào)整。這類比值控制稱為變比值控制。需要而自動(dòng)調(diào)整。這類比值控制稱為變比值控制。 例：硝酸生產(chǎn)過程中的氧化爐設(shè)備的控制例：硝酸生產(chǎn)過程中的氧化爐設(shè)備的控制12分析：分析：要求氨氣和空氣混合后進(jìn)入爐內(nèi)，在鉑觸媒的作要求氨氣和空氣混合后進(jìn)入爐內(nèi)，在鉑觸媒的作用下，進(jìn)行氧化反應(yīng)生成硝酸氣體，這一過程是放熱反用下，進(jìn)行氧化反應(yīng)生成硝酸氣體，這一過程是放熱反應(yīng)。爐溫作為間接表征氧化生產(chǎn)的質(zhì)量指標(biāo)。影響氧化應(yīng)。爐溫作為間接表征氧化生產(chǎn)的質(zhì)量指標(biāo)。

8、影響氧化爐溫度的干擾因素很多，其中氨氣和空氣的比值對(duì)反應(yīng)爐溫度的干擾因素很多，其中氨氣和空氣的比值對(duì)反應(yīng)溫度影響很大。溫度影響很大。13當(dāng)出現(xiàn)影響氨空氣流量比值變化的干擾時(shí)，可由副回路的當(dāng)出現(xiàn)影響氨空氣流量比值變化的干擾時(shí)，可由副回路的比值控制加以克服。比值控制加以克服。對(duì)其他干擾引起爐溫變化時(shí)，則通過溫度控制器來改變比值對(duì)其他干擾引起爐溫變化時(shí)，則通過溫度控制器來改變比值控制器的給定值，使?fàn)t溫重新回到給定值。控制器的給定值，使?fàn)t溫重新回到給定值。 14方塊圖：157-3 前饋控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)一、概述一、概述p在反饋控制中，控制器是按照偏差進(jìn)行控制作在反饋控制中，控制器是按照偏差進(jìn)行控制作

9、用的。用的。干擾干擾控制作控制作用往往用往往不及時(shí)不及時(shí)16p 為了彌補(bǔ)反饋控制的上述缺陷，即便有干擾存為了彌補(bǔ)反饋控制的上述缺陷，即便有干擾存在，只要能預(yù)先加以補(bǔ)償，控制系統(tǒng)能避免偏在，只要能預(yù)先加以補(bǔ)償，控制系統(tǒng)能避免偏差出現(xiàn)。差出現(xiàn)。p 控制系統(tǒng)在干擾還沒有影響到被控變量之前就控制系統(tǒng)在干擾還沒有影響到被控變量之前就產(chǎn)生控制作用，該系統(tǒng)稱為前饋控制。產(chǎn)生控制作用，該系統(tǒng)稱為前饋控制。干擾干擾前饋控制器前饋控制器17p例：換熱器前饋控制的工作原理例：換熱器前饋控制的工作原理虛線：反饋控制虛線：反饋控制實(shí)線：前饋控制實(shí)線：前饋控制進(jìn)料流量波動(dòng)進(jìn)料流量波動(dòng)18p換熱器前饋控制換熱器前饋控制原理

10、：原理：當(dāng)進(jìn)料流量變化時(shí)，前饋控制器當(dāng)進(jìn)料流量變化時(shí)，前饋控制器根據(jù)輸入信號(hào)運(yùn)算后，輸出控制信根據(jù)輸入信號(hào)運(yùn)算后，輸出控制信號(hào)，相應(yīng)改變閥門開度，使蒸汽量號(hào)，相應(yīng)改變閥門開度，使蒸汽量變化，以補(bǔ)償進(jìn)料量變化，以補(bǔ)償進(jìn)料量F1對(duì)溫度對(duì)溫度22的影響。的影響。p前饋控制過程：前饋控制過程：圖圖7-15 是進(jìn)料量是進(jìn)料量F1增加時(shí)，采增加時(shí)，采用前饋控制的補(bǔ)償過程。用前饋控制的補(bǔ)償過程。表示擾動(dòng)引起出口溫度降低表示擾動(dòng)引起出口溫度降低表示前饋控制打開表示前饋控制打開閥門，出口溫度升高閥門，出口溫度升高出口溫度的實(shí)際值出口溫度的實(shí)際值只要干擾通道和調(diào)節(jié)通道的特性只要干擾通道和調(diào)節(jié)通道的特性相匹配，則前

11、饋控制完全有可能相匹配，則前饋控制完全有可能抵消進(jìn)料量的影響，使出口溫度抵消進(jìn)料量的影響，使出口溫度穩(wěn)定?？梢姡梆伩刂茖?shí)現(xiàn)了對(duì)穩(wěn)定?？梢?，前饋控制實(shí)現(xiàn)了對(duì)擾動(dòng)的全補(bǔ)償。擾動(dòng)的全補(bǔ)償。19p前饋控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：前饋控制系統(tǒng)的特點(diǎn)： 前饋控制系統(tǒng)是基于前饋控制系統(tǒng)是基于擾動(dòng)擾動(dòng)來消除干擾因素對(duì)被控變量的來消除干擾因素對(duì)被控變量的影響；影響；反饋控制基于偏差大小來消除干擾。反饋控制基于偏差大小來消除干擾。在擾動(dòng)發(fā)生后，前饋控制作用在擾動(dòng)發(fā)生后，前饋控制作用比反饋控制比反饋控制作用更為及時(shí)作用更為及時(shí)和有效。和有效。前饋控制系統(tǒng)是一種前饋控制系統(tǒng)是一種開環(huán)開環(huán)控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)。反饋控制是一種閉反饋

12、控制是一種閉環(huán)控制系統(tǒng)。環(huán)控制系統(tǒng)。前饋控制系統(tǒng)只對(duì)它所測(cè)量的擾動(dòng)量有校正作用，而對(duì)前饋控制系統(tǒng)只對(duì)它所測(cè)量的擾動(dòng)量有校正作用，而對(duì)系統(tǒng)中的其他未測(cè)干擾則無能為力，系統(tǒng)中的其他未測(cè)干擾則無能為力，反饋控制對(duì)進(jìn)入閉環(huán)反饋控制對(duì)進(jìn)入閉環(huán)的所有擾動(dòng)均有校正作用。的所有擾動(dòng)均有校正作用。前饋控制器的控制規(guī)律是根據(jù)對(duì)象特性確定的。由于大前饋控制器的控制規(guī)律是根據(jù)對(duì)象特性確定的。由于大多數(shù)對(duì)象的特性是不同的，所以在前饋控制中，需要采用多數(shù)對(duì)象的特性是不同的，所以在前饋控制中，需要采用各種形式的專用前饋控制器，而不是采用通用的各種形式的專用前饋控制器，而不是采用通用的PIDPID控制控制器。器。反饋控制采用

13、通用反饋控制采用通用PIDPID控制器?？刂破鳌?20 換熱器靜態(tài)前饋控制換熱器靜態(tài)前饋控制熱交換器是應(yīng)用前饋控制熱交換器是應(yīng)用前饋控制較多的場(chǎng)合，換熱器有滯較多的場(chǎng)合，換熱器有滯后大、時(shí)間常數(shù)大、反應(yīng)后大、時(shí)間常數(shù)大、反應(yīng)慢的特性，前饋控制就是慢的特性，前饋控制就是針對(duì)這種對(duì)象特性設(shè)計(jì)的，針對(duì)這種對(duì)象特性設(shè)計(jì)的，故能很好發(fā)揮作用。故能很好發(fā)揮作用。 二、前饋控制的結(jié)構(gòu)形式二、前饋控制的結(jié)構(gòu)形式p靜態(tài)前饋控制靜態(tài)前饋控制KF2F1212121rFKF根據(jù)熱平衡原理來分析根據(jù)熱平衡原理來分析psCKH2121sPrF HFc令令KF2F1通過調(diào)整通過調(diào)整K值，達(dá)到校正效果。值，達(dá)到校正效果。缺點(diǎn)

14、：缺點(diǎn)：1、靜態(tài)模型的準(zhǔn)確性問題；、靜態(tài)模型的準(zhǔn)確性問題； 2、只能針對(duì)具體的擾動(dòng)設(shè)計(jì)。、只能針對(duì)具體的擾動(dòng)設(shè)計(jì)。22p換熱器前饋換熱器前饋- -反饋復(fù)合控制反饋復(fù)合控制虛線：反饋控制；虛線：反饋控制；實(shí)線：前饋控制。實(shí)線：前饋控制。干擾干擾前饋控制器前饋控制器+23 三、前饋控制的應(yīng)用三、前饋控制的應(yīng)用對(duì)象的慣性滯后或純滯后較大（控制通道長），對(duì)象的慣性滯后或純滯后較大（控制通道長），反饋控制難以滿足工藝要求，可采用前饋控制。反饋控制難以滿足工藝要求，可采用前饋控制。當(dāng)主要干擾為可測(cè)、不可控變量，無法將其納入當(dāng)主要干擾為可測(cè)、不可控變量，無法將其納入到串級(jí)控制的副回路時(shí)，可采用前饋控制。到串

15、級(jí)控制的副回路時(shí)，可采用前饋控制。 系統(tǒng)中存在變化頻繁，波動(dòng)幅值大，對(duì)被控變量系統(tǒng)中存在變化頻繁，波動(dòng)幅值大，對(duì)被控變量影響顯著，反饋控制又難以克服的干擾，采用前饋影響顯著，反饋控制又難以克服的干擾，采用前饋控制?？刂?。247-4 均勻控制系統(tǒng)均勻控制系統(tǒng)一、背景一、背景p例：多塔分離過程。例：多塔分離過程。p圖中甲塔出料量即為乙塔進(jìn)料量。甲塔需保持塔釜液位的穩(wěn)定，圖中甲塔出料量即為乙塔進(jìn)料量。甲塔需保持塔釜液位的穩(wěn)定，設(shè)計(jì)了液面控制系統(tǒng)；乙塔希望進(jìn)料量保持不變，設(shè)計(jì)了流量控制設(shè)計(jì)了液面控制系統(tǒng)；乙塔希望進(jìn)料量保持不變，設(shè)計(jì)了流量控制系統(tǒng)。系統(tǒng)。25p當(dāng)甲塔塔釜液位在干擾作用下上升時(shí)，液位控制

16、發(fā)出信號(hào)當(dāng)甲塔塔釜液位在干擾作用下上升時(shí)，液位控制發(fā)出信號(hào)使閥使閥1開大，從而使乙塔進(jìn)料流量增加。于是乙塔流量控制開大，從而使乙塔進(jìn)料流量增加。于是乙塔流量控制產(chǎn)生控制作用又使閥產(chǎn)生控制作用又使閥2關(guān)小，其結(jié)果會(huì)使甲塔液位升高，如關(guān)小，其結(jié)果會(huì)使甲塔液位升高，如此下去，這兩個(gè)控制系統(tǒng)始終在相互矛盾狀態(tài)下工作。此下去，這兩個(gè)控制系統(tǒng)始終在相互矛盾狀態(tài)下工作。相互矛盾相互矛盾!p解決辦法解決辦法1：從工藝設(shè)計(jì)角度，增加緩沖罐：從工藝設(shè)計(jì)角度，增加緩沖罐p解決辦法解決辦法2：均勻控制：均勻控制可實(shí)現(xiàn)前后設(shè)備在物料供求關(guān)系上互相協(xié)調(diào)、統(tǒng)籌兼顧的可實(shí)現(xiàn)前后設(shè)備在物料供求關(guān)系上互相協(xié)調(diào)、統(tǒng)籌兼顧的控制系統(tǒng)

17、稱為均勻控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)稱為均勻控制系統(tǒng)。26二、均勻控制的特點(diǎn)二、均勻控制的特點(diǎn)p只有液位控制：只有液位控制：當(dāng)把液位參數(shù)控制平穩(wěn)時(shí)，進(jìn)入下一個(gè)設(shè)當(dāng)把液位參數(shù)控制平穩(wěn)時(shí)，進(jìn)入下一個(gè)設(shè)備的流量就會(huì)產(chǎn)生較大的波動(dòng)。備的流量就會(huì)產(chǎn)生較大的波動(dòng)。 液位液位27p 只有流量控制：只有流量控制：當(dāng)把流量參數(shù)控制平穩(wěn)時(shí)，前一個(gè)當(dāng)把流量參數(shù)控制平穩(wěn)時(shí)，前一個(gè)設(shè)備的液位也將出現(xiàn)大范圍變化。設(shè)備的液位也將出現(xiàn)大范圍變化。流量流量28p均勻控制：均勻控制：當(dāng)某一個(gè)參當(dāng)某一個(gè)參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，另一個(gè)參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，另一個(gè)參數(shù)也相應(yīng)地發(fā)生變化，因數(shù)也相應(yīng)地發(fā)生變化，因?yàn)橹挥型ㄟ^這種變化才能為只有通過這種變化才能緩解供

18、求之間的矛盾。緩解供求之間的矛盾。特點(diǎn)：表征前后供求矛盾的兩個(gè)參數(shù)都應(yīng)該在各自允特點(diǎn)：表征前后供求矛盾的兩個(gè)參數(shù)都應(yīng)該在各自允許的波動(dòng)范圍內(nèi)緩慢變化。許的波動(dòng)范圍內(nèi)緩慢變化。29三、均勻控制的結(jié)構(gòu)形式三、均勻控制的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)要求：控制器不含微分作用；通過設(shè)計(jì)要求：控制器不含微分作用；通過PI參數(shù)整定達(dá)到均勻參數(shù)整定達(dá)到均勻控制效果?？刂菩Ч?。307-5 分程控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)一、基本概念一、基本概念 p由一個(gè)控制器的輸出去控制兩個(gè)或兩個(gè)以上執(zhí)行器的系統(tǒng)稱由一個(gè)控制器的輸出去控制兩個(gè)或兩個(gè)以上執(zhí)行器的系統(tǒng)稱為分程控制系統(tǒng)。為分程控制系統(tǒng)。p分程控制是通過閥門定位器來實(shí)現(xiàn)的。分程控制是通過閥門

19、定位器來實(shí)現(xiàn)的。31分程控制：分程控制：例：執(zhí)行器例：執(zhí)行器1 1在在0.020.06MPa的范圍內(nèi)動(dòng)作；的范圍內(nèi)動(dòng)作； 執(zhí)行器執(zhí)行器2 2在在0.060.1MPa的范圍內(nèi)動(dòng)作；的范圍內(nèi)動(dòng)作；輸出氣壓信號(hào)小于輸出氣壓信號(hào)小于0.06MPa 的范圍，執(zhí)行器的范圍，執(zhí)行器1 1隨著氣隨著氣壓信號(hào)的變化而改變開度；壓信號(hào)的變化而改變開度；輸出輸出氣壓信號(hào)大于氣壓信號(hào)大于0.06MPa 的范圍，執(zhí)行器的范圍，執(zhí)行器1 1移動(dòng)到移動(dòng)到極限位置開度不再變化，執(zhí)行器極限位置開度不再變化，執(zhí)行器2 2則隨著氣壓信號(hào)的變化則隨著氣壓信號(hào)的變化而改變開度。而改變開度。32o 分程控制的分類：分程控制的分類： 執(zhí)行

20、器同向動(dòng)作的分程執(zhí)行器同向動(dòng)作的分程控制控制執(zhí)行器反向動(dòng)作的分程執(zhí)行器反向動(dòng)作的分程控制控制33二、分程控制系統(tǒng)的應(yīng)用二、分程控制系統(tǒng)的應(yīng)用p擴(kuò)大執(zhí)行器的可調(diào)范圍，以適應(yīng)不同生產(chǎn)負(fù)荷需要擴(kuò)大執(zhí)行器的可調(diào)范圍，以適應(yīng)不同生產(chǎn)負(fù)荷需要例：蒸汽壓力分程控制例：蒸汽壓力分程控制全關(guān)到全關(guān)到全開全開全關(guān)到全關(guān)到全開全開347-6 選擇性控制系統(tǒng)選擇性控制系統(tǒng)一、基本概念一、基本概念p在現(xiàn)代化的大型生產(chǎn)過程中，對(duì)自動(dòng)控制的期望越來在現(xiàn)代化的大型生產(chǎn)過程中，對(duì)自動(dòng)控制的期望越來越高。不僅要求控制系統(tǒng)能在正常工況下克服外界干擾，越高。不僅要求控制系統(tǒng)能在正常工況下克服外界干擾，而且還要求控制系統(tǒng)具有良好的應(yīng)變

21、能力。當(dāng)生產(chǎn)操作而且還要求控制系統(tǒng)具有良好的應(yīng)變能力。當(dāng)生產(chǎn)操作達(dá)到極限時(shí)，能采取一些相應(yīng)的保護(hù)措施，以防止事故達(dá)到極限時(shí)，能采取一些相應(yīng)的保護(hù)措施，以防止事故的發(fā)生。的發(fā)生。p屬于保護(hù)措施的自動(dòng)控制系統(tǒng)主要有兩類：屬于保護(hù)措施的自動(dòng)控制系統(tǒng)主要有兩類：一類是硬一類是硬保護(hù)控制，另一類是軟保護(hù)控制。保護(hù)控制，另一類是軟保護(hù)控制。硬保護(hù)控制，硬保護(hù)控制，ESDESD（Emergency Shutdown Device，緊急停車系統(tǒng)，緊急停車系統(tǒng) ）。35p軟保護(hù)控制，就是當(dāng)生產(chǎn)操作出現(xiàn)異常情況時(shí)，軟保護(hù)控制，就是當(dāng)生產(chǎn)操作出現(xiàn)異常情況時(shí)，不使設(shè)備停車，而用另一套符合工藝安全邏輯關(guān)系不使設(shè)備停車，

22、而用另一套符合工藝安全邏輯關(guān)系的控制方案實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)的安全保護(hù)。選擇性控制系的控制方案實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)的安全保護(hù)。選擇性控制系統(tǒng)就可以用于達(dá)到上述目的。統(tǒng)就可以用于達(dá)到上述目的。p選擇控制，又被稱作取代控制，超馳控制。選擇控制，又被稱作取代控制，超馳控制。工作過程：在正常工況下，選擇性控制系統(tǒng)基于工作過程：在正常工況下，選擇性控制系統(tǒng)基于克服擾動(dòng)的控制方案工作，而當(dāng)生產(chǎn)操作條件趨向克服擾動(dòng)的控制方案工作，而當(dāng)生產(chǎn)操作條件趨向于安全極限時(shí)，系統(tǒng)立即切換到一個(gè)用于控制不安于安全極限時(shí)，系統(tǒng)立即切換到一個(gè)用于控制不安全情況的控制方案。待影響生產(chǎn)的不利因素被克服，全情況的控制方案。待影響生產(chǎn)的不利因素被克服，

23、生產(chǎn)操作重新回到安全范圍時(shí)，正常工況下的控制生產(chǎn)操作重新回到安全范圍時(shí)，正常工況下的控制方案又恢復(fù)對(duì)生產(chǎn)的控制。方案又恢復(fù)對(duì)生產(chǎn)的控制。36二、選擇性控制系統(tǒng)的實(shí)例分析二、選擇性控制系統(tǒng)的實(shí)例分析p 例：液氨蒸發(fā)器溫度與液位選擇控制例：液氨蒸發(fā)器溫度與液位選擇控制p正常生產(chǎn)中，以被冷卻物料的出口溫度作為被控變量，液氨流正常生產(chǎn)中，以被冷卻物料的出口溫度作為被控變量，液氨流量作為操縱變量構(gòu)成單回路溫度控制系統(tǒng)。量作為操縱變量構(gòu)成單回路溫度控制系統(tǒng)。p安全性安全性：液氨液位上升較高，可能將液氨夾帶到壓縮機(jī)中。：液氨液位上升較高，可能將液氨夾帶到壓縮機(jī)中。冷卻器冷卻器壓縮機(jī)壓縮機(jī)物料物料37p安全性

24、安全性：液氨液位上升較高，可能將液氨夾帶到壓縮機(jī)中。：液氨液位上升較高，可能將液氨夾帶到壓縮機(jī)中。p閥門開閉形式選擇：氣開閥，閥門開閉形式選擇：氣開閥，+pTT，+p對(duì)象，液氮流量增加，溫度降低，對(duì)象，液氮流量增加，溫度降低，-p所以，所以，TC為正作用。為正作用。溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)：溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)：38p閥門開閉形式選擇：氣開閥，閥門開閉形式選擇：氣開閥，+pLT，+p對(duì)象，液氮流量增加，液位升高，對(duì)象，液氮流量增加，液位升高，+p所以，所以，LC為反作用。為反作用。液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)：液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)：39o 選擇控制的控制原理選擇控制的控制原理-+-正常情況：正常情況：液位控制：液位控制：

25、液位低于設(shè)定值液位低于設(shè)定值偏差為負(fù)偏差為負(fù)液位控制器輸出液位控制器輸出較高信號(hào)較高信號(hào)溫度控制：溫度控制：溫度接近設(shè)定值溫度接近設(shè)定值偏差較小偏差較小溫度控制器輸出溫度控制器輸出較小信號(hào)較小信號(hào)因此，設(shè)計(jì)一個(gè)低選器，構(gòu)成溫度因此，設(shè)計(jì)一個(gè)低選器，構(gòu)成溫度-液位選擇控制回路。液位選擇控制回路。40o 選擇性控制方塊圖選擇性控制方塊圖41p構(gòu)成該系統(tǒng)應(yīng)具備兩方面構(gòu)成該系統(tǒng)應(yīng)具備兩方面: :生產(chǎn)操作上有一定的選擇性規(guī)律；生產(chǎn)操作上有一定的選擇性規(guī)律；組成控制系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，必須包含具有選組成控制系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，必須包含具有選擇性功能的選擇單元。擇性功能的選擇單元。p選擇控制特點(diǎn)：選擇控制特點(diǎn)：

26、通常系統(tǒng)中設(shè)有兩個(gè)控制器；通常系統(tǒng)中設(shè)有兩個(gè)控制器；設(shè)有兩個(gè)以上的變送器；設(shè)有兩個(gè)以上的變送器；設(shè)有選擇器，選出能適應(yīng)生產(chǎn)安全狀況的控制信設(shè)有選擇器，選出能適應(yīng)生產(chǎn)安全狀況的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制。號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制。427.7 多沖量控制系統(tǒng)多沖量控制系統(tǒng)o 沖量既變量的意思。多沖量控制系統(tǒng)，也就是多變量沖量既變量的意思。多沖量控制系統(tǒng)，也就是多變量控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)。p例：鍋爐給水系統(tǒng)控制例：鍋爐給水系統(tǒng)控制p在鍋爐的正常運(yùn)行中，汽包水位是重要在鍋爐的正常運(yùn)行中，汽包水位是重要的操作指標(biāo)，給水控制系統(tǒng)的作用就是自的操作指標(biāo)，給水控制系統(tǒng)的作用就是自動(dòng)控制鍋爐的給水量，

27、使其適應(yīng)蒸發(fā)量的動(dòng)控制鍋爐的給水量，使其適應(yīng)蒸發(fā)量的變化，維持汽包水位在允許的范圍內(nèi)。變化，維持汽包水位在允許的范圍內(nèi)。p控制閥作用方式選擇控制閥作用方式選擇保證鍋爐安全（防止燒干）：選用氣關(guān)閥保證鍋爐安全（防止燒干）：選用氣關(guān)閥保證后續(xù)汽輪機(jī)安全（防止蒸汽帶液）：保證后續(xù)汽輪機(jī)安全（防止蒸汽帶液）：選用氣開閥選用氣開閥43（1）單沖量液位控制）單沖量液位控制o 單沖量：汽包液位單沖量：汽包液位o 操作變量：鍋爐給水量操作變量：鍋爐給水量o 方案特點(diǎn)：方案特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡單，結(jié)構(gòu)簡單， 對(duì)所有干擾影響均有克服作用對(duì)所有干擾影響均有克服作用o 存在的問題：存在的問題：n 蒸汽負(fù)荷變化，產(chǎn)生的蒸汽負(fù)

28、荷變化，產(chǎn)生的“虛假虛假液位液位”使控制器發(fā)出的信號(hào)不使控制器發(fā)出的信號(hào)不利于生產(chǎn)安全，不能克服虛假利于生產(chǎn)安全，不能克服虛假水位的影響；水位的影響；n 控制質(zhì)量不高，對(duì)給水變化及控制質(zhì)量不高，對(duì)給水變化及負(fù)荷變化干擾的克服滯后較大。負(fù)荷變化干擾的克服滯后較大。44o雙沖量：雙沖量： 汽包液位，蒸汽流量汽包液位，蒸汽流量o控制特點(diǎn)：控制特點(diǎn)： 對(duì)蒸汽負(fù)荷變化產(chǎn)生的對(duì)蒸汽負(fù)荷變化產(chǎn)生的“虛假虛假液位液位”具有前饋補(bǔ)償控制功能具有前饋補(bǔ)償控制功能 實(shí)際上是前饋實(shí)際上是前饋-反饋復(fù)合控制控反饋復(fù)合控制控制。制。o存在的問題：存在的問題：n 對(duì)給水變化擾動(dòng)的克服，滯對(duì)給水變化擾動(dòng)的克服，滯后較大。后較

29、大。（2）雙沖量液位控制）雙沖量液位控制45v鍋爐水位雙沖量控制方框圖鍋爐水位雙沖量控制方框圖圖圖7-35 雙沖量控制系統(tǒng)方塊圖雙沖量控制系統(tǒng)方塊圖46(3) 三沖量液位控制三沖量液位控制 o 三沖量：三沖量：n 汽包液位，蒸汽流量，給水流量汽包液位，蒸汽流量，給水流量o 特點(diǎn)：特點(diǎn)：n 根據(jù)水位、給水及蒸汽負(fù)荷干擾根據(jù)水位、給水及蒸汽負(fù)荷干擾的綜合指標(biāo)實(shí)施控制，可以克服的綜合指標(biāo)實(shí)施控制，可以克服各種干擾的影響，滿足水位的動(dòng)各種干擾的影響，滿足水位的動(dòng)態(tài)控制要求。態(tài)控制要求。n 實(shí)際上是前饋實(shí)際上是前饋-串級(jí)復(fù)合控制控串級(jí)復(fù)合控制控制。制。47圖圖7-38 三沖量控制系統(tǒng)方塊圖三沖量控制系統(tǒng)

30、方塊圖v鍋爐水位三沖量控制方框圖鍋爐水位三沖量控制方框圖48課程小結(jié)復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)p 了解比值、前饋、均勻、分程、選擇、多沖量了解比值、前饋、均勻、分程、選擇、多沖量等復(fù)雜控制系統(tǒng)的基本概念和特點(diǎn)。等復(fù)雜控制系統(tǒng)的基本概念和特點(diǎn)。49電信學(xué)院自動(dòng)化系先進(jìn)控制技術(shù)研究所電信學(xué)院自動(dòng)化系先進(jìn)控制技術(shù)研究所50內(nèi)容簡介過程控制系統(tǒng)及儀表(第3版)內(nèi)容簡介：過程控制系統(tǒng)的理論分析和設(shè)計(jì)需要較多的數(shù)學(xué)知識(shí)，自動(dòng)化儀表在設(shè)計(jì)制造方面也有許多技術(shù)問題值得探討。但是，對(duì)于工藝技術(shù)人員來說，主要關(guān)心的問題是控制系統(tǒng)和儀表的基本原理及其應(yīng)用特性。因此，過程控制系統(tǒng)及儀表(第3版)盡量避免繁雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，

31、力求用簡明扼要的文字和插圖使讀者對(duì)所學(xué)知識(shí)有更多的定性了解，通俗易懂，這是過程控制系統(tǒng)及儀表(第3版)的另一個(gè)特色。過程控制系統(tǒng)和儀表涉及的領(lǐng)域十分廣闊，研究內(nèi)容也極其豐富。本著理論聯(lián)系實(shí)際、學(xué)以致用的原則，過程控制系統(tǒng)及儀表(第3版)在取材方面，不追求包羅萬象、面面俱到，而是力爭把最基本、最常用的內(nèi)容都包含進(jìn)來。突出重點(diǎn)，注重實(shí)用是過程控制系統(tǒng)及儀表(第3版)的第三個(gè)特色。 第第3版版2010-07第第2版版出版日期：出版日期：2006-08-01 51目錄 第1篇 過程控制基礎(chǔ)知識(shí)第1章 緒論1.1 生產(chǎn)過程自動(dòng)化概述1.1.1 生產(chǎn)過程及其特點(diǎn)1.1.2 生產(chǎn)過程對(duì)控制的要求1.1.3

32、生產(chǎn)過程自動(dòng)化的發(fā)展歷程1.2 過程控制系統(tǒng)的組成及分類1.2.1 過程控制系統(tǒng)的組成1.2.2 過程控制系統(tǒng)的分類1.3 過程控制系統(tǒng)的方塊圖與工藝控制流程圖1.3.1 過程控制系統(tǒng)的方塊圖1.3.2 過程控制系統(tǒng)的工藝控制流程圖1.4 過程控制系統(tǒng)的過渡過程和性能指標(biāo)1.4.1 過程控制系統(tǒng)的過渡過程1.4.2 過程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)習(xí)題第2章 被控對(duì)象的特性2.1 概述2.1.1 基本概念2.1.2 被控對(duì)象的階躍響應(yīng)特性2.2 被控對(duì)象特性的數(shù)學(xué)描述2.2.1 一階對(duì)象的機(jī)理建模及特性分析2.2.2 二階對(duì)象的機(jī)理建模及特性分析2.2.3 純滯后對(duì)象的機(jī)理建模及特性分析2.3 被控對(duì)象

33、的實(shí)驗(yàn)測(cè)試建模2.3.1 階躍響應(yīng)曲線的獲取2.3.2 一階純滯后對(duì)象特性參數(shù)的確定2.3.3 二階對(duì)象特性參數(shù)的確定習(xí)題 第2篇 過程自動(dòng)化裝置第3章 過程測(cè)量儀表 3.1 測(cè)量儀表中的基本概念3.1.1 測(cè)量過程及測(cè)量儀表3.1.2 檢測(cè)系統(tǒng)的基本特性及性能指標(biāo) 3.2 溫度測(cè)量3.2.1 概述3.2.2 熱電偶溫度計(jì)3.2.3 熱電阻溫度計(jì)3.2.4 溫度測(cè)量儀表的選用3.2.5 溫度交迭器3.2.6 一體化溫度變送器3.2.7 智能溫度變送器 3.3 壓力測(cè)量3.3.1 概述3.3.2 彈性式壓力表3.3.3 電容武壓力變送器3.3.4 擴(kuò)散硅壓力變送器3.3.5 智能差壓變送器3.3

34、.6 壓力表的選擇和使用 3.4 流量測(cè)量3.4.1 概述3.4.2 差壓式流量計(jì)3.4.3 容積式流量計(jì)3.4.4 浮子式流量計(jì)3.4.5 電磁流量計(jì)3.4.6 渦街流量計(jì)52 3.5 物位測(cè)量3.5.1 概述3.5.2 靜壓式液位計(jì)3.5.3 磁浮子式液位計(jì)3.5.4 電容武物位計(jì)3.5.5 其他物位測(cè)量儀表 3.6 顯示儀表3.6.1 概述3.6.2 模擬式顯示儀表3.6.3 數(shù)字式顯示儀表3.6.4 智能化、數(shù)字化記錄儀習(xí)題 第4章 過程控制儀表4.1 基本控制規(guī)律4.1.1 位式控制4.1.2 比例控制4.1.3 比例積分控制4.1.4 比例微分控制4.1.5 比例積分微分控制4.2

35、 DDZ一型調(diào)節(jié)器4.2.1 主要功能4.2.2 構(gòu)成原理4.3 可編程調(diào)節(jié)器4.3.1 KMM可編程調(diào)節(jié)器的構(gòu)成4.3.2 KMM可編程調(diào)節(jié)器的主要功能4.3.3 正面板和側(cè)面板 4.4 可編程控制器4.4.1 可編程控制器的產(chǎn)生與發(fā)展4.4.2 可編程控制器的應(yīng)用場(chǎng)合4.4.3 可編程控制器的構(gòu)成、分類及工作過程4.4.4 可編程控制器的編程語言4.4.5 可編程控制器選型基本原則4.4.6 松下FPI可編程控制器習(xí)題第5章 過程執(zhí)行儀表5.1 概述5.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)5.2.1 氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)5.2.2 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)5.3 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5.3.1 常用調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)及特點(diǎn)5.3.2 流量系數(shù)與可調(diào)比5.

36、3.3 流量特性5.4 電一氣轉(zhuǎn)換器和閥門定位器5.4.1 電一氣轉(zhuǎn)換器5.4.2 閥門定位器的主要用途5.4.3 電一氣閥門定位器習(xí)題53 第3篇 垃程控制系統(tǒng) 第6章 簡單控制系統(tǒng)6.1 概述6.2 被控變量的選擇6.3 操縱變量的選擇6.3.1 對(duì)象靜態(tài)特性對(duì)控制質(zhì)量的影響6.3.2 對(duì)象動(dòng)態(tài)特性對(duì)控制質(zhì)量的影響6.3.3 選擇操縱變量的原則6.4 控制系統(tǒng)中盼測(cè)量變送問題6.4.1 測(cè)量變送問題對(duì)控制質(zhì)量的影響6.4.2 克服測(cè)量變送問題的措施6.5 執(zhí)行器的選擇6.5.1 閥流量特性的選擇6.5.2 執(zhí)行器開閉形式的選擇6.6 控制器的選擇6.6.1 控制規(guī)律的選擇6.6.2 控制器正反作用的確定6.7 控制系統(tǒng)的投運(yùn)及控制器參數(shù)的整定6.7.1 控制系統(tǒng)的投運(yùn)6.7.2 控制器參數(shù)的整定習(xí)題第7章 復(fù)雜控制系統(tǒng)7.1 串級(jí)控