過程控制系統(tǒng)與儀表-第2版-課件-第7章第2節(jié)

7.4比值控制系統(tǒng)實際生產(chǎn)過程中，經(jīng)常需要幾種物料流量保持一定比例關系。例如在鍋爐的燃燒過程，要保持燃料和空氣量成一定比例，以保證燃燒經(jīng)濟性。定義：實現(xiàn)兩個或多個參數(shù)（主要為流量）滿足一定比例關系的控制系統(tǒng)，稱為比值控制系統(tǒng)。如要實現(xiàn)兩種物料流量的比例關系，可表示為：Q2=KQ1

式中：

K—比值系數(shù)；Q1—主流量；

Q2—副流量

。7.4.1比值控制系統(tǒng)的種類

1.開環(huán)比值控制系統(tǒng)如圖Q1是主流量，Q2是副流量。流量變送器FT檢測主物料流量Q1；由控制器FC及安裝在從物料管道上的閥門來控制副流量Q2。FTFCQ1Q2此控制方案的優(yōu)點是結構簡單、成本低。缺點是無抗干擾能力，當副流管線壓力等改變時，不能保證所要求比值恒定?？刂颇繕耍篞2＝KQ12.單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)為了克服開環(huán)比值控制的不足，在開環(huán)比值控制的基礎上，增加對副流量的閉環(huán)控制。特點：對Q2進行閉環(huán)控制，比值控制精度提高；控制目標：Q2=KQ1；對Q1只測量、不控制。

Q2跟隨Q1成比例變化(Q2=KQ1)，但Q1+Q2總流量不穩(wěn)定。F1TQ1Q2

KF2TF2C3.雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)為了克服單閉環(huán)比值控制中主流量不受控制的缺點，增加了主流量控制回路。F1TQ1Q2F1CF2TF2CK有兩個閉環(huán)控制回路，用比值器聯(lián)系；控制目標：Q2=K

Q1

；Q1是主流量，Q2是副流量。

對兩個流量(Q1,Q2)

進行控制，因此，總流量Q1+Q2穩(wěn)定。4.變比值控制系統(tǒng)以上討論的都是定比值控制系統(tǒng)。在有些生產(chǎn)過程，要求兩種或兩種以上物料流量的比值隨第三個工藝參數(shù)的需要而變化，為滿足這種工藝要求，就出現(xiàn)了變比值控制系統(tǒng)。在下圖(見下頁)的變換爐工藝中，一定比例煤氣與水蒸氣（5~8倍）在觸媒催化下，轉化成二氧化碳和氫氣。變換爐溫度越高轉化率越高，但溫度過高會影響觸媒壽命。如果根據(jù)觸媒層溫度控制二者的比例系數(shù)，就能保持最高轉化率和觸媒安全與壽命。除法器算出蒸汽與煤氣流量實際比值，輸入到流量控制器FC。最后通過調整蒸汽流量(改變蒸汽與半水煤氣比值)使變換爐觸媒層的溫度恒定在給定值。F1TF2T

TT轉化氣溫度控制器TC根據(jù)觸媒實際溫度與給定溫度偏差，計算流量比值給定值。圖7.23變比值控制系統(tǒng)框圖Gc2(s)Y(s)+Gv2(s)G02(s)G0(s)Gc1(s)R(s)Gm(s)Q1(s)Q2(s)Gm2(s)Gm1(s)÷+K'Kr'__應當注意，在變比值控制系統(tǒng)中，改變流量比值只是一種控制手段，不是最終目的，而第三參數(shù)（如上例中溫度）往往是主要被控參數(shù)。7.4.2比值控制系統(tǒng)的設計與參數(shù)整定7.4.2.1比值控制系統(tǒng)設計1.主流量、副流量的確定原則①生產(chǎn)中起主導作用的物料流量，一般選為主流量，其余物料流量跟隨其變化，為副流量;②工藝上不可控的物料流量，一般選為主流量;③價格較昂貴的物料流量一般選為主流量;④當生產(chǎn)工藝有特殊要求時，主、副物料流量的確定應服從工藝需要。2.控制方案的選擇控制方案選擇應根據(jù)不同的生產(chǎn)要求確定，同時兼顧經(jīng)濟性原則。

①如果工藝上僅要求兩物料流量比值一定，而對總流量無要求，采用單閉環(huán)比值控制方案。②如果主、副流量擾動頻繁，工藝要求主、副物料總流量恒定的生產(chǎn)過程，可采用雙閉環(huán)比值控制方案。③當生產(chǎn)工藝要求兩種物料流量比值隨著第三參數(shù)的需要進行控制時，采用變比值控制方案。3.控制器控制規(guī)律的確定比值控制系統(tǒng)中，控制器的控制規(guī)律是根據(jù)控制方案和控制要求而定。F1TQ1Q2

KF2TF2C在單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)中，比值器K起比值計算作用，若用控制器實現(xiàn)，則選P調節(jié)；控制器F2C使副流量穩(wěn)定，為保證控制精度可選PI調節(jié)。PPI雙閉環(huán)比值控制不僅要求兩流量保持恒定的比值關系，而且主、副流量均要實現(xiàn)定值控制，所以兩個控制器均應選PI控制；比值器選P控制。F1TQ1Q2F1CF2TF2CKPIPIP

4.正確選擇流量計及其量程各種流量計都有一定的適用范圍（一般正常工作流量選在滿量程的70％左右），必須正確地選擇和使用，可參考有關設計資料、產(chǎn)品手冊。

5.比值系數(shù)的計算工藝規(guī)定的流量（或質量）比值K不能直接作為儀表比值系數(shù)使用，必須根據(jù)儀表的量程轉換成儀表的比值系數(shù)K’后才能進行比值設定。流量變送器的轉換特性不同，比值系數(shù)K’的計算公式不同。①流量與測量信號成線性關系如果Q1檢測流量計測量范圍為0～Q1max

、Q2檢測流量計測量范圍為0～Q2max，則變送器輸出電流信號和流量Q之間的關系如下：因代入工藝比值公式：得儀表比值系數(shù)換算公式：儀表比值系數(shù)為②流量與測量信號之間成非線性關系采用節(jié)流原理測流量時，差壓與流量平方成正比代入工藝流量比值公式則

?p=CQ2

而差壓與傳感器輸出電流之間關系：I=?p+4得流量系數(shù)換算公式6.流量測量中的溫度、壓力補償用差壓流量計測量氣體流量時，被測氣體溫度和壓力的變化會使其密度發(fā)生變化，流量的測量值將產(chǎn)生誤差。對于溫度、壓力變化較大、而控制質量要求較高的對象，必須進行溫度、壓力補償，以保證流量測量值的準確；或者直接用質量流量計進行測量。7.4.2.2比值控制系統(tǒng)實施與參數(shù)整定①比值系數(shù)的實現(xiàn)比值系統(tǒng)的實現(xiàn)有相乘和相除二種方法?？刹捎帽戎灯?、乘法器、除法器等儀表實現(xiàn)；采用計算機控制系統(tǒng)時，可通過比例、乘、除運算程序實現(xiàn)。②比值控制系統(tǒng)的參數(shù)整定比值系統(tǒng)主流量控制回路可按單回路控制系統(tǒng)進行參數(shù)整定；比值系統(tǒng)副流量整定為振蕩與不振蕩的邊界為佳，即過渡過程既不振蕩且反應快。7.4.2.2比值控制系統(tǒng)實施與參數(shù)整定①比值系數(shù)的實現(xiàn)比值系統(tǒng)的實現(xiàn)有相乘和相除二種方法?？刹捎帽戎灯?、乘法器、除法器等儀表實現(xiàn)；采用計算機控制系統(tǒng)時，可通過比例、乘、除運算程序實現(xiàn)。②比值控制系統(tǒng)的參數(shù)整定比值系統(tǒng)主流量控制回路可按單回路控制系統(tǒng)進行參數(shù)整定；比值系統(tǒng)副流量整定為振蕩與不振蕩的邊界為佳，即過渡過程既不振蕩且反應快。對混合過程，則要考慮采用混合過程PID控制算法，并進行參數(shù)整定（參見3.3.2.6）7.5均勻控制系統(tǒng)在連續(xù)生產(chǎn)過程中，有些裝置前后緊密聯(lián)系，前一設備的出料，往往是后一設備的進料；設備操作之間互相關聯(lián)、互相影響。例如圖7.24所示的兩個連續(xù)操作的精餾塔。LC1#2#FTFCLT1#塔要求液位穩(wěn)定，設液位控制系統(tǒng)。2#塔要求進料量穩(wěn)定，設流量控制系統(tǒng)。LC1#2#FTFCLT12顯然，這兩套控制系統(tǒng)的控制目標存在矛盾：解決方法1.設中間貯槽，消除(減弱)前后影響，但成本高。2.采用控制方法—均勻控制系統(tǒng)。1#塔液位控制閥1開度變化2#塔流量變化2#塔流量控制閥2

開度變化1#塔液位變化7.5.1均勻控制系統(tǒng)工作原理及特點為了解決前后工序控制矛盾，達到前后兼顧、協(xié)調操作，使前后工序的控制參數(shù)均能符合要求而設計的控制系統(tǒng)稱為均勻控制系統(tǒng)。如上例中，均勻控制應通過對液位和流量兩個參數(shù)同時兼顧的控制方案，使兩個互相矛盾的變量相互協(xié)調，都能滿足各自的工藝要求。和其它控制方式相比，均勻控制的特點如下：①兩個被控參數(shù)在小范圍、緩慢變化因為若將1#塔液位控制成平穩(wěn)的直線，會導致2#塔的進料流量波動很大；反之若將2#塔的進料流量控制成平穩(wěn)的直線，會導致1#塔液位波動很大。無法實現(xiàn)兩個被控參數(shù)都恒定。只有讓兩者都有一定程度波動，但波動都比較緩慢、且幅度較小，才有可能同時符合生產(chǎn)工藝要求。tLLFF0a）1#塔液位穩(wěn)定、2#塔進料流量波動幅度大LFLFt0b）1#塔液位波動幅度大、2#塔進料流量穩(wěn)定LFLFt0c）1#塔液位、2#塔進料流量均小范圍、緩慢波動②前后互相聯(lián)系又互相矛盾的兩個變量應保持在所允許的范圍內(nèi)波動。如下圖，1#塔塔釜液位升降變化不能超過規(guī)定的上下限；2#塔進料流量也不能超越規(guī)定的上下限，否則不滿足工藝要求。LC1#2#FTFCLT12LFLFt07.5.2均勻控制方案均勻控制常用的方案有簡單均勻控制、串級均勻控制等形式，下面介紹這兩種控制方案。1．簡單均勻控制系統(tǒng)結構與簡單液位定值控制系統(tǒng)相同，但控制系統(tǒng)的目標不同。均勻控制的目標是協(xié)調控制液位和排出流量兩個被控參數(shù)。LC1#2#LT由于控制目的不同，均勻控制要求兼顧兩個被控參數(shù)，通過控制器參數(shù)整定來實現(xiàn)這一目標。簡單均勻控制系統(tǒng)中的控制器一般都是純比例作用，且將比例度整定得很大。當1#塔液位變化時，控制器輸出變化很小，排出流量流量只作緩慢、小范圍變化，以較弱的控制作用達到均勻控制的目的。LC1#2#LTLC1#2#LT動。簡單均勻控制僅適用于壓力(擾動)干擾不大、對流量的均勻程度要求較低的場合。簡單均勻控制的優(yōu)點是結構簡單，投運方便，成本低。但對另一個被控參數(shù)是不測不控的兼顧操作，其控制精度不一定能保證。在本例中，當前后塔的壓力變化較大時，盡管調節(jié)閥的開度不變，輸出流量也會出現(xiàn)較大波2．串級均勻控制為了克服簡單均勻控制只有一個控制回路，只能保證一個被控參數(shù)精度的缺點，可在簡單均勻控制方案基礎上增加一個副控制回路，構成串級均勻控制。

結構與串級控制系統(tǒng)相同。增加了流量控制回路，可以及時克服壓力干擾，保證流量控制精度。LC1#2#LTFTFC串級均勻控制系統(tǒng)中，主、副變量都有控制精度要求，二者均在規(guī)定的（?。┓秶鷥?nèi)緩慢地變化，所以控制目標與串級控制不同。①主、副控制器一般都采用純比例作用，而且將比例度整定得較大。②串級均勻控制方案適用于壓力(擾動)干擾較大的場合。但使用儀表較多，投運、維護復雜，成本高。LC1#2#LTFTFC7.5.3均勻控制系統(tǒng)參數(shù)整定

1．控制規(guī)律選擇簡單均勻控制系統(tǒng)的控制器及串級均勻控制系統(tǒng)的主控制器一般采用純比例控制，有時也可采用比例積分控制；所有均勻控制都不需要加入微分控制。積分作用的引入對液位參數(shù)有利，它可以避免由于長時間單方向干擾引起液位的越限。積分控制引入將使系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性變差。

簡單均勻控制系統(tǒng)要整定的控制器只有一個，可以按照單回路控制系統(tǒng)的整定方法進行，只是要注意比例度要寬(P要大)、積分時間要長(Ti要大)，通過“看曲線、調參數(shù)”，使液位和流量達到變化緩慢、協(xié)調均勻就可以了。

下面簡單介紹串級均勻控制系統(tǒng)參數(shù)整定的經(jīng)驗法和停留時間法。2．控制器參數(shù)整定

①經(jīng)驗整定法

所謂經(jīng)驗整定法，就是根據(jù)經(jīng)驗,將主、副控制器的比例度P1、P2設置為一個適當?shù)臄?shù)值，

②停留時間法

所謂停留時間τ，是指在正常流速下，介質在被控參數(shù)允許變化范圍(1#塔在液位上下限之間的有效容積)內(nèi)流過所需要的時間，其計算公式然后按“先副后主”的順序，由小到大進行調整，使被控參數(shù)的過渡過程曲線呈緩慢的非周期衰減過程。式中，Q—是正常工況下的介質流量；

V—是容器在液位上下限之間的有效容量。停留時間τ與控制器整定參數(shù)間的關系見表7-2。停留時間τ(min)

<2020~40>40比例度P(%)100～150150～200200～25積分時間Ti

(min)51015表7-2停留時間τ與調節(jié)器參數(shù)的關系具體整定步驟如下副控制器(流量)按經(jīng)驗法整定；計算停留時間τ，按上表確定液位(主)控制器整定參數(shù)；按照已確定參數(shù)進行系統(tǒng)運行試驗，若不滿足工藝要求，再適當調整控制器參數(shù)，直到液位、流量運行曲線均符合工藝要求。7.6分程控制系統(tǒng)在分程控制系統(tǒng)中，將一個控制器的輸出信號被分割成幾個行程段，每一段行程各控制一個調節(jié)閥，故取名為分程控制系統(tǒng)。例如，一個控制器的輸出信號分程控制兩個調節(jié)閥A和B

，A和B的輸入信號各占控制器輸出信號滿量程一半(50%)。

可通過調整閥門定位器或閥門驅動器，縮小調節(jié)閥輸入信號量程。CABMM7.6.1分程控制系統(tǒng)工作原理及類型7.6.1.1分程控制系統(tǒng)工作原理如某一間歇式生產(chǎn)的化學反應過程中，每次投料完畢后，需要先對其加熱引發(fā)化學反應。一旦反應開始，就會持續(xù)產(chǎn)生大量反應熱，如果不及時降溫，物料溫度會越來越高，有發(fā)生爆炸的危險，因此，必須進行冷卻降溫。

TT熱水冷卻水B

TCA

TT熱水冷卻水B

TCA反正反反/正為此，可設計以反應器內(nèi)(物料)溫度為被控參數(shù)、以熱水流量和冷卻水流量為控制變量的分程控制系統(tǒng)，調節(jié)閥A、B分別控制冷卻水和熱水。為保證設備安全，加熱調節(jié)閥B采用氣開方式，冷卻水調節(jié)閥A采用氣關方式，溫度控制器TC應采用反作用工作方式。圖7.29調節(jié)閥分程關系曲線MPa0100%0.020.060.10A閥B閥放熱反應器溫度分程控制工作原理反應釜裝料完成、化學反應開始前，反應物料溫度測量值小于設定值。系統(tǒng)啟動，控制器TC(反作用工作方式)

輸出(經(jīng)過電/氣轉換器)

氣壓大于0.06MPa，A(冷卻)

閥關閉，B(加熱)

閥開啟，進入反應器夾套的熱水使反應物料溫度上升。

TT熱水冷卻水B

TCA反正反反/正隨著溫度升高→物料開始反應→反應物溫度逐漸升高→控制器輸出逐漸下降→加熱水閥B逐漸關小→當反應物料溫度達到并高于設定值時→控制器輸出氣壓小于0.06MPa→加熱水閥B完全關閉，冷卻閥A逐漸打開→冷卻水進入夾套將反應熱帶走，使反應物料溫度保持在設定值。圖7.29調節(jié)閥分程關系曲線MPa0100%0.020.060.10A閥B閥

TT熱水冷卻水B

TCA反正反反/正7.6.1.2分程控制系統(tǒng)的類型按照調節(jié)閥的氣開、氣關形式和分程信號區(qū)段不同，分程控制系統(tǒng)可分為以下兩種類型：①調節(jié)閥同向動作的分程控制系統(tǒng)調節(jié)閥同向動作分程控制系統(tǒng)的二種形式。A、B均為正作用閥A、B均為反作用閥MPa0100%0.020.060.10A閥B閥MPa0100%0.020.060.10A閥B閥MPa0100%0.020.060.10A閥B閥②調節(jié)閥異(反)向動作的分程控制系統(tǒng)調節(jié)閥異(反)向動作分程控制系統(tǒng)的二種形式。在0.02~0.06MPa區(qū)間，B閥全開、A閥逐漸開大；在0.06~0.10MPa區(qū)間，A閥全開、B閥逐漸關小。在0.02~0.06MPa區(qū)間，B閥全關、A閥逐漸關??；在0.06~0.10MPa區(qū)間，A閥全關、B閥逐漸開大。MPa0100%0.020.060.10A閥B閥SV－執(zhí)行器1被控過程變送器控制器干擾執(zhí)行器2+被控參數(shù)PV7.6.2分程控制系統(tǒng)設計及工業(yè)應用分程控制系統(tǒng)本質上屬于單回路控制系統(tǒng)。二者的主要區(qū)別：單回路控制系統(tǒng)中控制器輸出控制一個調節(jié)閥，分程控制系統(tǒng)中控制器輸出控制二/多個調節(jié)閥，因此，系統(tǒng)設計方法上有所區(qū)別。7.6.2.1控制信號的分段在分程控制中，控制器輸出信號分段由生產(chǎn)工藝要求決定?？刂破鬏敵鲂盘栃枰殖蓭锥?，哪一段信號控制哪一個調節(jié)閥，完全取決于工藝要求。如在此例釜式反應器溫度控制系統(tǒng)，生產(chǎn)工藝需要控制兩個調節(jié)閥。因此，控制器輸出信號需要分成兩段。

TT熱水冷卻水B

TCA反正反反/正7.6.2.2調節(jié)閥特性選擇與應注意的問題

1.根據(jù)工藝要求選擇同向或異向工作調節(jié)閥在此例中，為保證安全，加熱閥采用氣開式，冷卻閥采用氣關式，兩個調節(jié)閥異向工作；又因工藝要求一個閥打開時，另一個必須關閉，兩個閥的特性組合如下左圖所示。MPa0100%0.020.060.10A閥B閥

TT熱水冷卻水B

TCA反正反反/正

2.流量特性的平滑銜接如圖為蒸氣壓力減壓系統(tǒng)。小負荷時A閥控制、B閥關閉；負荷較大時A閥全開、由B閥進行控制。兩個同向特性調節(jié)閥并聯(lián)控制一種介質流量時，總流量特性是兩個閥流量特性的疊加組合。PTMPa0100%0.020.060.10A閥B閥SV如果兩個調節(jié)閥的增益差距較大，組合后的總流量特性有突變點，會影響系統(tǒng)控制品質。P（MPa）a）二閥特性比較接近0Q（%）1000.020.060.1045?b）二閥特性差距較大01000.020.060.1045P（MPa）Q（%）?如果兩個調節(jié)閥都用直線特性，組合后的總流量特性有下列兩種情況：b）分程信號重疊P（MPa）01000.020.060.10Q（%）a）分程信號不重疊P（MPa）Q（%）01000.020.060.10??如果調節(jié)閥是對數(shù)流量特性，其總流量特性銜接處必有突變（點）?？梢酝ㄟ^兩個調節(jié)閥分程信號部分重迭的辦法，使調節(jié)閥流量特性實現(xiàn)平滑過渡，即將兩個閥的工作范圍擴大，形成一段重迭區(qū)。3.調節(jié)閥的泄漏量

在分程控制中，調節(jié)閥的泄漏量太大會影響控制質量。尤其當大、小閥并聯(lián)工作時，若大閥的泄漏量接近或大于小閥的正常的調節(jié)量，則小閥的調節(jié)能力大大降低。

因為大閥的泄漏量相當于存在一個不受控制的旁路管道，所以要求大閥的泄漏量小。PT7.6.2.3分程控制的實現(xiàn)

分程控制要求調節(jié)閥的輸入量程進行壓縮。通過調整閥門定位器的輸入信號零點和量程，使調節(jié)閥在規(guī)定的信號區(qū)段作全行程動作。例如，使調節(jié)閥A在0.02~0.07MPa范圍內(nèi)作全行程動作；使調節(jié)閥B在0.05~0.10MPa范圍內(nèi)作全行程動作；二者在0.05~0.07MPa重疊。分程信號存在部分重疊P（MPa）01000.020.060.10Q（%）7.6.2.4分程控制系統(tǒng)的工業(yè)應用分程控制系統(tǒng)的工業(yè)應用廣泛，下面介紹應用比較多的兩種形式。1.用于擴大調節(jié)閥的可調范圍有些生產(chǎn)工藝要求控制的流量變化范圍較大，而調節(jié)閥可調范圍有限（國產(chǎn)統(tǒng)一設計柱塞調節(jié)閥可調范圍R＝30）。若采用一個調節(jié)閥，能夠控制的最大流量和最小流量相差不可能太懸殊，滿足不了生產(chǎn)上流量大范圍變化的要求，這時可考慮采用兩個調節(jié)閥并聯(lián)的分程控制方案。例

某蒸汽壓力減壓控制系統(tǒng)用節(jié)流減壓的方法將10MPa的高壓蒸氣減壓成4MPa的中壓蒸氣，中壓蒸氣的使用量變化很大。如果只用一個閥門控制，只能選擇大口徑閥。而大口徑閥在小開度下工作時，閥門特性變差，控制效果不好。如果用兩個閥分程控制，小負荷時只開小閥，負荷增大時再開大閥。則兩個調節(jié)閥組合后，可調范圍擴大。PT

設大、小兩個調節(jié)閥的最大流通能力分別為：

CBmax=105m3、CAmax=4.2m3；可調范圍均為

R=

30

則兩個閥的最小流通能力分別為：

CBmin=CBmin/R=105/30=3.5m3CAmin=CAmin/R=4.2/30=0.14m3

兩個調節(jié)閥并聯(lián)使用時：最小流通能力為：Cmin=CAmin=0.14

最大流通能力為：Cmax=CBmax+CAmax=107.2m3

可調范圍：R并=Cmax/Cmin=107.2/0.14=780

并聯(lián)使用后調節(jié)閥的可調范圍增大了26倍。2.用于一個控制回路需要控制多個操縱量

例

在工業(yè)廢液中和處理工藝中，需要根據(jù)廢液的酸堿性（pH值），分別控制加酸液量或加堿液量。pHT反反正廢液pHC正堿液酸液中和廢液MPa0100%0.020.060.10A閥B閥7.7選擇性控制系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)是在正常生產(chǎn)過程狀態(tài)下對被控參數(shù)進行控制。一旦生產(chǎn)過程出現(xiàn)非正常狀態(tài)（參數(shù)超過安全限），就不得不放棄對此參數(shù)控制，否則會發(fā)生事故。待采取保護措施，消除異常、重新恢復正常狀態(tài)后，控制系統(tǒng)再重新投入工作。傳統(tǒng)的生產(chǎn)保護措施是硬保護措施。當生產(chǎn)操作達到安全極限時，發(fā)出聲、光報警，操作人員立即將控制器切到手動操作，或通過專門設置的聯(lián)鎖保護系統(tǒng)實現(xiàn)自動停車，防止事故險情進一步惡化。如果控制系統(tǒng)具有自動應變能力，對于不同的生產(chǎn)狀態(tài)，能自動選擇不同的控制方案—當生產(chǎn)過程出現(xiàn)不正常狀況時，能自動切換到保護性控制回路，由保護性控制回路來恢復生產(chǎn)狀態(tài)；當生產(chǎn)恢復正常時，再自動切回穩(wěn)定性控制回路。這樣就不需要通過人工或連鎖停車操作，對生產(chǎn)系統(tǒng)進行保護，這種安全保護稱為軟保護（措施）。所謂選擇性控制系統(tǒng)，就是能根據(jù)生產(chǎn)狀態(tài)自動選擇合適的控制方案的控制系統(tǒng)。選擇性控制系統(tǒng)設有多個控制回路，由選擇器根據(jù)設計控制決策邏輯，自動選通合適控制回路。7.7.1選擇性控制系統(tǒng)的類型

選擇性控制系統(tǒng)通過選擇器實現(xiàn)選擇功能。選擇器可以接在控制器的輸出端，對控制信號進行選擇；也可以接在變送器輸出端，對測量信號進行選擇。

1.對控制器輸出信號進行選擇給定2＋－變送器2執(zhí)行器對象1被控參數(shù)2給定1＋－變送器1控制器1選擇器被控參數(shù)1干擾控制器2正常控制取代控制對象2例

鍋爐蒸氣壓力選擇控制系統(tǒng)工藝要求鍋爐輸出蒸氣壓力穩(wěn)定。若用單回路控制系統(tǒng)控制，則根據(jù)蒸氣出口壓力控制燃氣量。燃氣鍋爐給水蒸氣汽包爐膛P1TP1C正反

如果下游生產(chǎn)過程蒸氣用量大幅度變化，蒸氣壓力控制系統(tǒng)會使燃氣閥門開度大幅變化。但燃氣壓力過高會發(fā)生脫火。

為防止產(chǎn)生脫火現(xiàn)象，增加一個燃氣高壓保護控制回路。用P2T測燃氣壓力，P2C的設定值為燃氣高壓上限值，當燃氣壓力低于上限值時，P2C輸出高值信號。

用低選器自動地選擇兩個控制信號中較低的一個，作為閥門的控制信號，系統(tǒng)原理如右圖所示。燃氣P2C鍋爐給水＜蒸氣汽包爐膛選擇器P2TP1TP1C反反正

P2C輸出高值時，LS選中P1C作為輸出。系統(tǒng)是以蒸氣壓力為被控變量的簡單控制系統(tǒng)。當煤氣壓力超過P2C給定值時，

P2C輸出低值，

LS將改選P2C作為輸出。

系統(tǒng)處于燃氣壓力控制時，蒸氣出口壓力控制回路被燃氣壓力安全保護回路所取代。燃氣P2C鍋爐給水＜蒸氣汽包爐膛選擇器P2TP1TP1C反反正

在蒸氣壓力定值控制與燃氣高壓自動保護的選擇控制過程中，還可能出現(xiàn)另一種事故：如果因蒸氣負荷很低，導致燃氣流量過低，會出現(xiàn)熄火現(xiàn)象，也必須防止。

燃氣P2C鍋爐給水＜蒸氣汽包爐膛選擇器P2TP1TP1C反反正

為防止出現(xiàn)熄火現(xiàn)象，再增加一個燃氣低壓保護控制回路—P3T、P3C，系統(tǒng)原理如下頁圖所示。P3C的設定值為燃氣壓力下限值，當燃氣壓力低于下限值時，

P3C輸出高值信號，被HS選中。

當燃氣壓力高于下限值時，P3C輸出低值信號，不會被HS選中。燃氣P2C鍋爐給水＜蒸氣汽包爐膛＞選擇器1選擇器2P3TP3CP2TP1TP1C正反反反這類系統(tǒng)的選擇器裝在控制器之后（三選一系統(tǒng)）。在控制系統(tǒng)處于燃氣壓力保護控制狀態(tài)時，不能保證蒸氣出口壓力符合工藝要求。燃氣P2C鍋爐給水＜蒸氣汽包爐膛＞選擇器1選擇器2P3TP3CP2TP1TP1C正反反反2．對變送器輸出信號進行選擇這種系統(tǒng)的選擇器裝在控制器之前、檢測變送器之后，對多個變送器輸出信號進行選擇。用于幾個被控參數(shù)給定值、控制規(guī)律都一樣的場合。

給定＋－變送器n執(zhí)行器被控對象被控參數(shù)n變送器1選擇器被控參數(shù)1……干擾控制器…………例

固定床反應器(高溫)熱點溫度控制反應器內(nèi)固定床上裝有催化劑以加速反應，而反應產(chǎn)生的熱量若不及時被冷卻液帶走，溫度過高會燒壞催化劑。因催化劑的老化、變質和流動等原因，固定床不同位置的溫度可能不同。在不同位置分別安裝溫度傳感器，由選擇器(高選HS)選出熱點溫度信號，送入控制器進行控制。＞冷卻液入料T1TTC反T2TT3T反應器產(chǎn)品反冷卻液給定＋－變送器2執(zhí)行器對象3段變送器1選擇器被控參數(shù)1控制器對象2段對象1段變送器1被控參數(shù)2被控參數(shù)3反應器內(nèi)三點被控溫度是串聯(lián)關系，因此，控制系統(tǒng)方框圖中(對象)特過程性可等效為串聯(lián)的三段。＞冷卻液入料T1TTC反T2TT3T反應器產(chǎn)品反冷卻液

7.7.2選擇性控制系統(tǒng)的設計原則選擇性控制系統(tǒng)是多個常規(guī)控制系統(tǒng)的組合。與常規(guī)控制系統(tǒng)的設計相比，主要不同點是選擇器的設計選型和控制器控制規(guī)律的確定。1．選擇器的選型選擇器有高值選擇器HS與低值選擇器LS兩種。選擇器類型，由執(zhí)行器的作用方向和控制回路的切換條件決定。例1

蒸汽壓力與燃氣壓力的自動選擇控制由于燃氣閥是正作用閥，防止燃氣壓力過高的選擇器1就應當是低選（LS），防止燃氣壓力過低的選擇器2就應當是高選（HS）。燃氣P2C鍋爐給水＜蒸氣汽包爐膛＞選擇器1選擇器2P3TP3CP2TP1TP1C正反反反例2

固定床反應器中熱點溫度選擇控制控制目標是最高溫度點不超過觸媒（催化劑）耐溫上限，則所有測溫點溫度都不會超標，所以用高選器（HS）。＞冷卻液入料T1TTC反T2TT3T反應器產(chǎn)品反冷卻液

2．控制器調節(jié)規(guī)律的確定

對于正常工況下運行的調節(jié)器，由于有較高的控制精度要求，可用PI控制或PID控制；對于取代控制器，一般只要求其迅速發(fā)揮保護作用，可用P控制。

燃氣P2C鍋爐給水＜蒸氣汽包爐膛＞選擇器1選擇器2P3TP3CP2TP1TP1C正PPIDP3．調節(jié)器參數(shù)整定

正常工作調節(jié)器的整定要求與常規(guī)控制系統(tǒng)相同，可按常規(guī)控制系統(tǒng)的整定方法進行整定。對于取代調節(jié)器，要求能及時產(chǎn)生自動保護作用，其比例度P應整定得小一些。燃氣P2C鍋爐給水＜蒸氣汽包爐膛＞選擇器1選擇器2P3TP3CP2TP1TP1C正PPIDP

4．選擇性控制系統(tǒng)控制器抗積分飽和選擇性控制系統(tǒng)運行中，無論在正常工況下，還是在異常工況下，總是有控制器處于開環(huán)待命狀態(tài)。如果控制器有積分作用，當其處于開環(huán)待命狀態(tài)時，偏差輸入信號一直存在。那么積分作用將使控制器的輸出不斷增加或減小，使輸出進入深度深度飽和狀態(tài)，失去控制功能。一旦選擇器選擇其進入控制工作狀態(tài)，其退出飽和以后才開始正常工作，這種現(xiàn)象稱之為積分飽和。這種控制不及時有時會帶來嚴重的后果，必須設法防止。

抗積分飽和是控制器的一個附加功能，可供用戶選擇。常用的抗積分飽和措施有以下幾種。①PI-P法當控制器輸出在一定范圍內(nèi)，采用PI或PID控制，超出設定范圍，采用P或PD，避免積分飽和。②積分切除法當控制器被選中時，采用PI或PID控制，一旦處于開環(huán)狀態(tài)自動切除積分功能。③限幅法利用限幅器，使控制器輸出信號不超過正常信號的上下限（不進入飽和狀態(tài)）。7.8解耦控制

有些生產(chǎn)過程要在一個設備或系統(tǒng)上設置若干個控制系統(tǒng)，分別對多個被控參數(shù)進行控制。這種情況下，多個控制系統(tǒng)之間就有可能存在相互關聯(lián)和相互影響，稱為耦合?？刂葡到y(tǒng)間的耦合會妨礙各被控參數(shù)的獨立控制，嚴重時甚至導致控制系統(tǒng)無法正常工作。通過采取措施把相互關聯(lián)、存在耦合的多參數(shù)過程控制系統(tǒng)轉化為一個控制變量只對一個被控參數(shù)進行獨立控制的多個單輸入-單輸出控制系統(tǒng)，這樣的控制系統(tǒng)稱為解耦控制系統(tǒng)(或自治控制系統(tǒng))。7.8.1被控過程的耦合現(xiàn)象及對控制過程的影響

精餾塔頂溫度T1控制系統(tǒng)和塔底溫度T2控制系統(tǒng)存在耦合。下面用一個實例來分析被控過程的耦合現(xiàn)象及對控制過程的影響。右下圖中，塔頂溫度T1的控制變量QL對塔底溫度T2產(chǎn)生影響；同理，溫度T2的控制變量QS影響塔底溫度T2。圖7.38

精餾塔溫度控制系統(tǒng)再沸器回流QL塔底產(chǎn)品QW精餾塔T2CT2TT1C蒸氣QS進料F塔頂產(chǎn)品QD

T1T冷凝器回流罐塔頂溫度T1控制系統(tǒng)和塔底溫度T2控制系統(tǒng)的耦合關系，可抽象為如下方框圖表示（將變送器、執(zhí)行器環(huán)節(jié)特性簡化為1）。圖7.39精餾塔溫度控制系統(tǒng)框圖G11(s)T1(s)U1(s)G21(s)G12(s)G22(s)U2(s)Gc2(s)Gc1(s)T2(s)T1rT2r+-+++++-耦合通道

7.8.2解耦控制系統(tǒng)設計解耦控制通過解耦環(huán)節(jié)，使存在耦合的多變量控制系統(tǒng)轉變?yōu)橄嗷オ毩⒌膯巫兞靠刂葡到y(tǒng)。下面討論幾種常用的解耦方法。1.前饋補償解耦利用前饋補償控制原理，對存在耦合的多變量過程進行解耦，是最早采用的解耦控制方法。圖7.40所示（見下頁）為應用前饋解耦環(huán)節(jié)實現(xiàn)（二變量）解耦的系統(tǒng)框圖。根據(jù)不變性（補償）原理可得圖7.40前饋補償解耦系統(tǒng)框圖G11(s)Y1(s)Uc1(s)G21(s)G12(s)G22(s)Uc2(s)Gc2(s)Gc1(s)Y2(s)Y1rY2r+-+++++-N21(s)N12(s)++++耦合通道前饋解耦環(huán)節(jié)G12(s)Uc2(s)+G11(s)N12(s)Uc2(s)=0G21(s)Uc1(s)+G22(s)N21(s)Uc1(s)=0U1(s)U2(s)求得前饋解耦環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)圖7.40前饋補償解耦系統(tǒng)框圖G11(s)Y1(s)Uc1(s)G21(s)G12(s)G22(s)Uc2(s)Gc2(s)Gc1(s)Y2(s)Y1rY2r+-+++++-N21(s)N12(s)++++耦合通道前饋解耦環(huán)節(jié)U1(s)U2(s)圖7.41雙變量對角解耦系統(tǒng)框圖2．對角矩陣解耦設計對角矩陣解耦是設計一個解耦環(huán)節(jié)，使解耦環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)陣與被控過程傳遞函數(shù)陣乘積成為對角陣，消除多變量被控過程被控參數(shù)之間的耦合。

例G11(s)Y1(s)U1(s)G21(s)G12(s)G22(s)U2(s)Gc2(s)Gc1(s)Y2(s)Y1rY2r+-+++++-N11(s)N21(s)N12(s)N22(s)++++Uc1(s)Uc2(s)耦合通道解耦環(huán)節(jié)對被控過程的兩個控制量和被控參數(shù)之間的關系，可以列出描述過程輸出的方程組：Y1(s)=G11(s)U1(s)+G12(s)U2(s)Y2(s)=G21(s)U1(s)+G22(s)U2(s)G11(s)Y1(s)U1(s)G21(s)G12(s)G22(s)U2(s)Gc2(s)Gc1(s)Y2(s)Y1rY2r+-+++++-N11(s)N21(s)N12(s)N22(s)++++Uc1(s)Uc2(s)耦合通道解耦環(huán)節(jié)可簡寫成Y(s)為輸出向量；Uc(s)為輸入向量；G(s)為被控(過程)對象傳遞矩陣。將上面方程組寫成矩陣形式，即式中解耦環(huán)節(jié)N(s)接在控制器Gc(s)和被控(對象)過程G(s)之間，即U1(s)

=N11(s)Uc1(s)+N12(s)Uc2(s)U2(s)

=N21(s)Uc1(s)+N22(s)Uc2(s)G11(s)Y1(s)U1(s)G21(s)G12(s)G22(s)U2(s)Gc2(s)Gc1(s)Y2(s)Y1rY2r+-+++++-N11(s)N21(s)N12(s)N22(s)++++Uc1(s)Uc2(s)耦合通道解耦環(huán)節(jié)可簡寫成式中Uc(s)—解耦環(huán)節(jié)輸入向量，即控制器輸出向量；U(s)—解耦環(huán)節(jié)輸出向量；N(s)—解耦環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)陣：將以上方程組寫成矩陣形式，即U

(s)=N(s)?Uc(s)

這時控制器輸出控制作用Uc(s)與被控參數(shù)向量Y(s)之間傳遞關系可用矩陣乘積表示：Y(s)=G(s)?N(s)?Uc(s)G11(s)Y1(s)U1(s)G21(s)G12(s)G22(s)U2(s)Gc2(s)Gc1(s)Y2(s)Y1rY2r+-+++++-N11(s)N21(s)N12(s)N22(s)++++Uc1(s)Uc2(s)耦合通道解耦環(huán)節(jié)如果G(s)?N(s)為對角陣GP(s)，則有表明y1、y2之間已完全解耦，據(jù)此條件可求出解耦環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)矩陣中，如果Y(s)=G(s)?N(s)?Uc(s)N(s)=G-1(s)?GP(s)實現(xiàn)對角解耦之后的等效系統(tǒng)框圖如下：式中G11(s)Y1(s)U1c(s)G22(s)U2c(s)Gc2(s)Gc1(s)Y1r+-+-Y2rY2(s)對于存在耦合且被控參數(shù)數(shù)量超過兩個的多變量系統(tǒng)，可采用類似方法求出解耦環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)矩陣，只是傳函矩陣隨著維數(shù)升高，實現(xiàn)難度更大。7.8.3解耦控制的進一步討論解耦設計的目的是為了能構成獨立的單回路控制系統(tǒng)，獲得滿意的控制性能。在設計解耦器時，需要根據(jù)實際情況特別注意以下幾方面。7.8.3.1控制變量與被控參數(shù)的配對存在耦合的被控過程中，一個控制變量會影響多個被控參數(shù)。設計解耦時，首先要確定每個被控參數(shù)被哪個控制變量控制最合理，即解決耦合過程中被控參數(shù)與被控變量之間的配對問題。對匹配關系比較明顯的多變量(對象)過程，憑經(jīng)驗就可確定控制變量與被控參數(shù)之間配對關系。對關聯(lián)關系比較復雜的多變量過程，則需要進行深入分析才能確定控制變量與被控參數(shù)之間的配對關系。采用Bristol-Shinskey提出的相對增益概念，是評價變量之間的耦合程度、是否需要解耦的分析方法和進行變量配對的常用方法。1.相對增益的定義對一n輸入n輸出多變量過程，設輸入列向量、輸出列向量分別為U、Y在系統(tǒng)開環(huán)情況下，其他ur(r≠j)都保持不變，輸出yi與輸入uj的穩(wěn)態(tài)傳遞關系(或放大系數(shù))，即到pij是

uj到

yi

之間通道的靜態(tài)開環(huán)增益，稱為第一放大系數(shù)。在其他所有yr(r≠i)都保持不變的情況下，輸出yi與輸入uj

的穩(wěn)態(tài)傳遞關系（放大系數(shù)），即qij稱為

uj到

yi之間通道的第二放大系數(shù)。在

pij、qij的基礎上，定義λij到為uj到y(tǒng)i通道的相對增益。對一n輸入n輸出多變量過程，可得相對增益矩陣由定義以上可知，pij為其他輸入ur不變的條件下，uj到y(tǒng)i穩(wěn)態(tài)傳遞關系(增益)；qij為其他輸出yr不變的條件下，uj到y(tǒng)i穩(wěn)態(tài)傳遞關系（增益）；而

λij則是二者的比值，其大小反映了對應變量（即對應通道）之間的耦合程度：λij=1，表示二種約束條件下，uj到y(tǒng)i穩(wěn)態(tài)傳遞關系(增益)不變；表明uj到y(tǒng)i通道不受其他其他輸入變量的影響，不存在其他通道對yi的耦合；λij=0，表示pij=0，即uj對yi沒有影響；0<λij<1，則表示uj到y(tǒng)i通道與其他通道之間存在不同程度的耦合；到1<λij，表明耦合減弱了uj對yi；0>λij，表明耦合改變了uj對yi控制作的方向(極性)。到從上述定性分析可知，相對增益值λij反映了某個控制通道的輸入、輸出作用強弱和其它通道對它耦合的強弱，因此可作為變量配對、選擇控制通道和確定解耦措施的依據(jù)。2.相對增益的求取按照相對增益定義，可通過實驗，或者利用變量之間的解析關系式，求出放大系數(shù)pij、qij，通過簡單計算求出相對增益λij，進而得到相對增益陣Λ。性質

相對增益陣Λ任一列或行的元素之和為1。到3.相對增益陣的性質與變量配對根據(jù)相對增益陣Λ元素λij值進行配對矩陣Λ對角元素為1，其他元素為0，過程通道之間沒有耦合；若Λ矩陣非對角元素為1，而對角元素為0，則表示過程變量配對（控制通道）錯選，應更換輸入輸出間的配對關系；到矩陣Λ的元素都在[0,1]區(qū)間內(nèi)，表示過程控制通道之間存在耦合。λij越接近于1，表示uj到y(tǒng)i的通道受其它通道其他耦合的影響越??；若Λ矩陣同一行或者列的元素值相等，或λ值比較接近，表示通道之間的耦合很強，要實現(xiàn)單回路控制，必須采取相應的解耦措施；若Λ矩陣中某元素值大于1，則同一行和列中必有λ<0元素存在，表示過程變量或通道之間存在不穩(wěn)定耦合，在設計解耦或控制回路時，必須采取鎮(zhèn)定措施。例

對一2輸入、2輸出被控過程，如果控制變量u1控制被控參數(shù)y1、用控制變量u2控制變量和被控參數(shù)配對顯然不合理。如果用u1控制y2、用u2控制y1，則相對增益陣變?yōu)橛蚁滤?。通道之間耦合強度大為減弱，配對更為合理?？刂票豢貐?shù)y2，并采用實驗或解析分析求得其相對增益陣如右上所示。說明

相對增益只考慮了靜態(tài)耦合特性而沒有涉及動態(tài)耦合特性，不完全適用于動態(tài)解耦的分析與設計。7.8.3.2部分解耦所謂部分解耦是指：對耦合關系復雜的(對象)過程，只對部分耦合通道采取解耦措施。從解耦器傳遞函數(shù)的求解可以看出，解耦器實現(xiàn)比較復雜。為了降低成本，可以只對部分耦合通道采取解耦措施。當然，部分解耦的控制性能肯定比完全解耦要差。部分解耦是一種有選擇的解耦，使用時必須首先確定對哪些過程進行解耦，選擇依據(jù)有以下二條。1.被控參數(shù)的相對重要性控制(對象)過程中各被控參數(shù)的重要性是不同的。對相對重要的被控參數(shù)，控制要求高，最好采用解耦措施消除或減弱其他變量(通道)對其耦合作用。如圖精餾過程，若對塔頂產(chǎn)品的純度指標遠高于對塔底產(chǎn)品的純度要求，再沸器回流QL塔底產(chǎn)品QW精餾塔T2CT2TT1C蒸汽QS進料F塔頂產(chǎn)品QDuc2

T1T冷凝器回流罐T1T2可采用前饋補償環(huán)節(jié)消除QS對塔頂溫度T1的耦合。2.被控參數(shù)動態(tài)特性(響應速度)

各個被控參數(shù)對控制變量的響應速度是不一樣的。響應快的被控參數(shù)受慢的參數(shù)影響小，而響應慢的參數(shù)受來自快的參數(shù)影響大。如溫度、成分等參數(shù)變化較慢，壓力、流量等參數(shù)變化較快。因此，在部分解耦設計時，往往對響應慢的被控參數(shù)受到的耦合需要進行解耦。G11(s)Y1(s)U1(s)G21(s)G12(s)G22(s)U2(s)Y2(s)++++3.解耦環(huán)節(jié)的簡化從被控(對象)過程的傳遞函數(shù)求得的解耦裝置數(shù)學模型(傳遞函數(shù))越復雜，實現(xiàn)越困難。如果對求出的解耦環(huán)節(jié)進行適當簡化，可使解耦系統(tǒng)易于實現(xiàn)。簡化可以從以下兩個方面考慮：①在高階系統(tǒng)中，如果存在小時間常數(shù)，它與其它時間常數(shù)的比值接近或小于1/10時，可將小時間常數(shù)忽略，以降低解耦模型階數(shù)；如果幾個時間常數(shù)值相近，也可取同一值代替。例如，某被控過程的傳遞函數(shù)陣為按照上面的簡化原則，可以簡化為②省略解耦函數(shù)的動態(tài)部分，只采用靜態(tài)解耦。例如一個2×2的系統(tǒng)，求出的解耦環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)矩陣為如采用靜態(tài)解耦，即s=0，則解耦環(huán)節(jié)簡化為比例環(huán)節(jié)（傳遞函數(shù)陣退化為常數(shù)矩陣），顯然更容易實現(xiàn)。工程實踐表明，當(對象)過程各通道動特性相等或相近時，用靜態(tài)解耦能夠獲得滿意的解耦效果。由于被控(對象)過程特性測試、計算都是忽略了一些因素后獲得的近似值，所求得的解耦環(huán)節(jié)數(shù)學模型往往是近似的，加之實現(xiàn)時的誤差，很難做到理想的全解耦。G11(s)Y1(s)U1(s)G21(s)G12(s)G22(s)U2(s)Y2(s)++++7.9雙重控制系統(tǒng)

當1個被控參數(shù)可用2個或2個以上的控制變量進行控制的系統(tǒng)稱為雙重(dualcontrolling)或多重控制系統(tǒng)，與串級(一個調節(jié)閥和兩個控制器)控制、分程(一個控制器和2個或2個以上調節(jié)閥)控制系統(tǒng)有所不同。7.9.1雙重控制系統(tǒng)工作原理分析在控制方案設計中，控制變量選擇必須從操作工藝、生產(chǎn)效率、經(jīng)濟效益優(yōu)化等角度綜合考慮，既要考慮工藝合理性，還要考慮參數(shù)控制性能的要求。選擇不同控制變量所確定的控制通道和對應的控制方案在工藝合理性、生產(chǎn)效率以及被控參數(shù)控制性能方面存在一定差異（參見6.5）。當生產(chǎn)過程有2（或多）個容許的控制變量可供選擇，而單一控制變量無法滿足生產(chǎn)過程多方面的控制要求時，可考慮雙重（或多重）控制方案，綜合每個控制變量的優(yōu)點，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的高質量（快速、高精度）和高效率（工藝的合理性、生產(chǎn)的經(jīng)濟性）運行，雙（多）重控制就是在這種背景下提出來的。下面用一個實例來說明雙重控制的工作原理與特點。右下圖是一個采用雙重控制方案實現(xiàn)換熱器出口溫度控制的實例。被控參數(shù)是換熱器出口溫度T，操縱變量有兩個：一個是旁路流量，響應速度快；另一個是加熱蒸氣流量，工藝上更合理。雙重控制系統(tǒng)工作原理如下。當熱物料溫度T偏離設定值Tr出現(xiàn)偏差時，主(溫度)控制器(TC)輸出直接控制旁通閥開度，調整旁通閥Vb流量，快速控制被控參數(shù)T回到設定值Tr。此時，旁通閥開度(或流量)偏離設定值Vbr；與此同時，這一代表旁路流量的控制信號又作為閥位控制器（VPCValve-PositionController）測量值(Vb)送入閥位控制器(VPC)，閥位控制器緩慢控制加熱蒸氣流量閥V開度調整蒸氣流量，以消除旁路閥開度(流量)的偏差，使Vb回復到Vbr。當系統(tǒng)重新達到穩(wěn)態(tài)時，換熱器出口溫度T

恢復到設定值Tr

，旁通閥開度(對應的旁路流量)

Vb也回到設定值Vbr。最終，由蒸氣流量變化來消除擾動所引起的溫度偏差；即快速消除溫度偏差由旁通流量變化實現(xiàn)，而最終的穩(wěn)態(tài)熱負荷仍由加熱蒸氣流量承擔。由于副被控變量為旁通閥開度，所以雙重控制也稱為閥位控制(VPCValve-PositionControl）雙重控制方案對應的控制系統(tǒng)框圖如圖7-45所示。

由上圖可知，當溫度T出現(xiàn)偏差時，雙重控制系統(tǒng)一方面利用旁路溫度控制快速響應的良好動態(tài)特性，及時消除溫度偏差，使被控參數(shù)T迅速恢復到設定值Tr

，保證溫度控制具有良好的動態(tài)品質；另一方面又利用熱換器工藝合理的特性，使控制系統(tǒng)具有良好的靜態(tài)性能，使熱物料產(chǎn)量回復到額定值。雙重控制使換熱器溫度控制系統(tǒng)在溫度控制性能和平穩(wěn)生產(chǎn)兩方面都可獲得較理想