过程控制第八章均匀选择

8特殊控制系统8.1均匀控制系统8.2选择性控制系统8.3分程控制系统§8-1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Ⅰ：要求液位平稳控制量为塔底液体排出流量塔Ⅱ：要求进料流量平稳控制量为进料管道流量二者联系：塔Ⅰ塔底液体排出量为塔Ⅱ进料量.两套控制系统的控制目标存在矛盾调节器１调节器２ⅠⅡ１２Q1Q2？？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1液位仍在允许的上，下限间波动•限制塔2的进料变化速度，进料要求平稳或变化缓慢；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．结构同单回路纯液位控制系统，控制目的不同，实现时体现在调节器选型与参数整定不同．调节器１ⅠⅡ１Q1Q2？？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分析：单回路纯液位控制系统，调节器采用P,PI规律，不同比例度,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.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.•采用纯比例调节器，取较宽比例度，使控制作用“弱”•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：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与参数整定不同．pd调节器１调节器２Q1Q2p2Q2gQ2塔釜液位调节器流量调节器调节阀管道系统1QgQ2P2QgHH(1)调节器１（液位调节器）的整定：•选择比例规律HQHHQQKc2minmaxmin2max2•选择比例积分规律取较宽比例度，较大积分时间(2)调节器２(副回路流量控制器)的整定选择比例积分规律，整定步骤同单回路流量控制系统调节器方法§8-2选择性控制系统为了适应在不同工况下能实现自动控制，在控制回路中引入选择器，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—选择性控制系统．•结构特点－－采用选择器•选择器分类:高选器:选择器的输出等于输入信号中最高者低选器:选择器的输出等于输入信号中最低者ui1uiNuoLSui1uiNuoHSUo=min(ui1,…,uiN)Uo=max(ui1,…,uiN)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:液位高度超过上限.液氨气氨被冷物料LC选择器TC(b)温度与液位选择性控制—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选择性控制系统液氨气氨被冷物料LC选择器TC(b)温度与液位选择性控制—防超限控制(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。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）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．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）：被控参数：物料出口温度调节参数：液氨流量被控对象：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（故障时全关）.Kv为“+”液氨流量增加，物料出口温度降低。Ko为“-”温度控制器Kc为“-”,为正作用方式。§8-2选择性控制系统液氨气氨被冷物料LCLSTC液氨蒸发器选择性控制对液位控制系统（取代回路）：被控参数：液氨液位调节参数：液氨流量被控对象：液氨蒸发器液氨流量增加，液氨液位升高。Ko为“+”选用气开式调节阀.Kv为“+”液位控制器Kc为“+”,为反作用方式。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．(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．TCsGHsGVsGTLCLSmaxHHrT温度与液位选择性控制系统方块图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，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。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2画出控制系统方框图3试确定调节器正反作用。4如有其他需要设计部分，请给出。燃气锅炉给水蒸汽汽包炉膛P2C选择器1P2TP1TP1C反反气开1.采用选择性控制系统。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。为防止产生脱火现象，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个控制信号中较低的一个，作为阀门的控制信号。4.需确定选择器性质。选择器的选择取决于取代调节器．2.控制系统方框图略3.确定调节器正反作用。两个回路都按照一般单回路控制系统方法设计燃气阀后压力过高会发生脱火。由于P2C为反作用，其输出降低，而此时应选中P2C工作。故用低选器。燃气P2C锅炉给水＜蒸汽汽包炉膛选择器1P2TP1TP1C反反气开特殊工况二：在蒸汽压力定值控制与燃气高压自动保护的选择控制过程中，还可能出现另一种事故：如果因蒸汽负荷很低，使蒸汽压力大幅度升高，导致燃气流量过低，燃料气压力过低,会出现回火现象，也必须加以防止。为防止出现回火现象，再增加一个燃气低压保护控制回路—P3T、P3C。选择器应为高选器.试：确定选择器性质。选择器2P3TP3C反二．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例3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§８－3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AB0.02～0.06MPa0.06～0.1MPa0.02～0.1MPa0.02～0.1MPa4-20mA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20.020.1MPa阀开度100%0.06AB(a)调节器输出信号调节器输出信号0.020.1MPa阀开度100%0.06BA(b)0.020.1MPa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0.020.1MPa阀开度100%0.06AB©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（%）1000.020.060.10•45设大小两个调节阀的最大流量分别为：Q2max=105m3、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：Q2min=Q2max/R=105/30=3.5Q1min=Q1max/R=4.2/30=0.14两个调节阀并联使用时：最小流量为：Qmin=Q1min=0.14最大流量为：Qmax=Q2max+Q1max=107.2可调范围R并=Qmax/Qmin=107.2/0.14=780并联使用后调节阀的可调范围增大了26倍。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热水冷水图反应器温度分程控制被控对象：反应器被控参数：反应器温度调节参数：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（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。冷水热水例：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（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。0.020.1MPa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－－氮气压力例：储罐氮封分程控制系统（5）调节器正反作用方式小结•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。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，干扰作用强而频繁，负荷变化大的问题前馈开环控制对特定干扰加补偿器反馈反馈回路和开环的补偿回路叠加而成在干扰频繁，对象有较大滞后时，对主要干扰加补偿器＋总结控制系统结构特点控制特点大滞后采样控制；Simth预估补偿控制调一调、等一等；利用预估器提前做出响应、提前控制比值单闭环双闭环变比值实现几个流量参数符合一定比例关系均匀简单均匀控制串级均匀控制对两个有控制矛盾的被控参数，进行协调控制控制系统结构特点控制特点分程一个控制器对多个控制阀解耦多个控制回路对一个控制阀实现多个操纵量协调操作实现多个被控参数选择控制选择前馈解耦对角矩阵解耦单位矩阵解耦解除控制回路间的耦合影响