过程控制72-王再英

过程控制系统与仪表 第7章 定 义 ： 实 现 两 个 或 多 个 参 数 符 合 一 定 比 例 关 系的 控 制 系 统 ， 称 为 比 值 控 制 系 统 。例 如 要 实 现 两 种 物 料 的 比 例 关 系 ， 则 表 示 为 ：Q2=K Q1 其 中 ： K工 艺 比 值 系 数 ；Q 1主 流 量 (主 物 料 的 流 量 ） ； Q2副 流 量 （ 从 物 料 的 流 量 ） 。 过程控制系统与仪表 第7章7.4.1比 值 控 制 系 统 的 种 类 （ 构 成 ， 方 框 图 ， 工 作 情 况 ， 应 用 场 合 ） 1. 开 环 比 值 控 制 系 统Q1 主 流 量 ，Q2 副 流 量 。 FT FC Q1Q2控 制 目 标 ： Q2 K Q1 控 制 器 控 制 阀 管 道1Q 测 量 变 送 器 2Q试 画 其 方 框 图 ？ ？ 与 单 回 路 控 制 系 统 的 区 别 ？ ？ 过程控制系统与仪表 第7章2. 单 闭 环 比 值 控 制 系 统特 点 ：q 对 Q2进 行 闭 环 控 制 ， 比 值 控 制 精 度 提 高 。q 控 制 目 标 ： Q2=K Q1 F1T Q1Q 2 KF2T F2C测 量 变 送器 1 比 值 器 控 制 器 控 制 阀 流 量 对象1Q 2Q 测 量 变 送器 2注 意 ： 与 串 级 系 统 的 不 同 过程控制系统与仪表 第7章3. 双 闭 环 比 值 控 制 系 统 特 点 ：q Q 1是 主 流 量 ， Q2是 副 流 量 。两 个 流 量 都 可 控 ， 因 此 总 流 量 稳 定 。 F1T Q1Q2F1CF2T F2CKq 有 两 个 闭 环 控 制 回 路 ， 用 比值 器 联 系 。q 控 制 目 标 ： Q2=K Q1 过程控制系统与仪表 第7章比 值 器 副 调 节 器 调 节 阀 副 对 象 2Q 副 流 量 测量 变 送 器主 调 节 器 调 节 阀 主 对 象 主 流 量 测量 变 送 器 1QrQ1 过程控制系统与仪表 第7章4 变 比 值 控 制 系 统 F1TF2T TT转 化 气温 度 控 制 器 TC根 据 触 媒 的 实 际 温 度 与 给定 温 度 的 偏 差 ， 计 算 流 量 比 值 的 给 定 值 。除 法 器 算 出 蒸 汽 与 煤 气 流 量 的 实际 比 值 ， 输 入 到 流 量 控 制 器 FC。最 后 通 过 调 整 蒸 汽 量（ 改 变 蒸 汽 与 半 水 煤 气的 比 值 ） 来 使 变 换 炉 触媒 层 的 温 度 恒 定 在 给 定值 上 并 保 证 最 高 转 化 率 。试 画 其 方 框 图 ？ ？ 过程控制系统与仪表 第7章 图 7.23 变 比 值 控 制 系 统 框 图Gc2(s) Y(s)+ Gv2(s) G02(s) G0(s)Gc1(s)X (s) Gm(s) Q1(s)Q2(s)Gm2(s)Gm1(s)+ KKr_ 注 意 :在 变 比 值 控 制 系 统 中 ， 流 量 比 值 只 是 一 种 控 制 手段 ， 不 是 最 终 目 的 ， 而 第 三 参 数 （ 如 本 例 中 温 度 ） 往 往 是 主要 被 控 参 数 。 过程控制系统与仪表 第7章7.4.2比 值 控 制 系 统 的 设 计 与 参 数 整 定 1 比 值 控 制 系 统 设 计1） 主 流 量 、 副 流 量 的 确 定 原 则2） 控 制 方 案 的 选 择 过程控制系统与仪表 第7章3） 调 节 器 控 制 规 律 的 确 定 F1T Q1Q 2 KF2T F2C在 单 闭 环 比 值 控 制 系 统 中 ，比 值 器 K起 比 值 计 算 作 用 ， 若 用 调节 器 实 现 ， 则 选 P调 节 ； 调 节 器 F2C使 副 流 量 稳 定 ， 为 保 证 控 制 精 度 可选 PI调 节 。 PPI 过程控制系统与仪表 第7章双 闭 环 比 值 控 制 控 制 系 统 ：两 个 调 节 器 均 应 选 PI调 节 ；比 值 器 选 P调 节 。 F1T Q1Q2F1CF2T F2CK PIPIP 4） 正 确 选 择 流 量 计 及 其 量 程 过程控制系统与仪表 第7章5） 比 值 系 数 的 计 算工 艺 规 定 的 流 量 （ 或 质 量 ） 比 值 K不 能 直 接 作 为 仪 表 比值 使 用 ， 必 须 根 据 仪 表 的 量 程 转 换 成 仪 表 的 比 值 系 数 K后 才能 进 行 比 值 设 定 。44 -K,( 1212 IIK kQQ指仪表上设置的数值比值系数量之比）两物料的重量或体积流比值对 DDZ- 型 仪 表 过程控制系统与仪表 第7章1 11 1m ax 1m axQ QI (20 4) 4 16 4Q Q 22 2m axQI 16 4Q 代 入 工 艺 比 值 公 式 ： 2m ax 2 2m ax21 1m ax 1 1m axQ (I 4) QQK KQ Q (I 4) Q 1m ax 2m axQK KQ得 换 算 公 式 ： 21(I 4)K (I 4) 而 仪 表 比 值 公 式 ： （ l） 流 量 与 测 量 信 号 之 间 成 线 性 关 系 时 比 值 系 数 的 计 算变 送 器 输 出 电 流 信 号 和 流 量 之 间 的 关 系 如 下 ： 过程控制系统与仪表 第7章（ 2） 流 量 与 测 量 信 号 之 间 成 非 线 性 关 系 时 比 值 系 数 的 计 算利 用 节 流 原 理 测 流 量 时 ， 流 量 计 输 出 信 号 与 流 量 的平 方 成 正 比 ： I=CQ2 21 1 21m axQI 16 4Q 代 入 工 艺 比 值 公 式 ：得 换 算 公 式 ：则 222 22m axQI 16 4Q 21max22max221max 222max21222 )4( )4( QQKIQ IQQQK = 22m ax21m ax2 QQKK 过程控制系统与仪表 第7章7.4.2.2 比 值 控 制 系 统 的 实 施 与 参 数 整 定1） 比 值 系 数 的 实 现2） 比 值 控 制 系 统 的 参 数 整 定 过程控制系统与仪表 第7章比 值 控 制 系 统 的 实 施 方 案(1)相 乘 方 案 . Q2=kQ1-作 为 流 量 控 制 器 的 设 定 值(2)相 除 方 案 - 作 为 比 值 控 制 器 的 设 定 值 2Q 1Q FCK 2Q FCK Ksp 1QkQQ 12 过程控制系统与仪表 第7章例 ： 用 乘 法 器 (配 备 恒 流 给 定 器 )实 现 相 乘 控 制 方 案恒 流 给 定 器 的 输 出 Ik按 照 上 式 确 定 ,即 可 实 现 比 值 控 制FY乘 法 器 .Ik恒 流 给 定 器 输 出 恒 流 实 现 仪 表 比 值 系 数 K.1 2I 4I 4 I 416 16 16k 416164I KIK kk根 据 比 值 控 制 要 求 :2 14 ( 4)I K I 二 者 比 较 :Q2Q1 如 何 用 Ik实 现 K？ ？ 注 意 :K在 01之 间 .若 K值 1,应 怎 样 设 计 过程控制系统与仪表 第7章 KK KIk 1 416* 用 乘 法 器 (配 备 恒 流 给 定 器 )实 现 相 乘 控 制 方 案Q 2Q1 请 推 导 Ik与 K的计 算 公 式 过程控制系统与仪表 第7章蒸 汽 最 大 流 量 31100m3/h.天 然 气最 大 流 量 11000m3/h.空 气 最 大 流 量14000m3/h.采 用 相 乘 方 案 .求 仪 表 比 值 系数 K1,K2,乘 法 器 输 入 电 流 Ik1,Ik2注 意 ： 流 量 检 测 仪 表 量 程 的 选 择 ： 通 常 工 业 用 流 量 仪 表 测 量 范 围 分为 10档 ： 1,1.25,1.6,2,2.5,3.2,4,5,6.3,8（ *10的 n次 方 ， n为 整 数 ） 过程控制系统与仪表 第7章7.5 均 匀 控 制 系 统图 7.24所 示 的 两 个 连 续 操 作 的 精 馏 塔 。LC1 # 2#FTFCLT 1#塔 （ 初 馏 塔 ） 要 求 液 位 稳定 ， 设 置 液 位 控 制 系 统 。 2# 塔 （ 精 馏 塔 ） 要 求 进 料 量稳 定 ， 设 置 流 量 控 制 系 统 。问 题 ： 两 套 控 制 系 统 的 控 制 目 标 存 在 矛 盾 ： 1#塔 液 位 调 节 阀 1 开 度 变 化 2#塔 流 量 变 化2#塔 流 量 调 节 阀 2 开 度 变 化 1#塔 液 位 变 化解 决 办 法 ： 用 均 匀 控 制 方 案 。 过程控制系统与仪表 第7章7.5.1均 匀 控 制 系 统 工 作 原 理 及 特 点为 了 解 决 前 后 工 序 控 制 的 矛 盾 ， 达 到 前 后 兼 顾 、 协 调 操 作 ， 使 前 后工 序 的 控 制 参 数 均 能 符 合 要 求 而 设 计 的 控 制 系 统 称 为 均 匀 控 制 系 统 。均 匀 控 制 的 特 点 如 下 ：（ 1） 两 个 被 控 变 量 在 控 制 过 程 中 都 是 缓 慢 变 化 的 。 tLL F FO（ a） 1#塔 液 位 稳 定 、2#塔 流 量 变 化 大 LFL F tO（ b） 1#塔 液 位 变 化 大 、2#塔 流 量 稳 定 L F LF tO（ c） 1#塔 液 位 、 2#塔 流 量 均 变 化 较 小（ 2） 前 后 互 相 联 系 又 互 相 矛 盾 的 两 个 变 量 应 保 持 在 所 允 许 的范 围 内 波 动 。 过程控制系统与仪表 第7章7.5.2均 匀 控 制 方 案1 简 单 均 匀 控 制 LC1# 2#LT控 制 系 统 结 构 与 单 回 路 纯 液 位 控 制 系 统 相 同 ， 控 制 目 的 不 同 。？ ？ 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 的实 现 时 体 现 在 调 节 器 选 型 与 参 数 整 定 不 同 过程控制系统与仪表 第7章分 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,Q 2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 . 过程控制系统与仪表 第7章采 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 ： 过程控制系统与仪表 第7章 过程控制系统与仪表 第7章2 串 级 均 匀 控 制 FC1 # 2#FTLCLT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 v 主 、 副 控 制 器 一 般都 采 用 纯 比 例 作 用 ， 而 且将 比 例 度 整 定 得 较 大 。 过程控制系统与仪表 第7章7.6分 程 控 制 系 统一 个 控 制 器 的 输 出 信 号 被 分 割 成 几 个 行 程 段 ， 每 一 段 行程 各 控 制 一 个 调 节 阀 全 程 动 作 ， 故 取 名 为 分 程 控 制 系 统 。例 ： 一 个 控 制 器 的 输 出 信 号 分 程 控 制 两 个 调 节 阀 A和 B ， A和 B的 输 入 信 号 各 占 一 半 行 程 。 CA BMM 过程控制系统与仪表 第7章7.6.1分 程 控 制 系 统 工 作 原 理 及 类 型1 分 程 控 制 系 统 工 作 原 理 热 水冷 却 水 B TT TC A例 ： 间 歇 反 应 器 温 度 控 制 系 统 。 工 艺 要 求 ： 投 料 完 毕 需 先 加 热 以 引 发 反 应 ； 反应 时 又 需 进 行 冷 却 以 保 证 反 应 温 度 要 求 。 试 设 计 一 个 合 理 的 控 制 系 统 满 足 工 艺控 制 要 求 。被 控 对 象 ： 反 应 器被 控 参 数 ： 反 应 器 温 度调 节 参 数 ： 冷 水 与 蒸 汽控 制 系 统 结 构 ： 分 程 控 制为 保 证 安 全 ， 热 水 阀 采 用 气开 式 ， 冷 水 阀 采 用 气 关 式 ，则 温 度 调 节 器 设 为 反 作 用 。 气 开 气 关反 过程控制系统与仪表 第7章 TT热 水冷 却 水 B TC A气 开 气 关 反工 作 原 理 图 7.29 调 节 阀 分 程 关 系 曲 线 MPa0100%0.02 0.06 0.10A阀 B阀阀 相 对 开 度 过程控制系统与仪表 第7章2 分 程 控 制 系 统 的 类 型 调 节 阀 同 向 动 作 的 分 程 控 制 系 统A、 B均 为 气 开 阀 A、 B均 为 气 关 阀MPa0100%0.02 0.06 0.10A阀 B阀 MPa0100%0.02 0.06 0.10A阀 B阀 MPa0100%0.02 0.06 0.10A阀 B阀 MPa0100%0.02 0.06 0.10A阀 B阀 调 节 阀 异 向 动 作 的 分 程 控 制 系 统 过程控制系统与仪表 第7章7.6.2.1 控 制 信 号 的 分 段 与 实 现 -使 用 阀 门 定 位 器 TT热 水冷 却 水 B TC A7.6.2 分 程 控 制 系 统 设 计 及 工 业 应 用 给 定 执 行 器 1 对 象变 送 器控 制 器 干 扰执 行 器 2 过程控制系统与仪表 第7章 TT 热 水冷 却 水 B TC A 7.6.2.2 调 节 阀 特 性 的 选 择 与 应 注 意 的 问 题1. 根 据 工 艺 要 求 选 择 同 向 或 异 向 工 作 的 调 节 阀 MPa0100%0.02 0.06 0.10A阀 B阀 过程控制系统与仪表 第7章2. 流 量 特 性 的 平 滑 衔 接例 ： 蒸 汽 压 力 减 压 控 制 系 统 系 统 。 要 求 中 压 蒸 汽 压 力 恒 定 ， 而 生 产 中 中压 蒸 汽 用 量 的 变 化 范 围 很 大 ， 用 一 个 执 行 器 其 流 量 变 化 无 法 满 足 要 求 。 故 采用 如 图 分 程 控 制 系 统 。 小 负 荷 时 只 有 A阀 控 制 、 B阀 不 开 ； 负 荷 较 大 时 A阀 全开 、 B阀 控 制 。 设 两 阀 都 为 气 开 阀 ， 试 （ 1） 画 出 系 统 方 框 图 （ 2） 确 定 调 节 器正 反 作 用 方 式 （ 3） 作 出 其 分 程 关 系 曲 线 。 PT 注 意 ： 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 。 此 时 要 求 两 个 阀 过 渡 流 量 变 化 要 连续 ， 平 滑 -可 采 用 控 制 器 输 出 信 号 区 间 重 叠 实 现 。3.调 节 阀 的 泄 漏 量 要 求 大 阀 的 泄 漏 量 很 小 。 过程控制系统与仪表 第7章例 某 厂 蒸 汽 压 力 减 压 系 统 分 程 控 制 PT设 大 小 两 个 调 节 阀 的 最 大 流 量 分 别 为 ： QBmax=105 m3 、 QAmax=4.2m3；可 调 范 围 均 为 R= 30， 求 两 阀 并 联 使 用 后 的 可 调 范 围 。解 ： 两 个 阀 的 最 小 流 量 分 别 为 ：QBmin=QBmin / R=105/ 30=3.5 m3QAmin= QAmin / R=4.2/ 30=0.14 m3两 个 调 节 阀 并 联 使 用 时 ：最 小 流 量 为 ： Qmin=QAmin =0.14最 大 流 量 为 ： Qmax=QBmax+QAmax=107.2 m3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 。 7.6.2.4 分 程 控 制 系 统 的 工 业 应 用1、 用 于 扩 大 调 节 阀 的 可 调 范 围 过程控制系统与仪表 第7章试 对 此 过 程 进 行 控 制 系 统 设 计 。(1)选 择 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)已 知 加 碱 阀 选 为 气 开 阀 ， 试 确 定 调节 器 正 反 作 用 。(5)如 有 其 他 需 要 设 计 部 分 ， 请 给 出 。 过程控制系统与仪表 第7章2. 用 于 同 一 被 控 参 数 两 个 不 同 控 制 介 质 的 生 产 过程 练 习 ： 在 工 业 废 液 中 和 处 理 工 艺 中 ， 需 要 根 据 废 液 的 酸 碱 性 （ pH值 ） ，分 别 控 制 加 酸 量 或 加 碱 量 。 试 对 此 过 程 进 行 控 制 系 统 设 计 。(1) 选 择 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) 已 知 加 碱 阀 选 为 气 开 阀 ， 加 酸 阀 选 为 气 关 阀 ， 试 确 定 调 节 器 正 反 作 用 。(5) 如 有 其 他 需 要 设 计 部 分 ， 请 给 出 。 废 液碱 液酸 液 中 和 液 过程控制系统与仪表 第7章练 习 ： 储 罐 氮 封 分 程 控 制 系 统 设 计氮 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 统排 空阀 B 阀 A N2N2物 料 PC1.选 择 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 。 过程控制系统与仪表 第7章7.7 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u i1uiN uoLS ui1uiN uoHSUo=min(ui1,uiN) Uo=max(ui1,uiN) 过程控制系统与仪表 第7章7.7.1选 择 性 控 制 系 统 的 类 型1. 对 调 节 器 输 出 信 号 进 行 选 择 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 过程控制系统与仪表 第7章 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 使 蒸 汽 压 力大 幅 度 降 低 ， 蒸 汽 压 力 控 制 系 统 会 使燃 气 阀 门 开 度 大 幅 度 增 加 ， 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 。 过程控制系统与仪表 第7章 燃 气锅 炉 给 水 蒸 汽汽 包炉 膛 P2C 选 择 器 1P2T P1TP1C反 反气开 1.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 反 过程控制系统与仪表 第7章2 对 变 送 器 输 出 信 号 进 行 选 择给 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 冷 却 液 入 料T1TTC反 T2TT3T 反 应 器产 品反例 固 定 床 反 应 器 中 热 点 温 度 的 控 制 过程控制系统与仪表 第7章7.7.2选 择 性 控 制 系 统 的 设 计 原 则1 选 择 器 的 选 型选 择 器 有 高 值 选 择 器 HS与 低 值 选 择 器 LS两 种 。选 择 器 类 型 的 确 定 ， 是 根 据 执 行 器 的 作 用 方 向 和控 制 回 路 的 切 换 条 件 决 定 的 。例 1 蒸 汽 压 力 与 燃 气 压 力 的 自 动 选 择 控 制例 2 固 定 床 反 应 器 中 热 点 温 度 的 控 制 过程控制系统与仪表 第7章2 调 节 器 调 节 规 律 的 确 定对 于 正 常 工 况 下 运 行 的 调 节 器 ， 由 于 有 较 高 的 控 制 精 度 要 求 ，可 用 PI调 节 或 PID调 节 ； 对 于 取 代 调 节 器 ， 一 般 只 要 求 其 迅 速发 挥 保 护 作 用 ， 可 用 P调 节 。 燃 气P2C锅 炉 给 水 蒸 汽汽 包炉 膛 选 择 器 1选 择 器 2P3TP3CP2T P1TP1C气开PP PID 过程控制系统与仪表 第7章3 调 节 器 参 数 整 定 正 常 工 作 调 节 器 的 整 定 要 求 与 常 规 控 制 系 统 相 同 ， 可 按 常 规 控 制 系 统的 整 定 方 法 进 行 整 定 。 取 代 回 路 调 节 器 ， 要 求 能 及 时 产 生 自 动 保 护 作 用 ， 其 比 例 度 P应 整 定 得小 一 些 。 燃 气P2C锅 炉 给 水 蒸 汽汽 包炉 膛 选 择 器 1选 择 器 2P3TP3CP2T P1TP1CPP PID 过程控制系统与仪表 第7章练 习 ： 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 。 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 .使 气 氨带 液 ， 会 损 坏 后 面 回 收 气 氨 的 压 缩 机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 。 过程控制系统与仪表 第7章液 氨气 氨被 冷 物 料 LCLSTC(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 过程控制系统与仪表 第7章练 习 ： 高 塔 供 水 控 制 方 案高 位 槽 向 用 户 供 水 ， 为 保 证 供 水 流 量 平 稳 ， 要 求 对 高 位 槽 出 口 流 量 进 行 控 制 ，但 为 了 防 止 高 位 槽 水 位 过 高 而 造 成 溢 水 事 故 ， 需 对 液 位 采 取 保 护 性 措 施 。 根 据控 制 要 求 设 计 合 适 的 控 制 方 案 。 hQi Q o1.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 。 过程控制系统与仪表 第7章练 习 ： 用 热 交 换 器 用 以 冷 却 经 压 缩 后 的 裂 解 气 ， 冷 却 剂 为 脱 甲 烷 塔 的 釜 液 。 正常 情 况 下 要 求 釜 液 流 量 维 持 恒 定 ， 以 保 证 脱 甲 烷 塔 的 稳 定 操 作 ， 但 是 裂 解 气 冷却 后 的 出 口 温 度 不 得 低 于 15度 ， 因 为 温 度 低 于 此 温 度 时 ， 裂 解 气 中 所 含 的 水 分就 会 生 成 水 合 物 而 堵 塞 管 道 。 为 此 设 计 一 选 择 性 控 制 系 统 。1画 出 系 统 的 工 艺 原 理 图 ， 控 制 系 统 方 框 图2确 定 执 行 器 气 开 ， 气 关 型 式 ， 试 确 定 调 节 器 正 反 作 用 。3确 定 选 择 器 类 型 釜 液 裂 解 气 过程控制系统与仪表 第7章7.8 解 耦 控 制通 过 采 取 措 施 ， 把 相 互 关 联 的 多 参 数 控 制 过 程 转 化 为 几 个彼 此 独 立 的 单 入 单 出 控 制 系 统 ， 实 现 一 个 调 节 器 只 对 其 对 应 的被 控 过 程 独 立 地 进 行 调 节 。 把 这 样 的 系 统 称 为 解 耦 控 制 系 统（ 或 自 治 控 制 系 统 ） 。 过程控制系统与仪表 第7章7.8.1被 控 过 程 的 耦 合 现 象 及 对 控 制 过 程 的 影 响 例 :被 控 过 程 的 耦 合 现 象 及 对 控 制 过 程 的 影 响 分 析 。精 馏 塔 的 塔 顶 温度 控 制 系 统 和 塔 底 温度 控 制 系 统 存 在 耦 合现 象 。 图 7.37 精 馏 塔 温 度 控 制 系 统再 沸 器 回 流 QL塔 底 产 品 QW精 馏 塔 T2C T2T T1C蒸 汽 QS 进 料 F 塔 顶 产 品 QDu2 T1T 冷 凝 器回 流 罐 过程控制系统与仪表 第7章 图 7.38 精 馏 塔 温 度 控 制 系 统 框 图G11(s) T1(s)U1(s) G21(s)G12(s)G22(s)U2(s)Gc2(s)Gc1(s) T2(s)T10T20+ - + + + + + - 塔 顶 温 度 控 制 系 统 和 塔 底 温 度 控 制 系 统 的 耦 合 关 系 ， 可 抽 象 为 方 框图 表 示 耦 合 通 道 过程控制系统与仪表 第7章7.8.2解 耦 控 制 系 统 设 计 1 前 馈 补 偿 解 耦 设 计 利 用 前 馈 控 制 原 理 实 现 解 耦 。 过程控制系统与仪表 第7章 图 7.39 前 馈 补 偿 解 耦 系 统 框 图 G11(s) Y1(s)U1(s) G21(s)G12(s)G22(s)U2(s)Gc2(s)Gc1(s) Y2(s)X1X2+ - + + + + + - + N21(s)N12(s) + + + 根 据 不 变 性 原 理 可 得U1(s) G21(s) + U1(s) N21(s) G22(s)=0U2(s) G12(s) + U2(s) N12(s) G11(s)=0 求 得 解 耦 环 节 的 数 学 模 型 1212 11( )N ( ) ( )G ss G s2121 22( )N ( ) ( )G ss G s 过程控制系统与仪表 第7章2 对 角 矩 阵 解 耦 设 计 Y1(s)=G11(s)U1(s)+G12(s)U2(s)Y2(s)=G21(s)U1(s)+G22(s)U2(s)例 ： 对 下 图 所 示 的 两 个 输 入 量 和 输 出 量 对 被 控 过 程 ， 求 满 足 对 角矩 阵 解 耦 设 计 的 N(s) G11(s) Y1(s)U1(s) G21(s)G12(s)G22(s)U 2(s)Gc2(s) Gc1(s) Y2(s)X1X2+ - + + + + + - N11(s)N21(s)N12(s)N22(s) + + + + Uc1(s)U c2(s) N(s) G(s) 1 11 12 12 21 22 2( ) ( ) ( ) U ( )( ) ( ) ( ) U ( )Y s G s G s sY s G s G s s 可 简 写 成 ： Y(s) = G(s)U (s) 过程控制系统与仪表 第7章解 耦 环 节 N(s)接 在 调 节 器 和 对 象 G(s)之 间 ：U1(s)=N11(s)Uc1(s)+N12(s)Uc2(s)U2(s)=N21(s)Uc1(s)+N22(s)Uc2(s) G 11(s) Y1(s)U1(s) G21(s)G12(s)G22(s)U2(s)Gc2(s)Gc1(s) Y2(s)X1X2+ - + + + + + - N11(s)N21(s)N12(s)N22(s) + + + + Uc1(s)Uc2(s) N(s) G(s)c11 11 12 22 21 22 U ( )U ( ) N ( ) N ( ) U ( )U ( ) N ( ) N ( ) c ss s s ss s s U ( ) N( )U ( )cs s s 过程控制系统与仪表 第7章cY( ) G( )N( )U ( )s s s s 11 1221 22N NN( ) N Ns 11 1221 22( ) G GG s G G G 11(s) Y1(s)U1(s) G21(s)G12(s)G22(s)U2(s)Gc2(s)Gc1(s) Y2(s)X1X2+ - + + + + + - N11(s)N21(s)N12(s)N22(s) + + + + Uc1(s)Uc2(s) N(s) G(s) 过程控制系统与仪表 第7章之 积 是 对 角 阵 ： -1 PN( ) G ( )G (s)s s 则 有 c11 11 c22 22 U (s)Y(s) G 0 U (s)Y (s) 0 G 说 明 Y1、 Y2之 间 解 耦 。 据 此 条 件 可 求 解 耦 阵 ： 11P ii 22G 0G (s) G( )N( ) diag G (s) 0 Gs s cY( ) G( )N( )U ( )s s s s 中 ，如 果G( )N( )s s 过程控制系统与仪表 第7章实 现 对 角 解 耦 之 后 的 等 效 系 统 框 图 ： G11(s) Y1(s)Uc1(s) G22(s)Uc2(s)Gc2(s)Gc1(s)X1 + -+ -X2 Y2(s) G 11(s) Y1(s)U1(s) G21(s)G12(s)G22(s)U2(s)Gc2(s)Gc1(s) Y2(s)X1X2+ - + + + + + - N11(s)N21(s)N12(s)N22(s) + + + + Uc1(s)Uc2(s) N(s) G(s) -1 PN( ) G ( )G (s)s s 11P 22G 0G (s) 0 G c11 11 c22 22 U (s)Y(s) G 0 U (s)Y (s) 0 G 过程控制系统与仪表 第7章则 实 现 单 位 解 耦 之 后 的 等 效 系 统 框 图 ： 1 Y1(s)Uc1(s) 1Uc2(s)Gc2(s)Gc1(s)X1 + -+ -X2 Y2(s)P 1 0G (s) G( )N( ) E 0 1s s 7.8.2.3 单 位 矩 阵 解 耦 设 计 cY( ) G( )N( )U ( )s s s s 使 解 耦 阵 与 对 象 阵 的 乘 积 成 为 单 位 阵 ：如 果 在 对 角 解 耦 中 过程控制系统与仪表 第7章控制系统 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 过程控制系统与仪表 第7章控制系统 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 过程控制系统与仪表 第7章控制系统 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