7实现特殊工艺要求的控制系统课件

7实现特殊工艺要求的控制系统实现特殊工艺要求的控制系统1、合法而稳定的权力在使用得当时很少遇到抵抗。塞约翰逊2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美德。伯克3、最大限度地行使权力总是令人反感；权力不易确定之处始终存在着危险。塞约翰逊4、权力会奴化一切。塔西佗5、虽然权力是一头固执的熊，可是金子可以拉着它的鼻子走。莎士比 方框图方框图调节器执行器对象测量变送给定给定比例系数比例系数Q1Q2 特点特点A、优点：设备少，投资省；、优点：设备少，投资省；B、缺点：只能保证、缺点：只能保证Q2的阀门开度与的阀门开度与Q1成比例，不能成比例，不能 保证保证Q2与与Q1成比例。成比例。2.单闭环比值控制系统单闭环比值控制系统 原理图原理图FT2加加热热炉炉FTFfFICM煤气Q1空气Q2 方框图方框图调节器执行器对象测量变送1Q1Q2比值给定器测量变送2-特点特点A、缺点：设备多，投资多；、缺点：设备多，投资多；B、优点：能保证、优点：能保证Q2与与Q1成比例。成比例。3.双闭环比值控制系统双闭环比值控制系统 原理图原理图加加热热炉炉FTFfFICMFT2煤气Q1空气Q2FC1M 方框图方框图调节器2执行器对象2测量变送1Q2比值给定器测量变送2-调节器1执行器对象1Q1-特点特点A、缺点：设备多，投资多；、缺点：设备多，投资多；B、优点：能保证、优点：能保证Q2与与Q1成比例，且能稳定主变量成比例，且能稳定主变量Q1。4.变比值控制系统变比值控制系统煤气Q1空气Q2加热炉FTFfFICMFT2FC1MAT5.串级比值控制系统串级比值控制系统加加热热炉炉FTFfFICMFT2煤气Q1空气Q2FC1MTC三、比值系数计算三、比值系数计算FT加加热热炉炉FfFICMFT2空气Q2煤气Q1FC1MI1I2比比 值：值：K=Q2/Q1比值系数：比值系数：K=（I2-4）/（I1-4）1.流量与测量信号成非线性关系时流量与测量信号成非线性关系时2.流量与测量信号成线性关系时流量与测量信号成线性关系时四、比值控制系统的实现四、比值控制系统的实现 具体实现方案有两种具体实现方案有两种:2.2.把一个流量的测量值乘以把一个流量的测量值乘以比值系数，其乘积作为副调比值系数，其乘积作为副调节器的设定值，称为相乘控节器的设定值，称为相乘控制方案。制方案。1.1.把两个流量的测量值相除，把两个流量的测量值相除，其商作为调节器的反馈值，其商作为调节器的反馈值，称为相除控制方案。称为相除控制方案。7.2 7.2 7.2 7.2 均匀控制系统均匀控制系统均匀控制系统均匀控制系统一、问题提出一、问题提出ABLCLTFCFT 图图a a图图c c是普通的单回路控制系统的控制结果，只有图是普通的单回路控制系统的控制结果，只有图b b才体现了均匀控才体现了均匀控制的思想，即制的思想，即L L和和F F都缓慢波动且都稳定在一定范围内。都缓慢波动且都稳定在一定范围内。将液位控制与流量控制统一在一个控制系统中，从系统内部解决两种将液位控制与流量控制统一在一个控制系统中，从系统内部解决两种工艺参数供求之间的矛盾，即使工艺参数供求之间的矛盾，即使A A塔的液位在允许的范围内波动的同时，也塔的液位在允许的范围内波动的同时，也使流量平稳缓慢地变化。使流量平稳缓慢地变化。均匀控制的设计思想：均匀控制的设计思想：自动控制时前后设备的液位、流量关系自动控制时前后设备的液位、流量关系 二、均匀控制的特点二、均匀控制的特点1.1.结构上无特殊性结构上无特殊性 同样一个单回路液位控制系统，由于控制作用强弱不一，既可以是单回同样一个单回路液位控制系统，由于控制作用强弱不一，既可以是单回路定值控制系统，也可以是均匀控制系统。因此均匀控制是靠降低控制回路路定值控制系统，也可以是均匀控制系统。因此均匀控制是靠降低控制回路的灵敏度而不是靠结构变化获得的。的灵敏度而不是靠结构变化获得的。2.2.参数有变化，而且是缓慢地变化参数有变化，而且是缓慢地变化 因为均匀控制是前后设备物料供求之间的均匀，所以表征两个物料的参因为均匀控制是前后设备物料供求之间的均匀，所以表征两个物料的参数都不应是某一固定值。那种试图把两个参数都稳定不变的想法绝非均匀控数都不应是某一固定值。那种试图把两个参数都稳定不变的想法绝非均匀控制的目的。无需将两个参数平均分配，而是视前后设备的特性及重要件等因制的目的。无需将两个参数平均分配，而是视前后设备的特性及重要件等因素来确定其主次。素来确定其主次。3.3.参数应在限定范围内变化参数应在限定范围内变化 在均匀控制系统中，被控变量是非单一、非定值的，允许它们在一定的在均匀控制系统中，被控变量是非单一、非定值的，允许它们在一定的范围内变化。范围内变化。三、均匀控制系统的设计三、均匀控制系统的设计三、均匀控制系统的设计三、均匀控制系统的设计 均匀控制系统的设计主要包括：控制方案的选择、调节规律的选择、调均匀控制系统的设计主要包括：控制方案的选择、调节规律的选择、调节器的参数整定等。节器的参数整定等。1.控制方案的选择控制方案的选择（1）简单均匀控制系统）简单均匀控制系统 注意：注意：当调节阀两端的压差变化较大时，流量大小不仅取决于调节阀开度当调节阀两端的压差变化较大时，流量大小不仅取决于调节阀开度 的大小，还将受到压差波动的影响。的大小，还将受到压差波动的影响。（2）串级均匀控制系统）串级均匀控制系统 为了克服调节阀前后压力波动和被控过程的自平衡待性对流量的影为了克服调节阀前后压力波动和被控过程的自平衡待性对流量的影响，设计了以流量为副参数、以液位为主参数的串级均匀控制系统。响，设计了以流量为副参数、以液位为主参数的串级均匀控制系统。从结构上看，从结构上看，它与一般的液位和流量串级控制系统是一致的。但这里它与一般的液位和流量串级控制系统是一致的。但这里采用串级形式的目的并不是为了提高主参数液位的控制精度，而是为了克采用串级形式的目的并不是为了提高主参数液位的控制精度，而是为了克服阀前压力波动及自平衡特性对流量的影响，使流量变化平缓。服阀前压力波动及自平衡特性对流量的影响，使流量变化平缓。2.调节规律的选择调节规律的选择 3.调节器的参数整定调节器的参数整定(1)(1)在所有的均匀控制系统中，不应加微分控制在所有的均匀控制系统中，不应加微分控制。(2)(2)主调节器一般采用比例控制或比例积分控制，而在串级控制中，主调节器一般采用比例控制或比例积分控制，而在串级控制中，副调节器一般采用比例控制，特殊情况下，也可采用比例积分控制。副调节器一般采用比例控制，特殊情况下，也可采用比例积分控制。经验法经验法：即根据经验，按照即根据经验，按照“先副后主先副后主”，把主、副调节器的比例度，把主、副调节器的比例度调节到某一适当值；然后由小到大进行调节，使系统的过渡过程缓慢地、调节到某一适当值；然后由小到大进行调节，使系统的过渡过程缓慢地、非周期衰减变化，最后再根据过程的具体情况，给主调节器加上积分作用。非周期衰减变化，最后再根据过程的具体情况，给主调节器加上积分作用。需要注意的是，主调节器的积分时间要调得大一些。需要注意的是，主调节器的积分时间要调得大一些。7.3 7.3 分程控制系统分程控制系统间歇式化学反应器分程控制系统 在一般的控制系统在一般的控制系统中，调节器的输出只控中，调节器的输出只控制一个调节阀，但在某制一个调节阀，但在某些工业生产中，根据工些工业生产中，根据工艺要求，需将调节器的艺要求，需将调节器的输出信号分段，去分别输出信号分段，去分别控制两个或两个以上的控制两个或两个以上的调节阀。这种控制系统调节阀。这种控制系统通常称为：通常称为：分程控制系分程控制系统统。一、定义一、定义二、方框图二、方框图三、控制阀动作方向三、控制阀动作方向1.同向动作同向动作2.2.异向动作异向动作四、分程控制系统的设计四、分程控制系统的设计四、分程控制系统的设计四、分程控制系统的设计 分程控制系统本质上是属于单回路控制系统。分程控制系统本质上是属于单回路控制系统。由于调节器的输出信号要进行分程而且所用调节阀较多，由于调节器的输出信号要进行分程而且所用调节阀较多，所以在系统设计上也有一些特殊之处。所以在系统设计上也有一些特殊之处。分程分程即将调节器输出分成几个区段，一段信号控制一个调节阀。即将调节器输出分成几个区段，一段信号控制一个调节阀。1.1.调节器输出信号的分程调节器输出信号的分程 2.调节阀特性选择与注意的问题调节阀特性选择与注意的问题 同向与异向的选择：同向与异向的选择：根据工艺要求选择同向工作或异向工作的调节阀根据工艺要求选择同向工作或异向工作的调节阀 流量特性的平滑衔接：流量特性的平滑衔接：在分程控制中，当把两个调节阀作为一个调节在分程控制中，当把两个调节阀作为一个调节阀使用时，要求分程点处的流量特性平滑。阀使用时，要求分程点处的流量特性平滑。调节阀的泄露量：调节阀的泄露量：在分程控制系统中，必须保证在调节阀全关时无泄在分程控制系统中，必须保证在调节阀全关时无泄漏或泄漏量极小。漏或泄漏量极小。五、工业应用五、工业应用1.1.用于节能控制，减少能耗，提高经济效益。用于节能控制，减少能耗，提高经济效益。2.2.用于扩大调节阀的可调范围用于扩大调节阀的可调范围 3.3.用于两个不同控制介质的生产过程用于两个不同控制介质的生产过程 废液中和过程分程控制废液中和过程分程控制7.4 7.4 选择性控制系统选择性控制系统一、概述一、概述 一般的过程控制系统是在正常工况下，为保证生产过程的物一般的过程控制系统是在正常工况下，为保证生产过程的物料平衡、能量平衡和生产安全而设计的，它们没有考虑到在事故料平衡、能量平衡和生产安全而设计的，它们没有考虑到在事故状态下的安全生产问题。但当操作条件到达安全极限时，应有保状态下的安全生产问题。但当操作条件到达安全极限时，应有保护性措施。如大型透平压缩机的防喘振、化学反应器的安全操作护性措施。如大型透平压缩机的防喘振、化学反应器的安全操作及锅炉燃烧系统的防脱火和防回火等。及锅炉燃烧系统的防脱火和防回火等。事故状态下的保护性措施大致可分成两种：事故状态下的保护性措施大致可分成两种：一种是自动报警，然后由人工进行处理，或采用自动连锁、一种是自动报警，然后由人工进行处理，或采用自动连锁、自动停机的方法进行保护，称为自动停机的方法进行保护，称为“硬保护硬保护”。另一种措施称为另一种措施称为“软保护软保护”，即所谓的，即所谓的选择性控制系统选择性控制系统。二、系统的类型及工作过程二、系统的类型及工作过程1.选择调节器的输出信号选择调节器的输出信号对调节器输出信号进行选择的系统框图为：对调节器输出信号进行选择的系统框图为：例：例：例：例：锅炉燃烧过程压力自动选择控制锅炉燃烧过程压力自动选择控制锅炉燃烧过程压力自动选择控制锅炉燃烧过程压力自动选择控制：2.选择变送器的输出信号选择变送器的输出信号 这种系统至少采用两个或两个以上的变送器。变送器的输出这种系统至少采用两个或两个以上的变送器。变送器的输出信号均送入选择器，选择器选择符合工艺要求的信号反馈至调节信号均送入选择器，选择器选择符合工艺要求的信号反馈至调节器。器。例：例：化学反应过程峰值温度自动选择性控制系统流程图化学反应过程峰值温度自动选择性控制系统流程图 在自动选择性控制系统中，若采用两个调节器，其中在自动选择性控制系统中，若采用两个调节器，其中必有一个为正常调节器，另一个为取代调节器。对于正常必有一个为正常调节器，另一个为取代调节器。对于正常调节器，由于有较高的控制精度而应选用调节器，由于有较高的控制精度而应选用PIPI或或PIDPID调节规律；调节规律；对于取代调节器，由于在正常生产中开环备用，仅在生产对于取代调节器，由于在正常生产中开环备用，仅在生产将要出现事故时，才迅速动作，以防事故发生，故一般选将要出现事故时，才迅速动作，以防事故发生，故一般选用用P P调节规律即可。调节规律即可。三、调节器调节规律的确定三、调节器调节规律的确定 31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。黑格尔32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。普列姆昌德33、希望是人生的乳母。科策布34、形成天才的决定因素应该是勤奋。郭沫若35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。洛克