第4章 双重控制及采用阀位

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,4,章 双重控制及采用阀位控制器的系统,4,1,双重控制系统,4.1.1,基本原理和结构,对于一个被控变量采用两个或两个以上的操纵变量进行控制的控制系统称为双重或多重控制系统。这类控制系统采用不止一个控制器，其中有一个控制器的输出作为另一个称为阀位控制器的测量信号。,系统操纵变量的选择是从操作优化的要求综合考虑的。它既要考虑工艺的合理和经济，又要考虑控制性能的快速性。而这两者又常常在一个生产过程中同时存在。双重控制系统就是综合这些操纵变量的各自优点，克服各自的弱点进行优化控制的。,PC,vpc,PT,图,4-1,蒸汽减压系统,高压蒸汽,低压蒸汽,V,1,V,2,SP,G,C2,(s),G,F1,(s),G,F2,(S),G,M2,(s),G,M1,(s),G,P1,(s),G,P2,(s),G,V,(s,),G,C1,(s),R,1,E,1,U,2,Q,Y,2,Y,1,F,1,F,2,U,1,=R,2,E,2,Y,M1,Y,M2,串级控制系统的框图,副控制阀,副控制器,主控制阀,主控制器,对,象,变送器,y,2,=u,1,y,1,r,2,y,r,1,图,4-2,双重控制系统框图,G,02,(s),G,c2,(s),G,01,(s),G,c1,(s),y,2,=u,1,r,2,y,r,1,G,02,(s),G,c2,(s,),G,01,(s),G,c1,(s),y,2,=u,1,r,2,y,r,1,u,2,双重控制系统使用一个变送器，两个控制器及两个控制阀。与串级控制系统相比，双重控制系统少用一个变送器多用一个控制阀。,它们都有二个控制回路，但串级控制系统二者是串联的，双重控制系统中却是并联的。,它们都有“急则治标，缓则治本”的功能，但解决的问题不同。,4.1.2,系统分析,从整体来看，双重控制系统仍是一个定值控制系统。但与单由主控制器、副控制器和慢响应对象组成的单回路控制系统相比，由于增加了一个具有快速响应的回路，使它具有一些特殊的功能。,(1).,由于双回路的存在，增加了开环零点，改善了控制品质，提高了系统的稳定性。,(2).,双重控制系统的工作频率也得到提高。,(3).,动静结合，快慢结合，“急则治标，缓则治本”。这里的“快”指动态特性好，“慢指静态性能好。由于双回路的存在，使双重控制系统能先用,主控制器的作用使,y,1,尽快回复到设定值,r,1,，保证了系统具有良好的动态响应，达到了“急则治标”的功效。同时，在偏差减小的同时，双重控制系统又充分发挥了,副控制器缓慢的调节作用，并使,y,2,回复到设定值,r,2,，这就使系统具有较好的静态性能。由于双重控制系统较好地解决了动静的矛盾，达到了操作优化的目的。,4.1.3,系统设计与实施中的一些问题,主、副操纵变量的选择,主、副控制器的选择,组成双重控制系统的主、副控制器均起定值调节作用。为了消除余差，主、副控制器均应选用具有积分作用的控制器，并且不加入微分作用。,主、副控制器正反作用方式的选择,投运和参数整定,投运方式是先主后副，即先使快响应对象切入自动，然后再切入慢响应对象。,主控制器参数与快响应控制时的参数相类似，而副控制器参数选用宽比例度和大积分时间，甚至可采用纯积分作用。,双重控制系统的关联,双重控制系统是一个包含两个回路的相关联的系统,但是由于该系统的两个等效时间常数相差很大，因此它们之间的动态耦合很弱。,4.2,浮动塔压控制系统,4.2.1,浮动塔压控制的基本原理,在精馏塔的控制中，若塔压恒定，就可以单纯依据,温度来间接控制产品质量,。而且对于生产的,平稳操作,也是有利的。所以，早期的精馏塔控制中，差不多总是采用恒定塔压控制的。,然而从节能的角度，从传质原理来看，这种恒定塔压控制的操作不是优化的操作。当塔压低时，混合物的相对挥发度高，为了获得相同纯度的分离效果所消耗的能量就小，或者说在相同的能耗下，精馏塔的处理量增大，产量提高。,精馏塔浮动塔压控制方案如图,4-5,所示。与常规的恒定塔压控制不同的是增加一个阀位控制器。通过,VPC,去调整压力控制器的设定值。,由于环境温度的下降或者冷剂量增大时，塔压就会下降，,PC,迅速响应，并打开控制阀，使压力恢复到设定值。与此同时，,VPC,缓慢地降低,PC,的设定值，直到控制阀回复到的设定值,。,冷剂,塔压,阀开度,t,t,t,图,4-6,塔压控制阀开度响应曲线,VPC,Gm,G,c2,(s),G,o,(s,),G,f,(S,),+,-,-,C,+,+,干扰,F,R,图,4-7,浮压控制系统框图,4.2.2,浮动塔压控制系统设计中的几个问题,（,1,）塔压从某一压力值浮动到另一压力值时必须要有足够的时间，以便精馏塔建立新的稳定。,(2),随着塔压的浮动应及时调整再沸器的加热量,塔压浮动的目的就是为了减少再沸器的加热量，如果塔底温度控制系统的设定值不能及时跟随塔压的变化而变化，则塔压浮动所可能节省的能量还是无法回收。因此，实施浮动塔压控制的同时，应设置塔底温度设定值的控制系统。,（,3,）采用浮动塔压控制方案后，与塔压有关的以温度为间接质量指标的控制系统应引入压力校正。,（,4,）应采用防积分饱和的措施,当,PC,处于内设定方式时，切断了,VPC,的控制作用，由于积分作用，使,VPC,的输出达到饱和。,4.3,采用阀位控制器的控制系统,采用阀位控制器的控制系统的特点是用一个阀位控制器来迫使控制阀的开度最终处于某一设定的开度，而这一调整过程通常是很缓慢的。因此这类控制系统通常有一个快响应的控制回路以及一个慢响应的控制回路。,图,4-8,喷雾干燥过程控制系统,图,4-9,加热器温度控制系统,