自动化仪表第八章

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,控制仪表和计算机控制装置,上页,下页,目 录,*,第八章复杂控制系统,第一节 串级控制系统,第二节 均匀控制系统,第三节 比值控制系统,第四节 前馈控制系统,第五节 选择性控制系统,第六节 分程控制系统,第七节,多冲量控制系统,第一节 串级控制系统,一 、概述:,(1)采用直接控制方案,优点：所有对温度的干扰都包括在控制回路之中。,缺点：对燃油流量变化等干扰控制不及时，总滞后较大。,(2)采用间接控制方案：,优点：能及时而有效地克服来自燃料油压力方面的干扰。,缺点：燃料油控制只起辅助作用；放弃炉出口温度控制将无法克服来自原料流量和温度、炉膛压力变化等方面的干扰。,(3)串级控制系统组成,方框图：,(,4)常见名词术语:,主、副变量，主、副控制器，主、副对象，,主、副变送器，主、副回路，一、二次干扰,。,二、串级控制系统的工作过程,1、干扰f来自燃料油流量,2、干扰f来自原料油,3、一、二次干扰f同时出现,(1)使主、副变量同向变化,(2)使主、副变量反向变化,原料油,分析可知：副控制器具有“先调、粗调”作用，主控制器具有“后调、细调”作用；两者配合，控制质量必高于单回路控制系统。,三 串级控制系统的特点,1在系统结构上，串级控制系统有两个闭合回路,2在串级控制系统中，有两个变量,当对象T、,很大，干扰作用强而频繁，负荷变化大，简单控制系统满足不了时，采用串级控制。,四、,串级控制系统中副回路的确定,主副变量间应有一定的内在联系,(3)使副环尽可能包围更多的次要干扰,(4)副变量的选择应考虑到主副对象时间常数的匹配,以防共振的发生.,(2)使系统的主要干扰被包围在副回路内,五 主、副控制器控制规律及正反作用的选择,1、控制规律的选择,1）主控制器,通常选用比例积分控制规律,2）副控制器,一般采用比例控制规律,2、正、反作用方式的选择,副控制器按单回路方式选择,主控制器按下式确定:,主、副变量要求控制阀动作方向一致时，则主控制器为负，反之为正,例:,工艺要求温度不能太低，否则容易结晶,副控制器：,(控制器-)(控制阀)(对象)=“-”,主控制器:,主、副变量要求控制阀动作方向相反，则主控制器为正。,六、串级控制系统控制器参数的整定,1,)两步整定法,第一步，整定副控制器；第二步，整定主控制器。,、在系统稳定允许条件下，主、副控制器均置于纯比例作用，主控制器的比例度,置于100%，逐渐减少副控制器比例度，用4：1衰减曲线法，获取,2,s和T,2,s,在副控制器的比例度等于,2,s,时，用相同的方法，将主控制器的比例度由大到小逐渐调节，取得主控制器的,1S,和T,1,s,根据上述求得的各参数，运用4：1衰减曲线法整定计算公式，计算主、副控制器的整定参数,2,)一步整定法,、设系统为纯比例运行的条件下，按照表所列的数据，将副控制器比例度调到某一适当的数值,利用简单控制系统中任一种参数整定方法整定主控制器的参数,8-2 均匀控制系统,一,概述,1、问题的提出,例如石油裂解气分离工艺,2、解决办法,两塔之间增设缓冲器,采用均匀控制系统,3、均匀控制的含义,是指,前后供求矛盾的,两个工艺参数在规定范围内能缓慢地、均匀地变化，使前后设备在物料供求上相互兼顾、均匀协调的。,二、均匀控制系统的结构方案,与简单控制系统比较,1）设计目的不同,2）控制规律一般为P控制器,3）参数整定方法不同,特点：简单均匀控制系统的最大优点是结构简单、操作方便、成本低；但控制效果差。,适用场合:适用于扰动较小、对流量的均匀程度要求较低的场合。,(,一)、简单均匀控制,(二)、串级均匀控制,与一般串级控制系统比较,1）设计目的不同,2）主副控制规律一般为P控制器,3）参数整定方法不同,特点：串级均匀控制系统能克服控制阀前后压力较大的扰动，使主、副变量变化均匀缓慢平稳，控制质量较高。,第三节 比值控制系统,一、概述,1、比值控制的含义,凡是两个或多个变量自动维持一定比值关系的过程控制系统，统称为比值控制系统。,2、变量及关系,主动量-起主导作用的物料流量；,从动量-跟随主动量而变化的物料流量；,比例系数:K=Q1/Q2,二、比值控制系统的类型,1.特点,简单、成本低；,只有当Q1变化时才起控制,作用；Q2变化时Q1不会响应，,比例关系被破坏。,2.适用场合,副流量没有干扰的情况。,(一)开环比值控制,(二),单闭环比值控制,1.工作过程,稳定状态下,主流量Q1变化时,副变量Q2变化时,2.特点,优点：不但能实现流量的副变量跟主流量变化，而且能克服流量干扰等。能克服开环比值方案的不足,缺点：主流量不受控。,3.应用场合,在负荷变化不太大的场合得到广泛应用。,(三)双闭环比值控制,特点;能克服单闭环主流量不受控的不足。,另一优点：升降负荷比较方便。,适用场合:常用在主流量干扰频繁的，或工艺上经常需要升降负荷的场合。,(四)、变比值控制,第四节 前馈控制系统,一、概述,1.问题的提出,2.,前馈,控制系统构成,3.前馈与反馈的比较,(1)前馈比反馈控制更及时有效,反馈控制：检测的信号是被控变量,前馈控制：检测的信号是干扰量,(2)前馈控制属于开环控制系统,(3)前馈控制使用的是视对象特性而设计的专用控制器,(4)一种前馈作用只能克服一种干扰,二、前馈控制系统的结构形式,1.单纯的前馈控制系统,1）静态前馈控制,2）动态前馈控制,2.复合控制系统（前馈反馈控制系统）,三、前馈控制的应用场合,干扰幅值大而频繁，对被控变量影响剧烈，仅采用反馈控制达不到要求的对象。,主要干扰是可测而不可控的变量。,当对象的控制通道滞后大，反馈控制不及时，控制质量差，可采用前馈或前馈 反馈控制系统，以提高控制质量。,第五节 选择性控制系统,一,、,基本概念,生产保护性措施有两类：,生产的软保护措施,通过一个特定设计的自动选择性控制系统，当生产短期内处于不正常情况时，既不使设备停车又起到对生产进行自动保护的目的。,一类是硬保护措施；,一类是软保护措施。,二、选择性控制系统的类型,1.开关型选择性控制系统,2）连续型选择性控制系统,3.混合型选择性控制系统,三、积分饱和及其防止,1,.积分饱和的产生及其危害性,产生积分饱和的条件,其一是控制器具有积分作用；,其二是控制器处于开环工作状态，其输出,没有被送往执行器；,其三是控制器的输入偏差信号长期存在。,2.抗积分饱和措施,目前防止积分饱和的两种方法,（1）限幅法通过一些专门的技术措施对积分反馈信号加以限制，从而使控制器输出信号被限制在工作信号范围之内。,（2）积分切除法当控制器处于开环工作状态时，就将控制器的积分作用切除掉，这样就不会使控制器输出一直增大到最大值或一直减小到最小值，就不会产生积分饱和问题了。,第六节 分程控制系统,一、概念,二、分程控制的应用,1）用于扩大控制阀的可调范围，改善控制品质,2）用于控制两种不同的介质，以满足工艺的要求,3）用作生产安全的防护措施,第七节,多冲量控制系统,单冲量液位控制系统,优点,结构简单、使用仪表少。,缺点,不能适应蒸汽负荷的剧烈变化,。,易根据“假液位”引起控制系统的误动作。,双冲量液位控制系统,从结构上看,，,它实际上是一个前馈,-,反馈控制系统,。,当供水压力扰动比较频繁时，该系统的控制质量较差。,三冲量液位控制系统,这实质上是前馈,-,串级控制系统。,结论,例一：加热炉的控制,一、加热炉的单回路控制方案,二、加热炉的串级控制方案,1、炉出口温度对炉膛温度的串级控制,2、炉出口温度对燃料油流量的串级控制,3、炉出口温度对燃料油阀后压力的串级控制,4.采用浮动阀的控制,5.前馈-反馈控制,催化裂化装置：,常压蒸馏装置：,三、安全连锁保护系统,1.以燃料气为燃料的加热炉安全联锁保护系统,2.以燃料油为燃料的加热炉安全联锁保护系统,例二：锅炉设备的自动控制,一、组成及工艺过程,1、输入/输出量：为多输入多输出，且相互关联,2、整体控制方案：,锅炉汽包水位的控制,蒸汽过热系统的控制,锅炉燃烧系统的控制,辅助设备控制,二、锅炉汽包水位的控制,控制目标：维持水位，保证安全运行,汽包水位对象的干扰量分析：,给水量的波动,蒸汽负荷的变化,燃料量的变化,汽包压力变化,1.汽包水位过程特性,（1）蒸汽负荷（干扰通道）的动态特性：,a、蒸汽量D，在燃烧量不变的情况下，由物料平衡，蒸汽量D给水量W,水位如H1,b、由于D，瞬间导致压力下降，汽包内水沸腾加剧，汽包水位迅速增加，水位如H2,c、实际情况为二者叠加，水位如H。,虚假水位：当蒸汽量加大时，一开始，水位不但不下降，反而迅速上升，然后再下降。（反之,）,(1)分析：,a.W,液位上升，如曲线H1,b.W，从汽包水中吸取热量，使水位下降，汽包容积减小，如曲线H2,c实际液位为二者叠加,(2）给水流量对水位的影响（控制通道）的动态特性,2、控制方案：,单冲量液位控制系统,双冲量液位控制系统,三冲量液位控制系统,三、蒸汽过热系统的控制,1、蒸汽过热系统包括一级过热器、减温器、二级过热器,2、控制目标：保证过热器出口温度，使管壁,温度在允许范围内。,3、特点：控制通道的时间常数及纯滞后较大,4、控制方案：,方案一：串级控制系统,方案二：双冲量控制系统,四、锅炉燃烧系统的控制1、蒸汽压力、燃料量、空气,2、氧含量、空气量,3、负压控制,小测验：,1串级控制系统的副控制器具有,作用，主控制器具有,作用,两者配合，控制质量必高于单回路控制系统。,2串级控制系统中，主回路是个定值控制系统，而副回路是个,系统。,3简单均匀调节系统中的调节器一般均采用,规律。,4.反馈控制系统检测的是,量；,前馈控制系统检测的是,量；,6、一种前馈控制系统能克服（）种干扰；反馈控制系统能克服（）干扰。,7.,分程调节系统中，阀 A 和阀 B 的控制信号范围分段由（）来完成。,A.调节器 B.电气转换器 C.阀门定位器 D.变送器,8、调节系统如图，试判断该方案属于哪种调节系统？画出系统方框图。,