第6章实现特殊要求过程控制系统课件.ppt

1、第六章第六章实现特殊要求的过程控制系统实现特殊要求的过程控制系统 6.1 比值控制系统比值控制系统6.1.1 概述概述方法的产生方法的产生 在现代工业生产过程中，要求两种或多种物料流量成一定比例在现代工业生产过程中，要求两种或多种物料流量成一定比例关系；一旦比例失调，会影响生产的正常进行，影响产品质量，关系；一旦比例失调，会影响生产的正常进行，影响产品质量，浪费动力，造成环境污染，甚至产生生产事故。如：浪费动力，造成环境污染，甚至产生生产事故。如： 燃烧过程中，往往要求燃料量与空气量需按一定比例混合后燃烧过程中，往往要求燃料量与空气量需按一定比例混合后送入炉膛。送入炉膛。 制药生产中要求药物和

2、注入剂按比例混合。制药生产中要求药物和注入剂按比例混合。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，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。统称为比值控制系统。6.1.1 概述概述比值控制的含义比值控制的含义 6.1.1 概述概述变量及关系变量及关系 主动量主动量-起主导作用而又不可控的物料流量起主导作用而又不可控的物料流量Q1； 从动量从动量-跟随主动量而变化的物料流量跟随主动量而变化的物料流量Q2； 比例系数：比例系数：12QQk 在生产过程中，根据工艺过程容许的在生产过程中，根据工艺过程容许的负荷波动幅度负荷波动幅度、干扰因干扰因素的性质素的性

3、质和和产品质量产品质量的要求不同，实现对两种物料流量比值的要求不同，实现对两种物料流量比值的控制方案也不同。的控制方案也不同。6.1.2 比值控制系统的类型比值控制系统的类型FTFYQ1Q2工艺流程图工艺流程图比值器控制阀Q2检测变送Q1系统框图系统框图设定值6.1.2 比值控制系统的类型比值控制系统的类型开环比值控制系统开环比值控制系统6.1.2 比值控制系统的类型比值控制系统的类型开环比值控制系统开环比值控制系统特点：特点： 简单、成本低；简单、成本低； 只有当只有当Q1变化时才起控制作用；变化时才起控制作用； Q2变化时变化时Q1不会响应，比例关系被破坏。不会响应，比例关系被破坏。适用场

4、合：适用场合： 副流量没有干扰的情况。副流量没有干扰的情况。FTFTQ1Q2FYFC特点：特点： 能克服开环比值方案的不足能克服开环比值方案的不足6.1.2 比值控制系统的类型比值控制系统的类型单闭环比值控制系统单闭环比值控制系统从动量从动量Q2是一个闭环随动控制系统是一个闭环随动控制系统主动量主动量Q1开环开环6.1.2 比值控制系统的类型比值控制系统的类型单闭环比值控制系统单闭环比值控制系统Q1(s)工作过程工作过程 稳定状态下：两种物料保持稳定状态下：两种物料保持Q2kQ1 的比值关系；的比值关系； 主流量变化时：比值器经过比值运输后其输出也相应发生变主流量变化时：比值器经过比值运输后其

5、输出也相应发生变化，此时，从动量回路是一个随动控制系统，它将使从动量随化，此时，从动量回路是一个随动控制系统，它将使从动量随主动量的变化而成比例变化，使变化后的主动量的变化而成比例变化，使变化后的Q1和和Q2仍维持原来的仍维持原来的比值关系不变。比值关系不变。 主动量不变，从动量由于干扰而变化时：比值器的输出保持主动量不变，从动量由于干扰而变化时：比值器的输出保持不变，此时从动量回路是一个定值控制系统，如果不变，此时从动量回路是一个定值控制系统，如果Q2发生变化，发生变化，经过从动回路的控制作用，把变化了的经过从动回路的控制作用，把变化了的Q2再调回稳定值，维持再调回稳定值，维持Q1和和Q2的

6、比值关系不变。的比值关系不变。 当主动量和从动量同时受到干扰变化时，从动量回路的控制当主动量和从动量同时受到干扰变化时，从动量回路的控制过程时上述两种情况的叠加，不过从动量回路首先应满足比值过程时上述两种情况的叠加，不过从动量回路首先应满足比值关系不变。关系不变。6.1.2 比值控制系统的类型比值控制系统的类型单闭环比值控制系统单闭环比值控制系统优点：优点： 不但能实现流量的副量跟主量变化，而且能克服流量干扰等。不但能实现流量的副量跟主量变化，而且能克服流量干扰等。缺点：缺点： 主流量不受控。主流量不受控。 当主动量受到大的干扰或负荷大幅度波动时，从动量的控制当主动量受到大的干扰或负荷大幅度波

7、动时，从动量的控制过程中相对于其控制器的设定值回出现较大的偏差，在这段时过程中相对于其控制器的设定值回出现较大的偏差，在这段时间内，主、从动量的比值会较大地偏离工艺要求的比值。而且，间内，主、从动量的比值会较大地偏离工艺要求的比值。而且，由于主动量可变，从动量必然也是可变的，则总物料量是不固由于主动量可变，从动量必然也是可变的，则总物料量是不固定的，这在有的生产过程中是不允许的。定的，这在有的生产过程中是不允许的。应用场合：应用场合： 在负荷变化不太大的场合得到广泛应用。在负荷变化不太大的场合得到广泛应用。6.1.2 比值控制系统的类型比值控制系统的类型单闭环比值控制系统单闭环比值控制系统特点

8、：能克服单闭环主流量不受控的不足。特点：能克服单闭环主流量不受控的不足。FTFTQ1Q2FYFCFC6.1.2 比值控制系统的类型比值控制系统的类型双闭环比值控制系统双闭环比值控制系统6.1.2 比值控制系统的类型比值控制系统的类型双闭环比值控制系统双闭环比值控制系统优点：优点：l 首先由于对主动量实行了定值控制，因而大大克服了干扰对首先由于对主动量实行了定值控制，因而大大克服了干扰对主动量的影响，使主动量变得比较平稳，从动量也将比较平稳。主动量的影响，使主动量变得比较平稳，从动量也将比较平稳。这样，系统总的物料流量是稳定的，从而克服了单闭环比值控这样，系统总的物料流量是稳定的，从而克服了单闭

9、环比值控制系统存在的上述缺点；制系统存在的上述缺点；l 升降负荷比较方便。需要升降负荷时，只需缓慢改变主动升降负荷比较方便。需要升降负荷时，只需缓慢改变主动量回路控制器的设定值，就可以使主动量同步升降，并保持两量回路控制器的设定值，就可以使主动量同步升降，并保持两种物料的比值不变。种物料的比值不变。应用场合：应用场合： 常用在主流量干扰频繁或工艺上不允许负荷有较大的波动，常用在主流量干扰频繁或工艺上不允许负荷有较大的波动，或工艺上经常需要升降负荷的场合。或工艺上经常需要升降负荷的场合。6.1.2 比值控制系统的类型比值控制系统的类型双闭环比值控制系统双闭环比值控制系统双闭环比值控制系统使用中注

10、意事项双闭环比值控制系统使用中注意事项防止从动量回路产生防止从动量回路产生“共振共振”。因为比值控制系统的对象一般都是流量对象，滞后时间都比较因为比值控制系统的对象一般都是流量对象，滞后时间都比较小，而且在管路中存在许多不规则的干扰噪声，因此，主、从小，而且在管路中存在许多不规则的干扰噪声，因此，主、从控制器都不宜采用微分作用。控制器都不宜采用微分作用。工艺往往要求主动量恒定在设定值上，比值控制的结果是从动工艺往往要求主动量恒定在设定值上，比值控制的结果是从动量也应是恒定的，所以，主、从控制器都应选择量也应是恒定的，所以，主、从控制器都应选择PI控制作用。控制作用。6.1.2 比值控制系统的类

11、型比值控制系统的类型双闭环比值控制系统双闭环比值控制系统在某些生产过程中，要求两种物料流量的比值，随第三个参在某些生产过程中，要求两种物料流量的比值，随第三个参数的需要而变化。数的需要而变化。变比值控制系统是一个以第三参数或称主参数（质量指标）、变比值控制系统是一个以第三参数或称主参数（质量指标）、以两个流量比为副参数的串级控制系统。以两个流量比为副参数的串级控制系统。 在变比值控制系统中，流量比值只是一种控制手段，不是最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，而第三参数往往是产品质量指标。终目的，而第三参数往往是产品质量指标。 按工艺指标自行修正比值系数的比值控制系统。按

12、工艺指标自行修正比值系数的比值控制系统。6.1.2 比值控制系统的类型比值控制系统的类型变比值控制系统变比值控制系统6.1.2 比值控制系统的类型比值控制系统的类型变比值控制系统变比值控制系统硝酸生产中的一个氧化反应：硝酸生产中的一个氧化反应：原料氨气与空气首先在混合器原料氨气与空气首先在混合器 中混合，经过过滤器后中混合，经过过滤器后加入到氧化炉中，在催化剂的作用下进行氧化反应，加入到氧化炉中，在催化剂的作用下进行氧化反应，生成一氧化氮气体，同时放出大量的热量。氧化炉温生成一氧化氮气体，同时放出大量的热量。氧化炉温度是表征氧化生产的质量指标。度是表征氧化生产的质量指标。影响氧化炉反应温度的主

13、要因素是氨气和空气的比影响氧化炉反应温度的主要因素是氨气和空气的比值。当混合器中氨气含量减小值。当混合器中氨气含量减小1%时，氧化炉的温度时，氧化炉的温度将会下降将会下降64.9 C，因此可以设计一个比值控制系统，因此可以设计一个比值控制系统，使进入氧化炉的氨气和空气的比值恒定，从而达到使进入氧化炉的氨气和空气的比值恒定，从而达到稳定氧化炉温度的目的。稳定氧化炉温度的目的。其他因素对氧化炉温度也会构成影响：其他因素对氧化炉温度也会构成影响：进入氧化炉的氨气、空气的初始温度、负荷的变化、进入氧化炉的氨气、空气的初始温度、负荷的变化、进入混合器前氨气和空气的压力变化、催化剂的活进入混合器前氨气和空

14、气的压力变化、催化剂的活性变化以及大气环境温度的变化等，都会对氧化炉性变化以及大气环境温度的变化等，都会对氧化炉温度造成影响。温度造成影响。6.1.2 比值控制系统的类型比值控制系统的类型变比值控制系统变比值控制系统6.1.2 比值控制系统的类型比值控制系统的类型变比值控制系统变比值控制系统单靠比值控制系统使氨气和空气的流量比值恒定，还单靠比值控制系统使氨气和空气的流量比值恒定，还不能最终保证氧化炉温度的恒定。不能最终保证氧化炉温度的恒定。必须根据氧化炉温度的变化，适当改变氨气和空气的必须根据氧化炉温度的变化，适当改变氨气和空气的流量比，以维持氧化炉温度不变。流量比，以维持氧化炉温度不变。氧化

15、炉温度与氨气氧化炉温度与氨气/ /空气变比值控制系统空气变比值控制系统6.1.2 比值控制系统的类型比值控制系统的类型变比值控制系统变比值控制系统6.1.2 比值控制系统的类型比值控制系统的类型变比值控制系统变比值控制系统工作过程工作过程系统在稳定状态下，主动量和从动量经检测、变送、开方后送系统在稳定状态下，主动量和从动量经检测、变送、开方后送入除法器相除，除法器的输出即为它的比值，同时又作为比值入除法器相除，除法器的输出即为它的比值，同时又作为比值控制器的测量值。此时，主被控变量是稳定的，主控制器的输控制器的测量值。此时，主被控变量是稳定的，主控制器的输出也稳定不变，并且和比值信号相等，从动

16、量阀门稳定于某一出也稳定不变，并且和比值信号相等，从动量阀门稳定于某一开度；开度；当主动量当主动量Q1受到干扰发生波动时，除法器输出发生变化，比值受到干扰发生波动时，除法器输出发生变化，比值控制器经过调节作用，改变阀门开度，使从动量控制器经过调节作用，改变阀门开度，使从动量Q2也发生变化，也发生变化，以保证以保证Q1与与Q2的比值不变；的比值不变；当主对象受到干扰引起被控量发生变化时，主控制器的测量值当主对象受到干扰引起被控量发生变化时，主控制器的测量值发生变化，主控制器的输出将发生变化，改变比值控制器的设发生变化，主控制器的输出将发生变化，改变比值控制器的设定值，从而对比值加以修正，以此来稳

17、定主对象的被控变量。定值，从而对比值加以修正，以此来稳定主对象的被控变量。6.1.2 比值控制系统的类型比值控制系统的类型变比值控制系统变比值控制系统在实际生产中，如果一个流量是可控的，另一个流量是不可控在实际生产中，如果一个流量是可控的，另一个流量是不可控的，可以组成单闭环比值控制系统，不可控的流量作为主动量，的，可以组成单闭环比值控制系统，不可控的流量作为主动量，可控流量作为从动量。可控流量作为从动量。6.1.3 比值控制系统的设计比值控制系统的设计主、从动量的选择主、从动量的选择如果两个流量都是可控的，可以组成双闭环比值控制系统。如果两个流量都是可控的，可以组成双闭环比值控制系统。1）分

18、析两种物料的供应情况，将有可能供应不足的物料流量作）分析两种物料的供应情况，将有可能供应不足的物料流量作为主动量，供应充足的物料流量作为从动量。为主动量，供应充足的物料流量作为从动量。2）把对生产负荷起关键作用的物料流量作为主动量。）把对生产负荷起关键作用的物料流量作为主动量。3）从安全角度出发，分析两种物料流量分别在失控情况下，看）从安全角度出发，分析两种物料流量分别在失控情况下，看哪一种情况必须保持比值一定，就将这种情况下的那种物料流哪一种情况必须保持比值一定，就将这种情况下的那种物料流量作为主动量比较合适。量作为主动量比较合适。6.1.3 比值控制系统的设计比值控制系统的设计主、从动量的

19、选择主、从动量的选择6.1.3 比值控制系统的设计比值控制系统的设计控制方案的确定控制方案的确定单闭环比值控制：适用于主动量不可控，或者主动量单闭环比值控制：适用于主动量不可控，或者主动量可控但变化不大的情况；从动回路控制器要求具有稳可控但变化不大的情况；从动回路控制器要求具有稳定从动量的作用，因此选用定从动量的作用，因此选用PI控制。控制。双闭环比值控制：适用于主动量可测可控但变化较大双闭环比值控制：适用于主动量可测可控但变化较大的情况，其中的主、从动回路控制器要起到稳定各自的情况，其中的主、从动回路控制器要起到稳定各自物料流量的作用，因此均选用物料流量的作用，因此均选用PI控制。控制。变比

20、值控制：适用于比值需要由另一个控制器来调节变比值控制：适用于比值需要由另一个控制器来调节的情况，其控制器设计按照串级控制系统中的选取原的情况，其控制器设计按照串级控制系统中的选取原则。则。6.1.3 比值控制系统的设计比值控制系统的设计比值控制系统的实施比值控制系统的实施比值运算器比值运算器FY为乘法器，将主动量检测值与给定比值为乘法器，将主动量检测值与给定比值的乘积作为从动量控制器的给定值。的乘积作为从动量控制器的给定值。相乘式：相乘式：相除式：相除式：6.1.3 比值控制系统的设计比值控制系统的设计比值控制系统的实施比值控制系统的实施比值运算器为除法器，将主动量检测值与从动量检测比值运算器

21、为除法器，将主动量检测值与从动量检测值实际比值作为从动量控制器实测反馈值，从动量控值实际比值作为从动量控制器实测反馈值，从动量控制器根据给定比值来控制调节阀。制器根据给定比值来控制调节阀。6.1.3 比值控制系统的设计比值控制系统的设计参数整定参数整定双闭环比值控制的主动量回路双闭环比值控制的主动量回路按单回路控制系统按单回路控制系统整定；整定；变比值控制的主控制器变比值控制的主控制器按串级控制系统的整定方按串级控制系统的整定方法；法；从动量回路的整定从动量回路的整定从动量回路本质上是随动控制从动量回路本质上是随动控制系统，要求从动量快速、准确地跟随主动量变化，而系统，要求从动量快速、准确地跟

22、随主动量变化，而且不宜有超调，所以需要将参数整定在且不宜有超调，所以需要将参数整定在振荡与不振荡振荡与不振荡的临界状态的临界状态。 6.1.3 比值控制系统的设计比值控制系统的设计参数整定参数整定具体步骤：具体步骤： 根据生产工艺要求，计算比值控制器的比值系数，根据生产工艺要求，计算比值控制器的比值系数，并将系统投入运行。并将系统投入运行。 将积分时间置于最大，并由大到小逐渐调节比例度，将积分时间置于最大，并由大到小逐渐调节比例度，使系统处于振荡与不振荡的临界状态。使系统处于振荡与不振荡的临界状态。 投入积分作用时，先适当增大比例度，再投入积分投入积分作用时，先适当增大比例度，再投入积分作用，

23、并逐步减小积分时间，直到系统出现临界状态。作用，并逐步减小积分时间，直到系统出现临界状态。k=Q2/Q1是两种物料的实际流量比值，要实现流量比值控制，是两种物料的实际流量比值，要实现流量比值控制，首先就必须将工艺上的流量比值首先就必须将工艺上的流量比值K换算为仪表上的信号比值换算为仪表上的信号比值k 。目前采用的流量变送器为方便使用，大多数输出信号与流量成目前采用的流量变送器为方便使用，大多数输出信号与流量成线性关系，当流量由零变至最大值线性关系，当流量由零变至最大值Qmax时，仪表对应的输出信时，仪表对应的输出信号为号为4 20mA，则流量的任一中间值，则流量的任一中间值Q对应的输出电流为：

24、对应的输出电流为：m axm ax16416(4)QIQQIQ6.1.3 比值控制系统的设计比值控制系统的设计比值系数的换算比值系数的换算max2max112max1max212max11max2212444416/416/4QQkIIkQQIIQIQIQQkQ1max、 Q2max分别为主、从流量变送器的最大量程。分别为主、从流量变送器的最大量程。当流量与测量信号成非线性关系，流量检测信号未经开方处理当流量与测量信号成非线性关系，流量检测信号未经开方处理时，流量与压差的关系为：时，流量与压差的关系为：pcQ6.1.3 比值控制系统的设计比值控制系统的设计比值系数的换算比值系数的换算当压差信号

25、由零变到最大值时，变送器的输出电流为当压差信号由零变到最大值时，变送器的输出电流为4 20mA。2max22max122max12max22max12max212221222max22max2max44164164QQkkQQkQQIIkQQQIQQQppI6.1.3 比值控制系统的设计比值控制系统的设计比值系数的换算比值系数的换算6.1.3 比值控制系统的设计比值控制系统的设计比值系数的换算比值系数的换算例：在某比值控制系统中，采用有孔板和差压变送器组例：在某比值控制系统中，采用有孔板和差压变送器组成的差压式流量计来检测主、从物料流量。成的差压式流量计来检测主、从物料流量。主物料流量变送器的

26、最大量程为主物料流量变送器的最大量程为q1max=12.5m3/h，从物料，从物料流量变送器的最大量程为流量变送器的最大量程为q2max=20m3/h。生产工艺要求生产工艺要求k=q2/q1=1.4。不加开方器时不加开方器时DDZ-III型比值控制器的比值系数型比值控制器的比值系数k：6.1.3 比值控制系统的设计比值控制系统的设计比值系数的换算比值系数的换算加开方器时加开方器时 DDZ-III型比值控制器的比值系数型比值控制器的比值系数k：766. 0205 .124 . 12222max22max12qqkk875. 0205 .124 . 1max2max1qqkk6.2 均匀控制系统均

27、匀控制系统在连续生产过程中，一个装置或设备往往与前后的装置或设在连续生产过程中，一个装置或设备往往与前后的装置或设备紧密地联系着，前一装置或设备的出料量是后一装置或设备紧密地联系着，前一装置或设备的出料量是后一装置或设备的进料量，而后一装置或设备的出料量又输送给其他的装备的进料量，而后一装置或设备的出料量又输送给其他的装置或设备。置或设备。前后有物料联系的精馏塔，前塔的液位与后塔的进料量的稳定前后有物料联系的精馏塔，前塔的液位与后塔的进料量的稳定要求会发生矛盾。要求会发生矛盾。6.2.1 均匀控制的用途及特点均匀控制的用途及特点问题的提出问题的提出LTALCBFTFC6.2.1 均匀控制的用途

28、及特点均匀控制的用途及特点问题的提出问题的提出为了保证精馏塔的生产过程稳定进行，以塔底出料量为控制变为了保证精馏塔的生产过程稳定进行，以塔底出料量为控制变量；量；同时为了保证精馏塔的运行正常，每个塔要求其进料量保持平同时为了保证精馏塔的运行正常，每个塔要求其进料量保持平稳，对此设置了流量定值控制系统。稳，对此设置了流量定值控制系统。单独对每一个塔来说，这种设置时可以的，但对于相邻的、前单独对每一个塔来说，这种设置时可以的，但对于相邻的、前后有物料联系的两个塔，整体来看，两个控制系统将会发生矛后有物料联系的两个塔，整体来看，两个控制系统将会发生矛盾。盾。A塔的液位和塔的液位和B塔的进料量不可能同

29、时都稳定不变，这就是存塔的进料量不可能同时都稳定不变，这就是存在于两个控制系统之间的矛盾。在于两个控制系统之间的矛盾。6.2.1 均匀控制的用途及特点均匀控制的用途及特点问题的提出问题的提出早先曾利用缓冲罐来解决这个矛盾，即在早先曾利用缓冲罐来解决这个矛盾，即在A、B塔之间增设一塔之间增设一个有一定容量的缓冲罐。个有一定容量的缓冲罐。但这需要增加一套容器设备，加大了投资成本；另外，对于但这需要增加一套容器设备，加大了投资成本；另外，对于某些中间产品，在缓冲罐中停留时间一长，会产生分解或自某些中间产品，在缓冲罐中停留时间一长，会产生分解或自聚现象，从而限制了这种方法的使用。聚现象，从而限制了这种

30、方法的使用。解决这个矛盾的有效方法就是采用均匀控制系统。解决这个矛盾的有效方法就是采用均匀控制系统。6.2.1 均匀控制的用途及特点均匀控制的用途及特点解决办法解决办法指两个工艺参数在规定范围内能缓慢地指两个工艺参数在规定范围内能缓慢地 、均匀地变化，使前后、均匀地变化，使前后设备在物料供求上相互兼顾、均匀协调的系统。设备在物料供求上相互兼顾、均匀协调的系统。上例中，采用均匀控制的条件是：上例中，采用均匀控制的条件是：工艺上应该允许工艺上应该允许A塔的液位和塔的液位和B塔的进料量在一定的范围内可以塔的进料量在一定的范围内可以缓慢变化。控制系统着眼于物料平衡，使缓慢变化。控制系统着眼于物料平衡，

31、使A、B两塔物料供应矛两塔物料供应矛盾的过程限制在一定条件下的慢变化，从而满足盾的过程限制在一定条件下的慢变化，从而满足A、B两塔的控两塔的控制要求。制要求。6.2.1 均匀控制的用途及特点均匀控制的用途及特点均匀控制的含义均匀控制的含义1）表征前后供求矛盾的两个参数都是变化的，变化是缓慢的，）表征前后供求矛盾的两个参数都是变化的，变化是缓慢的，是在允许范围内波动的。前塔的液位变化不能超过规定的上、是在允许范围内波动的。前塔的液位变化不能超过规定的上、下限。后塔的进料量也不能超过最大和最小处理量。下限。后塔的进料量也不能超过最大和最小处理量。 6.2.1 均匀控制的用途及特点均匀控制的用途及特

32、点均匀控制的特点均匀控制的特点L,FL,FL,FLLLFFFA图表示把液位控制成比较稳定的直线，下一设备的进料量必图表示把液位控制成比较稳定的直线，下一设备的进料量必然波动很大；然波动很大；B图表示把后面设备的进料量控制成比较平稳的直线，则前一图表示把后面设备的进料量控制成比较平稳的直线，则前一设备的液位波动必然很大。设备的液位波动必然很大。所以这两种过程都不应是均匀控制。所以这两种过程都不应是均匀控制。只有图只有图C所示的液位和流量的控制过程曲线才符合均匀控制的所示的液位和流量的控制过程曲线才符合均匀控制的含义，两者都有波动，但波动比较缓慢。含义，两者都有波动，但波动比较缓慢。6.2.1 均

33、匀控制的用途及特点均匀控制的用途及特点均匀控制的特点均匀控制的特点2）两个被控变量的调节过程应该是缓慢的，这与定值控制）两个被控变量的调节过程应该是缓慢的，这与定值控制希望控制过程要短的要求是不同的。希望控制过程要短的要求是不同的。3）两个被控变量的变化应该在工艺允许的操作范围内。）两个被控变量的变化应该在工艺允许的操作范围内。6.2.1 均匀控制的用途及特点均匀控制的用途及特点均匀控制的特点均匀控制的特点LTALCB（1）方案示例方案示例6.2.2 均匀控制的结构形式均匀控制的结构形式简单均匀控制系统简单均匀控制系统比例作用是基本的；不能引入微分；积分是否引入视情况而定。比例作用是基本的；不

34、能引入微分；积分是否引入视情况而定。为达到均匀控制的目的，在控制器参数整定时，比例作用和积分为达到均匀控制的目的，在控制器参数整定时，比例作用和积分作用均不能整定得太强，因此，比例度要宽，积分时间要长。一作用均不能整定得太强，因此，比例度要宽，积分时间要长。一般比例度般比例度 =100% 200%，积分时间为几分钟到十几分钟。，积分时间为几分钟到十几分钟。系统的结构和所使用的仪表是完全一样的，但控制目的不同。系统的结构和所使用的仪表是完全一样的，但控制目的不同。(3)对控制参数应做适当选择对控制参数应做适当选择( (2)与液位定值控制相比与液位定值控制相比6.2.2 均匀控制的结构形式均匀控制

35、的结构形式简单均匀控制系统简单均匀控制系统当当A塔的液位对象本身具有自平衡作用时，或者塔的液位对象本身具有自平衡作用时，或者B塔内的压力塔内的压力发生波动时，尽管调节阀开度没变，其流出量仍会发生相应变发生波动时，尽管调节阀开度没变，其流出量仍会发生相应变化。化。仅适用于扰动较小、对流量的均匀程度要求较低的场合。仅适用于扰动较小、对流量的均匀程度要求较低的场合。（4）特点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；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。但控制效果差。（5）适用场合适用场合6.2.2 均匀控制的结构形式均匀控制的结构形式简单均匀控制系

36、统简单均匀控制系统LTALCBFTFC正正反反（1）方案示例方案示例6.2.2 均匀控制的结构形式均匀控制的结构形式串级均匀控制系统串级均匀控制系统结构方案相同，目的不同；结构方案相同，目的不同；均匀串级控制的目的是使液位与流量均匀协调。均匀串级控制的目的是使液位与流量均匀协调。(2)与典型串级的异同与典型串级的异同(3)控制过程控制过程假如干扰使假如干扰使A塔的液位上升，正作用的液位控制器输出信号随之塔的液位上升，正作用的液位控制器输出信号随之增加，通过反作用的流量控制器使控制阀门缓慢开大；反映在增加，通过反作用的流量控制器使控制阀门缓慢开大；反映在工艺参数上，液位不是立即快速下降，而是继续

37、缓慢地上升。工艺参数上，液位不是立即快速下降，而是继续缓慢地上升。同时同时B塔的进料量也在缓慢增加，当液位上升到某一数值时，塔的进料量也在缓慢增加，当液位上升到某一数值时，A塔的出料量等于干扰造成进料量的增加量，液位就不再上升而塔的出料量等于干扰造成进料量的增加量，液位就不再上升而暂时达到最高液位。这样，液位和流量均处于缓慢变化中，完暂时达到最高液位。这样，液位和流量均处于缓慢变化中，完成了均匀协调的控制目的。成了均匀协调的控制目的。6.2.2 均匀控制的结构形式均匀控制的结构形式串级均匀控制系统串级均匀控制系统如果如果B塔内压力受到干扰而发生变化时，塔内压力受到干扰而发生变化时，B塔的进料量

38、将发生塔的进料量将发生变化，这时，首先通过流量控制器进行控制，当这一控制作用变化，这时，首先通过流量控制器进行控制，当这一控制作用使使A塔的液位受到影响时，液位控制器改变流量控制器的设定塔的液位受到影响时，液位控制器改变流量控制器的设定值，使流量控制器做进一步的控制，缓慢改变调节阀的开度。值，使流量控制器做进一步的控制，缓慢改变调节阀的开度。两个控制器互相配合，使液位和流量都在规定的范围内缓慢均两个控制器互相配合，使液位和流量都在规定的范围内缓慢均匀变化。匀变化。6.2.2 均匀控制的结构形式均匀控制的结构形式串级均匀控制系统串级均匀控制系统(4)控制作用选择控制作用选择不能加微分作用；液位宜

39、采用不能加微分作用；液位宜采用PI规律；流量一般用规律；流量一般用P规律。规律。但如果但如果B塔的压力波动较大，或对流量的稳定要求也比较高时，塔的压力波动较大，或对流量的稳定要求也比较高时，流量控制器也可采用流量控制器也可采用PI控制作用。控制作用。主控制器的参数整定与简单均匀控制协调相同，副控制器的参主控制器的参数整定与简单均匀控制协调相同，副控制器的参数整定范围一般为数整定范围一般为 =100% 200% ，积分时间在，积分时间在0.1 1min之间。之间。(5)特点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

40、均匀缓慢平稳，控制质量较高。变量变化均匀缓慢平稳，控制质量较高。6.2.2 均匀控制的结构形式均匀控制的结构形式串级均匀控制系统串级均匀控制系统6.3 选择性控制系统选择性控制系统在生产过程中，控制系统一般都在正常情况下工作，但是还应在生产过程中，控制系统一般都在正常情况下工作，但是还应该考虑到事故状态下有一定的安全保护措施。该考虑到事故状态下有一定的安全保护措施。比如，声光报警或自动安全连锁，即当生产工艺参数达到安全比如，声光报警或自动安全连锁，即当生产工艺参数达到安全极限时，报警开关接通，通过报警灯或警铃发出报警信号，改极限时，报警开关接通，通过报警灯或警铃发出报警信号，改为人工手动操作或

41、通过自动安全连锁装置，强行切断电源或气为人工手动操作或通过自动安全连锁装置，强行切断电源或气源，使整个工艺装置或某些设备停车，待操作人员排除故障后源，使整个工艺装置或某些设备停车，待操作人员排除故障后再重新启动系统。再重新启动系统。6.3.1 选择性控制系统选择性控制系统问题提出问题提出随着生产的现代化，一些生产过程速度很快，操作人员往往还随着生产的现代化，一些生产过程速度很快，操作人员往往还没有反应过来，事故可能已经发生了。没有反应过来，事故可能已经发生了。现在的生产过程多数都是大规模的连续生产，安全连锁装置在现在的生产过程多数都是大规模的连续生产，安全连锁装置在故障时强行使一些设备停车，引

42、起大面积停工停产，将会造成故障时强行使一些设备停车，引起大面积停工停产，将会造成很大的经济损失。很大的经济损失。因此，一种既能自动起保护作用，而又不停车的因此，一种既能自动起保护作用，而又不停车的“软保护软保护”措措施就应运而生了。施就应运而生了。这就是选择性控制系统，也称为取代控制系统。这就是选择性控制系统，也称为取代控制系统。6.3.1 选择性控制系统选择性控制系统问题提出问题提出在选择性控制系统中，把生产过程中的限制条件所构成的逻辑在选择性控制系统中，把生产过程中的限制条件所构成的逻辑关系叠加到正常的控制系统中去，即当工艺过程参数趋于危险关系叠加到正常的控制系统中去，即当工艺过程参数趋于

43、危险极限，但还未达到危险极限（也称为安全软限）时，一个用于极限，但还未达到危险极限（也称为安全软限）时，一个用于控制不安全情况的控制方案将取代正常情况下工作的控制方案，控制不安全情况的控制方案将取代正常情况下工作的控制方案，用取代控制器自动代替正常工况下的控制器工作。用取代控制器自动代替正常工况下的控制器工作。即使正常控制器处于开环状态，通过取代控制器的工作，使生即使正常控制器处于开环状态，通过取代控制器的工作，使生产参数脱离产参数脱离“安全软限安全软限”而回到安全范围。然后，取代控制器而回到安全范围。然后，取代控制器又自动退出，处于开环状态，正常情况下的控制器接通，又恢又自动退出，处于开环状

44、态，正常情况下的控制器接通，又恢复到原来的控制方案。复到原来的控制方案。6.3.1 选择性控制系统选择性控制系统工作过程工作过程正常情况和不正常情况可由高值选择器或低值选择器进行判别，正常情况和不正常情况可由高值选择器或低值选择器进行判别，以实现正常控制器与取代控制器的自动切换。以实现正常控制器与取代控制器的自动切换。因此，选择性控制系统也常定义为：凡是在控制回路中引入了因此，选择性控制系统也常定义为：凡是在控制回路中引入了选择器的控制系统都称为选择性控制系统。选择器的控制系统都称为选择性控制系统。6.3.1 选择性控制系统选择性控制系统定义定义选择器在控制回路中的位置可分为两类：选择器在控制

45、回路中的位置可分为两类：一是选择器接在控制器与执行器之间，对被控变量进行选择；一是选择器接在控制器与执行器之间，对被控变量进行选择；另一类是选择器接在变送器的输出端，对检测信号进行选择，另一类是选择器接在变送器的输出端，对检测信号进行选择，以适应不同生产过程的需要。以适应不同生产过程的需要。6.3.2 选择性控制系统的类型选择性控制系统的类型液态氨蒸发冷却器利用液氨的蒸发吸取大量的气化热，来冷却液态氨蒸发冷却器利用液氨的蒸发吸取大量的气化热，来冷却流经管内的被冷却物料。流经管内的被冷却物料。工艺上要求被冷却物料的出口温度稳定在某一定值，所以将被工艺上要求被冷却物料的出口温度稳定在某一定值，所以

46、将被冷却物料的出口温度作为被控变量，以液态氨的流量为操纵变冷却物料的出口温度作为被控变量，以液态氨的流量为操纵变量，构成正常工况下的单回路定值控制系统。量，构成正常工况下的单回路定值控制系统。6.3.2 选择性控制系统的类型选择性控制系统的类型对被控变量的选择对被控变量的选择热物料热物料TTTC冷物料冷物料液氨液氨气氨气氨正作用正作用气开气开液态氨冷却器控制系统一般性控制系统液态氨冷却器控制系统一般性控制系统6.3.2 选择性控制系统的类型选择性控制系统的类型对被控变量的选择对被控变量的选择在正常工况下，操纵液氨流量使被冷却物料的出口温度得到控制，在正常工况下，操纵液氨流量使被冷却物料的出口温

47、度得到控制，而液位在允许的一定范围内变化。而液位在允许的一定范围内变化。如果突然出现非正常工况，假设由杂质油漏入被冷却物料管线，如果突然出现非正常工况，假设由杂质油漏入被冷却物料管线，使导热率下降，原来的传热面积不能带走同样多的热量，只有使使导热率下降，原来的传热面积不能带走同样多的热量，只有使液位升高，加大传热面积。液位升高，加大传热面积。如果当液位升高到全部淹没换热器的所有列管时，传热面积已达如果当液位升高到全部淹没换热器的所有列管时，传热面积已达极限，出口温度仍没有降下来，温度控制器会不断开大控制阀门，极限，出口温度仍没有降下来，温度控制器会不断开大控制阀门，使液位继续升高，这时就可能带

48、来生产事故。使液位继续升高，这时就可能带来生产事故。工艺操作所提出的条件限制了氨液面的上限高度（安全软限）。工艺操作所提出的条件限制了氨液面的上限高度（安全软限）。6.3.2 选择性控制系统的类型选择性控制系统的类型对被控变量的选择对被控变量的选择液态氨冷却器控制系统选择性控制系统液态氨冷却器控制系统选择性控制系统热物料热物料TTTC冷物料冷物料液氨液氨气氨气氨气开气开LSLCLT正作用正作用反作用反作用6.3.2 选择性控制系统的类型选择性控制系统的类型对被控变量的选择对被控变量的选择为此，在温度控制系统的基础上，增加一个液面超限的取代为此，在温度控制系统的基础上，增加一个液面超限的取代单回

49、路控制系统。单回路控制系统。从工艺上看，操纵变量只有液氨一个，而被控变量却有温度从工艺上看，操纵变量只有液氨一个，而被控变量却有温度和液位两个，从而形成对被控变量的选择性控制系统。和液位两个，从而形成对被控变量的选择性控制系统。其中液位控制器选择反作用方式，选择器为低值选择器其中液位控制器选择反作用方式，选择器为低值选择器LS。6.3.2 选择性控制系统的类型选择性控制系统的类型对被控变量的选择对被控变量的选择工作过程工作过程正常工况下，液位处于安全范围，低于界限值，由于液位控制正常工况下，液位处于安全范围，低于界限值，由于液位控制器的反作用使其输出高于温度控制器的输出，从而低值选择器器的反作

50、用使其输出高于温度控制器的输出，从而低值选择器选中了温度控制器，液位控制器处于开环待命状态；选中了温度控制器，液位控制器处于开环待命状态；当氨的液位达到高限值时，要保护压缩机不致损坏已成为主要当氨的液位达到高限值时，要保护压缩机不致损坏已成为主要矛盾，冷物料出口温度暂时降为次要矛盾。此时，由于液位升矛盾，冷物料出口温度暂时降为次要矛盾。此时，由于液位升高而使液位控制器的输出减小，同时，冷物料出口温度较高，高而使液位控制器的输出减小，同时，冷物料出口温度较高，正作用的温度控制器输出较大，因而低值选择器立即选中液位正作用的温度控制器输出较大，因而低值选择器立即选中液位控制器，而温度控制器则成为开环