过程控制第四章复杂过程控制系统-分程与选择性控制5

过程控制_第一章

29
1.3
过程控制系统的组成
(5) 管理计算机(—上位机) ：它通过数据通信总线和系统中各智能单元，采集各种数据信息，并综合下达诸如设定值(SPC)等各种高级命令。它可以进行集中管理与最优控制，实现信息—控制—管理一体化。通常管理计算机还有可能供用户进一步开发高级语言软件，可完成有关工艺参数间复杂的运算和数据分析工作等。
10
1.3
过程控制系统的组成
过程控制系统：通常是指工业生产过程中自动控制
系统的被控量是温度、压力、流量、成分、粘度、湿度和pH值(酸碱度或氢离子浓度)等这样一些过程变量的系统。连续生产过程的特征是：生产过程中的各种流体，在连续（或间歇）的流动过程中进行着物理化学反应、物质能量的转换或传递。例如：发电厂锅炉过热蒸汽温度控制系统；转炉供氧量控制系统；集散控制系统 (DCS)
20
1.3
过程控制系统的组成
过热蒸汽温度控制系统控制框图
“过程”(又称对象)―被控制的装置或设备 y(t)―被控参数：过热蒸汽的温度 f(t)―扰动作用 q(t)―操纵变量（控制参数） μ(t)―称为控制作用测量变送器―将y(t)成比例地转换为测量信号z(t) x(t)―给定值
11
1.3 过程控制系统的组成
例1如室内温度的控制。图1为人工控制室温。假设在冬季，室内加温是通过热水加热器，将送风加热后源源不断送往恒温室。为保证恒温室温符合要求，操作人员要随时观察温度计的指示值，并随时判断和决定如何操作阀门来保证恒温要求，然后进行操作。送风
人的作用可分为三步：眼看脑想手动
4. 按被控制量的多少分类：
单变量控制系统多变量控制系统
36
1.4

浙大工业过程控制9.选择性控制与分程控制

超驰控制（Override Control），也称约束控制（Constraint Control）
特点：被控变量类型不同，通常有两个以上的控制器，主要用于设备软保护。

被控变量选择控制（Selective Control）
特点：被控变量类型相同，通常只有一个控制器，与单回路控制相近，只是控制器输入由多个测量信号选择得到。
＋－
KC
TD s + 1 AD TD s + 1
u2
＋＋
Tm
1 TI s + 1
v2
2018/10/24
工业过程控制
分程与阀位控制系统
戴连奎浙江大学智能系统与决策研究所 2003/10/12
2018/10/24 工业过程控制
间歇聚合反应器的控制问题
T
Y
“A” “B”
冷水蒸汽
控制要求：反应开始前，需要用蒸汽加热以达到反应所需的温度；当反应开始后，因放出大量反应热，需要用冷水进行冷却。要求全过程自动控制反应器的温度？
富气 C-201 TIC203
TC
D-201
FC
分馏一中回流塔
粗汽油
FIC203 反应油气
轻柴油
回炼油浆
问题：TIC203与轻柴油的产品质量关系密切，需要加以有效控制。但原控制方案中三通调节阀的调节能力不足，经常需要人工干预（手动调节一中回流量）。如何改进方案？要求：（1）确保TIC203的控制能力；（2）尽可能使一中回流经换热器进行能量回收；（3）一中回流量作为稳定塔的热源，希望波动尽可能小。
阀
气
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
开阀
气
工业过程控制

过程控制系统第4章其他控制系统

图4-1 夹套式连续搅拌反应釜的温度控制 a)单回路控制 b)串级控制
4.1.1 串级控制的概念及框图描述
图4-2 反应器温度串级控制框图
4.1.1 串级控制的概念及框图描述
图4-3 通用的串级控制系统框图
4.1.2 串级控制系统分析
(1)副回路具有快速调节作用，能有效地克服发生于副回路的扰动影响。 (2)串级系统对副对象和控制阀特性的变化具有较好的鲁棒性。
过程控制系统与装置
主编
第4章其他控制系统
4.1 串级控制系统 4.2 前馈控制系统 4.3 比值控制系统 4.4 均匀控制系统 4.5 分程控制系统 4.6 选择控制系统
4.1 串级控制系统
4.1.1 4.1.2 4.1.3
串级控制的概念及框图描述串级控制系统分析串级控制系统设计与实施
4.1.1 串级控制的概念及框图描述
(1)副回路具有快速调节作用
图4-4 串级控制系统副回路等效框图
(2)串级系统对副对象和控制阀特性的变化具有较好的鲁棒性。
1)上述分析结果表明：主回路对副对象及控制阀的特性变化具有鲁棒性，但副回路本身却并没有这种特性。 2)主回路对副回路反馈通道特性的变化没有鲁棒性。
4.1.3 串级控制系统设计与实施
4.串级系统应用举例
图4-7 加热炉出口温度控制系统ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱa)单回路控制 b)串级控制
4.串级系统应用举例
图4-8 加热炉出口温度被控过程框图
4.串级系统应用举例
图4-9 炉出口温度控制通道的阶跃响应
4.串级系统应用举例
图4-10 炉出口温度单回路控制系统结构
4.串级系统应用举例
图4-11 炉出口温度串级控制系统结构

过程控制—复杂控制系统PPT文档33页

过程控制—复杂控制系统
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只在愚人的字典中找得到。--拿破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突破，不要嫉妒要欣赏，不要托延要积极，不要心动要行动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要素。(注意：传统观念认为勤奋和机会是成功的要素，但是经过统计学和成功人士的分析得出，乐观是成功的第三要素。
39、没有不老的誓言，没有不变的承诺，踏上旅途，义无反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特

过程控制系统

煤焦油加氢预处理氨水液位控制
离心机至高空安全处
V1104
L T
LIC 1001
F.C
氨水泵
返回
调节器的“正”“反”作用如果将调节器的输入信号定义为测量值减去给定值，那么当偏差增加时，其输出也增加的调节器，称为“正作用”调节器；反之，调节器的输出信号随偏差的增加而减小的称为“反作用”调节器。
控制系统的分类
开环控制系统控制系统的输出信号（被控变量）不反馈到系统的输入端，因而也不对控制作用产生影响的系统，称为开环控制系统。开环控制系统分为2种。一种是按设定值进行控制。另一种是按扰动量进行控制，即所谓的前馈控制。
闭环控制系统系统的输出（被控变量）通过测量变送环节，又返回到系统的输入端，与给定信号比较，以偏差的形式进入调节器，对系统起控制作用，整个系统构成了一个封闭的反馈回路，这种控制系统称为闭环控制系统，或成反馈控制系统。
V1101
P-8
串级控制系统中主、副调节器的正反作用副调节器的作用方向与简单控制系统中调节器的正反作用的选择方法相同。主调节器的作用方向可按：当主、副变量增大（减小），调节阀的动作方向一致的，则主调节器选“反作用”。反之，主调节器选 “正作用”。
原料油缓冲罐液位控制系统中副回路阀门为“F.C”，“+A” 调节阀开大，流量变大“+B” +A*+B=“+”，副调节器为反作用。主回路当流量，液位增大时，调节阀都应减小开度，作用方向一致。则主调节器为“反作用”。
简单控制系统

简单控制系统的组成简单控制系统又称单回路反馈控制系统。由一个被控对象、一个测量变送器、一个调节器和一只调节阀所组成的单回路闭合控制系统。简单控制系统结构简单，投资少，易于调整和投运，能满足一般生产过程的控制要求，因而应用很广泛。它尤其适用于被控对象纯滞后小，时间常数小，负荷和干扰变化比较缓慢，或者对被控变量要求不太高的场合。简单控制系统常用被控变量来划分，最常见的是温度、压力、流量、液位和成分等5种控制系统。

培训课件过程控制第四章复杂过程控制系统-比值控制4.ppt

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自动化仪表与过程控制
§4-4-2 比值控制系统的结构类型
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自动化仪表与过程控制
§4-4-2 比值控制系统的结构类型
3、工作过程 • 稳定状态下…… • 主动量变化时…… • 从动量由于干扰而变化时……
4、优缺点优点：不但能实现从动量跟随主动量变化，而且能
克服从动量本身干扰对比值的影响等。缺点：主动量不受控。
• 在有些生产过程中，要求两种物料流量的比值随第三个变量的变化而变化。
•为了满足上述生产工艺要求，开发并应用变比值控制。 2、系统结构：如下图所示 3、变比值控制的含义
变比值控制系统是一个以第三个变量为主变量(质量指标)、以两个流量比为副变量的串级控制系统。
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自动化仪表与过程控制
§4-4-2 比值控制系统的结构类型
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§4-4-3 比值控制系统设计
自动化仪表与过程控制
② 将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较为合适。
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§4-4-3 比值控制系统设计
自动化仪表与过程控制
自动化仪表与过程控制
第四章复杂过程控制系统
§4-4 比值控制 §4-4-1 比值控制原理 §4-4-2 比值控制系统的结构类型 §4-4-3 比值控制系统设计 §4-4-4 比值控制系统整定 §4-4-5 应用举例
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§4-4-1 比值控制原理
自动化仪表与过程控制
一、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

过程控制技术-第五章复杂控制系统

5 复杂控制系统
③ 主、副对象的时间常数不能太接近。通常、副对象的时间常数小于主对象的时间常数。这是因为如果副对象时间常数很小，说明副被控变量的位置很靠近主被控变量。两个变量几乎同时变系统
如果两个对象时间常数基本相等，由于主、副回路是密切相关的，系统可能出现“共振”，使系统控制质量下降甚至出现不稳定的问题。因此，通常使副对象的时间常数明显小于主对象的时间常数。
5 复杂控制系统
（1）串级控制系统的构成原理将原被控对象分解为两个串联的被控对象，如图5-3所将原被控对象分解为两个串联的被控对象，如图5 示。以连接分解后的两个被控对象的中间变量为副被控变量，构成一个简单控制系统，称为副控制系统或副环。以原对象的输出信号为主被控变量，即分解后的第二个被控对象的输出信号，构成一个控制系统，称为主控制系统或主回路。主控制系统中控制器的输出信号作为副控制系统控制器的设定值，副控制系统的输出信号作为主被控对象的输入信号。如图5 入信号。如图5-2、5-3所示。
5 复杂控制系统
副控制器 ——按副被控变量的测量值与主控制器输出 ——按副被控变量的测量值与主控制器输出的偏差进行工作的控制器，其输出直接控制控制阀动作。主回路 ——由主副控制器、控制阀、主副被控过程、 ——由主副控制器、控制阀、主副被控过程、主测量变送器组成的闭合回路。副回路 ——由副控制器、副被控过程和副测量变送 ——由副控制器、副被控过程和副测量变送器组成的闭合回路。一次扰动 ——不包括在副回路能的扰动。如图5-2中 ——不包括在副回路能的扰动。如图5 被加热料的流量和炉前温度变化。二次扰动 ——包括在副回路内的扰动。如图5-2中燃 ——包括在副回路内的扰动。如图5 料方面的扰动和烟囱抽力的变化。

复杂过程控制系统

串级控制系统的设计主要是副参数的选择和副回路的设计及主、副回路关系的考虑。
2、副变量的选择
过程控制
副变量的选择应使副回路的时间常数小，调节通道短，反映灵敏
Gm1(s) 串级控制系统的等效方框图
R1 +
Gc(s)
－
Ym
Y2 Gp2(s)
Y1 Gp1(s)
Gm1(s) 单回路控制系统的方框图
过程控制
串级系统的特征方程为： 1 G c 1 (s ) G p 2 (s ) G m 1 (s ) 0
设：
G p1(s)Tp K 1sp 11,G c1(s)K c1,G m 1(s)K m 1
R1 +
Gc(s)
－
Ym1
F2
Gf2(s)
Gv(s) Gp2(s)
过程控制
F1 Gf1(s)
Gp1(s) + Y1
Gm(s) 单回路控制系统方框图
Y 1(s)
G f2(s)G p1(s)
F 2(s) 1G c(s)G v(s)G p2(s)G p1(s)G m (s)
过程控制
Y 1 ( s )
Y 1(s)
G f2(s)G p1(s)
F 2(s) 1G c(s)G v(s)G p2(s)G p1(s)G m (s)
因此可以说，串级控制系统的结构使二次扰动对主参数这一通道的动态增益明显减小。当二次扰动出现时，很快就被副调节器所克服。与单回路控制系统相比，被调量受二次干扰的影响往往可以减小10100倍。
由于副回路的存在加快了校正作用，使扰动对炉出口温度的影响比单回路系统时小。
一次扰动和二次扰动同时存在
如果一、二次扰动的作用使主、副被控参数同时增大或同时减小，主、副调节器对调节阀的控制方向是一致的，即大幅度关小或开度阀门，加强控制作用，使炉出口温度很快调回到给定值上。