化工自动化过程控制系统课件.ppt

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1、化工自动化过程控制系统,技术科,复杂控制系统,按控制系统的结构特征分类，控制系统所谓的复杂，是相对于简单而言的。凡是多参数具有两个以上变送器、两个以上控制器或两个以上调节阀组成的多回路的自控系统，称之为复杂控制系统。目前常用的复杂控制系统有串级、分程、三冲量、前馈、选择、比值等。并且随着生产需要和科学技术的进步，又出现了许多新型的控制系统,一、串级控制系统 串级控制系统的特点：两个调节器相串联，主调节器的输出作为副调节器的给定，适用于时间常数及纯滞后较大的对象。串级控制系统的基本概念与方框图,串级控制系统的实际应用,加热炉原料出口温度控制系统若采用简单温度控制，当负荷发生变化时，由温变、控制器

2、和调节阀组成一个单回路控制系统，去克服由于变化而引起的原料出口温度的波动，以保持出口温度在设定值上。但是，当燃料气压力波动大且频繁时，由于加热炉滞后很大，将引起原料出口温度的大幅度波动。为此，先构成一个燃料气压力（或流量）的控制系统（回路），首先稳定燃料气的压力（或流量），而把原料出口温度控制器的输出，作为压力控制器的设定值，形成回路，使压力控制器随着原料出口温度控制器的需要而动作，这样就构成了如图中所示的温度压力串级控制系统。,TT,TC,PT,原料,PC,主回路,副回路,串级控制系统的方框图,在这个控制系统中，原料出口温度称为被控变量，简称主变量。调节阀阀后燃料气压力称为副被控变量，简称为

3、副变量。温度控制器称为主控制器，压力控制器称为副控制器。从燃料阀阀后到原料出口温度这个温度对象称为主对象。阀后压力对象称为副对象。由副控制器、调节阀、副对象、副测量变送器组成的回路称为副回路。而整个串级控制系统包括主对象、主控制器、副回路等效环节和主变量测量变送器，称为主回路，又称主环和外环。,主测量变送单元,主调节器,调节阀,副调节器,副对象,主对象,副测量变送单元,串级控制系统的特点：,1）、对进入副回路的扰动具有较迅速、较 强的克服能力；2)、可以改善对象特性，提高工作效率；3)、可消除调节阀等非线性的影响；4）、串级控制系统具有一定的自适应能力。,二、分程控制系统,一般来讲，一台调节器

4、的输出仅控制一个调节阀。若一台调节器去控制几个阀门，并且是按输出信号的不同区间操作不同的阀门，这种控制方式习惯上称为分程控制。,分程控制系统简图如下：,调节器,0.020.06Mpa,0.060.1Mpa,分程控制系统图,分程控制方案中，阀的开闭形式，可分为同向和异向两种,同向或异向规律的选择,根据工艺需要来决定。设计分程控制系统的主要目的：一、扩大调节阀的可调范围,改善控制品质;二、满足工艺的特殊要求。工艺特殊要求的分程控制系统 例如：实行氮封的技术要求是,要始终保持储罐内的氮气微正压.储罐内物料增减时,将引起罐顶压力的升降,应及时进行控制,否则将使储罐变形。因此，当储罐内液面上升时，应停止

5、补充氮气，并将压缩的氮气适量排出。反之，液面下降时停止放出氮气。只有这样才能做到隔绝空气，又保证容器不变形的目的。,甲醇储罐氮封分程控制系统,阀门开度,异向分程控制方案,给定值,三、三冲量控制系统,主要用于锅炉汽包液位的控制。所谓三冲量就是一个前馈加串级的控制系统。冲量实际就是变量，多冲量控制中的冲量是指引入系统的测量信号。其主要冲量是水位，辅助冲量是蒸汽负荷和给水流量，它是为提高控制品质而引入的。一般我们都采用水位、蒸汽流量和给水流量三冲量控制。,LC,FC,蒸汽,汽包,给水,四、前馈控制系统,简单控制系统属于反馈控制，它的特点是按被控变量的偏差进行控制，因此只有在偏差产生后，控制器才对操纵

6、变量进行控制，以补偿扰动变量对被控变量的影响。若扰动已经产生，而被控变量尚未变化，控制作用是不会产生的，所以，这种控制作用总是落后于扰动作用的，是不及时的控制。对于滞后大的对象，或扰动幅度大而频繁时，采用简单控制往往不能满足工艺的要求，若引入前馈控制，实现前馈反馈控制就能获得显著的控制效果。,前馈控制的基本原理就是测取进入过程的扰动量（包括外界扰动和设定值变化），并按照其信号产生合适的控制作用去改变控制量，使被控制变量维持在设定值上。,换热器的前馈控制,S,五、选择控制系统,在我们生产中自动控制系统的主要任务之一就是要保证生产的安全、平稳地进行。但在生产过程中，不可避免地会出现不正常的工况以及

7、其他特殊情况。这样正常设计的控制系统往往适合不了工况的要求。过去通常采用报警后由人工处理或自动连锁停车的对策，但随着装置的大型化，一次开、停车过程要消耗大量的原料，并排放出大量的不合格产品，这样显然是很不经济的；再者出现不正常工况后全部转由人工处理，则可能造成操作人员的过分忙乱和紧张。所以必须考虑在非正常工况下由别的调节器按照适合当时特殊情况的另一套规律来进行控制，此外有一些工艺变量的控制，受到多种条件的约束和限制，因而也必须根据不同的情况来分别对待。在这样的指导思想下就发展出了自动选择控制系统。选择性控制系统的基本设计思想就是把在某些特殊场合下工艺过程操作所要求的控制逻辑关系叠加到正常的自动

8、控制中去，它也被叫超驰控制系统或者取代控制系统。,在正常情况下，选择器选正常调节器A，使输出送至调节阀，实现对参数A的正常控制；但参数B要达到危险值，选择器就自动选中控制器B，从而取代调节器A，这时对参数A来说，可能控制质量不高，但生产仍能继续进行，并通过B调节器，使生产逐渐趋于正常，待到恢复正常后，控制器A又取代调节器B的工作，这样就保证在参数B达到越限前就自动采取新的控制手段，不必硬性停车。,参数A,六、比值控制系统,在化工生产中经常要求两种物料以一定的比例混合以后参加反应，以保证反应充分并安全节能等。工业生产上为保持两种或两种以上物料比值一定的控制叫比值控制系统。常见的比值控制系统有单闭

9、环比值、双闭环比值和串级比值控制系统。,单闭环比值控制系统,从物料流量的控制部分看，是一个随动的闭环控制回路，而主物料流量的控制部分则是开环的，主流量经比值运算后使输出信号与输入信号成一定比例，并作为副流量控制器的给定值。在稳态时，主、副流量满足工艺要求的比值。当主流量负荷变化时，其流量信号经变送器到比值器，比值器则按预定的比值使输出成比例变化，即成比例地改变了流量控制器的给定值，则从物料经调节自动跟随主物料变化，使得在新的稳态下保持不变。当副流量由于扰动作用而变化时，因主流量不变，即控制器的给定值不变，这样，对于副流量的扰动，闭合回路相当于一个定值控制系统加以克服，使工艺要求的流量比值不变。

10、,双闭环比值控制系统,双闭环比值控制系统实质上是由一个定值系统和一个随动控制系统所组成，它不仅能保持两个流量之间的比值关系，而且能保证流量不变。与采用两个单回路流量控制系统相比，其优越性在于主流量一旦失调，仍能保持原定的比值。并且当主流量因扰动而发生变化时，在控制过程中仍能保持原定的比值关系,串级比值控制系统,上面两种比值控制系统，其流量比是固定的不变的，故也称为定比值控制系统。然而在某些生产过程中，却需要两种物料的比值按具体工况而改变，比值大小由另一个控制器来设定，比值控制作为副回路，从而构成串级比值控制系统，也称为变比值控制系统。这种控制系统的特点是控制精度高。,付回路,主回路,其它先进控制系统,其它先进控制系统：解耦控制、内模控制、预测控制、软测量、推断控制及稳态优化控制等。有时间、有精力可以参考相关书籍。,本节主要内容：,复杂控制系统的定义及分类串级控制系统分程控制系统三冲量控制系统前馈控制系统选择控制系统比值控制系统其它控制系统,祝大家在新的一年里工作顺利生活幸福,结束，谢谢大家!,