过程控制工程第四章串级控制系统

1、过程控制系统过程控制系统 Process Control System Process Control System 第四章第四章 串级控制系统串级控制系统 天津大学仁爱学院信息工程系天津大学仁爱学院信息工程系过程控制工程第四章串级控制系统过程控制工程第四章串级控制系统过程控制系统过程控制系统 Process Control System Process Control System 第四章第四章 串级控制系统串级控制系统 天津大学仁爱学院信息工程系天津大学仁爱学院信息工程系过程控制系统过程控制系统 Process Control System Process Control System 第

2、四章第四章 串级控制系统串级控制系统 天津大学仁爱学院信息工程系天津大学仁爱学院信息工程系过程控制系统过程控制系统 Process Control System Process Control System 第四章第四章 串级控制系统串级控制系统 天津大学仁爱学院信息工程系天津大学仁爱学院信息工程系4n 4.1.l 4.1.l 串级控制的提出串级控制的提出n例例 隔焰式隧道隔焰式隧道n窑温度控制系统窑温度控制系统n隧道窑是对陶瓷制隧道窑是对陶瓷制 品进行预热、烧成、品进行预热、烧成、 冷却的装置。冷却的装置。4.l 4.l 串级控制系统的概念串级控制系统的概念过程控制系统过程控制系统 Proc

3、ess Control System Process Control System 第四章第四章 串级控制系统串级控制系统 天津大学仁爱学院信息工程系天津大学仁爱学院信息工程系5 制品在窑道的烧成带内按工艺规定的温度进行烧结，烧结制品在窑道的烧成带内按工艺规定的温度进行烧结，烧结温度一般为温度一般为13001300，偏差不得超过，偏差不得超过 5 5 C C。所以烧成带的烧结温。所以烧成带的烧结温度是影响产品质量的重要控制指标之一，因此将窑道烧成带的度是影响产品质量的重要控制指标之一，因此将窑道烧成带的温度作为被控变量，将燃料的流量作为操纵变量温度作为被控变量，将燃料的流量作为操纵变量。如果火

4、焰直。如果火焰直接在窑道烧成带燃烧，燃烧气体中的有害物质将会影响产品的接在窑道烧成带燃烧，燃烧气体中的有害物质将会影响产品的光泽和颜色，所以就出现了隔焰式隧道窑。火焰在燃烧室中燃光泽和颜色，所以就出现了隔焰式隧道窑。火焰在燃烧室中燃烧，热量经过隔焰板辐射加热烧成带。烧，热量经过隔焰板辐射加热烧成带。 过程控制系统过程控制系统 Process Control System Process Control System 第四章第四章 串级控制系统串级控制系统 天津大学仁爱学院信息工程系天津大学仁爱学院信息工程系6 但由于从控制阀到窑道烧成带滞后时间太大，如果但由于从控制阀到窑道烧成带滞后时间太大，

5、如果燃料的压燃料的压力力发生波动，尽管控制阀门开度没变，必将引起燃烧室温度的波发生波动，尽管控制阀门开度没变，必将引起燃烧室温度的波动，再经过隔焰板的传热、辐射，引起烧成带温度的变化。因为动，再经过隔焰板的传热、辐射，引起烧成带温度的变化。因为只有烧成带温度出现偏差时，才能发现干扰的存在，所以对于燃只有烧成带温度出现偏差时，才能发现干扰的存在，所以对于燃料压力的干扰不能够及时发现。烧成带温度出现偏差后，控制器料压力的干扰不能够及时发现。烧成带温度出现偏差后，控制器根据偏差的性质立即改变控制阀的开度，改变燃料流量，对烧成根据偏差的性质立即改变控制阀的开度，改变燃料流量，对烧成带温度加以调节。可是

6、这个调节作用同样要经历燃烧室的燃烧、带温度加以调节。可是这个调节作用同样要经历燃烧室的燃烧、隔焰板的传热以及烧成带温度的变化这个隔焰板的传热以及烧成带温度的变化这个时间滞后很长时间滞后很长的通道，的通道，当调节过程起作用时，烧成带的温度已偏离设定值很远了。也就当调节过程起作用时，烧成带的温度已偏离设定值很远了。也就是说，即使发现了偏差，也得不到及时调节，造成超调量增大，是说，即使发现了偏差，也得不到及时调节，造成超调量增大，稳定性下降。如果燃料压力干扰频繁出现，对于单回路控制系统稳定性下降。如果燃料压力干扰频繁出现，对于单回路控制系统，不论控制器采用，不论控制器采用PIDPID的什么控制作用，

7、还是参数如何整定，都得的什么控制作用，还是参数如何整定，都得不到满意的控制效果。不到满意的控制效果。 过程控制系统过程控制系统 Process Control System Process Control System 第四章第四章 串级控制系统串级控制系统 天津大学仁爱学院信息工程系天津大学仁爱学院信息工程系7 假定燃料的压力波动是主要干扰，发现它到燃烧室的滞假定燃料的压力波动是主要干扰，发现它到燃烧室的滞后时间较小、通道较短，而且还有一些后时间较小、通道较短，而且还有一些次要干扰次要干扰，例如燃料，例如燃料热值的变化、助燃风流量的改变以及排烟机抽力的波动等等热值的变化、助燃风流量的改变以及

8、排烟机抽力的波动等等（如方框图中用（如方框图中用D2D2表示），都是首先进人燃烧室。人们会想表示），都是首先进人燃烧室。人们会想，能否通过控制燃烧室温度，能否通过控制燃烧室温度T2T2的方法来达到稳定烧成带的温的方法来达到稳定烧成带的温度呢？于是就出现了下图所示的以燃烧室温度度呢？于是就出现了下图所示的以燃烧室温度 2 2为被控变量为被控变量的单回路控制系统。的单回路控制系统。 过程控制系统过程控制系统 Process Control System Process Control System 第四章第四章 串级控制系统串级控制系统 天津大学仁爱学院信息工程系天津大学仁爱学院信息工程系8制品的

9、原料成分、窑车上制品的原料成分、窑车上装载制品的数量以及春夏装载制品的数量以及春夏秋冬、刮风下雨带来环境秋冬、刮风下雨带来环境温度的变化等等（如方框温度的变化等等（如方框图中用图中用D1D1表示）。由于在表示）。由于在这个控制系统中，烧成带这个控制系统中，烧成带温度不是被控变量，所以温度不是被控变量，所以对于干扰对于干扰D1D1造成烧成带温造成烧成带温度的变化，控制系统无法度的变化，控制系统无法进行调节。进行调节。 这种控制系统对于上述的干扰有很强的抑制作用，不等到它这种控制系统对于上述的干扰有很强的抑制作用，不等到它们影响烧成带温度，就被较早发现，及时进行控制，将它们对烧们影响烧成带温度，就

10、被较早发现，及时进行控制，将它们对烧成带温度的影响降低到最小限度。但是，我们也知道，还有直接成带温度的影响降低到最小限度。但是，我们也知道，还有直接影响烧成带温度的干扰，例如窑道中装载制品的窑车速度、影响烧成带温度的干扰，例如窑道中装载制品的窑车速度、过程控制系统过程控制系统 Process Control System Process Control System 第四章第四章 串级控制系统串级控制系统 天津大学仁爱学院信息工程系天津大学仁爱学院信息工程系9温度稳定不变，所以烧成带温度稳定不变，所以烧成带温度控制器应该是定值控制温度控制器应该是定值控制，起主导作用。而燃烧室温，起主导作用。而

11、燃烧室温度控制器则起辅助作用度控制器则起辅助作用 它它在克服干扰在克服干扰D2D2的同时，应该的同时，应该受烧成带温度控制器的操纵受烧成带温度控制器的操纵，操纵方法就是烧成带温度，操纵方法就是烧成带温度控制器的输出作为燃烧室温控制器的输出作为燃烧室温度控制器的设定值，从而就度控制器的设定值，从而就形成了右图所示的串级控制形成了右图所示的串级控制系统。系统。 比较上述两个控制系统，它们各有自己的长处。比较上述两个控制系统，它们各有自己的长处。第一种控制系统包第一种控制系统包括了所有干扰，设定值第二种控制系统能对主要的和一些次要干括了所有干扰，设定值第二种控制系统能对主要的和一些次要干上扰提前发现

12、，及早控制。如果能将两个控制系统结合起来，发挥上扰提前发现，及早控制。如果能将两个控制系统结合起来，发挥各自优势，不是两全其美吗各自优势，不是两全其美吗! ! 另外，控制燃烧室的温度另外，控制燃烧室的温度 2 2并不是目并不是目的，真正的目的是烧成带的的，真正的目的是烧成带的过程控制系统过程控制系统 Process Control System Process Control System 第四章第四章 串级控制系统串级控制系统 天津大学仁爱学院信息工程系天津大学仁爱学院信息工程系10 所谓所谓串级控制系统串级控制系统，就是采用两个控制器串联工作，主，就是采用两个控制器串联工作，主控制器的输出

13、作为副控制器的设定值，由副控制器的输出去控制器的输出作为副控制器的设定值，由副控制器的输出去操纵控制阀，从而对主被控变量具有更好的控制效果。这样操纵控制阀，从而对主被控变量具有更好的控制效果。这样的控制系统被称为串级控制系统。与上一页图串级控制系统的控制系统被称为串级控制系统。与上一页图串级控制系统的工艺流程图对应的原理方框图如下图所示。的工艺流程图对应的原理方框图如下图所示。 过程控制系统过程控制系统 Process Control System Process Control System 第四章第四章 串级控制系统串级控制系统 天津大学仁爱学院信息工程系天津大学仁爱学院信息工程系11n

14、从图中可以看到，串级系统和简单系统有一个显著的从图中可以看到，串级系统和简单系统有一个显著的区别，即其在结构上形成了两个闭环。一个闭环在里面，区别，即其在结构上形成了两个闭环。一个闭环在里面，被称为副环或者副回路，在控制过程中起着被称为副环或者副回路，在控制过程中起着“粗调粗调”的作的作用；一个环在外面，被称为主环或主回路，用来完成用；一个环在外面，被称为主环或主回路，用来完成“细细调调”任务，以最终保证被调量满足工艺要求。无论主环或任务，以最终保证被调量满足工艺要求。无论主环或副环都有各自的调节对象、测量变送元件和调节器。副环都有各自的调节对象、测量变送元件和调节器。过程控制系统过程控制系统

15、 Process Control System Process Control System 第四章第四章 串级控制系统串级控制系统 天津大学仁爱学院信息工程系天津大学仁爱学院信息工程系121 1串级控制系统的方框图串级控制系统的方框图 根据隔焰式隧道窑串级控制系统的方框图，可得串级根据隔焰式隧道窑串级控制系统的方框图，可得串级控制系统控制系统标准方框图标准方框图如下图所示。如下图所示。 4.1.2 4.1.2 串级控制系统的组成串级控制系统的组成过程控制系统过程控制系统 Process Control System Process Control System 第四章第四章 串级控制系统串级

16、控制系统 天津大学仁爱学院信息工程系天津大学仁爱学院信息工程系13 2. 2. 串级控制系统有关的术语串级控制系统有关的术语主、副回路主、副回路 在外面的闭合回路称为主回路（主环），在在外面的闭合回路称为主回路（主环），在里面的闭合回路称为副回路（副环）。里面的闭合回路称为副回路（副环）。主、副控制器主、副控制器 处于主回路中的控制器称为主控制器；处处于主回路中的控制器称为主控制器；处于副回路中的控制器称为副控制器。于副回路中的控制器称为副控制器。主、副被控变量主、副被控变量 主回路的被控交量称为主被控变量，也主回路的被控交量称为主被控变量，也称为主变量或主参数；副回路的被控变量称为副被控变量

17、，称为主变量或主参数；副回路的被控变量称为副被控变量，也称为副变量或副参数。也称为副变量或副参数。主、副对象主、副对象 主回路所包括的对象称为主对象；副回路所主回路所包括的对象称为主对象；副回路所包括的对象称为副对象。包括的对象称为副对象。主、副检测变送器主、副检测变送器 检测和变送主变量的称为主检测变送检测和变送主变量的称为主检测变送器；检测和变送副变量的称为副检测变送器。器；检测和变送副变量的称为副检测变送器。一、二次干扰一、二次干扰 进入主回路的干扰称为一次干扰；进人副进入主回路的干扰称为一次干扰；进人副回路的干扰称为二次干扰。回路的干扰称为二次干扰。 过程控制系统过程控制系统 Proc

18、ess Control System Process Control System 第四章第四章 串级控制系统串级控制系统 天津大学仁爱学院信息工程系天津大学仁爱学院信息工程系14过程控制系统过程控制系统 Process Control System Process Control System 第四章第四章 串级控制系统串级控制系统 天津大学仁爱学院信息工程系天津大学仁爱学院信息工程系15n应该指出，系统中尽管有两个调节器，它们的作用各不应该指出，系统中尽管有两个调节器，它们的作用各不相同。相同。n主调节器具有自己独立的设定值，它的输出作为副调节主调节器具有自己独立的设定值，它的输出作为副调

19、节器的设定值。器的设定值。n副调节器的输出信号则是送到调节阀去控制生产过程。副调节器的输出信号则是送到调节阀去控制生产过程。比较串级系统和简单系统，前者只比后者多了一个测量比较串级系统和简单系统，前者只比后者多了一个测量变送元件和一个调节器（计算机控制不需要增加），增变送元件和一个调节器（计算机控制不需要增加），增加的仪表投资并不多，但控制效果却有显著的提高。加的仪表投资并不多，但控制效果却有显著的提高。过程控制系统过程控制系统 Process Control System Process Control System 第四章第四章 串级控制系统串级控制系统 天津大学仁爱学院信息工程系天津大学

20、仁爱学院信息工程系164.2.1 4.2.1 为什么使用串级控制系统（应用场合）为什么使用串级控制系统（应用场合）n应用原因：应用原因：na.a.单回路控制系统不能满足要求单回路控制系统不能满足要求nb.b.提高系统的性能提高系统的性能n应用场合：应用场合：n 被控对象的容量滞后和纯滞后较大，干扰频繁剧烈，被控对象的容量滞后和纯滞后较大，干扰频繁剧烈，并且被控过程非线性严重的场合并且被控过程非线性严重的场合4.2 4.2 串级控制系统的分析串级控制系统的分析过程控制系统过程控制系统 Process Control System Process Control System 第四章第四章 串级控

21、制系统串级控制系统 天津大学仁爱学院信息工程系天津大学仁爱学院信息工程系174.2.2 4.2.2 串级控制系统的分析串级控制系统的分析n串级控制系统与简单控制系统相比，只是在结构上增加了串级控制系统与简单控制系统相比，只是在结构上增加了一个副回路，但是实践证明，对于相同的干扰，串级控制一个副回路，但是实践证明，对于相同的干扰，串级控制系统的控制质量是简单控制系统所无法比拟的。本部分将系统的控制质量是简单控制系统所无法比拟的。本部分将从理论上对串级控制系统的特点加以分析。从理论上对串级控制系统的特点加以分析。 串级控制系统特点：串级控制系统特点：1 1、改善了被控过程的动态特性，提高工作频率、

22、改善了被控过程的动态特性，提高工作频率2 2、大大增强了对二次扰动的克服能力、大大增强了对二次扰动的克服能力3 3、对一次扰动有较好的克服能力、对一次扰动有较好的克服能力4 4、对副回路参数变化具有一定的自适应能力、对副回路参数变化具有一定的自适应能力过程控制系统过程控制系统 Process Control System Process Control System 第四章第四章 串级控制系统串级控制系统 天津大学仁爱学院信息工程系天津大学仁爱学院信息工程系181 1、改善被控过程动态特性提高系统工作频率、改善被控过程动态特性提高系统工作频率过程控制系统过程控制系统 Process Contr

23、ol System Process Control System 第四章第四章 串级控制系统串级控制系统 天津大学仁爱学院信息工程系天津大学仁爱学院信息工程系19过程控制系统过程控制系统 Process Control System Process Control System 第四章第四章 串级控制系统串级控制系统 天津大学仁爱学院信息工程系天津大学仁爱学院信息工程系20过程控制系统过程控制系统 Process Control System Process Control System 第四章第四章 串级控制系统串级控制系统 天津大学仁爱学院信息工程系天津大学仁爱学院信息工程系21过程控制系

24、统过程控制系统 Process Control System Process Control System 第四章第四章 串级控制系统串级控制系统 天津大学仁爱学院信息工程系天津大学仁爱学院信息工程系22过程控制系统过程控制系统 Process Control System Process Control System 第四章第四章 串级控制系统串级控制系统 天津大学仁爱学院信息工程系天津大学仁爱学院信息工程系23过程控制系统过程控制系统 Process Control System Process Control System 第四章第四章 串级控制系统串级控制系统 天津大学仁爱学院信息工程

25、系天津大学仁爱学院信息工程系242 2、大大增加对二次扰动的干扰能力、大大增加对二次扰动的干扰能力过程控制系统过程控制系统 Process Control System Process Control System 第四章第四章 串级控制系统串级控制系统 天津大学仁爱学院信息工程系天津大学仁爱学院信息工程系25过程控制系统过程控制系统 Process Control System Process Control System 第四章第四章 串级控制系统串级控制系统 天津大学仁爱学院信息工程系天津大学仁爱学院信息工程系26过程控制系统过程控制系统 Process Control System P

26、rocess Control System 第四章第四章 串级控制系统串级控制系统 天津大学仁爱学院信息工程系天津大学仁爱学院信息工程系27过程控制系统过程控制系统 Process Control System Process Control System 第四章第四章 串级控制系统串级控制系统 天津大学仁爱学院信息工程系天津大学仁爱学院信息工程系283 3、对一次干扰有较好的克服能力、对一次干扰有较好的克服能力过程控制系统过程控制系统 Process Control System Process Control System 第四章第四章 串级控制系统串级控制系统 天津大学仁爱学院信息工程系

27、天津大学仁爱学院信息工程系29过程控制系统过程控制系统 Process Control System Process Control System 第四章第四章 串级控制系统串级控制系统 天津大学仁爱学院信息工程系天津大学仁爱学院信息工程系304 4、对副回路参数变化具有一定的自适应能力、对副回路参数变化具有一定的自适应能力过程控制系统过程控制系统 Process Control System Process Control System 第四章第四章 串级控制系统串级控制系统 天津大学仁爱学院信息工程系天津大学仁爱学院信息工程系31过程控制系统过程控制系统 Process Control S

28、ystem Process Control System 第四章第四章 串级控制系统串级控制系统 天津大学仁爱学院信息工程系天津大学仁爱学院信息工程系324-3 4-3 串级控制系统的应用串级控制系统的应用 当被控对象纯滞后时间较长时，在离控制阀较近、纯滞后当被控对象纯滞后时间较长时，在离控制阀较近、纯滞后时间较小的地方选择一个副变量，把干扰拉入副回路。时间较小的地方选择一个副变量，把干扰拉入副回路。 利用副回路的超前作用来克服对象的纯滞后仅仅是对二次干利用副回路的超前作用来克服对象的纯滞后仅仅是对二次干扰而言的，一次干扰不直接影响副变量。扰而言的，一次干扰不直接影响副变量。 例例 见书见书1

29、87187页！页！过程控制系统过程控制系统 Process Control System Process Control System 第四章第四章 串级控制系统串级控制系统 天津大学仁爱学院信息工程系天津大学仁爱学院信息工程系33二、用于克服对象的容量滞后二、用于克服对象的容量滞后 容量滞后会使被控对象反应迟钝，超调大，过渡过程长。容量滞后会使被控对象反应迟钝，超调大，过渡过程长。 以温度或质量作为被控量的控制对象，其容量滞后往往以温度或质量作为被控量的控制对象，其容量滞后往往比较大，致使控制质量变差。比较大，致使控制质量变差。 对象容量滞后大、干扰复杂的情况下，串级控制系统的对象容量滞后大

30、、干扰复杂的情况下，串级控制系统的使用最为普遍，效果较好。使用最为普遍，效果较好。 此时应选择一个滞后较小的辅助变量组成副回路。此时应选择一个滞后较小的辅助变量组成副回路。 副环的时间常数不能过大，以防共振；也不能过小，力副环的时间常数不能过大，以防共振；也不能过小，力求多包含一些干扰。求多包含一些干扰。 例例 见书见书188188页页! !过程控制系统过程控制系统 Process Control System Process Control System 第四章第四章 串级控制系统串级控制系统 天津大学仁爱学院信息工程系天津大学仁爱学院信息工程系34三、用于克服变化剧烈和幅值大的干扰三、用于

31、克服变化剧烈和幅值大的干扰 串级控制系统对二次干扰具有很强的克服能力。串级控制系统对二次干扰具有很强的克服能力。 设计时应把变化剧烈、幅值大的干扰包含在副设计时应把变化剧烈、幅值大的干扰包含在副回路中。回路中。 副回路放大系数应大些，会使抗干扰能力大大副回路放大系数应大些，会使抗干扰能力大大提高。提高。 例见书例见书188188页。脱气塔的压力对主控指标页。脱气塔的压力对主控指标( (液位液位) )影响很大，甚至造成溢出或打干的事故，是主影响很大，甚至造成溢出或打干的事故，是主干扰，串级控制后效果很好。干扰，串级控制后效果很好。过程控制系统过程控制系统 Process Control Syst

32、em Process Control System 第四章第四章 串级控制系统串级控制系统 天津大学仁爱学院信息工程系天津大学仁爱学院信息工程系35四、用于克服对象的非线性四、用于克服对象的非线性过程控制系统过程控制系统 Process Control System Process Control System 第四章第四章 串级控制系统串级控制系统 天津大学仁爱学院信息工程系天津大学仁爱学院信息工程系364.4 4.4 串级控制系统的设计串级控制系统的设计串级控制系统的设计原则：串级控制系统的设计原则：当存在以下情况时可采用串级控制：当存在以下情况时可采用串级控制：（1）单回路控制系统性能）

33、单回路控制系统性能不能满足要求不能满足要求（2）有一个被测变量是有效的）有一个被测变量是有效的副回路变量必须满足：副回路变量必须满足：（3）能够代表重要扰动的发生）能够代表重要扰动的发生（4）与执行机构（阀门）间有因果关系）与执行机构（阀门）间有因果关系（5）要比主回路有更快的响应）要比主回路有更快的响应过程控制系统过程控制系统 Process Control System Process Control System 第四章第四章 串级控制系统串级控制系统 天津大学仁爱学院信息工程系天津大学仁爱学院信息工程系37过程控制系统过程控制系统 Process Control System Proc

34、ess Control System 第四章第四章 串级控制系统串级控制系统 天津大学仁爱学院信息工程系天津大学仁爱学院信息工程系38过程控制系统过程控制系统 Process Control System Process Control System 第四章第四章 串级控制系统串级控制系统 天津大学仁爱学院信息工程系天津大学仁爱学院信息工程系39n注：重要扰动是注入反应器的进料温度注：重要扰动是注入反应器的进料温度过程控制系统过程控制系统 Process Control System Process Control System 第四章第四章 串级控制系统串级控制系统 天津大学仁爱学院信息工程

35、系天津大学仁爱学院信息工程系40nT2T2温度不受阀门控制温度不受阀门控制。过程控制系统过程控制系统 Process Control System Process Control System 第四章第四章 串级控制系统串级控制系统 天津大学仁爱学院信息工程系天津大学仁爱学院信息工程系41过程控制系统过程控制系统 Process Control System Process Control System 第四章第四章 串级控制系统串级控制系统 天津大学仁爱学院信息工程系天津大学仁爱学院信息工程系42过程控制系统过程控制系统 Process Control System Process Cont

36、rol System 第四章第四章 串级控制系统串级控制系统 天津大学仁爱学院信息工程系天津大学仁爱学院信息工程系43过程控制系统过程控制系统 Process Control System Process Control System 第四章第四章 串级控制系统串级控制系统 天津大学仁爱学院信息工程系天津大学仁爱学院信息工程系4421) 103 (ddTT ( 5 1 9 )过程控制系统过程控制系统 Process Control System Process Control System 第四章第四章 串级控制系统串级控制系统 天津大学仁爱学院信息工程系天津大学仁爱学院信息工程系45过程控制

37、系统过程控制系统 Process Control System Process Control System 第四章第四章 串级控制系统串级控制系统 天津大学仁爱学院信息工程系天津大学仁爱学院信息工程系46过程控制系统过程控制系统 Process Control System Process Control System 第四章第四章 串级控制系统串级控制系统 天津大学仁爱学院信息工程系天津大学仁爱学院信息工程系47n示例示例1 1：精馏塔提馏段温度和蒸汽流量串级控：精馏塔提馏段温度和蒸汽流量串级控制系统制系统n工艺要求：工艺要求：n精馏塔出口成分与塔内温度精馏塔出口成分与塔内温度有关有关n左

38、侧装置为再沸器，内蒸汽左侧装置为再沸器，内蒸汽流量给进料量加热流量给进料量加热n进料管道压力变化频繁进料管道压力变化频繁4.5 4.5 简单设计实例简单设计实例过程控制系统过程控制系统 Process Control System Process Control System 第四章第四章 串级控制系统串级控制系统 天津大学仁爱学院信息工程系天津大学仁爱学院信息工程系48过程控制系统过程控制系统 Process Control System Process Control System 第四章第四章 串级控制系统串级控制系统 天津大学仁爱学院信息工程系天津大学仁爱学院信息工程系49n示例示例2

39、 2：锅炉液位和给水量串级控制系统：锅炉液位和给水量串级控制系统n工艺要求：工艺要求：n汽包液位需严格控制，不汽包液位需严格控制，不能出现汽包烧干的情况能出现汽包烧干的情况n给水量管道压力变化剧烈给水量管道压力变化剧烈过程控制系统过程控制系统 Process Control System Process Control System 第四章第四章 串级控制系统串级控制系统 天津大学仁爱学院信息工程系天津大学仁爱学院信息工程系50n示例示例2 2：锅炉液位和给水量串级控制系统：锅炉液位和给水量串级控制系统过程控制系统过程控制系统 Process Control System Process Co

40、ntrol System 第四章第四章 串级控制系统串级控制系统 天津大学仁爱学院信息工程系天津大学仁爱学院信息工程系51n工艺要求为：工艺要求为：n出口温度与产品成单值函数关系出口温度与产品成单值函数关系n温度过高炉膛易爆炸温度过高炉膛易爆炸n炉膛温度能快速响应因燃料油流量变炉膛温度能快速响应因燃料油流量变化而引起的变化化而引起的变化n示例示例3 3：加热炉出口温度和炉膛温度串级控制：加热炉出口温度和炉膛温度串级控制系统系统过程控制系统过程控制系统 Process Control System Process Control System 第四章第四章 串级控制系统串级控制系统 天津大学仁爱

41、学院信息工程系天津大学仁爱学院信息工程系52n示例示例3 3：加热炉出口温度和炉膛温度串级控制：加热炉出口温度和炉膛温度串级控制系统系统过程控制系统过程控制系统 Process Control System Process Control System 第四章第四章 串级控制系统串级控制系统 天津大学仁爱学院信息工程系天津大学仁爱学院信息工程系53 1、控制器参数整定、控制器参数整定n两步整定法：两步整定法：第一步整定副控制器参数，第二步整第一步整定副控制器参数，第二步整定主控制器参数定主控制器参数n逐步逼近法：逐步逼近法：在主回路断开的情况下，求取副控制在主回路断开的情况下，求取副控制器的整

42、定参数，然后将副控制器参数设置在所求数值器的整定参数，然后将副控制器参数设置在所求数值上，将串级控制系统主回路闭合以求取主控制器的参上，将串级控制系统主回路闭合以求取主控制器的参数整定值数整定值。4.6 4.6 系统投运及控制器参数整定系统投运及控制器参数整定过程控制系统过程控制系统 Process Control System Process Control System 第四章第四章 串级控制系统串级控制系统 天津大学仁爱学院信息工程系天津大学仁爱学院信息工程系542 2、串级控制系统的投运、串级控制系统的投运 为了保证串级控制系统顺利地投入运行，并已能达到预为了保证串级控制系统顺利地投入

43、运行，并已能达到预期的控制效果，必须做好投运前的准备工作，具体准备工作与期的控制效果，必须做好投运前的准备工作，具体准备工作与简单控制系统相同，这里不再重述。简单控制系统相同，这里不再重述。 选用不同类型的仪表组成的串级控制系统，投运方法也选用不同类型的仪表组成的串级控制系统，投运方法也有所不同，但是所遵循的原则基本上都是相同的。有所不同，但是所遵循的原则基本上都是相同的。 其一是投运顺序，串级控制系统有两种投运方式：一种是其一是投运顺序，串级控制系统有两种投运方式：一种是先投副回路后投主回路；另一种是先投主回路后投副回路。目先投副回路后投主回路；另一种是先投主回路后投副回路。目前一般都采用前

44、一般都采用“先投副回路，后投主回路先投副回路，后投主回路”的投运顺序；的投运顺序； 其二是和简单控制系统的投运要求一样，在投运过程中必其二是和简单控制系统的投运要求一样，在投运过程中必须保证无扰动切换。须保证无扰动切换。过程控制系统过程控制系统 Process Control System Process Control System 第四章第四章 串级控制系统串级控制系统 天津大学仁爱学院信息工程系天津大学仁爱学院信息工程系55 这里以这里以DDZ-IIIDDZ-III型仪表组成的串级控制系统的投运方法为例，型仪表组成的串级控制系统的投运方法为例，介绍其投运顺序。具体投运步骤如下所述。介绍其投运顺序。具体投运步骤如下所述。(1) (1) 将主、副控制器的切换开关部置于手动位置，主控制器设将主、副控制器的切换开关部置于手动位置，主控制器设置为置为“内给（定）内给（定）”，并设置好主设定值，副控制器设置为，并设置好主设定值，副控制器设置为“外给（定）外给（定）”，并将主、副控制器的正、反作用开关置于正确，并将主、副控制器的正、反作用开关置于正确的位置；的位置；(2)