过程控制课件第1节

1、Beijing University of Posts and Telecommunications8:531第七章第七章 实现特殊工艺要求的过程实现特殊工艺要求的过程控制系统控制系统Beijing University of Posts and Telecommunications8:532史密斯预估控制史密斯预估控制 001scscYsGs Gs eXsGs Gs e 01ssGsGse单回路控制单回路控制 sGsGesGsGcsc001 001scscYsGs Gs eXsGs Gs e史密斯预估控制史密斯预估控制上次课：上次课：Beijing University of Posts a

2、nd Telecommunications8:5331 1、开环比值控制系统、开环比值控制系统2 2、单闭环比值控制系统、单闭环比值控制系统3 3、双闭环比值控制系统、双闭环比值控制系统Beijing University of Posts and Telecommunications8:5344 4、 变比值控制系统变比值控制系统 Beijing University of Posts and Telecommunications8:535比值控制系统设计比值控制系统设计1 1）主流量、副流量的确定）主流量、副流量的确定2 2）控制方案的选择）控制方案的选择 3 3）比值器参数的计算）比值器

3、参数的计算 Beijing University of Posts and Telecommunications8:536已知某流量比值系统采用差压式流量计测量主副流量，其最大量程分别为：已知某流量比值系统采用差压式流量计测量主副流量，其最大量程分别为：hmQhmQ/20/5.123max23max1工艺要求工艺要求4.112QQK试计算不加开方器与加开方器后仪表的比值器参数试计算不加开方器与加开方器后仪表的比值器参数KK。不加开方器时不加开方器时: : 766.0205.124.1222max22max212QQKK解解: :加开方器后加开方器后: :875.0205 .124 .1KBei

4、jing University of Posts and Telecommunications8:5371 1均匀控制的提出均匀控制的提出 均匀控制系统具有使控制量与被控制量均匀缓慢地在一定范围内变均匀控制系统具有使控制量与被控制量均匀缓慢地在一定范围内变化的特殊功能。化的特殊功能。 控制目标：控制目标： 1 1、 稳定塔稳定塔A A的液位的液位 解决的方法：解决的方法： 增加中间储存容器增加中间储存容器 2 2、稳定塔、稳定塔B B的进料流量的进料流量解决的方法：解决的方法： 采用均匀控制采用均匀控制Beijing University of Posts and Telecommunicat

5、ions8:538将液位控制与流量控制统一在一个控制系将液位控制与流量控制统一在一个控制系统中，从系统内部解决两种工艺参数供求统中，从系统内部解决两种工艺参数供求之间的矛盾，即使之间的矛盾，即使A A塔的液位在允许的范塔的液位在允许的范围内波动的同时，也使流量平稳缓慢地变围内波动的同时，也使流量平稳缓慢地变化。化。 均匀控制的设计思想：均匀控制的设计思想：Beijing University of Posts and Telecommunications8:5392. 2. 均匀控制的特点均匀控制的特点 1 1、结构上无特殊性、结构上无特殊性 2 2、参数有变化，而且是缓慢地变化、参数有变化，

6、而且是缓慢地变化 3 3、参数应在、参数应在限定限定范围内变化范围内变化Beijing University of Posts and Telecommunications8:5310均匀控制系统的设计主要包括：控制方案的选择，调节规律的选择均匀控制系统的设计主要包括：控制方案的选择，调节规律的选择 ，调节器的参数整定调节器的参数整定 1.1.控制方案的选择控制方案的选择（1 1）简单均匀控制系统）简单均匀控制系统 注意：当调节阀两端的压差变化较大时，流量大小不仅取决于调注意：当调节阀两端的压差变化较大时，流量大小不仅取决于调节阀开度的大小，还将受到压差波动的影响。节阀开度的大小，还将受到压差

7、波动的影响。 Beijing University of Posts and Telecommunications8:5311（2 2）串级均匀控制系统）串级均匀控制系统 为了克服调节阀前后压力波动和被控过程的自平衡待性对流量的影为了克服调节阀前后压力波动和被控过程的自平衡待性对流量的影响，设计了以流量为副参数、以液位为主参数的串级均匀控制系统。如响，设计了以流量为副参数、以液位为主参数的串级均匀控制系统。如图所示。图所示。从结构上看，它与一般的液位和流量串级控制系统是一致的。但这里采用串级从结构上看，它与一般的液位和流量串级控制系统是一致的。但这里采用串级形式的目的并不是为了提高主参数液位的

8、控制精度，而是为了克服阀前压力波形式的目的并不是为了提高主参数液位的控制精度，而是为了克服阀前压力波动及自平衡特性对流量的影响，使流量变化平缓。动及自平衡特性对流量的影响，使流量变化平缓。Beijing University of Posts and Telecommunications8:53122.2.调节规律的选择调节规律的选择 (1) (1) 在所有的均匀控制系统中，不应加微分控制在所有的均匀控制系统中，不应加微分控制。 (2) (2) 主调节器一般采用比例控制或比例积分控制，而在串级控制中，副调主调节器一般采用比例控制或比例积分控制，而在串级控制中，副调节器一般采用比例控制，特殊情况

9、下，也可采用比例积分控制。节器一般采用比例控制，特殊情况下，也可采用比例积分控制。Beijing University of Posts and Telecommunications8:53133.3.调节器的参数整定调节器的参数整定 根据经验，按照根据经验，按照“先副后主先副后主” ” ，把主、副调节器的比例度，把主、副调节器的比例度调节到某一适调节到某一适当值；然后由大到小进行调节，使系统的过渡过程缓慢地、非周期衰减变当值；然后由大到小进行调节，使系统的过渡过程缓慢地、非周期衰减变化，最后再根据过程的具体情况，给主调节器加上积分作用。需要注意的化，最后再根据过程的具体情况，给主调节器加上积

10、分作用。需要注意的是，主调节器的积分时间要调得大一些。是，主调节器的积分时间要调得大一些。（1 1） 经验法经验法Beijing University of Posts and Telecommunications8:5314 所有均匀控制中，所有均匀控制中， 均比定值控制要大。均比定值控制要大。IT与停留时间停留时间t tminmin2020202040404040比例度比例度（% %）100100150150150150200200200200250250积分时间积分时间T Ti iminmin5 510101515整定参数与停留时间整定参数与停留时间t t的关系的关系 （2 2）停留时间

11、法）停留时间法minVqt 即依据控制介质流过被控过程所即依据控制介质流过被控过程所需要的时间整定调节器的参数需要的时间整定调节器的参数Beijing University of Posts and Telecommunications8:5315 7.3.17.3.1概述概述 间歇式化学反应器分程控制系统间歇式化学反应器分程控制系统 分程控制系统分程控制系统 TT热水热水冷却水冷却水B TCA如某一间歇式生产的化学反应如某一间歇式生产的化学反应过程中，每次投料完毕后，需过程中，每次投料完毕后，需要先对其加热引发化学反应。要先对其加热引发化学反应。一旦反应开始进行，就会持续一旦反应开始进行，就

12、会持续产生大量的反应热，如果不及产生大量的反应热，如果不及时降温，物料温度会越来越高，时降温，物料温度会越来越高，有发生爆炸的危险。因此，必有发生爆炸的危险。因此，必须降温。须降温。调节器、调节阀的正反作用调节器、调节阀的正反作用Beijing University of Posts and Telecommunications8:5316工作原理如下：工作原理如下：当装料完成、化学反应开始前，温度测量值小于设定值。调节器当装料完成、化学反应开始前，温度测量值小于设定值。调节器TCTC输出气输出气压大于压大于0.06MPa0.06MPa，A A（冷水）阀关闭，（冷水）阀关闭，B B（热水）阀开

13、启，反应器夹套中进的（热水）阀开启，反应器夹套中进的热水使反应物料温度上升。热水使反应物料温度上升。 TT热水热水冷却水冷却水B TCA热水阀为气开，冷水阀为气关热水阀为气开，冷水阀为气关 调节阀分程关系曲线调节阀分程关系曲线MPa0100%0.020.060.10A阀阀B阀阀Beijing University of Posts and Telecommunications8:5317反应开始后，反应物温度逐渐升高，调节器输出逐渐下降，热水阀反应开始后，反应物温度逐渐升高，调节器输出逐渐下降，热水阀逐渐关小；当反应物料温度达到并高于设定值时，调节器输出气压将小于逐渐关小；当反应物料温度达到并

14、高于设定值时，调节器输出气压将小于0.06MPa0.06MPa，热水阀完全关闭，冷水阀逐渐打开，冷水进入夹套将反应热带，热水阀完全关闭，冷水阀逐渐打开，冷水进入夹套将反应热带走，使反应物料温度保持在设定值。走，使反应物料温度保持在设定值。 TT热水热水冷却水冷却水B TCA热水阀为气开，冷水阀为气关热水阀为气开，冷水阀为气关MPa0100%0.020.060.10A阀阀B阀阀Beijing University of Posts and Telecommunications8:5318A A、B B均为正作用阀均为正作用阀A A、B B均为反作用阀均为反作用阀MPa0100%0.020.060

15、.10A阀阀B阀阀MPa0100%0.020.060.10A阀阀B阀阀分程控制系统的类型分程控制系统的类型按照调节阀的气开、气关形式和分程信号区段不同，可分为以下两种类型：按照调节阀的气开、气关形式和分程信号区段不同，可分为以下两种类型：调节阀同向动作的分程控制系统调节阀同向动作的分程控制系统例：两个调节阀同向动作例：两个调节阀同向动作Beijing University of Posts and Telecommunications8:5319MPa0100%0.020.060.10A阀阀B阀阀MPa0100%0.020.060.10A阀阀B阀阀调节阀异向动作的分程控制系统调节阀异向动作的分

16、程控制系统例：两个调节阀异向动作例：两个调节阀异向动作在在0.02-0.06MPa0.02-0.06MPa区间，区间，B B阀全开、阀全开、A A阀逐渐开大；在阀逐渐开大；在0.06-0.10MPa0.06-0.10MPa区间，区间，A A阀全开、阀全开、B B阀逐渐关小。阀逐渐关小。在在0.02-0.06MPa0.02-0.06MPa区间，区间，B B阀全关、阀全关、A A阀逐渐关小；在阀逐渐关小；在0.06-0.10MPa0.06-0.10MPa区间，区间，A A阀全关、阀全关、B B阀逐渐开大。阀逐渐开大。Beijing University of Posts and Telecommu

17、nications8:5320给定给定执行器执行器1对象对象变送器变送器控制器控制器干扰干扰执行器执行器2分程控制系统本质上属于单回路控制系统。分程控制系统本质上属于单回路控制系统。二者的主要区别是：单回路控制系统中调节器输出控制一个调节阀，分程控制二者的主要区别是：单回路控制系统中调节器输出控制一个调节阀，分程控制系统中调节器输出控制多个调节阀。因此，系统设计上有所不同系统中调节器输出控制多个调节阀。因此，系统设计上有所不同Beijing University of Posts and Telecommunications8:53211. 1. 控制信号的分段控制信号的分段在分程控制中，调节

18、器输出信号分段是由生产工艺要求决定的。调节器输出在分程控制中，调节器输出信号分段是由生产工艺要求决定的。调节器输出信号需要分成几段，哪一段信号控制哪一个调节阀，完全取决于工艺要求。信号需要分成几段，哪一段信号控制哪一个调节阀，完全取决于工艺要求。 TT热水热水冷却水冷却水B TCA此例中，为保证安全，热此例中，为保证安全，热水阀采用气开式，冷水阀水阀采用气开式，冷水阀采用气关式。这就决定了采用气关式。这就决定了两个调节阀异向工作。又两个调节阀异向工作。又因工艺要求一个阀打开时，因工艺要求一个阀打开时，另一个必须关闭。另一个必须关闭。MPa0100%0.020.060.10A阀阀B阀阀Beiji

19、ng University of Posts and Telecommunications8:53222. 2. 流量特性的平滑衔接流量特性的平滑衔接小负荷时只有小负荷时只有1 1阀控制、阀控制、2 2阀不开；负荷较大时阀不开；负荷较大时1 1阀全开、阀全开、2 2阀控制。阀控制。两个同向特性的调节阀并联控制一种介质的流量时，总流量特性是两个阀两个同向特性的调节阀并联控制一种介质的流量时，总流量特性是两个阀流量特性的叠加组合。流量特性的叠加组合。MPa0100%0.020.060.101阀阀2阀阀Beijing University of Posts and Telecommunication

20、s8:5323如果两个调节阀的增益差距较大，如果两个调节阀的增益差距较大，组合后的总流量组合后的总流量特性有突变点，特性有突变点，会影响调节品质。会影响调节品质。P（MPa）（a）二阀特性比较接近）二阀特性比较接近0流量流量 Q（%）1000.020.060.1045（b）二阀特性差距较大）二阀特性差距较大01000.020.060.1045P（MPa）流量流量 Q（%）如果两个调节阀都用直线特性，组合后的总流量特性有下列两种情况：如果两个调节阀都用直线特性，组合后的总流量特性有下列两种情况：Beijing University of Posts and Telecommunications8

21、:5324（a）分程信号不重叠）分程信号不重叠P（MPa）流量流量 Q（%）01000.020.060.10（b）分程信号重叠）分程信号重叠P（MPa）01000.020.060.10流量流量 Q（%）如果调节阀是对数流量特性，其总流量特性衔接处必有突变点。如果调节阀是对数流量特性，其总流量特性衔接处必有突变点。可以通过两个调节阀分程信号部分重迭的办法，使调节阀流量特性实可以通过两个调节阀分程信号部分重迭的办法，使调节阀流量特性实现平滑过渡。即将两个阀的工作范围扩大，形成一段重迭区。现平滑过渡。即将两个阀的工作范围扩大，形成一段重迭区。Beijing University of Posts a

22、nd Telecommunications8:53253.3.调节阀的泄漏量调节阀的泄漏量 在分程控制中，调节阀的泄漏量太大会影响控制质量。尤其当大、小阀在分程控制中，调节阀的泄漏量太大会影响控制质量。尤其当大、小阀并联工作时，若大阀的泄漏量接近或大于小阀的正常的调节量，则小阀的并联工作时，若大阀的泄漏量接近或大于小阀的正常的调节量，则小阀的调节能力大大降低。调节能力大大降低。因为大阀的泄漏量相当于因为大阀的泄漏量相当于存在一个不受控制的旁路存在一个不受控制的旁路管道，所以要求大阀的泄管道，所以要求大阀的泄漏量很小。漏量很小。Beijing University of Posts and Telecommunications8:5326分程控制的实现分程控制的实现分程信号重叠分程信号重叠P（MPa）01000.020.060.10流量流量 Q（%）例如，使调节阀例如，使调节阀1 1在在0.02-0.07MPa0.02-0.07MPa范围内作全行程动作；使调节阀范围内作全行程动作；使调节阀2 2在在0.05-0.10MPa0.05-0.10MPa范围内作全