特殊要求控制系统.ppt

1、西安理工大学自动化与信息工程学院信息与控制工程系,过程控制与自动化仪表,主讲教师：赵 跃,第七章 特殊功能过控系统,一 比值控制系统 二 均匀控制系统 三 分程控制系统 四 选择性控制系统,比值控制系统,在控制系统的设计中经常遇到控制两种或多种物料比例的控制问题，这就是比值控制。,结论： 在加热炉控制系统中可以通过合理匹配燃料与助燃空气的比例系数使锅炉充分燃烧！,开环比值控制系统,开环比值控制系统,溶液稀释的比值控制：,开环比值控制系统,这种比值控制的缺陷是Q2容易受干扰和非线性的影响而破坏Q1与Q2的比值关系。,控制系统结构图：,单闭环比值控制系统,单闭环比值控制系统：,单闭环比值控制系统,

2、单闭环比值控制系统：,单闭环比值控制系统,控制系统方框图：,这种单闭环比值控制系统可以精确的控制Q1与Q2的比值关系但Q1的值不可控。,双闭环比值控制系统,双闭环比值控制系统：,比值设定方法,相乘比值,给定值,变比值控制系统,硝酸生产控制系统：,在有些生产过程中要求两种物料的流量比随第三个工艺参数的要求而变化，也就是比值系数不是固定的而是随工况而变化的，这就是变比值控制。,变比值控制系统,硝酸生产控制系统：,变比值控制系统,应该注意在变比值控制系统中比值通常只是一种控制手段不是最终目的，而第三参数y(s)往往是产品质量指标。,比值控制中的特殊问题,比值系数的计算：,如何将工艺上两流量的比值K折

3、算成仪表上的读数K。,比值控制中的特殊问题,比值系数的计算,流量测量中经常遇到开方的问题，而在进行比值控制时某些情况下可以取消开方器！,由于,所以,取消开方器后的非线性问题,在某些特殊的生产工艺中，对比值控制的要求非常高，即不仅在静态工况下要求两种物料流量的比值一定，而且在动态情况下也要求两种物料流量的比值一定。,比值控制系统中的动态补偿,动态补偿的传递函数：,动态补偿器的传递函数为,注意：由于从动流量总要滞后于主动流量，所以动态补偿器一般具有超前特性。,比值控制系统中的动态补偿,实例计算,实例: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：,试计算不加开方器与加开方器后仪

4、表的比值系数K,加开方器后:,返回,均匀控制系统,控制目标： 1 稳定塔A的液位 2 稳定塔B的进料流量 解决的方法： 1 增加中间储存容器 2 采用均匀控制,石油裂解气分离过程,简单均匀控制系统,图a图c是普通的单回路控制系统，只有图b体现了均匀控制的思想，L和F都缓慢波动但都稳定在一定范围内。,均匀控制系统的特点,1 结构上无特殊性 同样一个单回路液位控制系统，由于控制作用强弱不一，既可以是单回路定值控制系统，也可以是均匀控制系统。因此均匀控制是靠降低控制回路的灵敏度而不是靠结构变化获得的。,2 参数应变化，而且应缓慢地变化 因为均匀控制是前后设备物料供求之间的均匀，所以表征两个物料的参数

5、都不应是某一固定值。那种试图把两个参数都稳定不变的想法绝非均匀控制的目的。无需将两个参数平均分配，而是视前后设备的特性及重要件等因素来确定其主次。,3 参数应限定在允许范围内变化 在均匀控制系统中，被控变量是非单一、非定值的，允许它们在一定的范围内变化，但前塔的液位变化有一个规定的上、下限。同样，后塔的进料流量也不能超过它所能承受的最大负荷和最低处理量，否则不能保证反应塔的正常工作。,串级均匀控制,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。但这里采用串级形

6、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。,均匀控制的调节规律,(1)在所有的均匀控制系统中，不应加微分控制。,(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。,(1)所有均匀控制中， 均比定值控制要大。,(2)对串级均匀控制可采用停留时法进行整定。,均匀控制调节器的参数整定：,分程控制系统,在一般的控制系统中，通常是一台调节器的输出只控制一个执行器。,但在某些工业生产中，根据工艺要求，需将调节器的输出信号分段，去分别控制两个或两个以上的调节阀，这种控制

7、系统通常称为：分程控制系统。,化学反应釜温度控制系统,分程控制系统的信号分段,蒸汽阀为气开，冷水阀为气关!,废液中和过程分程控制,特点：控制作用相反,分程控制系统的应用形式,1)应用于两种控制介质作用相反的生产过程。,分程控制的应用,2)应用于两种控制介质作用相同的生产过程。,物料加热分程控制,特点：一个不足一个补,分程控制系统的应用形式,3)扩大执行器可调范围，改善执行器工作特性。,如果控制系统的负荷变化很大，而且要求在小负荷工况下具有优良的调节特性。当这种要求使用一个执行器不能满足时就需要用分程控制来解决！,天然气压力 控制系统,分程控制的应用,调节阀的特性匹配,分程控制调节阀并联时的流量

8、特性,调节阀的特性匹配,分程点附近重叠的流量特性,分程控制系统实例分析,实例1,那种类型？,实例分析,实例2：变频恒压供水,那种类型？,分程控制执行器动作形式,调节阀同相动作,调节阀异相动作,分程控制系统的设计与实现,1)控制信号的分段,即将调节器输出分成几个区段,一段信号控制一个调节阀。,2)调节阀(执行器)特性的选择及注意问题:,a)根据工艺要求选择同向或异向工作的调节阀;,b)必须保证,在调节阀全关时,不泄漏或泄漏量极小;尤其是大阀的泄漏量,一定要大大小于小阀正常的调节量,否则,小阀就不能发挥其控制作用.,分程控制系统的设计,c) 分程控制的实现: 通过调节阀的附件,即阀门定位器,将调节

9、器的不同区段信号,改变阀门定位器的输出零点和量程,从而使调节阀作全行程动作.,返回,选择性控制系统,前面介绍的所有过程控制系统都只能在正常生产情况下工作，没有考虑事故状态下安全生产，保证产品质量等问题。,天然气锅炉蒸汽压力控制系统,选择性控制系统,天然气锅炉的选择性控制系统,选择性控制系统的结构,特点：选择器在调节器之后,选择性控制系统的结构,选择器在调节器之前,选择性控制系统的结构,反应器峰值温度自动选择性控制系统,选择性控制系统设计实例,液氨蒸发器控制方案,选择性控制系统设计实例,液氨蒸发器控制方案,确定的原则：,如果取代调节器的输出信号为高值时，则选择高值选择器；反之，则选择低值选择器平缓。,为使蒸发器的液位不致过高而满溢，调节阀应选气开式。相应地，温度调节器应选正作用方式，液位调节器选反作用方