第八章 特殊控制方式(2015)

1、 12 KQQ 主流量控制回路克服主流量控制回路克服 主流量扰动，实现主流量扰动，实现定值定值 控制控制；从流量控制回路；从流量控制回路 克服从流量扰动，实现克服从流量扰动，实现 随动控制随动控制；当扰动消除；当扰动消除 后，主、从流量都回到后，主、从流量都回到 原设定值上，其比值不原设定值上，其比值不 变。变。 21 ppCQ 1 q TF 2 CF 2 K TF1 2 q氯气 净化水 供用户 在连续生产过程中，有许多装置是前后紧密联系的。前在连续生产过程中，有许多装置是前后紧密联系的。前 一设备的出料，往往是后一设备的进料，各设备的操作也互一设备的出料，往往是后一设备的进料，各设备的操作也

2、互 相关联、互相影响。例如图相关联、互相影响。例如图7.24所示的两个连续操作的精馏所示的两个连续操作的精馏 塔。塔。 LC 1#2# FT FC LT 1#塔要求液位塔要求液位 稳定，设液位控制稳定，设液位控制 系统。系统。 2#塔要求进料塔要求进料 量稳定，设流量控量稳定，设流量控 制系统。制系统。 显然，这两套控制系统的控制目标存在矛盾：显然，这两套控制系统的控制目标存在矛盾： 解决办法：解决办法： 1、设中间贮槽，、设中间贮槽， 使前后影响减小，但使前后影响减小，但 成本高。成本高。 2、用均匀调节、用均匀调节 方案。方案。 1#塔液位调节塔液位调节 阀阀 1 开度变化开度变化 LC

3、1#2# FT FC LT 1 2 2#塔流量变化塔流量变化 2#塔流量调节塔流量调节 阀阀 2 开度变化开度变化 1#塔液位变化塔液位变化 为了解决前后工序控制的矛盾，达到前后兼顾、协调操作，为了解决前后工序控制的矛盾，达到前后兼顾、协调操作， 使前后工序的控制参数均能符合要求而设计的控制系统称为使前后工序的控制参数均能符合要求而设计的控制系统称为 。 如上例中，均匀控制应通过对液位和流量两个变量同时兼顾如上例中，均匀控制应通过对液位和流量两个变量同时兼顾 的控制方案，使两个互相矛盾的变量相互协调，都能满足各自的的的控制方案，使两个互相矛盾的变量相互协调，都能满足各自的的 工艺要求。工艺要求

4、。 和其它控制方式相比，和其它控制方式相比，如下：如下： 因为若将因为若将1#塔液位控制成平稳的直线，会导致塔液位控制成平稳的直线，会导致2#塔的进料塔的进料 量波动很大；反之若将量波动很大；反之若将2#塔的进料量控制成平稳的直线，会导塔的进料量控制成平稳的直线，会导 致致1#塔液位波动很大。即无法实现两个被控参数都很平稳。塔液位波动很大。即无法实现两个被控参数都很平稳。 只有让两者都有一定程度的波动，但波动都比较缓慢、且只有让两者都有一定程度的波动，但波动都比较缓慢、且 幅度较小，才有可能同时符合控制要求。幅度较小，才有可能同时符合控制要求。 t L L F F O （a）1#塔液位稳定、塔

5、液位稳定、 2#塔流量变化大塔流量变化大 L F L F t O （b）1#塔液位变化大、塔液位变化大、 2#塔流量稳定塔流量稳定 L FL F t O （c）1#塔液位、塔液位、2# 塔流量均变化较小塔流量均变化较小 如图，如图，1#塔塔釜液位的升降变化不能超过规定的上下限。塔塔釜液位的升降变化不能超过规定的上下限。 2#塔进料流量也不能超越规定的上下限，否则就不能满足工艺塔进料流量也不能超越规定的上下限，否则就不能满足工艺 要求。要求。 LC 1#2# FT FC LT 1 2 L FL F t O LC 1#2# LT 结构与简单液位定值结构与简单液位定值 控制系统一样，但系统控控制系统

6、一样，但系统控 制的目的不同。均匀控制制的目的不同。均匀控制 的目的是的目的是液位和液位和 排出流量两个变量。排出流量两个变量。 由于控制目的不同，均匀控制要求兼顾两个变量，是通由于控制目的不同，均匀控制要求兼顾两个变量，是通 过调节器的参数整定来实现的。过调节器的参数整定来实现的。 简单均匀控制系统中的控制器一般都是纯比例作用，而简单均匀控制系统中的控制器一般都是纯比例作用，而 且将比例度整定得很大。且将比例度整定得很大。 当液位变化时，控当液位变化时，控 制器的输出变化很小，排制器的输出变化很小，排 出流量只作微小缓慢的变出流量只作微小缓慢的变 化，以较弱的控制作用达化，以较弱的控制作用达

7、 到均匀控制的目的。到均匀控制的目的。 LC 1#2# LT 因此，简单均匀因此，简单均匀 控制适用于干扰不大、控制适用于干扰不大、 对流量的均匀程度要求对流量的均匀程度要求 较低的场合。较低的场合。 简单均匀控制的优点是结构简单，投运方便，成本低。简单均匀控制的优点是结构简单，投运方便，成本低。 但对另一个被控变量是不测不控的兼顾操作，其控制精度不一但对另一个被控变量是不测不控的兼顾操作，其控制精度不一 定能保证。定能保证。 如此例中，当前后塔的压力变化较大时，尽管调节阀的如此例中，当前后塔的压力变化较大时，尽管调节阀的 开度不变，输出流量也会发生较大变化。开度不变，输出流量也会发生较大变化

8、。 LC 1#2# LT 为了克服简单均匀控制只有一个控制回路，只能保证一为了克服简单均匀控制只有一个控制回路，只能保证一 个被控变量精度的缺点，可在简单均匀控制方案基础上增加一个被控变量精度的缺点，可在简单均匀控制方案基础上增加一 个副控制回路，构成串级均匀控制。个副控制回路，构成串级均匀控制。 q结构与串级控制结构与串级控制 系统相同。增加了流量系统相同。增加了流量 控制回路，可以及时克控制回路，可以及时克 服压力干扰，保证流量服压力干扰，保证流量 控制精度。控制精度。 FC 1#2# FT LC LT q串级均匀控制方案中，主、副变量都有控制精度要求，串级均匀控制方案中，主、副变量都有控

9、制精度要求， 二者均在规定的范围内作缓慢的变化，所以控制手法上与串级二者均在规定的范围内作缓慢的变化，所以控制手法上与串级 控制不同。控制不同。 v主、副控制器一般都采用纯比例作用，而且将比例度整主、副控制器一般都采用纯比例作用，而且将比例度整 定得较大。定得较大。 v串级均匀控制方案适串级均匀控制方案适 用于干扰较大的场合。但用于干扰较大的场合。但 使用仪表较多，投运、维使用仪表较多，投运、维 护较复杂。护较复杂。 LC 1#2# FT FC LT Cpppp SQHo 位置。，使控制阀开度在一般将它设置在 等于控制器的设定值，使置在稳定工况时，调整偏 %5006. 0 a o MP pC

10、给定给定 执行器执行器A 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B 02. 006. 01 . 0 0 100 MPa (%)阀开度 气开阀 气关阀 02. 006. 01 . 0 0 100 MPa (%)阀开度 气开阀 气关阀 02. 006. 01 . 0 0 100 MPa (%)阀开度 气开阀 气开阀 02. 006. 01 . 0 0 100 MPa (%)阀开度 气关阀 气关阀 两个调节阀并联使用时：两个调节阀并联使用时： 最小流通能力为：最小流通能力为：Cmin= CAmin =0.133 最大流通能力为：最大流通能力为： Cmax= CBmax+CAma

11、x=104 可调范围可调范围R并 并= Cmax / Cmin=104 / 0.133 780 例例: 某厂蒸汽压力减压系统某厂蒸汽压力减压系统 用节流减压的方法将用节流减压的方法将10MPa的高压蒸汽减压成的高压蒸汽减压成4MPa的中的中 压蒸汽。中压蒸汽的使用量变化很大。压蒸汽。中压蒸汽的使用量变化很大。 如果只用一个阀门控制，只能选择大口径阀。而大口径如果只用一个阀门控制，只能选择大口径阀。而大口径 阀在小开度下工作时，控制效果变差。阀在小开度下工作时，控制效果变差。 如果用两个阀分程控如果用两个阀分程控 制，小负荷时只开小阀，负制，小负荷时只开小阀，负 荷增大时再开大阀。则两个荷增大时

12、再开大阀。则两个 调节阀组合后，可调范围扩调节阀组合后，可调范围扩 大。大。 PT 要始终保持罐内的氮气气压为微量正压。要始终保持罐内的氮气气压为微量正压。 贮罐内贮存的物料量增减时，将引起罐顶压力的升降，应及贮罐内贮存的物料量增减时，将引起罐顶压力的升降，应及 时进行控制，否则将会造成贮罐变形。时进行控制，否则将会造成贮罐变形。 因此，当贮罐内液位上升时，应停止继续补充氮气，并将罐因此，当贮罐内液位上升时，应停止继续补充氮气，并将罐 顶压缩的氮气适量排出。反之，当液位下降时，应停止排放顶压缩的氮气适量排出。反之，当液位下降时，应停止排放 氮气而继续补充氮气。只有这样才能做到既隔绝了空气，又氮

13、气而继续补充氮气。只有这样才能做到既隔绝了空气，又 保证了贮罐不变形的目的。保证了贮罐不变形的目的。 不灵敏区：防止不灵敏区：防止p在在pr附近附近 变化时，变化时，A、B阀频繁动作阀频繁动作 当向储罐内注油时：当向储罐内注油时： r ppPC ABp （反作用）输出 阀全关， 阀打开放空氮气 当从储罐内抽油时：当从储罐内抽油时： r p pPCBAp （ 反 作 用 ） 输 出阀 全 关 ，阀 打 开 补 充 氮 气 气关气关 气开气开 反作用反作用 冷水冷水 蒸汽蒸汽 当反应物投入设备后当反应物投入设备后 l反应前：预热反应前：预热 l反应中：及时移走反应热反应中：及时移走反应热 l反应前

14、升温阶段反应前升温阶段 l反应中及时移走反应热反应中及时移走反应热 A r B TC 冷水完全关闭 （反作用）输出 蒸汽 B r A TC 蒸汽完全关闭 （反作用）输出 冷水 气关气关 气开气开 反作用反作用 冷水冷水 蒸汽蒸汽 可以通过两个调节阀分程信号部分重迭的办法，使调节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。一段重迭区。 通常的自动控制系统是在正常生产状态下对某参数进行通常的自动控制系统是在正常生产状态下对某参数进行 稳定性控制。一旦生产过程出现非正常状态

15、（如其它参数超过稳定性控制。一旦生产过程出现非正常状态（如其它参数超过 安全线），就得放弃对此参数的控制，否则会发生事故。待采安全线），就得放弃对此参数的控制，否则会发生事故。待采 取生产保护措施消除非正常状态后，控制系统再重新投入工作。取生产保护措施消除非正常状态后，控制系统再重新投入工作。 传统的生产保护措施是硬保护措施。当生产操作达到安传统的生产保护措施是硬保护措施。当生产操作达到安 全极限时，发出声、光报警。操作工立即将控制器切到手动操全极限时，发出声、光报警。操作工立即将控制器切到手动操 作、或是通过专门设置的联锁保护线路实现自动停车，以排除作、或是通过专门设置的联锁保护线路实现自动停车，以排除 险情。险情。 在正常工况下，液位处于安全范围，低于界限值，由于液位控在正常工况下，液位处于安全范围，低于界限值，由于液位控 制器的反作用使其输出高于温度控制器的输出，从而低值选择制器的反作用使其输出高于温度控制器的输出，从而低值选择 器选中了温度控制器，液位控制器处于开环待命状态。这是正器选中了温度控制器，液位控制器处于开环待命状态。这是正 常工况下的控制系统。常工况下的控制系统。 当氨的液位达到高限值时，要保护压缩机不致损坏已成为主要当氨的液位达到高限值时，要保护压缩机不致损坏已成为主要 矛盾，冷物料出口温度暂时降为