过程控制课件要点PPT课件

1、17:251反应釜温度控制系统反应釜温度控制系统放热反应过程放热反应过程不及时移走反应热将会不及时移走反应热将会引起爆炸引起爆炸调节阀选择前馈确定：1.调节阀的气开、气关作用形式2.确定主、副调节器的正反作用方式3.画出系统框图，并写出分析过程第1页/共29页17:252主、副调节器正、反作用方式的选择（奇数个反作用）主、副调节器正、反作用方式的选择（奇数个反作用）选择步骤：工艺要求选择步骤：工艺要求调节阀的气开、气关调节阀的气开、气关副过程的正、反作用副过程的正、反作用副调节器的正、反作用副调节器的正、反作用副回路为正副回路为正主过程的正、反作用、主过程的正、反作用、主调节器的正、反作用。主

2、调节器的正、反作用。先副后主先副后主正调节阀选择第2页/共29页17:2531. 1. 气开阀与气关阀气开阀与气关阀 气开阀：气开阀： “有气则开有气则开” 气关阀：气关阀： “有气则关有气则关” 无气源时无气源时: : 气开阀全关气开阀全关 气关阀全开气关阀全开2. 2. 气开阀与气关阀的选择原则气开阀与气关阀的选择原则 若无气源时若无气源时，希望阀全关，则应选择气开阀希望阀全关，则应选择气开阀 若无气源时，希望阀全开，则应选择气关阀若无气源时，希望阀全开，则应选择气关阀第3页/共29页17:2546.2 6.2 前馈控制系统前馈控制系统 sGsGsGFB0第4页/共29页17:2556.2

3、.4 6.2.4 前馈反馈复合控制前馈反馈复合控制 sXsGsGsGsGsYcc001 00sGsGsGBF )(/0sGsGsGFB前馈反馈控制的优越性前馈反馈控制的优越性 sFsGsGsGsGsGcBF001复合控制系统的特征方程式：复合控制系统的特征方程式： 010sGsGc与前馈补偿器无关与前馈补偿器无关第5页/共29页17:2566.2.5 6.2.5 引入前馈的原则及应用实例引入前馈的原则及应用实例1. 1. 引入前馈控制的原则引入前馈控制的原则 1 1）系统存在频率高、幅值大、可测不可控的干扰，反馈控制难以克）系统存在频率高、幅值大、可测不可控的干扰，反馈控制难以克 服、控制要求

4、高时；服、控制要求高时；2 2）控制通道时常大于干扰通道时常，反馈控制不及时，控制质量差；）控制通道时常大于干扰通道时常，反馈控制不及时，控制质量差；3 3）主要干扰无法用串级控制使其包含于副回路或副回路滞后过大时；）主要干扰无法用串级控制使其包含于副回路或副回路滞后过大时；4 4）尽可能采用静态补偿而不采用动态补偿。）尽可能采用静态补偿而不采用动态补偿。第6页/共29页17:257锅炉汽包水位控制锅炉汽包水位控制水位控制的重要性水位控制的重要性影响因素：影响因素：问题：问题：“虚假水位虚假水位” 影响控制效果。影响控制效果。解决方案：蒸汽流量为前馈信号，给水流量为副参数，水位为主参数解决方案

5、：蒸汽流量为前馈信号，给水流量为副参数，水位为主参数前前馈反馈串级控制馈反馈串级控制（不可控）（选为控制参数）蒸汽用量给水流量第7页/共29页17:2586.3 6.3 大滞后过程控制系统大滞后过程控制系统6.3.1 6.3.1 大滞后过程概述大滞后过程概述纯滞后：介质传输、化学反应、管道混合、皮带传送、轧辊传输等。纯滞后：介质传输、化学反应、管道混合、皮带传送、轧辊传输等。纯滞后的程度：纯滞后的程度：3 . 0/ T3 . 0/ T称为一般滞后称为一般滞后称为大滞后称为大滞后大纯滞后难于控制：大纯滞后难于控制：1 1）测量纯滞后使调节作用不及时；）测量纯滞后使调节作用不及时；2 2）控制介质

6、传输滞后使调节动作不及时；）控制介质传输滞后使调节动作不及时；理论分析：开环频率特性相角滞后理论分析：开环频率特性相角滞后稳定裕度稳定裕度第8页/共29页17:2596.3.2 6.3.2 史密斯预估控制史密斯预估控制1. 1. 史密斯预估控制：采取某些方法将纯滞后环节排除在控制系统之外，提史密斯预估控制：采取某些方法将纯滞后环节排除在控制系统之外，提 高控制质量。高控制质量。 001scscYsGs Gs eXsGs Gs e 00ssYsGs eGsGsUs 01ssGsGse单回路控制单回路控制第9页/共29页17:2510 scScscScscScscesGsGsGsGesGsGsGs

7、GesGsGsGsGesGsGsXsY00001111 sGsGesGsGcsc001 01ssGsGse第10页/共29页17:25112. 2. 仿真实例仿真实例实线为史密斯预估控制结果，虚线为单回路控制结果实线为史密斯预估控制结果，虚线为单回路控制结果第11页/共29页17:2512第七章第七章 实现特殊工艺要求的过实现特殊工艺要求的过程控制系统程控制系统第12页/共29页17:2513生产过程中，经常需要几种物料的流量保持一定的比例关系。例如，在锅炉的燃烧系统中，要保持燃料和空气量的一定比例，以保证燃烧的经济性。Q2=K Q1 其中：K比值系数；Q1主流量； Q2副流量 。例如要实现两

8、种物料的比例关系，则表示为：定义：实现两个或多个参数符合一定比例关系的控制系统，称为比值控制系统。第13页/共29页17:25141、开环比值控制系统缺点是无抗干扰能力，当副流管线压力等改变时，不能保证所要求的比值。 此控制方案的优点是结构简单、成本低。第14页/共29页17:25152、单闭环比值控制系统对Q2进行闭环控制，比值控制精度提高。对Q1只测量、不控制。Q1变化，Q2跟着变化，总流量不稳定。第15页/共29页17:25163、双闭环比值控制系统该控制方案所用仪该控制方案所用仪表较多，投资较高。表较多，投资较高。 第16页/共29页17:2517比值控制的具体实现方案有两种比值控制的

9、具体实现方案有两种: :二、把一个流量的测量值乘以比值二、把一个流量的测量值乘以比值系数，其乘积作为副调节器的设定系数，其乘积作为副调节器的设定值，称为相乘控制方案。值，称为相乘控制方案。 在工程上，具体实现比值控制时，通常有比值器、乘法器或除法器等在工程上，具体实现比值控制时，通常有比值器、乘法器或除法器等单元仪表可供选用，相当方便。单元仪表可供选用，相当方便。一、把两个流量的测量值相除，其一、把两个流量的测量值相除，其商作为调节器的反馈值，称为相除商作为调节器的反馈值，称为相除控制方案。控制方案。第17页/共29页17:25184、 变比值控制系统 应该注意: 在变比值控制系统中，比值通常

10、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。 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。基于除法器的变比值控制第18页/共29页17:2519实例硝酸生产控制系统氧化炉温度串级比值控制流程氧化炉温度串级比值控制流程 生成一氧化氮，放出大量热生成一氧化氮，放出大量热 氨增加氨增加1%1%，氧化炉温度上，氧化炉温度上升升64.9 64.9 氨气、空气初始温度氨气、空气初始温度 第19页/共29页17:25207.1.2比值控制系统的设计1比值控制系统设计1）主流量、副流量的确定原则：生产

11、中起主导作用的物料流量，一般选为主流量，其余的物料流量跟随其变化，为副流量。工艺上不可控的物料流量，一般选为主流量。成本较昂贵的物料流量一般选为主流量。当生产工艺有特殊要求时，主、副物料流量的确定应服从工艺需要。第20页/共29页17:25212）控制方案的选择控制方案选择应根据不同的生产要求确定，同时兼顾经济性原则。如果工艺上仅要求两物料流量之比值一定，而对总流量无要求，可用单闭环比值控制方案。如果主、副流量的扰动频繁，而工艺要求主、副物料总流量恒定的生产过程，可用双闭环比值控制方案。当生产工艺要求两种物料流量的比值要随着第三参数的需要进行调节时，可用变比值控制方案。第21页/共29页17:

12、25223）调节器控制规律的确定比值控制系统中，调节器的控制规律是根据控制方案和控制要求而定。F1TQ1Q2 KF2TF2C在单闭环比值控制系统中，比值器K起比值计算作用，若用调节器实现，则选P调节；调节器F2C使副流量稳定，为保证控制精度可选PI调节。PPI第22页/共29页17:2523双闭环比值控制不仅要求两流量保持恒定的比值关系，而且主、副流量均要实现定值控制，所以两个调节器均应选PI调节；比值器选P调节。 F1TQ1Q2F1CF2TF2CKPIPIP第23页/共29页17:2524比值系数的计算工艺规定的流量（或质量）比值K不能直接作为仪表比值使用，必须根据仪表的量程转换成仪表的比值

13、系数K后才能进行比值设定。变送器的转换特性不同，比值系数K的计算公式不同。Q2=K Q1 KK第24页/共29页17:2525容积式流量计容积式流量计nVqv4（1 1）流量与检测信号呈线性关系）流量与检测信号呈线性关系 1max22max144qIKKqI说明：当物料流量的比值一定、流量与说明：当物料流量的比值一定、流量与其测量信号呈线性关系时，比值器的参其测量信号呈线性关系时，比值器的参数与物料流量的实际比值和最大值之比数与物料流量的实际比值和最大值之比的乘积也呈线性关系。的乘积也呈线性关系。 第25页/共29页17:2526节流式（差压式）流量计节流式（差压式）流量计（2 2）流量与检测信号呈非线性关系）流量与检测信号呈非线性关系 pKqv21max2max2144qKKqII说明：当物料流量的比值一定、流量与其说明：当物料流量的比值一定、流量与其检测信号呈平方关系时，比值器的参数与检测信号呈平方关系时，比值器的参数与物料流量的实际比值和最大值之比的乘积物料流量的实际比值和最大值之比的乘积也呈平方关系。也呈平方关系。 第26页/共29页17:2527（3 3）实例计算）实例计算 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：hmQ