《过程计算机控制》第八章 特殊控制方式

§8.1比值控制系统§8.2均匀控制系统§8.3分程控制系统§8.4自动选择性控制系统第八章特殊控制方式返回一、基本概念比值控制系统：用以实现两个或两个以上物料保持一定比例关系的控制系统。例如：1、农药厂生产乐果硫化物与水（1：2.5）2、生产硝酸的氧化炉氨气与空气3、锅炉燃烧燃料量与空气在需要保持比例关系的两种或多种物料中：主物料：起主导作用的物料，常用Q1表示；从物料：在控制过程中跟随主物料的变化而成比例变化的物料，常用Q2表示。§8.1比值控制系统二、比值控制系统的结构类型1、开环比值控制系统比值控制器特点：开环系统，无法克服副流量干扰，实际应用较少。2、单闭环比值控制系统当主物料不变时，从物料回路是一个定值控制系统；当主物料受到干扰发生变化时，从物料回路是一个随动控制系统。优点：能够克服从物料本身干扰对比值的影响，实现主副物料的精确配比，应用较广；缺点：总物料不固定，影响控制质量，甚至造成事故。3、双闭环比值控制系统特点：（1）能保证主副物料量恒定，比值恒定；（2）可以由两个单回路流量控制系统替代；

常用于主流量干扰频繁或工艺上不允许负荷有较大的波动，或工艺上经常需要升降负荷的场合。要防止主物料回路与副物料回路产生“共振”。4、变比值控制系统在实际生产过程中，有时使两种物料的流量比值恒定并不是目的，真正的控制目的大多是两种物料混合或反应以后的产品的产量、质量、节能、环保及安全等等。例：氧化炉温度与氨气/空气变比值控制系统

(硝酸生产过程中的一个氧化反应)工艺过程描述；控制要求：保证氧化炉工作稳定，优产高质、低耗、无事故；要达到上述要求的关键条件是反应温度，而影响反应温度的主要因素是氨气与空气的比值。工作过程：系统稳定时……当Q1、Q2出现扰动时……当出现其他扰动(如温度、压力、成分等变化)时……混合器中氨气含量减少1%，氧化炉温度将下降64.9度。变比值控制系统的原理框图如下：特点：按造一定工艺指标修正比值系数返回流量与测量信号的开方成正比上述系统是以氧化炉温度为主变量，氨气与空气的比值为副变量的串级比值控制系统。例：石油化工生产中前后精馏塔的供求关系均匀控制系统是为适应连续性生产的需要而产生的。

均匀控制是就控制方案所起的作用而言的。从方案的结构来看，它有时象一个单回路的液位或压力定值控制系统，有时又象一个液位与流量的串级控制系统。

一、均匀控制的概念§8.2均匀控制系统为了将石油裂解气分离成甲烷、乙烷、丙烷、乙烯、丙烯等，前后串联了八个塔，除了成品塔将产品送至储罐外，其余各塔都是将物料连续送往下一个塔进行再分离。为了保证精馏塔生产过程能够稳定地进行，总是要求每个塔的塔底液位稳定，不超过允许范围，同时进料量保持平稳。例：石油化工生产中前后两个精馏塔的供求关系如下：均匀控制系统：是指两个工艺参数在规定范围内能缓慢地、均匀地变化，使前后设备在物料供求上相互兼顾、均匀协调的系统。如果以单回路控制方式进行控制……均匀控制的特点：1、表征前后供求关系的两个参数是矛盾的；2、两个参数应该是缓慢变化的；3、两个参数只能在允许的范围内波动。均匀控制过程中可能出现的过渡过程曲线如下图所示：1、简单均匀控制系统二、均匀控制系统的结构形式特点：1、结构形式上与液位单回路定值控制系统一致，但控制目的不同；2、一般采用比例或比例积分控制律，且比例积分作用都较弱；（不采用微分作用）3、只适用于干扰小，对流量均匀程度要求不高的场合。一般δ=100～200%，Ti为几分钟到十几分钟假如干扰使甲塔的液位上升甲塔液位上升，导致液位调节器输出增大，流量调节器输出增大，控制阀门缓慢增大；反映在工艺参数上，液位不是立即快速下降，而是继续缓慢上升，乙塔的进料量也缓慢增加。液位与流量均缓慢地变化，实现了均匀协调的控制目的。2、串级均匀控制系统工作过程：液位与流量的串级均匀控制假如干扰使乙塔的进料量增大乙塔的进料量增大，首先通过流量调节器使控制阀门开度缓慢减小；当这一作用使甲塔的液位下降时，液位调节器输出减小，进一步缓慢改变调节阀的开度，使系统工作在新的平衡点。主副控制器一般采用比例或比例积分控制律。主控制器的参数整定与简单均匀控制系统相同，副控制器的参数整定一般为δ=100～200%，Ti为0.1～1分钟。3、双冲量均匀控制系统(略)加法器Σ的运算规律为：双冲量均匀控制系统：就是将两个变量的测量信号通过加法器后作为被控量的控制系统。

液位测量值流量测量值液位给定值可调偏置精馏塔液位与出料量的双冲量均匀控制系统如下图所示：工作过程：当流量正常，液位受到扰动上升……当液位正常，流量受到扰动上升……流量控制器选择PI控制规律，δ=100～200%，Ti为0.1～1分钟。双冲量均匀控制系统的原理框图如下：双冲量均匀控制系统可以看成是主控制器是液位控制器，且比例度为100%的纯比例控制，副控制器为流量控制器的串级均匀控制系统。它具有串级均匀控制系统的优点，但却少用一个控制器。与串级均匀控制系统的副调节器一致返回分程控制系统：一个调节器的输出控制两个或两个以上分程动作的调节阀，每个调节阀只在调节器输出的某段信号范围内作全行程动作，这种过程控制系统称为分程控制系统。（参见P260）一、基本概念某分程控制系统如下图所示A、B两阀的阀门定位器分别将0.02～0.06MPa和0.06～0.1MPa的控制信号转换成0.02～0.1MPa的控制信号。§8.3分程控制系统根据控制阀的气开、气关作用方式，以及两个控制阀是同向动作还是异向动作，在分程控制的应用中，可以形成以下四种不同的组合形式。二、分程控制的应用例：蒸汽减压分程控制系统1、用以扩大控制阀的可调比若A、B两阀并联，最大流通能力CAmax=4，CBmax=100，两阀的可调比RA=

RB

=30，则最小流通能力为：CAmin

=4/30=0.133，两阀并联组合的可调比：RAB=（CAmax+CBmax）/CAmin≈780保证了：

控制精度

可调范围例：罐顶氮封分程控制系统2、满足工艺操作上的特殊要求压力检测变送器压力控制器为了避免A、B两阀频繁开闭，节约氮气，对于压力控制精度要求不高的系统可以采用右图所示分程控制方式。三、分程控制实施中的几个问题1、对控制阀泄漏量的要求泄漏量：阀门完全关闭时的流动量。大阀的泄漏将影响小阀的对流量的调节作用。2、利用阀门定位器实现信号分程3、分程信号的衔接对数阀分程特性重叠分程信号图小阀：0.02-0.065大阀：0.055-0.1返回线性阀分程特性选择性控制系统（描述）：把工艺生产过程中的限制条件所构成的逻辑关系叠加到正常的控制系统中去，即当工艺过程参数趋近而未到达危险极限时，一个用于控制不安全情况的控制方案将取代正常情况下工作的控制方案。当工艺过程参数回到安全范围内时，系统又自动恢复到原来的控制方案上。一、基本概念硬性保护设置声光报警采用信号联锁装置软性保护：既能起自动保护作用而又不停车的所谓选择性控制系统。§8.4自动选择性控制系统选择性控制系统可理解为：凡是在控制回路中引入了选择器的控制系统。二、选择性控制系统的类型1、对被控变量的选择性控制系统例：液态氨冷却器控制系统一般单回路控制方式液氨蒸发冷却器是工业生产中用得很多的一种换热设备，它利用液氨蒸发吸收大量的汽化热来冷却流经管内的被冷却物料。操纵量：液氨的流量选择性控制系统低值选择器被控量：温度、液位工作过程：1、正常工况下：……2、当氨的液位达到高限值时：……2、对操纵变量的选择性控制系统温度与液位选择性控制系统框图：对操纵变