温度串级控制系统的集成与安装调试课件

温度串级控制系统的集成与安装调试电力电容器生产的一个环节真空干燥与浸渍，工艺要求真空干燥的加热不能直接用电热管对真空状态下的电容器直接加热，而是通过电热管对导热油加热，然后再通过导热油对真空室内的电容器加热，其系统结构图如图6-1所示。这种加热机构温度容量滞后及时间常数比较大。为保证产品的质量，在在真空干燥与浸渍中，电容器的温度控制精度要求比较高(温度偏差不超过1℃），某某系统电加热功率为90kw，导热油循环泵电机功率11kw，电容器温度在30~90℃间可调。请设计电容器温度控制系统。项目引入A工作过程：当扰动发生时，破坏了稳定状态，调节器进行工作。根据扰动施加点的位置不同，以管式加热炉为例，分几种情况进行分析：*1）扰动作用于副回路*2）扰动作用于主过程*3）扰动同时作用于副回路和主过程扰动作用于主过程一次扰动直接作用于主回路，使得炉膛温度变化，副回路无法及时校正，主控制器作用，通过主控器输出变化改变副回路的设定值，再通过副回路控制作用及时改变燃烧量以克服扰动f1对炉膛温度的影响。此时，副回路的存在可加快主回路的控制速度，使得扰动量对炉膛出口温度的影响比简单控制（无副回路）时要小。扰动作用于副回路扰动量f1和f2先影响炉膛温度，使得副控制器产生偏差，于是副控制器输出变化，去调整控制阀的开度以改变燃料流量，克服上述扰动对炉膛温度的影响。当扰动较大时，经过副回路的及时调整可以使其对加热炉出口温度的影响比无副回路时大大减弱，在经过主回路进一步控制使得炉膛温度回到设定值。此时两者对主-副作用的影响又可分为同向和异向两种情况。（1）一-二次扰动同向作用时，即扰动作用均使得主-副变量同时增大或同时减小，则主-副控制器对控制阀的控制方向是一致的，即大幅度关小或开大阀门，加强控制作用，使得炉膛温度很快回到设定值上。（2）一-二次扰动反向作用时，即一个增大而另一个减小。此时主-副控制器对控制阀的控制方向是相反的，控制阀的开度只需做较小的调整即可满足控制要求。分析可以看到：在串级控制系统中，由于引入了一个副回路，不仅能及早克服进入副回路的扰动，而且又能改善过程特性。副调节器具有“粗调”的作用，主调节器具有“细调”的作用，从而使其控制品质得到进一步提高。扰动同时作用于副回路和主过程在串级控制系统中，主、副调节器所起的作用不同。主调节器起定值控制作用，副调节器起随动控制作用，这是选择调节器规律的基本出发点。在加热炉温度串级控制系统中，我们选择原料油出口温度为主要被控参数，原料油温度影响产品生产质量，工艺要求严格，又因为加热炉串级控制系统有较大容量滞后，所以，选择PID调节作为住调节器的调节规律。

控制副参数是为了保证和提高主参数的控制质量，对副参数的要求一般不严格，可以在一定范围内变化，允许有残差，所以我们的负调节器调节规律选择P控制主、副调节器规律选择

主回路的设计串级控制系统的主回路是定值控制，其设计单回路控制系统的设计类似，设计过程可以按照简单控制系统设计原则进行。这里主要解决串级控制系统中两个回路的协调工作问题。主要包括如何选取副被控参数、确定主、副回路的原则等问题。副回路的设计由于副回路是随动系统，对包含在其中的二次扰动具有很强的抑制能力和自适应能力，二次扰动通过主、副回路的调节对主被控量的影响很小，因此在选择副回路时应尽可能把被控过程中变化剧烈、频繁、幅度大的主要扰动包括在副回路中，此外要尽可能包含较多的扰动。归纳如下。(1)在设计中要将主要扰动包括在副回路中。(2)将更多的扰动包括在副回路中。(3)副被控过程的滞后不能太大，以保持副回路的快速相应特性。(4)要将被控对象具有明显非线性或时变特性的一部分归于副对象中。(5)在需要以流量实现精确跟踪时，可选流量为副被控量。在这里要注意(2)和(3)存在明显的矛盾，将更多的扰动包括在副回路中有可能导致副回路的滞后过大，这就会影响到副回路的快速控制作用的发挥，因此，在实际系统的设计中要兼顾(2)和(3)的综合。主副回路的设计

主调节器作用方式的确定：炉膛温度升高，物料出口温度也升高，主被控过程Ko1>0。为保证主回路为负反馈，各环节放大系数乘积必须为正，所以主调节器的放大系数K1<0，主调节器作用方式为反作用方式。副调节器作用方式的确定：首先确定调节阀，出于生产工艺安全考虑，燃料调节阀应选用气开式，这样保证当系统出现故障使调节阀损坏而处于全关状态，防止燃料进入加热炉，确保设备安全，调节阀的Kv>0。然后确定副被控过程的Ko2，当调节阀开度增大，燃料量增大，炉膛温度上升，所以Ko2>0。最后确定副调节器，为保证副回路是负反馈，各环节放大系数(即增益)乘积必须为负，所以副调节器K2<0，副调节器作用方式为反作用方式。主副调节器作用方式的确定：

电加热棒由于要求加热功率为90kw，所以我们采取使用10个DN40加热管水泵的选择一步整定法所谓一次整定法就是根据经验先将副调节器参数一次放好，不再变动，然后按一般单回路调节系统的整定方法直接整定主调节器参数。一步整定法的依据是：在串级调节系统中，主参数是工艺的主要操作指标，直接关系到产品的质量，对它要求比较严格。而副参数的设立主要是为了提高主参数的调节质量，对副参数本身没有很高的要求，允许它在一定范围内变化。因此，在整定时不必把过多的精力花在副环上。只要把副调节器的参数置于一定数值后，集中精力整定主环，使主参数达到规定的质量指标就行了。虽然按照经验一次放上的副调节器参数不一定合适，但是，这没有关系，因为副调节器的放大倍数不合适，可以通过调整主调节器的放大倍数来进行补偿，结果仍然可以使主参数呈现4：1衰减振荡过程。一次整定法的整定步骤如下：（1）在生产正常，系统为纯比例运行的条件下，把副调节器比例度调到某一适当的数值。（2）利用简单调节系统任一种参数整定方法整定主调节器的参数。（3）如果出现“共振”现象，可加大主调节器或减小副调节器的整定参数值，一般即能消除。一般电解电容器的使用温度范围为-25℃至+85℃,

特定高温用或低漏电流量用者为

-40℃至+105℃.

塑料薄膜电容器为-40℃至+85℃

陶瓷电容器T/C

type为-40℃至+85℃,

Hi-K

type

及S/C

type为-25℃至+85℃.电容的选择串级控制系统主、副控制器的参数整定方法主要有三种：两步整定法、一步整定法和逐步逼近法。

1、按照串级控制系统主、副回路的情况，先整定副控制器，后整定主控制器的方法叫做两步整定法。