过程控制原理第二章

过程控制系统及工程第二章串级控制系统

串级控制系统2.1概述2.2串级控制系统2.3投运和整定2.4串级控制系统的特点2.5串级系统副回路的设计第2章教学进程2.1概述单回路控制系统（简单控制系统）：一般情况：能够满足生产控制要求；特殊情况：系统干扰因素多、干扰变化剧烈，以及工艺特殊要求复杂系统--随着控制理论与工业应用的发展，包含的内容也不同，例如 复杂大系统--人口系统，环境控制，能源控制，企业生产经营控制等。复杂系统--多回路系统多回路系统特征：基于PID控制策略；由多个控制回路组成的系统。2.1概述●复杂控制系统80-90%控制系统是基于PID控制的系统，包括多回路系统。多回路系统应用状况以乙烯生产厂为例，它共有421个控制回路其中：常规PID单回路 347个 串级、比值等 74个（串级24） 多回路系统占17.5%●多回路系统的发展2.1概述●串级控制系统原理

精馏控制过程：

提馏段温度控制—通过控制再沸器加热蒸汽量来维持提馏段温度恒定

2.1概述TC精馏塔提馏段温度控制：结果：控制不及时，温度控制不稳定，塔底产品得不到保证。2.1概述分析干扰：情况一：干扰仅来自精馏塔进料的波动，加热蒸汽压力比较平稳，则通过此回路可控制温度情况二：除了进料因素影响，加热蒸汽流量也会有波动（如锅炉蒸汽出口压力的波动），这时，在一定的阀门开度情况下，加热蒸汽量不同，塔釜容量比较大。解决办法：再加入一个蒸汽流量控制系统，可控制流量稳定？

问题：两套控制系统不能协调，甚至出现矛盾温度控制系统要求增加或减小蒸汽流量，而流量控制系统却只能根据事先的流量设定值进行定值控制。

2.1概述TCFC2.1概述串级控制系统：两套控制系统的协调控制TCFC2.1概述温度控制器流量控制器控制阀流量变送器流量对象温度对象温度变送器形成两个环:副环或副回路－－“粗调”作用 主环或主回路－－“细调”作用

主环：定值控制系统，给定值由工艺设定，主控制器输出作为副控制器的设定

副环：随动控制系统，给定值由主控制器输出给定，副控制器输出控制控制阀副环中有副调节器、副变送器、副对象以及调节阀主环中有主调节器、主变送器、主对象，无调节阀2.1概述2.1概述●串级控制系统工作过程TCFC●情况1:——副环内出现干扰●情况2:——主环内出现干扰●情况3:——主环和副环同时出现干扰蒸汽进料●情况1:

——副环内出现干扰

流量控制器：“粗调”温度控制器：“细调”

2.1概述蒸汽流量突然增大→（一段时间：提馏段温度不变，温度控制器输出不变，流量控制器设定值不变，但流量测量增大→（流量控制器正偏差，流量控制器输出减小，控制阀关小）→蒸汽流量减小，削弱对提馏段温度的影响）

→提馏段温度缓慢上升→（温度控制器正偏差，温度控制器输出减小，输出到流量控制器的设定值减小）→流量控制器设定值减小，流量控制阀开度进一步减小。●情况2:——主环内出现干扰

进料量突然增大，塔釜液位上升，提馏段温度下降→温度控制器负偏差，输出增大→（流量控制器负偏差，流量控制器输出增大，控制阀开度增大，蒸汽量增加）→提馏段温度回升2.1概述2.1概述●情况3:——主环和副环同时（1）副环干扰使蒸汽流量增大，主环干扰使提馏段温度降低；（1）副环干扰使蒸汽流量增大，主环干扰使提馏段温度升高。FCFCspsp2.剂1概述串级挨控制羊系统宝具有尾单回朱路控感制系韵统的氧全部喂功能聪，控桶制质净量优扬于单谅回路绵控制巩系统专，并坏且，馋实现栗方便量，生委产过贝程中诸应用血比较蹦普遍书。温度遍控制风器：“细调”结论伏：流量汪控制夸器：榴“粗机调”串级券控制馋系统2.钢1概述2.饥2串级粉控制妥系统污的实军施2.牲3投运幸和整格定2.生4串级叠控制杜系统枣的特叠点2.边5串级谁系统丸副回光路的坏设计第2章教学歇进程2.维2.齐2串级塌控制她系统矿的实催施主变悠量是生践产工率艺的蚀主要耕操作岂指标畏，要铁求比亡较严行格，一般甩不允摄许有贝余差副变者量是粗座调，个一般界要求财不严持格，环允许汁有波喘动和伏余差华；主控皆制器剪（定值俭控制塑）一辛般选帮择比妨例积请分控赢制规冤律，沉有时桐为了允克服对象旱滞后沉，也什加入衰微分斥作用降；副控拳制器是（随动扒控制屠）力碌求快奔速反搜应，勉所以款，一万般不披加入聪积分丙作用扛，只选副择比钥例控泊制规靠律；只要挨主控糕制器顾有积情分规育律，敏主变较量就印可以哲保证惯没有旷余差据，不鹊管干愿扰出现含在什辩么位腿置。（1）主苗、副坝控制颠器控可制规兴律的萍选择2.脚2.缴2串级杂控制亦系统抓的实偿施副控男制器免：副回缝路按再单回合路独匆立考沙虑，辟与主腐回路袄没有跌关系即从垃稳定激性考纯虑，伤开环貌放大今倍数构必须屈为“影负”要求洋，知箩道副含对象酷的符迫号，稠以及织控制塑阀的踢符号主控扰制器胳：考虑科主环淹内各挤个环手节的判符号获情况主控名制器县、主渐对象没，以绕及副福回路棵。副回渐路可异以看稠作是吼一个蠢符号伏为“虾正”欣的环最节——随动循系统健，跟巡寿踪主控制属器的律输出拘。（2）主躬、副税控制萌器正盼反作意用的沫选择2.扒2.偏2串级笔控制牲系统仍的实牌施因此，主控制器的符号主要取决于主对象的符号，即，主对象为“正”，则主控制器取“反”作用，主对象为“负”，则主控制器取“正”作用

例1

加热炉出口温度与燃料压力的串级控制系统PCTC燃料物料副控变制器烫：控制事阀选民“气兰开”贯式——正副对比象，赤压力肺对象盼，阀时门开异大，御负，餐反作沸用压力犁上升——正变送兰器一乳般均精为正主控挎制器比：副环——正主对裹象，委温度转对象蛋，燃料杰压力块增大氧时，叛燃料筐量增宁加，竹负，执反作疤用出口株温度怨上升——正2.颤2.升2串级交控制更系统铸的实崖施例2精馏都塔提味馏段允温度抄与再线沸器肚加热艰蒸汽膝流量瘦串级然控制往系统2.创2.插2串级众控制居系统滥的实瞧施副控乔制器牧：控制医阀选匀“气熊闭”别式——负正对征象，仇流量货对象践，阀妥门开重大，流量腾增大——正变送键器一逃般均晨为正主控巷制器匀：副环——正主对救象，辫温度呜对象纽奉，蒸汽川流量瞎增大浆时，邻加热烤量增圆加，提馏轿段温兽度上垃升——正FCTC2.怖2.脾2串级替控制种系统溉的实乖施结论（1）主爆控制赞器的拆正、膨反作禽用与骗阀的技开、数闭形情式无岂关；（2）直易接先际确定李主控归的正丛反作缎用。2.愚2串级环控制猪系统添的实费施组成育控制成系统让的设勉备不斗同，呼实施森方法捉也有坑差异目前颈主要宝是：电动Ⅲ型仪泼表系品统、气动Ⅲ型仪蛙表系惧统、计算络机控阁制系魔统（DC言S、PL己C）●实施淡前要古考虑悦的几犁个问兵题（1）系统丙设备体间的旬传输薯信号货要匹答配，畅电信幻玉号4~丧20害mA掀,待1~口5V，气助信号0.秀02扛~0钱.1持Mp往a，混德合时丸需要淋转换纱装置皇（电-气转归换）（2）副控凤制器犯必须雹具有俩外给恩定功枪能（3）是否稼需要滴切换俯开关屑，即地切换侧成：a主控矮制器退直接泪控制货控制楚阀；b副控笼制器悟不接跳受主创控制非器的海外给埋定，痕实现担其独直立控王制，户并且亩要考福虑无冤扰动声切换鄙。（4）实施扒方案品力求蕉简洁亡实用亚，便司于操愚作。2.煮2串级迁控制荐系统哑的实解施2.的2.鞋1串级跌控制询系统撞控制堆方案电动旺仪表霸、气维动仪查表（挥很少芒用）界、计蒙算机（1）一舞般的房诚串级口方案（2）能掘实现溜主控–串级切阻换的横串级惧方案温度控制器流量控制器控制阀流量对象温度对象温度变送器流量变送器2.扶2.旧2串级带控制傅系统披的实虫施串级煌→主咏控：用主栽控制及器代接替原疯副控沙制器枪的输花出，归直接雨控制枕控制锄阀主控寸→串伞级：用副六控制机器代贸替原蹦主控休制器宴的输娇出，事直接汽控制合控制责阀无论脉哪种胃切换况，必胡须保粘证阀盾的控团制方此向正孔确——直接剪切换块条件（3）串泻级与敢主控炎的切榴换条花件2.垫2.亏2串级闹控制勿系统秤的实恋施FCspconstFCspconst副控喂制器迟为反述作用妻（负邮）：FCspconstFCspconst副控销制器号为正档作用恐（正禾）：可见译，此祥时主孙、副鞠控制目器输技出信浑号变州化一渐致。此时直主、总副控减制器者输出新信号葱变化泉不一候致如副退控是新反作胸用，垃可执转行切胶换；穿如副难控是跟正作川用，茫需先改变闯主控叛的方揪向，于再切刚换。条件结论如对怪控制循阀的棕开闭眠形式唐没有章要求凯，应朱选择蒜使副灰控为挪反作惜用的开殊、闭锅形式洋。2.夹2.谈2串级斜控制趣系统林的实歌施串级瘦控制龙系统2.成1概述2.甜2串级旺控制袄系统和的实祖施2.弊3串级姻控制铅系统狮的投污运和菠整定2.慕4串级倦控制辉系统永的特贴点2.榨5串级撕系统老副回纸路的遥设计第2章教学愉进程2.举3串级把控制慕系统抽的投猜运和避整定2.超3.肃1串级猎控制笑系统胜的投撕运根据产组成锋系统晃的仪页表类灵型有糊所不常同基本响原则叨：先投凭副环兼，后臂投主纽奉环，印保证粥投运漆无扰麦动（Ⅲ型以狠上仪百表、铸计算伸机控奴制）2.械3.夜1串级括控制副系统铺的投怨运●投运乞步骤4、调断节主阳控制屑器手假操输怕出，跌使副暴控制狐器的馒偏差芬为零5、分哗别将茅副、汪主控木制器乘切入文自动1、主引、副页控制失器手牵动位滴置，醒主控竹制器激内给受定、扑副控容制器外给怨定，也正反机作用垦正确还，PI待D参数世正确2、副坝控制比器手醉动操浆作3、通趋过副玩参数此的变沾化，絮使主农参数臭接近也给定军值，允而副灿参数变化虹也比源较平挖稳2.屈3.岁2串级件控制季系统怨的工堡程整情定方桂法逐步钢逼近结法、抬两步佳法、艘一步恭法●两步忠法●主环朗控制底器比胞例度10璃0%，积用分时诞间最唐大，档微分趴时间针最小壮，按4：1整定掠方法曾直接承整定姓副环耕，确珠定副泻环4：1振荡留过程时的挥比例茅度和速振荡宏周期篇；●放好组副控碎制器4：1的比状例度练，积幻玉分时聚间最胆大，絮微分岩时间茧最小自，同样携方法芦整定兄主控前制器参，确奥定主近变量4：1振荡而过程牧时的座比例象度和振荡好周期自；分两仆步整元定两戚个控间制器●按照认得到基的四碎个参哄数，划可按妖单回帖路系从统的瞎公式润计算PI向D参数瞧；●先副子后主浆、先普比例院次积紫分后谎微分去投入挎，再橡小范鸭围调纯整。2.真3.查2串级棵控制述系统悲的工肥程整间定方汁法●一步索法●表2-欲1副控浙制器予参数帐经验叙设置纯值；●按单侨回路孕方法旺直接居整定梳主控群制器匙；主要武整定膀主控线制器裂，比愈两步改法简筝单、终实用●观察料控制丈过程总，适蛛当调届整主蹦控制群器K值，拼或适恢当调亡整副愁控制雕器的售参数串级曲控制策系统2.伴1概述2.兽2串级女控制伯系统迷的实归施2.办3串级劝控制单系统貌的投约运和纳整定2.斯4串级率控制买系统川的特斗点2.拨5串级惨系统铃副回红路的卧设计第2章教学左进程系统悼方块惧图的常比较极，串巩级系沃统和搅单回书路系围统，枯可见播串级赔系统狐的特嚷点:①多了披一个坐副回果路；弹②编多了杠一个岭控制斤器。2.赢4串级届控制后系统口的特暑点GC(s)GV（s）G02（s）G01（s）Gm（s）

R（s）GC1(s)GC2(s)GV（s）G02（s）G01（s）Gm2（s）Gm1（s）2.孟4串级篇控制胞系统泻的特防点（1）副浩回路添的存恭在，剧改善悉了对华象特敞性，谜提高度了系渔统工木作频贫率GC1(s)GC2(s)GV(s)G02(s)G01（s）Gm2(s)Gm1(s)GC2(s)GV(s)

GC1(s)GC2(s)GV(s)G’02(s)G01（s）Gm1(s)2.某4串级吉控制弦系统跃的特浸点比较圈可知旗，串谈级系鸡统的耍等效呀副对膛象的垒放大训倍数仅和时寒间常初数都团比原监副对炕象的掏要小结论2.尘4串级羽控制概系统顷的特瓣点（2）串田级控忍制系调统具箩有较丑强的扫抗干誉扰能段力串级睁系统某的内吹环具挨有快擦速作致用，天能有珍效地波克服润二次壮扰动灭的影珍响。在二鄙次干披扰下狡，被湖控量兽受二种次干托扰的舰影响,串级骄系统比单斗回路援系统现要减墙小10－10滩0倍。特别端是干筛扰出烧现在世副环接内的洞时候途，相再当于缴两个津控制放器进隆行控制阳，副物“粗利调”薯，主炼“细挺调”狡，副婶环起些到超准前调炕节的品作用据统例计，够当干甘扰作分用于证副环恼时，弟控制访质量醋可提足高10榜—1沃00倍，干扰乎作用摆于主恒环时税，也斯可提碰高2—简5倍例：迈精馏脊塔提颠馏段贱温度尖控制诞系统1）副烘环干章扰2）主征环干采扰2.膊4串级爱控制遣系统员的特窗点（2）串父级控艺制系锤统具基有较对强的宿抗干警扰能拣力2.岔4串级满控制仰系统殃的特姑点（3）串催级系弊统具筑有一召定的速自适半应能失力自适育应问蚂题：控制窑器的惰参数睛往往阴是根幻玉据一仇定的衔控制羞对象设置铃的，丹当贡控制枕对象校特性尺发生筐变化轰时（同非线桌性特穿性，操作外条件伞变化翅、负广荷猴变化肺），以原来扩好的纷控制珠器参杜数就变得叛不好渐了（俘不适侄应了阳）串级悟系统链中，幼副控根制系组统是界随动硬系统云，主狼控制挣器可笔根据操作鹊条件顿的变劫化，幸不断院修改漆副控现制器元的给株定值——以适凭应操核作条王件和槽负荷变化抄。2.衬4串级骑控制玩系统饼的特粥点（3）串战级系驻统具字有一踩定的愁自适层应能茫力副回核路具华有一患定的张自适比应能延力，洒不受表主回拳路系态统负历荷影拨响副回屡路是历个随困动系株统，妥快速良跟踪复的能精力串级怎系统妄的缺蹦点：仪滨表多柳，投也运和庄整定缠都比吨单回年路复焰杂工程决上，阁宜简停不宜班繁串级悲控制卫系统2.贡1概述2.骨2串级损控制诵系统畏的实慢施2.室3串级波控制哭系统革的投呜运和坏整定2.往4串级眼控制纺系统惜的特拔点2.脆5串级凤系统照副回寸路的执设计实验匪：串假级控烧制系澡统连票接、政投运冲和整呼定、主、恒副环香抗干途扰能垄力比附较、激质量侦研究第2章教学谊进程2.倚5串级迁系统断副回千路的笑设计串级往系统盗的关站键在菊于副环蓬的设祝计设计视合理主，能责有效慢发挥陵串级捆系统朵的优秧势设计若不合宪理，挠失去脖了串萄级的赌意义茂，而蹄使控处制系婶统复杏杂化关键黄：对瞧工艺轻进行愧细致标的分锄析包含快有两瓜方面钻的内挽容:1)主参欣数的皮确定2)副参糊数的俗确定2.铃5串级秧系统千副回鄙路的源设计设计罢原则●（1）走使副脉环包撑含系动统的芝主要闲干扰副环鸭具有它快速们抗干柴扰的泛能力（2）抚使副记环包询含更虎多的道干扰系统僵干扰清较多校且难期于分糠出主浪要干于扰2.演5串级招系统旨副回经路的动设计例1加热抵炉出裂口温隆度控馆制系单统PCTCA）炉阁出口抄温度顷与燃或料压宾力串号级方京案燃料谨压力梯波动2.弓5串级盛系统辽副回积路的皱设计例1加热梦炉出驰口温迟度控臭制系夹统B）炉症出口巩温度鼻与炉巨膛温数度串蒜级方鲜案燃料烛组成悲波动TC2TC12.漫5串级菊系统效副回共路的候设计另外赌，还躲要考依虑副链环离