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.彻1概述温度撤控制御器流量塘控制鸣器控制卸阀流量横变送闸器流量对象温度对象温度变送器形成址两个范环:副环姓或副姥回路秩－－佩“海粗暮调”抄作用主环拣或主厨回路笛－－款“寒细亭调”亦作用主环稳：定值词控制根系统，给没定值坐由工垂艺设敏定，钩主控泛制器袍输出难作为镰副控落制器挨的设滑定副环：随动息控制系统羡，给背定值狭由主守控制膀器输伴出给想定，姿副控摄制器则输出斧控制太控制你阀副环中联有副挣调节眠器、师副变忧送器饲、副棉对象鞋以及阴调节冻阀主环畅中有售主调这节器屿、主蚂变送焰器、树主对疾象，胁无调喊节阀2.趟1概述2.殿1概述●串级被控制升系统晋工作安过程TCFC●情况1:喘——副环笼内出叔现干部扰●情况2:浇——主环示内出佩现干铁扰●情况3:旬——主环撒和副拔环同渡时出猫现干抹扰蒸汽进料●情况1:——副环知内出衣现干且扰流量君控制极器：谜“粗涨调”温度绿控制拜器：受“细梦调”2.暂1概述蒸汽桐流量扯突然席增大→（一炉段时瓶间：石提馏作段温捐度不幅变，厅温度研控制祖器输夸出不温变，晶流量痰控制衰器设谱定值啄不变尾，但铸流量漂测量恭增大→（流幼量控钱制器忍正偏店差，糠流量屋控制蓄器输万出减技小，火控制斜阀关甚小）弃→蒸方汽流箱量减位小，独削弱虏对提觉馏段救温度倡的影眨响）→提馏立段温妈度缓修慢上戏升→（温岭度控渗制器贴正偏寸差，咽温度谱控制脉器输坟出减森小，猛输出测到流吉量控愈制器奥的设删定值庆减小激）→流量楼控制照器设脖定值衡减小偏，流夹量控娇制阀型开度铲进一听步减环小。●情况2:味—蜘—主环妹内出巡寿现干界扰进料去量突念然增宏大，兴塔釜势液位桨上升核，提额馏段弃温度剑下降浸→温考度控挖制器键负偏语差，辅输出踩增大推→（去流量满控制旗器负杆偏差籍，流纵量控拌制器救输出爹增大称，控画制阀累开度锯增大预，蒸皱汽量羽增加膏）→超提馏达段温习度回迁升2.恼1概述2.粒1概述●情况3:嚷—成—主环敌和副绸环同知时（1）副贺环干什扰使毙蒸汽猜流量殃增大扎，主环懂干扰杠使提糠馏段恢温度雪降低卖；（1）副钱环干君扰使尘蒸汽样流量短增大贼，主环没干扰愧使提蝇馏段王温度地升高贿。FCFCspsp2.霸1概述串级帐控制每系统赚具有熟单回素路控垦制系榜统的正全部污功能悄，控随制质赠量优互于单鼻回路哭控制莫系统痰，并呼且，延实现弹方便刻，生虑产过滤程中珍应用葵比较玻普遍淘。温度都控制府器：“细调”结论放：流量酸控制展器：凝“粗握调”串级促控制爽系统2.优1概述2.虽2串级朋控制迎系统棵的实友施2.哨3投运至和整倡定2.岁4串级走控制场系统般的特净点2.尼5串级样系统农副回贪路的块设计第2章教学族进程串级疯控制屡系统凯的实箭施主变睛量是生状产工胀艺的蠢主要钉操作猴指标屋，要证求比甜较严艰格，一般料不允弦许有号余差副变盒量是粗狡调，垒一般钱要求层不严义格，厅允许烧有波顽动和挡余差铲；主控突制器捉（定值杯控制兵）一妨般选击择比振例积氏分控梅制规总律，武有时少为了欣克服对象腊滞后扩，也划加入稻微分撤作用水；副控管制器愚（随动元控制屋）力候求快浮速反院应，百所以积，一崇般不好加入吗积分宵作用言，只选乞择比悲例控栽制规迁律；只要翁主控述制器他有积绕分规被律，立主变治量就痒可以晋保证浸没有键余差趟，不价管干皱扰出现穴在什枣么位菜置。（1）主蹲、副洋控制乞器控严制规抛律的碎选择串级望控制翁系统东的实除施副控门制器价：副回培路按膜单回伍路独眼立考箩虑，辱与主序回路冠没有私关系即从谊稳定腿性考隶虑，退开环死放大掩倍数瓶必须肌为“政负”要求特，知量道副字对象立的符织号，鼓以及种控制陕阀的翅符号主控纲制器泼：考虑羡主环匙内各视个环狮节的废符号舟情况主控掀制器舰、主杜对象愉，以多及副办回路姜。副回使路可远以看截作是吃一个叶符号忙为“谈正”把的环训节——随动薯系统道，跟隔踪主控制宵器的痰输出阻。（2）主撤、副冠控制爸器正朴反作河用的单选择串级烛控制移系统碍的实贿施因此，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燃料物料副控眠制器拿：控制尿阀选痛“气将开”帝式——正副对例象，议压力硬对象撑，阀援门开咳大，框负，吼反作脑用压力素上升——正变送怖器一骨般均夺为正主控张制器哄：副环——正主对们象，烫温度正对象至，燃料禁压力仍增大让时，嘉燃料酬量增纱加，搜负，耀反作诉用出口题温度请上升——正串级金控制嗓系统咬的实餐施例2精馏戒塔提远馏段园温度夜与再次沸器摘加热为蒸汽坐流量侧串级攻控制份系统串级故控制泪系统种的实伟施副控消制器喉：控制距阀选角“气段闭”道式——负正对冶象，别流量虑对象音，阀纷门开词大，流量革增大——正变送哀器一钥般均茧为正主控晶制器律：副环——正主对模象，那温度伟对象示，蒸汽源流量帆增大挪时，腿加热座量增罗加，提馏韵段温竿度上蹄升——正FCTC串级知控制霸系统气的实贱施结论（1）主涝控制传器的卡正、叔反作餐用与挎阀的绞开、案闭形扎式无坏关；（2）直循接先妹确定河主控附的正伟反作散用。2.咽2串级道控制乘系统沟的实横施组成价控制叼系统差的设聪备不筑同，谋实施矿方法斗也有披差异目前盘主要算是：电动Ⅲ型仪商表系字统、气动Ⅲ型仪赤表系怠统、计算级机控勉制系按统（DC探S、PL津C）●实施济前要侍考虑唉的几奥个问每题（1）系统算设备袭间的录传输赞信号岛要匹怜配，搭电信希号4~较20暗mA物,械1~狂5V，气仗信号0.滨02妈~0唤.1风Mp型a，混间合时寸需要号转换总装置屠（电-气转杀换）（2）副控棚制器硬必须配具有魂外给简定功农能（3）是否斧需要捡切换乒开关荒，即劈燕切换盒成：a主控暮制器财直接错控制惧控制鱼阀；b副控掏制器训不接冤受主融控制新器的柔外给冻定，托实现胁其独断立控稍制，疾并且两要考客虑无圾扰动每切换善。（4）实施库方案熄力求漂简洁后实用唉，便昆于操道作。2.揭2串级唱控制吼系统女的实搏施串级异控制似系统敞控制洗方案电动唱仪表意、气疯动仪练表（犬很少向用）可、计董算机（1）一缺般的粮串级鹅方案（2）能骆实现励主控–串级切穴换的菊串级比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串级肯控制肾系统毙的实射施串级洒→主间控：用主性控制福器代孕替原纳副控垦制器赌的输柴出，衣直接桥控制龟控制胀阀主控撤→串吗级：用副盐控制威器代秘替原乖主控舒制器妻的输熟出，调直接姐控制梢控制方阀无论陶哪种前切换苏，必肝须保奥证阀吃的控轻制方这向正沃确——直接少切换熊条件（3）串略级与痕主控慢的切男换条卖件串级砌控制辫系统邻的实洒施FCspconstFCspconst副控候制器耕为反榆作用忍（负怀）：FCspconstFCspconst副控政制器纤为正厕作用温（正恐）：可见色，此叔时主罗、副恢控制列器输稀出信追号变怒化一鄙致。此时尾主、蹄副控温制器馋输出魄信号枕变化违不一宋致如副否控是强反作贴用，唯可执揪行切舍换；荣如副正控是它正作买用，获需先改变始主控悉的方旅向，萄再切适换。条件结论如对贷控制验阀的禽开闭喷形式即没有洗要求屯，应管选择硬使副事控为踢反作晌用的开壶、闭执形式险。串级纽奉控制汪系统臂的实级施串级班控制土系统2.崭1概述2.淋2串级叨控制抚系统泳的实巡寿施2.军3串级煤控制漏系统胁的投根运和搂整定2.龄4串级莲控制巴系统会的特听点2.城5串级捉系统师副回司路的葬设计第2章教学上进程2.计3串级果控制板系统幸的投鼓运和报整定串级粪控制镇系统锣的投刺运根据穷组成橡系统壤的仪夜表类爱型有副所不镜同基本羞原则护：先投签副环缩慧，后警投主傍环，葡保证雕投运盼无扰艘动（Ⅲ型以丹上仪唯表、疮计算著机控宅制）串级领控制甚系统仓的投掉运●投运虽步骤4、调愧节主时控制诵器手降操输麻出，绣使副阳控制堤器的忧偏差彼为零5、分副别将清副、杰主控及制器相切入蜓自动1、主解、副池控制谣器手毯动位狭置，碎主控袜制器宏内给号定、兆副控走制器外给尚定，担正反坚作用炎正确虎，PI大D参数秀正确2、副抢控制肆器手暴动操星作3、通祥过副赚参数擦的变恒化，假使主低参数捐接近咏给定染值，昼而副辞参数变化云也比蔬较平炸稳串级凯控制鼻系统朋的工炎程整柱定方翼法逐步过逼近脉法、恰两步植法、雕一步缺法●两步选法●主环伶控制啊器比习例度10曲0%，积刑分时制间最盏大，衬微分毫时间炎最小锁，按4：1整定仆方法作直接恭整定引副环傲，确牛定副怎环4：1振荡市过程时的煎比例斗度和习振荡绳周期盐；●放好为副控啄制器4：1的比程例度李，积什分时彩间最稳大，斗微分回时间财最小拖，同样扛方法浓整定彩主控挣制器袍，确蓝定主购变量4：1振荡屯过程笨时的殊比例甚度和振荡狼周期沃；分两挠步整依定两拢个控陵制器●按照钻得到否的四捐个参季数，茂可按炎单回芳路系客统的遇公式渐计算PI否D参数灶；●先副常后主茎、先非比例阳次积气分后弱微分闪投入想，再升小范乌围调冷整。串级桥控制烟系统具的工崇程整乱定方历法●一步慨法●表2-筛1副控井制器幕参数节经验叠设置互值；●按单快回路戚方法隶直接支整定疫主控张制器毅；主要寒整定筋主控桥制器窜，比惊两步品法简梁单、恒实用●观察嫁控制纷过程多，适所当调获整主扶控制辣器K值，仆或适萌当调酒整副哭控制慌器的故参数串级经控制流系统2.画1概述2.恼2串级也控制踢系统俘的实遥施2.线3串级董控制记系统桥的投胶运和摆整定2.喘4串级朵控制部系统登的特播点2.涨5串级棉系统枣副回橡路的医设计第2章教学绕进程系统处方块宿图的馋比较套，串异级系骡统和榆单回资路系羊统，匪可见障串级服系统芹的特拆点:①多了斤一个酒副回社路；符②问多了非一个善控制君器。2.压4串级品控制由系统占的特迈点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.欠4串级利控制革系统馒的特温点（1）副是回路剖的存五在，望改善赏了对坚象特节性，义提高考了系心统工嗓作频抬率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.障4串级浑控制兄系统希的特也点比较气可知隶，串形级系甚统的剧等效留副对飞象的恐放大取倍数嚷和时晴间常械数都榨比原包副对谨象的岂要小结论2.灾4串级岔控制纠系统分的特稀点（2）串泥级控衣制系忘统具永有较锈强的防抗干最扰能炼力串级柔系统锤的内炸环具贩有快辞速作认用，驾能有资效地戏克服金二次隶扰动稼的影燃响。在二表次干妥扰下似，被螺控量菠受二爱次干替扰的汗影响,串级电系统比单恼回路品系统缸要减芳小10－10诱0倍。特别各是干买扰出动现在臂副环瓣内的甲时候缝，相妹当于装两个翻控制办器进崭行控制杰，副骄“粗欧调”易，主堂“细矛调”孩，副寒环起驱到超尖前调却节的讨作用据统布计，痰当干绢扰作毒用于滨副环孤时，臣控制堡质量银可提禾高10准—1绢00倍，干扰屑作用论于主刊环时算，也落可提披高2—液5倍例：卸精馏盟塔提迷馏段掌温度蛇控制煎系统1）副尼环干丑扰2）主棍环干匆扰2.席4串级委控制嫩系统序的特粘点（2）串界级控喇制系妈统具缩慧有较拨强的患抗干间扰能喇力2.月4串级较控制醋系统葬的特灭点（3）串燃级系订统具络有一摸定的割自适即应能桑力自适怖应问益题：控制膜器的城参数惠往往腿是根房诚据一狱定的粱控制饼对象设置返的，序当直控制秃对象亩特性译发生独变化除时（恩非线粪性特并性，操作宿条件务变化幕、负网荷村变化埋），伯原来浅好的将控制伟器参渠数就变得梁不好闹了（苗不适线应了洋）串级嚼系统呀中，随副控劝制系闻统是刷随动塑系统喇，主酱控制怖器可谋根据操作炼条件妈的变框化，坟不断正修改糠副控画制器锋的给山定值——以适裤应操爽作条苍件和挑负荷伯变化叶。2.足4串级铅控制符系统洋的特动点（3）串净级系月统具更有一陶定的由自适耀应能银力副回腐路具根有一炮定的忠自适用应能靠力，牧不受歉主回匀路系揪统负贪荷影说响副回搁路是尿个随禾动系院统，病快速候跟踪咳的能信力串级窜系统婆的缺墙点：仪深表多趋，投誉运和号整定健都比斜单回割路复孟杂工程元上，依宜简麻不宜扇繁串级饲控制健系统2.易1概述2.强2串级梳控制则系统少的实扯施2.节3串级屯控制刘系统蝴的投追运和影整定2.邪4串级穷控制柿系统欠的特历点2.睁5串级酿系统烫副回浆路的沃设计实验茂：串台级控阿制系贩统连郊接、议投运腔和整弊定、主、染副环台抗干由扰能评力比唉较、愿质量患研究第2章教学圆进程2.惧5串级底系统央副回速路的绞设计串级顽系统恳的关酿键在竭于副环念的设弦计设计童合理怖，能课有效爹发挥奖串级靠系统浴的优钻势设计勾不合宣理，间失去谨了串很级的胡意义运，而返使控千制系姻统复丸杂化关键活：对领工艺任进行面细致喂的分再析包含哥有两英方面跃的内之容:1)主参刻数的抬确定2)副参赢数的苦确定2.脖5串级斧系统网副回拆路的注设计设计宵原则●（1）位使副悄环包袜含系躬统的尸主要材干扰副环让具有激快速将抗干计扰的哄能力（2）钳使副乒环包能含更肉多的捞干扰系统辅干扰枪较多抚且难茅于分鄙出主音要干亡扰2.祝5串级凝系统迟副回盲路的舒设计例1加热西炉出扭口温拜度控惰制系悄统PCTCA）炉李出口丽温度廊与燃伪料压刊力串格级方诞案燃料公压力哨波动2.剃5串级暮系统矛副回锁路的老设计例1加热杠炉出精口温隐度控贤制系国统B）炉宾出口繁温度治与炉句膛温森度串映级方炒案燃料娃组成社波动TC2TC12.猴5串级