过程控制系统7与8

过程控制系统

第一章

绪论

第二章

被控过程的数学模型

第三章

单回路控制系统设计

第四章

串级控制系统

第五章

前馈及复合控制系统

第六章

时间滞后控制系统

第七章

其它过程控制系统23

4

第八章

过程控制中的计算机应用2

3第七章实现特殊要求2

3

4

的过程控制系统§7-1比值控制系统

在现代工业生产过程中，要求两种或多种物料流量成一定比例关系；一旦比例失调，会影响生产的正常进行，影响产品质量，浪费动力，造成环境污染，甚至产生生产事故。如：燃烧过程中，往往要求燃料量与空气量需按一定比例混合后送入炉膛。制药生产中要求药物和注入剂按比例混合。

一、概述1、方法的产生1998。9。212、比值控制的含义凡是两个或多个变量自动维持一定比值关系的过程控制系统，统称为比值控制系统。3、变量及关系

主动量---起主导作用而又不可控的物料流量；从动量---跟随主动量而变化的物料流量；比例系数:K=Q1/

Q2

造纸过程中为保证纸浆浓度，要求自动控制纸浆量和水量比例。

水泥配料系统……1、系统组成:如下图所示。

二、比值控制系统的类型(一)、开环比值控制比值控制系统可以通过保持物料的流量比来保证最终质量保持流量比只是一种控制手段，保持最终质量才是控制目的因此比值控制算是一种前馈控制比值控制系统是一种流量随动系统，参数整定简单本质分析：

简单、成本低；

只有当Q1变化时才起控制作用；

Q2变化时Q1不会响应，比例关系被破坏。

3、适用场合副流量没有干扰的情况。

2、系统组成：如下图所示。1、特点:能克服开环比值方案的不足。2、特点(二)、单闭环比值控制3、工作过程

稳定状态下……主流量变化时……副变量由于干扰而变化时……

请大家指出哪个是主流量，哪个是副流量？1998。9。217-3丁烯洗涤塔进料量与洗涤水量的比值控制系统

如右图所示。4、应用实例:1998。9。21

优点：不但能实现流量的副量跟主量变化，而且能克服副流量干扰等。缺点：主流量不受控。6、应用场合在负荷变化不太大的场合得到广泛应用。5、优缺点能克服单闭环主流量不受控的不足。1、特点2、系统组成：如下图所示。(三)、双闭环比值控制7-4a)双闭环比值控制给定(随动值)设定值(定值)相当于静态前馈-串级控制系统1998。9。21

常用在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。3、另一优点：升降负荷比较方便。4、适用场合5、应用实例：如图。设定值

在有些生产过程中，要求两种物料流量的比值随第三个变量的变化而变化。

为了满足上述生产工艺要求，开发并应用变比值控制。(四)、变比值控制1、方法的产生2、系统结构：如下图所示。分析：当系统中出现除流量干扰外的其他干扰引起主参数y变化时，通过主回路来修改主控制器的输出（即两流量的比值）出现在Q1的干扰，因为副回路的快速性Q2=rQ1，仍能使y稳定（起静态前馈的作用）出现在Q1的干扰，可以通过自身的控制回路来克服相当于静态前馈-串级控制系统3、变比值控制的含义

比值只是一种手段，不是最终目的，而第三变量Y(s)往往是产品质量指标。

变比值控制系统是一个以第三个变量为主变量(质量指标)、以两个流量比为副变量的串级控制系统。4、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……5、该法特点7-7氧化炉温度与氨气/空气串级比值控制系统6、应用实例：见以下两图。§7-2均匀控制系统

在连续生产过程中，一个装置或设备往往与前后的装置或设备紧密地联想着，前一装置或设备的出料量是后一装置或设备的进料量，而后一装置或设备的出料量又输送给其他的装置或设备。例如石油裂解气分离工艺，前后共串联了八个塔。前后有物料联系的精馏塔，前塔的液位与后塔的进料量的稳定要求会发生矛盾，如下图所示。

一、均匀控制的用途及特点1、问题的提出

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。

两塔之间增设缓冲器(不适宜)。采用均匀控制系统(上策)。3、均匀控制的含义2、解决办法1998。9。214、均匀控制的特点

表征前后供求矛盾的两个参数都是变化的，变化是缓慢的，是在允许范围内波动的。参见下图。

前塔的液位变化不能超过规定的上、下限。后塔的进料量也不能超过最大和最小处理量。

非均匀控制二、均匀控制系统的结构方案

1、方案示例：如下图(一)、简单均匀控制去下一精馏塔5、适用场合

2、与液位定值控制相比

通常适用于扰动较小、对流量的均匀程度要求较低的场合。

比例作用是基本的；不能引入微分；积分是否引入视情况而定。

系统的结构和所使用的仪表是完全一样的，但控制目的不同。3、对控制参数应做适当选择4、特点简单均匀控制系统的最大优点是结构简单、操作方便、成本低；但控制效果差。(二)、串级

均匀控制1、组成结构：

为了克服调节阀前后压力波动和被控过程的自衡特性对流量的影响，设计以流量为副变量的流量控制副回路，如右图所示。2、与典型串级的异同

不能加微分作用；液位宜采用PI规律；流量一般用P规律。

串级均匀控制系统能克服控制阀前后压力较大的扰动，使主、副变量变化均匀缓慢平稳，控制质量较高。

结构方案相同，目的不同；均匀串级控制的目的是使液位与流量均匀协调。3、控制过程

设干扰使1#塔液位上升…设2#塔因塔压变化使其入料量发生变化…4、控制作用选择(十分重要)5、特点(三)、双冲量均匀控制

所谓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均匀控制系统。

图中PO=PH-PQ+Pr+C

1、含义2、应用示例：见下图。3、一般方块图：如下图所示。1、问题的提出

控制中往往会出现一些随机的特殊要求，如在故障情况下能保证安全生产；发出报警后改由人工操作或联锁保护不是最佳办法。

2、对选择性控制的要求

故障时自动起保护作用而又不停车--是一种取代控制系统。

§7-3选择性控制系统一、基本概念二、选择性控制系统的类型(一)、对被控参数的选择性控制系统

控制参数一个，被控参数却有温度和液位两个。

b)图增设了液面超限控制系统。

对比方案(二)、对控制参数的选择性控制系统

一般选择性控制方案如图4-58所示。

被控参数（量）只有一个，而控制参数（操纵量）却有两个。

多种燃料选择性控制方案如图7-17.三、应用举例

多阀：一只控制器的输出信号去带动两个或两个以上的控制阀工作。分程：每一个控制阀仅在控制器输出信号整个范围的某段内工作。

控制阀同向动作：见下张图7-18。控制阀异向动作：见下张图7-19。§7-4分程控制系统

如有A、B两个控制阀；控制器输出信号压力为0.020.1MPa。

当控制信号<0.06MPa时，A阀动作，B阀不动；当控制信号>0.06MPa时，A阀动至极限，B阀才动,如下图7-18a)。一、分程控制的概念1、特点2、实现3、分类1、用于节能控制（上图）二、分程控制方案的应用3、保证生产过程的安全与稳定（下图）2、扩大控制阀的可调范围4、满足不同工况的控制要求第八章过程控制中的计算机应用

专用工业控制机与一般的计算机相比较，具有以下特点；

1、可靠性高：一般要求连续无故障运行时间达几千小时以上，同时平均故障时间要短(一次故障时间不超过几分钟)。

2、对计算机的速度和精度要求较低(相对而言)：因为工业生产过程往往是一个慢过程，而且提高速度的主要矛盾在于输入、输出设备。每秒几十万次的运算速度一般均能满足过程控制的要求。

3、输入、输出等外围设备较完善：除了常用的外围设备，还要有包括不同数度的I/O部件、记录、显示等设备。§8-1控制机的特点8.2

8.3

4、实时响应性要好：在某一限定时间内必须完成规定的处理任务。5、中断系统比较完善：一旦出现中断请求，就暂停执行现行的程序，而去执行中断请求的相应程序。

6、具有丰富的指令系统：尤其是逻辑判断指令和外围设备的控制指令。

7、有正确反映生产过程的数学模型(控制算法)：为了寻求生产过程中的最优工况，实现最优控制，必须建立正确反映生产过程规律的数学模型。(实现高级控制的前提。)

8、有比较完善的软件系统：操作系统、应用软件。

1998。9。21§8-2微机过程控制

系统的组成计算机过程控制系统的典型构成如下图所示。其基本硬件组成如下图所示。1、主机2、过程接口:输入、输出；模拟量、开关量。

3、外围设备：输入设备、输出设备、外存储器。

4、自动化仪表：过程通道必须通过自动化仪表才能和贝卡被控过程发生联系。

5、软件系统：程序设计