26第六章3-比值及其他.ppt

第六章 复杂控制系统,6.1 串级控制系统 6.2 前馈控制系统 6.3 比值控制系统 6.4 均匀控制系统 6.5 选择性控制系统 6.6 分程控制系统 6.7 阀位控制系统,6.3 比值控制 Ratio Control 书158页,在化工生产中，经常需要几种物料按比例混合或参与反应。例如： 合成氨厂变换工段煤气与蒸气需按 1：1.1 1.4的比例进入混合炉； 重油汽化造气过程中，重油与氧量要求成比例; 锅炉燃料的风、煤比等。 这种让两个或多个参量（通常是流量）自动地保持一定比例关系 的控制称作比值控制。它是前馈控制的一个特例。 比值控制系统通常可以分为两类： 一、定值比值控制系统： 开环比值控制系统 单闭环比值控制系统、 双闭环比值控制系统 二、变比值控制系统。,开环比值控制 R=u/d,比较测定的Rm和想要的比值Rd，比值控制器对偏差（ Rd Rm）进行PI运算。,单闭环比值控制系统,双闭环比值控制,单闭环比值控制举例,主副流量比值精确,结构简单，实施方便,单闭环比值控制系统的优点,双闭环比值控制方块图,变比值控制系统方块图,变比值控制系统举例,均匀控制是对某些生产过程中，尤其是石油化工生产过程 中，统筹兼顾液位（或压力）与流量的控制。 在连续生产过程中，前一 设备的出料是后一 设备的进 料，而后一设备的出料又是下一 设备的进料，前后设备之间的 操作联系密切。为使这些串联的塔（或设备）运行正常，各个塔 都要求进料稳定，塔釜液位稳定。因此，在这类过程中，应统筹 兼顾，不能只考虑单个塔（或设备）的要求来设置控制系统。 严格来说，均匀控制是一种控制思想， 而不是控制系统结构的变化 。,6.4 均匀控制 书132页,例：相互冲突的控制系统,均匀控制的过渡过程,需要进行控制目标的调整,简单的均匀控制系统例1,简单的均匀控制系统例2,串级均匀控制系统例1,串级均匀控制系统例2,串级均匀控制系统例3,串级均匀控制系统方框图,双冲量均匀控制,双冲量均匀控制是以液位和流量两信号之差 （或和）为被控变量组成的均匀控制系统。 系统在本质上是为了工艺物料平衡关系， 解决供求矛盾问题的。,双冲量均匀控制举例,Po=PL-PF +PS+c Po-加法器输出 气压信号 PL-液位测量信号 PF-流量测量信号 PS -定值器信号 c -加法器可调 偏置,均匀控制小结,一 均匀控制的目的和特点 目的：均匀控制通常对流量和液位两个参数统筹兼顾。 特点：1、两个参数在调节过程中都应变化，且变化缓慢 2、前后互相联系又矛盾的两个参数应保持在允许 的范围内波动 二、均匀控制的几种方案 1、单回路均匀控制 2、串级式均匀控制 3、双冲量均匀控制,一般来说，凡是在控制回路中引入选择器的系统都可称为选择性控制系统。 这里着重介绍 “超驰”控制和 其它选择性控制： 用于被控变量测量值的选择 用于“多种物料的逻辑切换”选择性控制,6.5 选择性控制/超驰控制 书142页,1、超驰控制,从整个生产流程控制的角度，所有控制系统可分为三类： 1、物料平衡（或能量平衡）控制 2、质量控制 3、极限控制。 用于设备软保护的一类选择性控制又称为“超驰”控制系统它属于 极限控制一类。它们一般是从生产安全角度提出来的。如要求温 度、压力、流量、液位等参数不能超限。 极限控制的特点： 在正常工况下，该参数不会超限，所以也不会考虑对它进行直接控制；在非正常工况下，该参数会达到极限值，这时又要求采取强有力的手段，避免超限。,超驰控制的由来,在生产中为预防超限一般采取两种办法 1、硬保护：参数达到第一极限时报警设法排除故障若没有 及时排除故障，参数值会达到更严重的第二极限， 经连锁装置动作，自动停车。这种做法称硬保护。 2、软保护：参数达到极限时报警设法排除故障在这同时， 改变操作方式，按使该参数脱离极限值为主要控制 目标进行控制，以防该参数进一步超限。这种操作 方式一般会使原有控制质量降低，但能维持生产继续 运转，避免了停车。这种做法称软保护。 超驰控制就是为了实现软保护而设计的控制系统。,液氨蒸发器超驰控制方案 正常生产情况 考虑极限条件,液氨蒸发器超驰控制方框图,2、用于被控变量测量值选择的选择性控制,例1、固定床反应器中热点温度的控制。 热点温度（即最高点温度）的位置可能会随催化剂的老化、变质和流动等原因而有所移动。反应器各处温度都应参加比较，择其高者用于温度控制。 书144页,3、用于“多种物料的逻辑切换”选择性控制 书144页图640,一般来说，一台控制器的输出仅操纵一只控制阀。若一台 控制器去操纵几只阀门，并且是按照输出信号的不同区间操作 不同阀门的，这种控制方式习惯上称为分程控制。换句话说， 分程控制是一台控制器分段（即“分程”）控制几个操作变量。 设计分程控制有两方面的目的： 1、扩大控制阀的可调范围，以改善控制系统的品质。 2、满足工艺上操作的特殊要求。如节能、维持安全生产的补充手段、有不灵敏区的分程控制。,6.6 分程控制,一台控制器操纵一只控制阀,分程控制原理示意图,一台控制器操纵A、B两个阀门。 借助于每个控制阀上的阀门定位器 A阀：控制器输出为 0.02-0.06MPa时， 作全程动作。即阀门定位器输出为 0.02-0.1MPa B阀：控制器输出为 0.06-0.1MPa时， 作全程动作。即阀门定位器输出为 0.02-0.1MPa 即输出信号小于0.06MPa时，A阀动作。 输出信号大于0.06MPa时，B阀动作。 阀的开、闭形式可分同向和异向两种。,分程控制系统方块图,控制阀同向及异向动作示意图,1、用于扩大控制阀的可调范围,控制阀重要静态指标阀的可调范围 R R=Cmax/Cmin C为流量系数、流量单位 一般国产柱塞型阀固有可调范围为30 在极少数场合，可调范围要求特大。如 废水处理中的pH 值控制需要的可调范 围会超过1000,两只线性阀组成的分程系统,2、用于节能的分程控制,间歇聚合反应器 的控制 当配置好反应物料 后，开始需经历加热 升温过程，以引发反 应；待反应开始后， 由于放出大量反应 热，若不及时移走热 量，会使反应越来越 剧烈，温度越来越高 引起事故。所以还得 经历降温（或保温） 移走热量的过程。,用于节能的设计思路,1、确定阀的气开、气关型式： 蒸汽阀选择气开式;冷水阀选择气关式. 2、根据节能要求，决定分程区间。 蒸汽阀分程区间在高信号区; 冷水阀分程区间在低信号区,例、满足生产过程不同阶段需要 间歇反应器温度分程控制方式,3、预防出现爆炸危险交替使用不同的控制方式,储罐氮封分程 在炼油厂或石油化工厂，有许多储罐存放各种油品或化工产品。这些储罐建造在室外，为使这些油品或产品不与空气中的氧气接触被氧化变质，或引起爆炸危险，常采用罐顶冲氮气的办法，使与外界空气隔绝。,控制阀分程动作关系,6.7 阀位控制（VPC）系统,如果说可以把选择性控制系统看成是被控变量的选择， 而阀位控制系统则可以看成是对操作变量的选择。 问题的提出： 在生产上存在这种情况，有两个（或多个）操作变量均能影响 同一个被控变量，但具有良好动态性能的操作变量，其静态性能 （指工艺上的某些性能）却是低劣的。因而从提高被控变量控制 品质的角度应采用使动态性能好的变量，但从稳态优化的角度却 是不合适的。因此，为了协调矛盾，可采用包括阀位控制系统在 内的复合控制系统。 换句话说，为协调动态性能和稳态优化而对操作变量的不同 选择称为阀位控制系统或复合控制系统。,例、油加热炉温度复合系统,被控变量：出口温度 影响出口温度的操作变量： 2个 一个是 物料旁路阀：VA 另一个是 燃料阀：VB 从动态上分析采用旁路阀VA 控制，因调节通道滞后小， 控制及时。如果仅考虑控制 品质则只需要控制VA。 然而从节能的角度考虑却 不合理。因为冷热不同的流 体混合是不可逆过程。会造 成火用损失，应全关VA。,油加热炉温度复合系统的特点,主回路：温度变送器、温度控制器、和VA，具有良好动态品质。 副回路：VA阀位信号为被控变量、阀位控制器（VPC）和VB。 VPC设定值：对应VA较小开度(如10)。 VPC参数整定：采用大比例带和大积分时间，使其具有缓慢动作 即动态时VB动作缓慢。 当系统稳定时，能保证控制阀VA较小开度 (如10)。,复合系统方块图,反应釜温度复合控制,低压蒸气总管压力复合控制,阀位控制与分程控制的比较,一台控制器去操纵几只阀门，并且是按照输出信号的不同 区间操作不同阀门的，这种控制方式习惯上称为分程控制。 从结构上看，分程控制和阀位控制都是具有多个操作 变量和单个被控变量的过程。 分程控制要求各个操作变量交替工作；而阀位控制是 要求被选作辅助变量的阀位在稳态时处于某个较小（或较 大）值上，以满足另外指标优化的要求。,