《過程控制系統(tǒng)與儀表》課件及教案,過程控制系統(tǒng)與儀表,過程,控制系統(tǒng),儀表,課件,教案 過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.6分程控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)在在分分程程控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)中中，一一個(gè)個(gè)控控制制器器的的輸輸出出信信號(hào)號(hào)被被分分割割成成幾幾個(gè)個(gè)行行程程段段，每每一一段段行行程程各各控控制制一一個(gè)個(gè)調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)閥閥，故故取名為分程控制系統(tǒng)。取名為分程控制系統(tǒng)。例例如如，一一個(gè)個(gè)控控制制器器的的輸輸出出信信號(hào)號(hào)分分程程控控制制兩兩個(gè)個(gè)調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)閥閥A和和B，A和和B的輸入信號(hào)各占一半行程。的輸入信號(hào)各占一半行程。q可調(diào)整閥門定可調(diào)整閥門定位器來縮小調(diào)節(jié)閥位器來縮小調(diào)節(jié)閥的輸入量程的輸入量程。CABMM過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.6.1分程控制系統(tǒng)工作原理及類型分程控制系統(tǒng)工作原理及類型1分程控制系統(tǒng)工作原理分程控制系統(tǒng)工作原理如某一間歇式生產(chǎn)的化學(xué)反應(yīng)過程中，每次投料如某一間歇式生產(chǎn)的化學(xué)反應(yīng)過程中，每次投料完畢后，需要先對(duì)其加熱引發(fā)化學(xué)反應(yīng)。完畢后，需要先對(duì)其加熱引發(fā)化學(xué)反應(yīng)。TT熱水熱水冷卻水冷卻水B TCA一一旦旦反反應(yīng)應(yīng)開開始始進(jìn)進(jìn)行行，就就會(huì)會(huì)持持續(xù)續(xù)產(chǎn)產(chǎn)生生大大量量的的反反應(yīng)應(yīng)熱熱，如如果果不不及及時(shí)時(shí)降降溫溫，物物料料溫溫度度會(huì)會(huì)越越來來越越高高，有有發(fā)發(fā)生生爆爆炸炸的的危危險(xiǎn)險(xiǎn)。因因此，必須降溫。此，必須降溫。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章為此，可設(shè)計(jì)以反應(yīng)器內(nèi)溫度為被控參數(shù)、以熱為此，可設(shè)計(jì)以反應(yīng)器內(nèi)溫度為被控參數(shù)、以熱水流量和冷卻水流量為控制變量的分程控制系統(tǒng)，調(diào)水流量和冷卻水流量為控制變量的分程控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)閥節(jié)閥A、B分別控制冷卻水和熱水。分別控制冷卻水和熱水。為保證安全，為保證安全，熱水閥采用氣開熱水閥采用氣開式，冷水閥采用式，冷水閥采用氣關(guān)式，則溫度氣關(guān)式，則溫度調(diào)節(jié)器設(shè)為反作調(diào)節(jié)器設(shè)為反作用。用。TT熱水熱水冷卻水冷卻水B TCA反反反反正正過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章圖圖7.29 調(diào)節(jié)閥分程關(guān)系曲線調(diào)節(jié)閥分程關(guān)系曲線MPa0100%0.020.060.10A閥閥B閥閥 TT熱水熱水冷卻水冷卻水B TCA正正反反反反工作原理如下：工作原理如下：當(dāng)裝料完成、化學(xué)反應(yīng)開始前，溫度測(cè)量值小于當(dāng)裝料完成、化學(xué)反應(yīng)開始前，溫度測(cè)量值小于設(shè)定值。調(diào)節(jié)器設(shè)定值。調(diào)節(jié)器TC輸出氣壓大于輸出氣壓大于0.06MPa，A（冷水）（冷水）閥關(guān)閉，閥關(guān)閉，B（熱水）閥開啟，反應(yīng)器夾套中進(jìn)的熱水（熱水）閥開啟，反應(yīng)器夾套中進(jìn)的熱水使反應(yīng)物料溫度上升。使反應(yīng)物料溫度上升。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章反應(yīng)開始后，反應(yīng)物溫度逐漸升高，調(diào)節(jié)器輸出反應(yīng)開始后，反應(yīng)物溫度逐漸升高，調(diào)節(jié)器輸出逐漸下降，熱水閥逐漸關(guān)小；當(dāng)反應(yīng)物料溫度達(dá)到并逐漸下降，熱水閥逐漸關(guān)??；當(dāng)反應(yīng)物料溫度達(dá)到并高于設(shè)定值時(shí)，調(diào)節(jié)器輸出氣壓將小于高于設(shè)定值時(shí)，調(diào)節(jié)器輸出氣壓將小于0.06MPa，熱，熱水閥完全關(guān)閉，冷水閥逐漸打開，冷水進(jìn)入夾套將反水閥完全關(guān)閉，冷水閥逐漸打開，冷水進(jìn)入夾套將反應(yīng)熱帶走，使反應(yīng)物料溫度保持在設(shè)定值。應(yīng)熱帶走，使反應(yīng)物料溫度保持在設(shè)定值。圖圖7.29 調(diào)節(jié)閥分程關(guān)系曲線調(diào)節(jié)閥分程關(guān)系曲線MPa0100%0.020.060.10A閥閥B閥閥 TT熱水熱水冷卻水冷卻水B TCA正正反反反反過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章2分程控制系統(tǒng)的類型分程控制系統(tǒng)的類型按照調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式和分程信號(hào)區(qū)段按照調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式和分程信號(hào)區(qū)段不同，可分為以下兩種類型：不同，可分為以下兩種類型：調(diào)節(jié)閥同向動(dòng)作的分程控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥同向動(dòng)作的分程控制系統(tǒng)例：兩個(gè)調(diào)節(jié)閥同向動(dòng)作例：兩個(gè)調(diào)節(jié)閥同向動(dòng)作A、B均為正作用閥均為正作用閥A、B均為反作用閥均為反作用閥MPa0100%0.020.060.10A閥閥B閥閥MPa0100%0.020.060.10A閥閥B閥閥過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章MPa0100%0.020.060.10A閥閥B閥閥MPa0100%0.020.060.10A閥閥B閥閥調(diào)節(jié)閥異向動(dòng)作的分程控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥異向動(dòng)作的分程控制系統(tǒng)例：兩個(gè)調(diào)節(jié)閥異向動(dòng)作例：兩個(gè)調(diào)節(jié)閥異向動(dòng)作在在0.020.06MPa區(qū)區(qū)間，間，B閥全開、閥全開、A閥逐漸閥逐漸開大；在開大；在0.060.10MPa區(qū)間，區(qū)間，A閥全開、閥全開、B閥逐閥逐漸關(guān)小。漸關(guān)小。在在0.020.06MPa區(qū)區(qū)間，間，B閥全關(guān)、閥全關(guān)、A閥逐漸閥逐漸關(guān)小；在關(guān)??；在0.060.10MPa區(qū)間，區(qū)間，A閥全關(guān)、閥全關(guān)、B閥逐閥逐漸開大。漸開大。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章給定給定執(zhí)行器執(zhí)行器1對(duì)象對(duì)象變送器變送器控制器控制器干擾干擾執(zhí)行器執(zhí)行器27.6.2 分程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及工業(yè)應(yīng)用分程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及工業(yè)應(yīng)用分程控制系統(tǒng)本質(zhì)上屬于單回路控制系統(tǒng)。二者分程控制系統(tǒng)本質(zhì)上屬于單回路控制系統(tǒng)。二者的主要區(qū)別是：單回路控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器輸出控制一的主要區(qū)別是：單回路控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器輸出控制一個(gè)調(diào)節(jié)閥，分程控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器輸出控制多個(gè)調(diào)節(jié)個(gè)調(diào)節(jié)閥，分程控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器輸出控制多個(gè)調(diào)節(jié)閥。因此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)上有所不同。閥。因此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)上有所不同。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章 7.6.2.1 控制信號(hào)的分段控制信號(hào)的分段 在分程控制中，調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)分段是由生產(chǎn)工在分程控制中，調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)分段是由生產(chǎn)工藝要求決定的。調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)需要分成幾段，哪一藝要求決定的。調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)需要分成幾段，哪一段信號(hào)控制哪一個(gè)調(diào)節(jié)閥，完全取決于工藝要求。段信號(hào)控制哪一個(gè)調(diào)節(jié)閥，完全取決于工藝要求。如在此例反應(yīng)如在此例反應(yīng)器溫度控制中，工器溫度控制中，工藝需要控制兩個(gè)調(diào)藝需要控制兩個(gè)調(diào)節(jié)閥。因此，調(diào)節(jié)節(jié)閥。因此，調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)需要分器輸出信號(hào)需要分成兩段。成兩段。TT熱水熱水冷卻水冷卻水B TCA反反反反正正過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章 TT熱水熱水冷卻水冷卻水B TCA反反反反正正 7.6.2.2 調(diào)節(jié)閥特性的選擇與應(yīng)注意的問題調(diào)節(jié)閥特性的選擇與應(yīng)注意的問題 1.根據(jù)工藝要求選擇同向或異向工作的調(diào)節(jié)閥根據(jù)工藝要求選擇同向或異向工作的調(diào)節(jié)閥 上例中，為保證安全，熱水閥采用氣開式，冷上例中，為保證安全，熱水閥采用氣開式，冷水閥采用氣關(guān)式。又因工藝要求一個(gè)閥打開時(shí)，另水閥采用氣關(guān)式。又因工藝要求一個(gè)閥打開時(shí)，另一個(gè)必須關(guān)閉。這就決定了兩個(gè)調(diào)節(jié)閥異向工作，一個(gè)必須關(guān)閉。這就決定了兩個(gè)調(diào)節(jié)閥異向工作，兩個(gè)閥的特性組合應(yīng)是：兩個(gè)閥的特性組合應(yīng)是：MPa0100%0.020.060.10A閥閥B閥閥過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章2.流量特性的平滑銜接流量特性的平滑銜接兩個(gè)同向特性的調(diào)節(jié)閥并聯(lián)分程控制一種介質(zhì)的兩個(gè)同向特性的調(diào)節(jié)閥并聯(lián)分程控制一種介質(zhì)的流量時(shí)，總流量特性是兩個(gè)閥流量特性的疊加組合。流量時(shí)，總流量特性是兩個(gè)閥流量特性的疊加組合。如圖為蒸汽壓力減壓系統(tǒng)。小負(fù)荷時(shí)只有如圖為蒸汽壓力減壓系統(tǒng)。小負(fù)荷時(shí)只有A閥控閥控制、制、B閥不開；負(fù)荷較大時(shí)閥不開；負(fù)荷較大時(shí)A閥全開、閥全開、B閥控制。閥控制。PTMPa0100%0.020.060.10A閥閥B閥閥過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章如果兩個(gè)調(diào)節(jié)閥的增益差距較大，組合后的總流如果兩個(gè)調(diào)節(jié)閥的增益差距較大，組合后的總流量特性有突變點(diǎn)，會(huì)影響調(diào)節(jié)品質(zhì)。量特性有突變點(diǎn)，會(huì)影響調(diào)節(jié)品質(zhì)。P（MPa）（a）二閥特性比較接近）二閥特性比較接近0流量流量 Q（%）1000.020.060.1045（b）二閥特性差距較大）二閥特性差距較大01000.020.060.1045P（MPa）流量流量 Q（%）如果兩個(gè)調(diào)節(jié)閥都用直線特性，組合后的總流量如果兩個(gè)調(diào)節(jié)閥都用直線特性，組合后的總流量特性有下列兩種情況：特性有下列兩種情況：過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章（a）分程信號(hào)不重疊）分程信號(hào)不重疊P（MPa）流量流量 Q（%）01000.020.060.10如果調(diào)節(jié)閥是對(duì)數(shù)流量特性，其總流量特性銜接如果調(diào)節(jié)閥是對(duì)數(shù)流量特性，其總流量特性銜接處必有突變點(diǎn)。處必有突變點(diǎn)?？梢酝ㄟ^兩個(gè)調(diào)節(jié)閥分程信號(hào)部分重疊的辦法，可以通過兩個(gè)調(diào)節(jié)閥分程信號(hào)部分重疊的辦法，使調(diào)節(jié)閥流量特性實(shí)現(xiàn)平滑過渡。即將兩個(gè)閥的工作使調(diào)節(jié)閥流量特性實(shí)現(xiàn)平滑過渡。即將兩個(gè)閥的工作范圍擴(kuò)大，形成一段重疊區(qū)。范圍擴(kuò)大，形成一段重疊區(qū)。（b）分程信號(hào)重疊）分程信號(hào)重疊P（MPa）01000.020.060.10流量流量 Q（%）過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章3.調(diào)節(jié)閥的泄漏量調(diào)節(jié)閥的泄漏量 在分程控制中，調(diào)節(jié)閥的泄漏量太大會(huì)影響控制在分程控制中，調(diào)節(jié)閥的泄漏量太大會(huì)影響控制質(zhì)量。尤其當(dāng)大、小閥并聯(lián)工作時(shí)，若大閥的泄漏量質(zhì)量。尤其當(dāng)大、小閥并聯(lián)工作時(shí)，若大閥的泄漏量接近或大于小閥的正常的調(diào)節(jié)量，則小閥的調(diào)節(jié)能力接近或大于小閥的正常的調(diào)節(jié)量，則小閥的調(diào)節(jié)能力大大降低。大大降低。因?yàn)榇箝y的泄漏量因?yàn)榇箝y的泄漏量相當(dāng)于存在一個(gè)不受控相當(dāng)于存在一個(gè)不受控制的旁路管道，所以要制的旁路管道，所以要求大閥的泄漏量很小。求大閥的泄漏量很小。PT過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章 7.6.2.3 分程控制的實(shí)現(xiàn)分程控制的實(shí)現(xiàn) 分程控制要求調(diào)節(jié)閥的輸入量程進(jìn)行壓縮。通分程控制要求調(diào)節(jié)閥的輸入量程進(jìn)行壓縮。通過調(diào)整閥門定位器的輸入信號(hào)零點(diǎn)和量程，使調(diào)節(jié)過調(diào)整閥門定位器的輸入信號(hào)零點(diǎn)和量程，使調(diào)節(jié)閥在規(guī)定的信號(hào)區(qū)段作全行程動(dòng)作。閥在規(guī)定的信號(hào)區(qū)段作全行程動(dòng)作。（b）分程信號(hào)重疊）分程信號(hào)重疊P（MPa）01000.020.060.10流量流量 Q（%）例如，使調(diào)節(jié)閥例如，使調(diào)節(jié)閥A在在0.020.07MPa范圍內(nèi)作全范圍內(nèi)作全行程動(dòng)作；使調(diào)節(jié)閥行程動(dòng)作；使調(diào)節(jié)閥B在在0.050.10MPa范圍內(nèi)作全范圍內(nèi)作全行程動(dòng)作。行程動(dòng)作。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.6.2.4 分程控制系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用分程控制系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用分程控制系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用廣泛，介紹應(yīng)用比較多分程控制系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用廣泛，介紹應(yīng)用比較多的兩種形式：的兩種形式：1、用于擴(kuò)大調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍、用于擴(kuò)大調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍有的生產(chǎn)工藝要求控制的流量變化范圍較大，但有的生產(chǎn)工藝要求控制的流量變化范圍較大，但是調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍是有限的（國產(chǎn)統(tǒng)一設(shè)計(jì)柱塞調(diào)是調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍是有限的（國產(chǎn)統(tǒng)一設(shè)計(jì)柱塞調(diào)節(jié)閥可調(diào)范圍節(jié)閥可調(diào)范圍R30）。）。若采用一個(gè)調(diào)節(jié)閥，能夠控若采用一個(gè)調(diào)節(jié)閥，能夠控制的最大流量和最小流量相差不可能太懸殊，滿足不制的最大流量和最小流量相差不可能太懸殊，滿足不了生產(chǎn)上流量大范圍變化的要求，這時(shí)可考慮采用兩了生產(chǎn)上流量大范圍變化的要求，這時(shí)可考慮采用兩個(gè)控制閥并聯(lián)的分程控制方案。個(gè)控制閥并聯(lián)的分程控制方案。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章例例 某廠蒸汽壓力減壓系統(tǒng)某廠蒸汽壓力減壓系統(tǒng)用用節(jié)節(jié)流流減減壓壓的的方方法法將將10MPa的的高高壓壓蒸蒸汽汽減減壓壓成成4MPa的中壓蒸汽。中壓蒸汽的使用量變化很大。的中壓蒸汽。中壓蒸汽的使用量變化很大。如如果果只只用用一一個(gè)個(gè)閥閥門門控控制制，只只能能選選擇擇大大口口徑徑閥閥。而而大口徑閥在小開度下工作時(shí)，控制效果變差。大口徑閥在小開度下工作時(shí)，控制效果變差。如如果果用用兩兩個(gè)個(gè)閥閥分分程程控控制制，小小負(fù)負(fù)荷荷時(shí)時(shí)只只開開小小閥閥，負(fù)負(fù)荷荷增增大大時(shí)時(shí)再再開開大大閥閥。則則兩兩個(gè)個(gè)調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)閥閥組組合合后，可調(diào)范圍擴(kuò)大。后，可調(diào)范圍擴(kuò)大。PT過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章設(shè)大小兩個(gè)調(diào)節(jié)閥的最大流通能力分別為：設(shè)大小兩個(gè)調(diào)節(jié)閥的最大流通能力分別為：CBmax=105 m3、CAmax=4.2m3；可調(diào)范圍均為；可調(diào)范圍均為 R=30則兩個(gè)閥的最小流通能力分別為：則兩個(gè)閥的最小流通能力分別為：CBmin=CBmax/R=105/30=3.5 m3CAmin=CAmax/R=4.2/30=0.14 m3兩個(gè)調(diào)節(jié)閥并聯(lián)使用時(shí)：兩個(gè)調(diào)節(jié)閥并聯(lián)使用時(shí)：最小流通能力為：最小流通能力為：Cmin=CAmin=0.14m3最大流通能力為：最大流通能力為：Cmax=CBmax+CAmax=107.2 m3可調(diào)范圍可調(diào)范圍R并并=Cmax /Cmin=107.2/0.14=780并聯(lián)使用后調(diào)并聯(lián)使用后調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍增大了節(jié)閥的可調(diào)范圍增大了26倍。倍。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章2.用于一個(gè)控制回路需要操縱多個(gè)控制變量用于一個(gè)控制回路需要操縱多個(gè)控制變量例如在工業(yè)廢液中和處理工藝中，需要根據(jù)廢例如在工業(yè)廢液中和處理工藝中，需要根據(jù)廢液的酸堿性（液的酸堿性（pH值），分別控制加酸量或加堿量。值），分別控制加酸量或加堿量。MPa0100%0.020.060.10酸閥酸閥堿閥堿閥 pHT反反反反正正廢液廢液 pHC正正堿液堿液酸液酸液中和液中和液過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.7 選擇性控制系統(tǒng)選擇性控制系統(tǒng)通通常常的的自自動(dòng)動(dòng)控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)是是在在正正常常生生產(chǎn)產(chǎn)狀狀態(tài)態(tài)下下對(duì)對(duì)某某參參數(shù)數(shù)進(jìn)進(jìn)行行穩(wěn)穩(wěn)定定性性控控制制，目目標(biāo)標(biāo)單單一一。一一旦旦生生產(chǎn)產(chǎn)出出現(xiàn)現(xiàn)非非正正常常狀狀態(tài)態(tài)，就就得得采采取取措措施施放放棄棄對(duì)對(duì)此此參參數(shù)數(shù)的的控控制制，否否則會(huì)發(fā)生事故。傳統(tǒng)的生產(chǎn)保護(hù)措施是硬保護(hù)。則會(huì)發(fā)生事故。傳統(tǒng)的生產(chǎn)保護(hù)措施是硬保護(hù)。例如鍋爐蒸汽壓力例如鍋爐蒸汽壓力的控制：設(shè)計(jì)單回路控的控制：設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)控制鍋爐輸出蒸制系統(tǒng)控制鍋爐輸出蒸汽壓力穩(wěn)定，即根據(jù)蒸汽壓力穩(wěn)定，即根據(jù)蒸汽出口壓力控制燃?xì)饬?。汽出口壓力控制燃?xì)饬俊Ｈ細(xì)馊細(xì)忮仩t給水鍋爐給水蒸汽蒸汽汽包汽包爐膛爐膛P1TP1C正正反反過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章硬保護(hù)就是對(duì)危險(xiǎn)硬保護(hù)就是對(duì)危險(xiǎn)參數(shù)設(shè)有監(jiān)測(cè)裝置，當(dāng)參數(shù)設(shè)有監(jiān)測(cè)裝置，當(dāng)此參數(shù)達(dá)到安全極限時(shí)，此參數(shù)達(dá)到安全極限時(shí)，通過專門設(shè)置的聯(lián)鎖保通過專門設(shè)置的聯(lián)鎖保護(hù)線路實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停車，護(hù)線路實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停車，排除險(xiǎn)情。排除險(xiǎn)情。燃?xì)馊細(xì)忮仩t給水鍋爐給水蒸汽蒸汽汽包汽包爐膛爐膛P1TP1C正正反反P2T如果蒸汽用量大幅度變化，單回路蒸汽壓力控如果蒸汽用量大幅度變化，單回路蒸汽壓力控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)，有可能會(huì)使燃?xì)忾y門開度大幅變化。制系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)，有可能會(huì)使燃?xì)忾y門開度大幅變化。但煤氣壓力過高會(huì)發(fā)生脫火，過低會(huì)發(fā)生熄火，都但煤氣壓力過高會(huì)發(fā)生脫火，過低會(huì)發(fā)生熄火，都是非正常生產(chǎn)狀態(tài)。是非正常生產(chǎn)狀態(tài)。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章燃?xì)馊細(xì)釶2C鍋爐給水鍋爐給水LS蒸汽蒸汽汽包汽包爐膛爐膛選擇器選擇器1P2TP1TP1C反反反反正正如果出現(xiàn)不正常狀況時(shí)生產(chǎn)不停，由保護(hù)性控制如果出現(xiàn)不正常狀況時(shí)生產(chǎn)不停，由保護(hù)性控制回路來排除險(xiǎn)情；生產(chǎn)恢復(fù)正常時(shí)再自動(dòng)切回穩(wěn)定性回路來排除險(xiǎn)情；生產(chǎn)恢復(fù)正常時(shí)再自動(dòng)切回穩(wěn)定性控制回路。這種保護(hù)稱為軟保護(hù)?？刂苹芈?。這種保護(hù)稱為軟保護(hù)。軟保護(hù)的實(shí)現(xiàn)，軟保護(hù)的實(shí)現(xiàn)，需要控制系統(tǒng)能對(duì)需要控制系統(tǒng)能對(duì)不同的生產(chǎn)狀態(tài)自不同的生產(chǎn)狀態(tài)自動(dòng)選擇不同的控制動(dòng)選擇不同的控制方案，可用選擇性方案，可用選擇性控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章選選擇擇性性控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)就就是是能能根根據(jù)據(jù)生生產(chǎn)產(chǎn)狀狀態(tài)態(tài)自自動(dòng)動(dòng)選選擇擇控控制制方方案案的的控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)。系系統(tǒng)統(tǒng)設(shè)設(shè)有有多多個(gè)個(gè)控控制制回回路路，由由選擇器根據(jù)設(shè)計(jì)的邏輯關(guān)系選通某個(gè)控制回路。選擇器根據(jù)設(shè)計(jì)的邏輯關(guān)系選通某個(gè)控制回路。燃?xì)馊細(xì)釶2C鍋爐給水鍋爐給水LS蒸汽蒸汽汽包汽包爐膛爐膛選擇器選擇器1P2TP1TP1C反反反反正正過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.7.1選擇性控制系統(tǒng)的類型選擇性控制系統(tǒng)的類型選擇性控制系統(tǒng)通過選擇器實(shí)現(xiàn)選擇功能。選擇選擇性控制系統(tǒng)通過選擇器實(shí)現(xiàn)選擇功能。選擇器可以接在調(diào)節(jié)器的輸出端，對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行選擇；器可以接在調(diào)節(jié)器的輸出端，對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行選擇；也可以接在變送器的輸出端，對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行選擇。也可以接在變送器的輸出端，對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行選擇。1.對(duì)調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)進(jìn)行選擇對(duì)調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)進(jìn)行選擇給定給定2變送器變送器2執(zhí)行器執(zhí)行器對(duì)象對(duì)象被控量被控量2給定給定1變送器變送器1控制器控制器1選擇器選擇器被控量被控量1干擾干擾控制器控制器2正?？刂普？刂迫〈刂迫〈刂七^程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章例例1 鍋爐蒸汽壓力的控制鍋爐蒸汽壓力的控制工藝要求鍋爐輸出蒸汽壓力穩(wěn)定。若用單回路工藝要求鍋爐輸出蒸汽壓力穩(wěn)定。若用單回路控制系統(tǒng)控制，則根據(jù)蒸汽出口壓力控制燃?xì)饬??？刂葡到y(tǒng)控制，則根據(jù)蒸汽出口壓力控制燃?xì)饬?。如果蒸汽用量如果蒸汽用量大幅度變化，蒸汽大幅度變化，蒸汽壓力控制系統(tǒng)會(huì)使壓力控制系統(tǒng)會(huì)使燃?xì)忾y門開度大幅燃?xì)忾y門開度大幅變化。但煤氣壓力變化。但煤氣壓力過高會(huì)發(fā)生脫火。過高會(huì)發(fā)生脫火。燃?xì)馊細(xì)忮仩t給水鍋爐給水蒸汽蒸汽汽包汽包爐膛爐膛P1TP1C正正反反過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章為防止產(chǎn)生脫火現(xiàn)象，增加一個(gè)燃?xì)飧邏罕Ｗo(hù)為防止產(chǎn)生脫火現(xiàn)象，增加一個(gè)燃?xì)飧邏罕Ｗo(hù)控制回路。用控制回路。用P2T測(cè)燃?xì)鈮毫?，測(cè)燃?xì)鈮毫Γ琍2C的設(shè)定值為燃?xì)獾脑O(shè)定值為燃?xì)鈮毫ι舷拗?，?dāng)燃?xì)鈮毫Φ陀谏舷拗禃r(shí)，壓力上限值，當(dāng)燃?xì)鈮毫Φ陀谏舷拗禃r(shí)，P2C輸出輸出高值信號(hào)；當(dāng)燃?xì)鈮毫Ω哂谏舷拗禃r(shí)，高值信號(hào)；當(dāng)燃?xì)鈮毫Ω哂谏舷拗禃r(shí)，P2C輸出低輸出低值信號(hào)。值信號(hào)。燃?xì)馊細(xì)釶2C鍋爐給水鍋爐給水LS蒸汽蒸汽汽包汽包爐膛爐膛選擇器選擇器1P2TP1TP1C反反反反正正用低選器選擇用低選器選擇兩個(gè)控制信號(hào)中低兩個(gè)控制信號(hào)中低的一個(gè)，作為閥門的一個(gè)，作為閥門的控制信號(hào)。的控制信號(hào)。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章正正常常控控制制時(shí)時(shí)，P2C輸輸出出高高值值，LS選選中中P1C輸輸出出。系系統(tǒng)統(tǒng)是是以以蒸蒸汽汽壓壓力力為為被被控控變變量量的的簡簡單單控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)。當(dāng)當(dāng)煤煤氣氣壓壓力力超超過過P2C給給定定值值時(shí)時(shí)，P2C輸輸出出低低值值，LS將將選選P2C作為輸出。作為輸出。系統(tǒng)處于燃系統(tǒng)處于燃?xì)鈮毫刂茣r(shí)，氣壓力控制時(shí)，蒸汽出口壓力控蒸汽出口壓力控制回路被燃?xì)鈮褐苹芈繁蝗細(xì)鈮毫Π踩Ｗo(hù)回路力安全保護(hù)回路取代。取代。燃?xì)馊細(xì)釶2C鍋爐給水鍋爐給水LS蒸汽蒸汽汽包汽包爐膛爐膛選擇器選擇器1P2TP1TP1C反反反反正正過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章燃?xì)馊細(xì)釶2C鍋爐給水鍋爐給水LS蒸汽蒸汽汽包汽包爐膛爐膛選擇器選擇器1P2TP1TP1C反反反反正正在在蒸蒸汽汽壓壓力力定定值值控控制制與與燃燃?xì)鈿飧吒邏簤鹤宰詣?dòng)動(dòng)保保護(hù)護(hù)的的選選擇擇控控制制過過程程中中，還還可可能能出出現(xiàn)現(xiàn)另另一一種種事事故故：如如果果因因蒸蒸汽汽負(fù)負(fù)荷荷很很低低，導(dǎo)導(dǎo)致致燃燃?xì)鈿饬髁髁苛窟^過低低，會(huì)會(huì)出出現(xiàn)現(xiàn)熄熄火火現(xiàn)現(xiàn)象象，也也必必須加以防止。須加以防止。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章為防止熄火，再增加一個(gè)燃?xì)獾蛪罕Ｗo(hù)控制回為防止熄火，再增加一個(gè)燃?xì)獾蛪罕Ｗo(hù)控制回路路。P3C的設(shè)定值為燃?xì)鈮毫ο孪拗?，?dāng)?shù)脑O(shè)定值為燃?xì)鈮毫ο孪拗担?dāng)P3T測(cè)出燃測(cè)出燃?xì)鈮毫Φ陀谙孪拗禃r(shí)，氣壓力低于下限值時(shí)，P3C輸出高值信號(hào)，被輸出高值信號(hào)，被HS選選中。正常情況下，中。正常情況下，P3C輸出值低，不會(huì)被輸出值低，不會(huì)被HS選中。選中。燃?xì)馊細(xì)釶2C鍋爐給水鍋爐給水LS蒸汽蒸汽汽包汽包爐膛爐膛HS選擇器選擇器1選擇器選擇器2P3TP3CP2TP1TP1C正正反反反反反反當(dāng)系統(tǒng)處于燃當(dāng)系統(tǒng)處于燃?xì)鈮毫ΡＷo(hù)控制期氣壓力保護(hù)控制期間，蒸汽出口壓力間，蒸汽出口壓力不能保證符合工藝不能保證符合工藝要求。要求。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章2對(duì)變送器輸出信號(hào)進(jìn)行選擇對(duì)變送器輸出信號(hào)進(jìn)行選擇控制系統(tǒng)的選擇器裝在控制器之前，對(duì)變送器輸控制系統(tǒng)的選擇器裝在控制器之前，對(duì)變送器輸出信號(hào)進(jìn)行選擇。用于幾個(gè)被控變量的給定值、控制出信號(hào)進(jìn)行選擇。用于幾個(gè)被控變量的給定值、控制規(guī)律都一樣的場(chǎng)合。規(guī)律都一樣的場(chǎng)合。給定給定變送器變送器2執(zhí)行器執(zhí)行器對(duì)象對(duì)象被控量被控量2變送器變送器1選擇器選擇器被控量被控量1干擾干擾 控制器控制器正?？刂普？刂七^程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章例例2 固定床反應(yīng)器中熱點(diǎn)溫度的控制固定床反應(yīng)器中熱點(diǎn)溫度的控制反應(yīng)器內(nèi)固定床上裝有催化劑以加速反應(yīng)，而反反應(yīng)器內(nèi)固定床上裝有催化劑以加速反應(yīng)，而反應(yīng)產(chǎn)生的熱量若不及時(shí)被冷卻液帶走，溫度過高會(huì)燒應(yīng)產(chǎn)生的熱量若不及時(shí)被冷卻液帶走，溫度過高會(huì)燒壞催化劑。因催化劑的老化、變質(zhì)和流動(dòng)等原因，固壞催化劑。因催化劑的老化、變質(zhì)和流動(dòng)等原因，固定床不同位置的溫度可能不同。定床不同位置的溫度可能不同。在不同位置分別在不同位置分別安裝溫度傳感器，由安裝溫度傳感器，由選擇器選出熱點(diǎn)溫度選擇器選出熱點(diǎn)溫度信號(hào)，送入控制器進(jìn)信號(hào)，送入控制器進(jìn)行控制。行控制。HS冷卻液冷卻液入料入料T1TTC反反T2TT3T反應(yīng)器反應(yīng)器產(chǎn)品產(chǎn)品反反過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章給定給定變送器變送器2執(zhí)行器執(zhí)行器對(duì)象對(duì)象3段段變送器變送器1選擇器選擇器被控量被控量1 控制器控制器對(duì)象對(duì)象2段段對(duì)象對(duì)象1段段變送器變送器1在此設(shè)備中，三在此設(shè)備中，三個(gè)被控溫度是一個(gè)對(duì)個(gè)被控溫度是一個(gè)對(duì)象中的三個(gè)點(diǎn)。因此，象中的三個(gè)點(diǎn)。因此，對(duì)象特性被分為串聯(lián)對(duì)象特性被分為串聯(lián)的三段。的三段。HS冷卻液冷卻液入料入料T1TTC反反T2TT3T反應(yīng)器反應(yīng)器產(chǎn)品產(chǎn)品反反過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.7.2選擇性控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則選擇性控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則選擇性控制系統(tǒng)是多個(gè)常規(guī)控制系統(tǒng)的組合。與選擇性控制系統(tǒng)是多個(gè)常規(guī)控制系統(tǒng)的組合。與常規(guī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)相比，主要不同點(diǎn)是選擇器的設(shè)常規(guī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)相比，主要不同點(diǎn)是選擇器的設(shè)計(jì)選型和調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的確定。計(jì)選型和調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的確定。1選擇器的選型選擇器的選型選擇器有高值選擇器選擇器有高值選擇器HS與低值選擇器與低值選擇器LS兩種。兩種。選擇器類型的確定，是根據(jù)執(zhí)行器的作用方向和選擇器類型的確定，是根據(jù)執(zhí)行器的作用方向和控制回路的切換條件決定的?？刂苹芈返那袚Q條件決定的。例例1 蒸汽壓力與燃?xì)鈮毫Φ淖詣?dòng)選擇控制蒸汽壓力與燃?xì)鈮毫Φ淖詣?dòng)選擇控制例例2 固定床反應(yīng)器中熱點(diǎn)溫度的控制固定床反應(yīng)器中熱點(diǎn)溫度的控制過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章燃?xì)馊細(xì)釶2C鍋爐給水鍋爐給水LS蒸汽蒸汽汽包汽包爐膛爐膛HS選擇器選擇器1選擇器選擇器2P3TP3CP2TP1TP1C正正反反反反反反例例1 蒸汽壓力與燃?xì)鈮毫Φ淖詣?dòng)選擇控制蒸汽壓力與燃?xì)鈮毫Φ淖詣?dòng)選擇控制由于燃?xì)忾y是正作用閥，防止燃?xì)鈮毫^高的選由于燃?xì)忾y是正作用閥，防止燃?xì)鈮毫^高的選擇器擇器1就應(yīng)當(dāng)是低選，防止燃?xì)鈮毫^低的選擇器就應(yīng)當(dāng)是低選，防止燃?xì)鈮毫^低的選擇器2就就應(yīng)當(dāng)是高選。應(yīng)當(dāng)是高選。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章LS冷卻液冷卻液入料入料T1TTC反反T2TT3T反應(yīng)器反應(yīng)器產(chǎn)品產(chǎn)品反反例例2 固定床反應(yīng)器中熱點(diǎn)溫度的控制固定床反應(yīng)器中熱點(diǎn)溫度的控制控制思路就是按最高點(diǎn)溫度控制，所有的點(diǎn)的控制思路就是按最高點(diǎn)溫度控制，所有的點(diǎn)的溫度都不會(huì)超標(biāo)，所以用高選器。溫度都不會(huì)超標(biāo)，所以用高選器。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章2調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的確定調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的確定對(duì)于正常工況下運(yùn)行的調(diào)節(jié)器，由于有較高的控對(duì)于正常工況下運(yùn)行的調(diào)節(jié)器，由于有較高的控制精度要求，可用制精度要求，可用PI調(diào)節(jié)或調(diào)節(jié)或PID調(diào)節(jié)；對(duì)于取代調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)；對(duì)于取代調(diào)節(jié)器，一般只要求其迅速發(fā)揮保護(hù)作用，可用器，一般只要求其迅速發(fā)揮保護(hù)作用，可用P調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)。燃?xì)馊細(xì)釶2C鍋爐給水鍋爐給水LS蒸汽蒸汽汽包汽包爐膛爐膛HS選擇器選擇器1選擇器選擇器2P3TP3CP2TP1TP1C正正PPPID過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章3調(diào)節(jié)器參數(shù)整定調(diào)節(jié)器參數(shù)整定對(duì)于正常工況調(diào)節(jié)器，其整定方法與常規(guī)控制系對(duì)于正常工況調(diào)節(jié)器，其整定方法與常規(guī)控制系統(tǒng)相同。對(duì)于取代調(diào)節(jié)器，要求能及時(shí)進(jìn)行保護(hù)，其統(tǒng)相同。對(duì)于取代調(diào)節(jié)器，要求能及時(shí)進(jìn)行保護(hù)，其比例度比例度P應(yīng)整定得小一些。應(yīng)整定得小一些。燃?xì)馊細(xì)釶2C鍋爐給水鍋爐給水LS蒸汽蒸汽汽包汽包爐膛爐膛HS選擇器選擇器1選擇器選擇器2P3TP3CP2TP1TP1C正正PPPID過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章4選擇性控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器抗積分飽和選擇性控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器抗積分飽和選擇性控制系統(tǒng)運(yùn)行中，無論在正常工況下，還選擇性控制系統(tǒng)運(yùn)行中，無論在正常工況下，還是在異常工況下，總是有調(diào)節(jié)器處于開環(huán)待命狀態(tài)。是在異常工況下，總是有調(diào)節(jié)器處于開環(huán)待命狀態(tài)。如果調(diào)節(jié)器使用了積分作用，當(dāng)其處于開環(huán)待命如果調(diào)節(jié)器使用了積分作用，當(dāng)其處于開環(huán)待命狀態(tài)時(shí)，偏差輸入信號(hào)一直存在。狀態(tài)時(shí)，偏差輸入信號(hào)一直存在。那么積分作用將使那么積分作用將使控制器的輸出不斷增加控制器的輸出不斷增加或減小，一直達(dá)到輸出或減小，一直達(dá)到輸出的極限值為止，這種現(xiàn)的極限值為止，這種現(xiàn)象稱之為象稱之為“積分飽和積分飽和”。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章q當(dāng)當(dāng)積積分分電電路路處處于于積積分分飽飽和和狀狀態(tài)態(tài)時(shí)時(shí)，它它的的輸輸出出將將達(dá)達(dá)到到最最大大或或最最小小的的極極限限值值，積積分分運(yùn)運(yùn)放放正正負(fù)負(fù)輸輸入入端端電電位位不不再相等：再相等：V=Vo2;V=VB此此時(shí)時(shí)若若切切回回控控制制器器，要要讓讓其其重重新新發(fā)發(fā)揮揮作作用用，必必須須等等它它退退出出飽飽和和區(qū)區(qū)，使使輸輸出出慢慢慢慢返返回回到到執(zhí)執(zhí)行行器器的的有有效效輸輸入范圍。入范圍。這這種種控控制制的的不不及及時(shí)時(shí)，有有時(shí)時(shí)會(huì)會(huì)給給系系統(tǒng)統(tǒng)帶帶來來嚴(yán)嚴(yán)重重的的后后果果，因因而而必必須須設(shè)設(shè)法法防止。防止。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章q抗積分飽和措施抗積分飽和措施抗抗積積分分飽飽和和是是調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)器器的的一一個(gè)個(gè)附附加加功功能能，可可供供用用戶戶選擇。在儀表中采用的方法有：選擇。在儀表中采用的方法有：（1）PI-P法法用監(jiān)測(cè)電路監(jiān)測(cè)積分電容用監(jiān)測(cè)電路監(jiān)測(cè)積分電容CM兩端電壓。兩端電壓。當(dāng)當(dāng)其其接接近近飽飽和和電電壓壓時(shí)時(shí)，給給CM兩兩端端接接通通一一個(gè)個(gè)并并聯(lián)聯(lián)電電阻阻，將將積積分分電電路路改改為為比比例電路。例電路。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章（2）積分切除法）積分切除法 當(dāng)當(dāng)控控制制器器未未被被選選中中處處于于開開環(huán)環(huán)工工作作狀狀態(tài)態(tài)時(shí)時(shí)，控控制制儀儀表表內(nèi)內(nèi)部部電電路路自自動(dòng)動(dòng)切切換換到到比比例例電電路路，或或數(shù)數(shù)字字控控制制算算法法改改為比例算法。為比例算法。限幅電路限幅電路（3）限幅法）限幅法 通過設(shè)置限幅通過設(shè)置限幅電路，對(duì)積分電容電路，對(duì)積分電容兩端電壓加以限制。兩端電壓加以限制。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.8 解耦控制解耦控制有些生產(chǎn)設(shè)備上需要設(shè)置若干個(gè)控制系統(tǒng)，分有些生產(chǎn)設(shè)備上需要設(shè)置若干個(gè)控制系統(tǒng)，分別對(duì)多個(gè)被控參數(shù)進(jìn)行控制。在這種情況下，多個(gè)別對(duì)多個(gè)被控參數(shù)進(jìn)行控制。在這種情況下，多個(gè)控制系統(tǒng)之間就可能存在相互關(guān)聯(lián)，稱為相互耦合?？刂葡到y(tǒng)之間就可能存在相互關(guān)聯(lián)，稱為相互耦合。控制系統(tǒng)間的耦合，會(huì)妨礙各被控參數(shù)的獨(dú)立控制系統(tǒng)間的耦合，會(huì)妨礙各被控參數(shù)的獨(dú)立控制，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)茐母飨到y(tǒng)的正常工作。控制，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)茐母飨到y(tǒng)的正常工作?？梢圆扇〗怦畲胧严嗷リP(guān)聯(lián)的控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)可以采取解耦措施，把相互關(guān)聯(lián)的控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為幾個(gè)彼此獨(dú)立的控制系統(tǒng)。把采取解耦措施的化為幾個(gè)彼此獨(dú)立的控制系統(tǒng)。把采取解耦措施的控制系統(tǒng)稱為解耦控制系統(tǒng)（或自治控制系統(tǒng)）?？刂葡到y(tǒng)稱為解耦控制系統(tǒng)（或自治控制系統(tǒng)）。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.8.1被控過程的耦合現(xiàn)象及對(duì)控制過程的影響被控過程的耦合現(xiàn)象及對(duì)控制過程的影響 用實(shí)例來分析被控過程的耦合現(xiàn)象。如圖，精餾用實(shí)例來分析被控過程的耦合現(xiàn)象。如圖，精餾塔的塔頂溫度控制系統(tǒng)和塔底溫度控制系統(tǒng)存在耦合塔的塔頂溫度控制系統(tǒng)和塔底溫度控制系統(tǒng)存在耦合現(xiàn)象?，F(xiàn)象。圖圖7.37 精餾塔溫度控制系統(tǒng)精餾塔溫度控制系統(tǒng)再沸器再沸器回流回流QL塔底產(chǎn)品塔底產(chǎn)品QW精精 餾餾 塔塔 T2C T2T T1C蒸汽蒸汽QS進(jìn)料進(jìn)料F塔頂產(chǎn)品塔頂產(chǎn)品QDu2 T1T冷凝器冷凝器回流罐回流罐過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章圖圖7.38 精餾塔溫度控制系統(tǒng)框圖精餾塔溫度控制系統(tǒng)框圖G11(s)T1(s)U1(s)G21(s)G12(s)G22(s)U2(s)Gc2(s)Gc1(s)T2(s)T10T20+-+-塔頂溫度控制系統(tǒng)和塔底溫度控制系統(tǒng)的耦合關(guān)塔頂溫度控制系統(tǒng)和塔底溫度控制系統(tǒng)的耦合關(guān)系，可抽象為方框圖表示（將變送器、執(zhí)行器環(huán)節(jié)特系，可抽象為方框圖表示（將變送器、執(zhí)行器環(huán)節(jié)特性簡化為性簡化為1）。）。耦合通道耦合通道過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.8.2解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 解耦控制就是通過解耦環(huán)節(jié)，使存在耦合的多解耦控制就是通過解耦環(huán)節(jié)，使存在耦合的多變量控制系統(tǒng)變?yōu)橄嗷オ?dú)立的單變量控制系統(tǒng)。變量控制系統(tǒng)變?yōu)橄嗷オ?dú)立的單變量控制系統(tǒng)。下面討論幾種常用的解耦方法。下面討論幾種常用的解耦方法。1前饋補(bǔ)償解耦設(shè)計(jì)前饋補(bǔ)償解耦設(shè)計(jì)前饋補(bǔ)償解耦是最早用于多變量耦合控制系統(tǒng)前饋補(bǔ)償解耦是最早用于多變量耦合控制系統(tǒng)的解耦方法，是利用前饋控制原理實(shí)現(xiàn)解耦。的解耦方法，是利用前饋控制原理實(shí)現(xiàn)解耦。圖圖7.39所示為應(yīng)用前饋環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)（二變量）解所示為應(yīng)用前饋環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)（二變量）解耦的系統(tǒng)框圖。耦的系統(tǒng)框圖。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章圖圖7.39 前饋補(bǔ)償解耦系統(tǒng)框圖前饋補(bǔ)償解耦系統(tǒng)框圖G11(s)Y1(s)U1(s)G21(s)G12(s)G22(s)U2(s)Gc2(s)Gc1(s)Y2(s)X1X2+-+-N21(s)N12(s)+根據(jù)不變性原理可得根據(jù)不變性原理可得U1(s)G21(s)+U1(s)N21(s)G22(s)=0U2(s)G12(s)+U2(s)N12(s)G11(s)=0過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章圖圖7.39 前饋補(bǔ)償解耦系統(tǒng)框圖前饋補(bǔ)償解耦系統(tǒng)框圖G11(s)Y1(s)U1(s)G21(s)G12(s)G22(s)U2(s)Gc2(s)Gc1(s)Y2(s)X1X2+-+-N21(s)N12(s)+求得解耦環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型求得解耦環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章圖圖7.40 雙變量解耦系統(tǒng)框圖雙變量解耦系統(tǒng)框圖G11(s)Y1(s)U1(s)G21(s)G12(s)G22(s)U2(s)Gc2(s)Gc1(s)Y2(s)X1X2+-+-N11(s)N21(s)N12(s)N22(s)+2對(duì)角矩陣解耦設(shè)計(jì)對(duì)角矩陣解耦設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個(gè)解耦器，使解耦器的傳遞函數(shù)陣與被控設(shè)計(jì)一個(gè)解耦器，使解耦器的傳遞函數(shù)陣與被控對(duì)象的傳遞函數(shù)陣的乘積成為對(duì)角陣，以消除耦合。對(duì)象的傳遞函數(shù)陣的乘積成為對(duì)角陣，以消除耦合。例例過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章對(duì)對(duì)被被控控對(duì)對(duì)象象的的兩兩個(gè)個(gè)輸輸入入量量和和輸輸出出量量之之間間的的關(guān)關(guān)系系,可以列出一組描述對(duì)象特性的方程：可以列出一組描述對(duì)象特性的方程：Y1(s)=G11(s)Uc1(s)+G12(s)Uc2(s)Y2(s)=G21(s)Uc1(s)+G22(s)Uc2(s)G11(s)Y1(s)U1(s)G21(s)G12(s)G22(s)U2(s)Gc2(s)Gc1(s)Y2(s)X1X2+-+-N11(s)N21(s)N12(s)N22(s)+Uc1(s)Uc2(s)過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章可簡寫成：可簡寫成：Y(s)=G(s)Uc(s)式式中中Y(s)為為輸輸出出向向量量，Uc(s)為為輸輸入入向向量量，而而G(s)稱為對(duì)象的傳遞矩陣。稱為對(duì)象的傳遞矩陣。將此方程組寫成矩陣形式，便是將此方程組寫成矩陣形式，便是過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章解耦環(huán)節(jié)解耦環(huán)節(jié)N(s)接在調(diào)節(jié)器和對(duì)象接在調(diào)節(jié)器和對(duì)象G(s)之間：之間：G11(s)Y1(s)U1(s)G21(s)G12(s)G22(s)U2(s)Gc2(s)Gc1(s)Y2(s)X1X2+-+-N11(s)N21(s)N12(s)N22(s)+Uc1(s)Uc2(s)Uc1(s)=N11(s)U1(s)+N12(s)U2(s)Uc2(s)=N21(s)U1(s)+N22(s)U2(s)過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章可簡寫成：可簡寫成：式式中中Uc(s)為為輸輸出出向向量量，U(s)為為輸輸入入向向量量，而而N(s)稱為解耦器的傳遞矩陣。稱為解耦器的傳遞矩陣。將此方程組寫成矩陣形式，便是將此方程組寫成矩陣形式，便是過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章 這時(shí)調(diào)節(jié)器輸出的控制作用這時(shí)調(diào)節(jié)器輸出的控制作用U(s)與被調(diào)節(jié)量與被調(diào)節(jié)量Y(s)的關(guān)聯(lián)可用矩陣表達(dá)：的關(guān)聯(lián)可用矩陣表達(dá)：G11(s)Y1(s)U1(s)G21(s)G12(s)G22(s)U2(s)Gc2(s)Gc1(s)Y2(s)X1X2+-+-N11(s)N21(s)N12(s)N22(s)+Uc1(s)Uc2(s)過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章之積是對(duì)角陣：之積是對(duì)角陣：則有則有說明說明Y1、Y2之間解耦。據(jù)此條件可求解耦陣：之間解耦。據(jù)此條件可求解耦陣：中，中，如果如果過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章實(shí)現(xiàn)對(duì)角解耦之后的等效系統(tǒng)框圖：實(shí)現(xiàn)對(duì)角解耦之后的等效系統(tǒng)框圖：G11(s)Y1(s)U1(s)G22(s)U2(s)Gc2(s)Gc1(s)X1+-+-X2Y2(s)7.8.2.3 單位矩陣解耦設(shè)計(jì)單位矩陣解耦設(shè)計(jì)使解耦陣與對(duì)象陣的乘積成為單位陣：使解耦陣與對(duì)象陣的乘積成為單位陣：如果在對(duì)角解耦中如果在對(duì)角解耦中過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章則實(shí)現(xiàn)單位解耦之后的等效系統(tǒng)框圖：則實(shí)現(xiàn)單位解耦之后的等效系統(tǒng)框圖：1Y1(s)U1(s)1U2(s)Gc2(s)Gc1(s)X1+-+-X2Y2(s)實(shí)現(xiàn)單位解耦的好處是：使對(duì)象的特性等效為實(shí)現(xiàn)單位解耦的好處是：使對(duì)象的特性等效為1，從而控制特性得到改善。但解耦陣的函數(shù)復(fù)雜化。從而控制特性得到改善。但解耦陣的函數(shù)復(fù)雜化。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.8.3解耦控制的進(jìn)一步討論解耦控制的進(jìn)一步討論 解耦設(shè)計(jì)的目的是為了能構(gòu)成獨(dú)立的單回路控制解耦設(shè)計(jì)的目的是為了能構(gòu)成獨(dú)立的單回路控制系統(tǒng)，獲得滿意的控制性能。在設(shè)計(jì)解耦器時(shí)，需要系統(tǒng)，獲得滿意的控制性能。在設(shè)計(jì)解耦器時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際情況特別注意以下問題：根據(jù)實(shí)際情況特別注意以下問題：1控制變量與被控參數(shù)的配對(duì)控制變量與被控參數(shù)的配對(duì)存在耦合的被控過程中，一個(gè)控制變量會(huì)影響多存在耦合的被控過程中，一個(gè)控制變量會(huì)影響多個(gè)被控參數(shù)。設(shè)計(jì)解耦時(shí)，首先要確定每個(gè)被控參數(shù)個(gè)被控參數(shù)。設(shè)計(jì)解耦時(shí)，首先要確定每個(gè)被控參數(shù)被哪個(gè)控制變量控制最合理，即解決耦合過程中被控被哪個(gè)控制變量控制最合理，即解決耦合過程中被控參數(shù)與被控變量之間的配對(duì)問題。參數(shù)與被控變量之間的配對(duì)問題。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章G11(s)Y1(s)U1(s)G21(s)G12(s)G22(s)U2(s)Y2(s)+對(duì)匹配關(guān)系比較明顯的多變量對(duì)象，憑經(jīng)驗(yàn)就可對(duì)匹配關(guān)系比較明顯的多變量對(duì)象，憑經(jīng)驗(yàn)就可確定控制變量與被控參數(shù)之間的配對(duì)關(guān)系；而對(duì)關(guān)聯(lián)確定控制變量與被控參數(shù)之間的配對(duì)關(guān)系；而對(duì)關(guān)聯(lián)關(guān)系比較復(fù)雜的多變量對(duì)象，則用相對(duì)增益法評(píng)價(jià)變關(guān)系比較復(fù)雜的多變量對(duì)象，則用相對(duì)增益法評(píng)價(jià)變量之間的耦合程度。即哪個(gè)通道相對(duì)增益最大，則此量之間的耦合程度。即哪個(gè)通道相對(duì)增益最大，則此通道的輸入與輸出為最佳控制配對(duì)，其它通道用解耦通道的輸入與輸出為最佳控制配對(duì)，其它通道用解耦消除。消除。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章2部分解耦部分解耦所謂部分解耦是指：對(duì)耦合關(guān)系復(fù)雜的對(duì)象，所謂部分解耦是指：對(duì)耦合關(guān)系復(fù)雜的對(duì)象，只對(duì)部分耦合通道采取解耦措施。只對(duì)部分耦合通道采取解耦措施。從解耦器函數(shù)的求解可以看出，解耦器的實(shí)現(xiàn)從解耦器函數(shù)的求解可以看出，解耦器的實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜。為了降低成本，可以只對(duì)部分耦合通道比較復(fù)雜。為了降低成本，可以只對(duì)部分耦合通道采取解耦措施。當(dāng)然，部分解耦的控制性能比完全采取解耦措施。當(dāng)然，部分解耦的控制性能比完全解耦過程要差一點(diǎn)。解耦過程要差一點(diǎn)。部分解耦是一種有選擇的解耦，使用時(shí)必須首部分解耦是一種有選擇的解耦，使用時(shí)必須首先確定哪些過程需要解耦，選擇的依據(jù)有兩條：先確定哪些過程需要解耦，選擇的依據(jù)有兩條：過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章被控參數(shù)的相對(duì)重要性被控參數(shù)的相對(duì)重要性 控制過程中各被控參數(shù)的重要性是不同的。對(duì)那控制過程中各被控參數(shù)的重要性是不同的。對(duì)那些重要的被控參數(shù)，控制要求高，最好采用解耦環(huán)節(jié)些重要的被控參數(shù)，控制要求高，最好采用解耦環(huán)節(jié)消除或減少其它輸入對(duì)它的耦合。消除或減少其它輸入對(duì)它的耦合。如圖精餾工藝如圖精餾工藝中，若對(duì)塔頂產(chǎn)品中，若對(duì)塔頂產(chǎn)品的純度指標(biāo)遠(yuǎn)高于的純度指標(biāo)遠(yuǎn)高于對(duì)塔底產(chǎn)品的純度對(duì)塔底產(chǎn)品的純度要求，可采用前饋要求，可采用前饋補(bǔ)償環(huán)節(jié)只消除補(bǔ)償環(huán)節(jié)只消除U2對(duì)對(duì)T1的耦合。的耦合。圖圖7.37 精餾塔溫度控制系統(tǒng)精餾塔溫度控制系統(tǒng)再沸器再沸器回流回流QL塔底產(chǎn)品塔底產(chǎn)品QW精精 餾餾 塔塔 T2C T2T T1C蒸汽蒸汽QS進(jìn)料進(jìn)料F塔頂產(chǎn)品塔頂產(chǎn)品QDu2 T1T冷凝器冷凝器回流罐回流罐U2T1過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章被控參數(shù)的響應(yīng)速度被控參數(shù)的響應(yīng)速度 對(duì)象的各個(gè)被控參數(shù)對(duì)輸入的響應(yīng)速度是不一樣對(duì)象的各個(gè)被控參數(shù)對(duì)輸入的響應(yīng)速度是不一樣的。響應(yīng)快的被控參數(shù)受響應(yīng)慢的參數(shù)的影響小，而的。響應(yīng)快的被控參數(shù)受響應(yīng)慢的參數(shù)的影響小，而響應(yīng)慢的參數(shù)受來自響應(yīng)快的參數(shù)的影響大。響應(yīng)慢的參數(shù)受來自響應(yīng)快的參數(shù)的影響大。如溫度、成分等參數(shù)響應(yīng)較慢，壓力、流量等參如溫度、成分等參數(shù)響應(yīng)較慢，壓力、流量等參數(shù)響應(yīng)較快。數(shù)響應(yīng)較快。因此，在部分解因此，在部分解耦設(shè)計(jì)時(shí)，往往對(duì)響耦設(shè)計(jì)時(shí)，往往對(duì)響應(yīng)慢的參數(shù)受到的耦應(yīng)慢的參數(shù)受到的耦合進(jìn)行解耦。合進(jìn)行解耦。G11(s)Y1(s)U1(s)G21(s)G12(s)G22(s)U2(s)Y2(s)+過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章3解耦環(huán)節(jié)的簡化解耦環(huán)節(jié)的簡化從對(duì)象的傳遞函數(shù)求得解耦裝置的數(shù)學(xué)模型，對(duì)從對(duì)象的傳遞函數(shù)求得解耦裝置的數(shù)學(xué)模型，對(duì)象傳遞函數(shù)越復(fù)雜，解耦環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)也越復(fù)雜，象傳遞函數(shù)越復(fù)雜，解耦環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)也越復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)越困難。如果對(duì)求出的解耦環(huán)節(jié)進(jìn)行適當(dāng)簡化，實(shí)現(xiàn)越困難。如果對(duì)求出的解耦環(huán)節(jié)進(jìn)行適當(dāng)簡化，可使解耦易于實(shí)現(xiàn)。可使解耦易于實(shí)現(xiàn)。簡化可以從以下兩個(gè)方面考慮：簡化可以從以下兩個(gè)方面考慮：在高階系統(tǒng)中，如果存在小時(shí)間常數(shù)，它與在高階系統(tǒng)中，如果存在小時(shí)間常數(shù)，它與其它時(shí)間常數(shù)的比值小于其它時(shí)間常數(shù)的比值小于1/10左右時(shí)，可將小時(shí)間常左右時(shí)，可將小時(shí)間常數(shù)忽略，從而降低解耦模型階數(shù)；如果幾個(gè)時(shí)間常數(shù)數(shù)忽略，從而降低解耦模型階數(shù)；如果幾個(gè)時(shí)間常數(shù)值相近，也可取同一值代替。值相近，也可取同一值代替。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章例如某被控過程的傳遞函數(shù)陣為：例如某被控過程的傳遞函數(shù)陣為：按照上面的簡化原則可以簡化成：按照上面的簡化原則可以簡化成：過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章省略解耦函數(shù)的動(dòng)態(tài)部分，只采用靜態(tài)解耦。省略解耦函數(shù)的動(dòng)態(tài)部分，只采用靜態(tài)解耦。例如一個(gè)例如一個(gè)22的系統(tǒng)，求出的解耦環(huán)節(jié)傳遞矩陣的系統(tǒng)，求出的解耦環(huán)節(jié)傳遞矩陣為：為：如只采用靜態(tài)解耦，則：如只采用靜態(tài)解耦，則：顯然，解耦環(huán)節(jié)簡化為比例環(huán)節(jié)，更容易實(shí)現(xiàn)。顯然，解耦環(huán)節(jié)簡化為比例環(huán)節(jié)，更容易實(shí)現(xiàn)。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章試試驗(yàn)驗(yàn)表表明明，當(dāng)當(dāng)對(duì)對(duì)象象各各通通道道的的動(dòng)動(dòng)特特性性相相等等或或相相近近時(shí)時(shí)，用靜態(tài)解耦能滿意地解決耦合問題。用靜態(tài)解耦能滿意地解決耦合問題。由由于于對(duì)對(duì)象象特特性性的的測(cè)測(cè)試試或或推推算算都都是是忽忽略略了了一一些些因因素素取取得得的的近近似似值值，因因而而求求得得的的解解耦耦裝裝置置的的數(shù)數(shù)學(xué)學(xué)模模型型往往往往是是近近似似的的，加加之之實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)時(shí)時(shí)的的誤誤差差，很很難難做做到到理理想想的的“全全解耦解耦”。G11(s)Y1(s)U1(s)G21(s)G12(s)G22(s)U2(s)Y2(s)+過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)控制特點(diǎn)控制特點(diǎn) 串級(jí)串級(jí)兩控制器串聯(lián)兩控制器串聯(lián)兩閉合回路形兩閉合回路形成內(nèi)外環(huán)成內(nèi)外環(huán)解決對(duì)象滯后大，干擾解決對(duì)象滯后大，干擾作用強(qiáng)而頻繁，負(fù)荷變作用強(qiáng)而頻繁，負(fù)荷變化大的問題化大的問題 前饋前饋 開環(huán)控制開環(huán)控制對(duì)特定干擾加補(bǔ)償器對(duì)特定干擾加補(bǔ)償器 反饋反饋 反饋回路和開反饋回路和開環(huán)的補(bǔ)償回路環(huán)的補(bǔ)償回路疊加而成疊加而成在干擾頻繁，對(duì)象有較在干擾頻繁，對(duì)象有較大滯后時(shí)，對(duì)主要干擾大滯后時(shí)，對(duì)主要干擾加補(bǔ)償器加補(bǔ)償器總結(jié)總結(jié)過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)控制特點(diǎn)控制特點(diǎn) 大滯后大滯后 采樣控制；采樣控制；Simth預(yù)估補(bǔ)預(yù)估補(bǔ)償控制償控制調(diào)一調(diào)、等一等；調(diào)一調(diào)、等一等；利用預(yù)估器提前做利用預(yù)估器提前做出響應(yīng)、提前控制出響應(yīng)、提前控制 比值比值 單閉環(huán)單閉環(huán)雙閉環(huán)雙閉環(huán)變比值變比值實(shí)現(xiàn)幾個(gè)流量參數(shù)實(shí)現(xiàn)幾個(gè)流量參數(shù)符合一定比例關(guān)系符合一定比例關(guān)系 均勻均勻 簡單均勻控制簡單均勻控制串級(jí)均勻控制串級(jí)均勻控制對(duì)兩個(gè)有控制矛盾對(duì)兩個(gè)有控制矛盾的被控參數(shù)，進(jìn)行的被控參數(shù)，進(jìn)行協(xié)調(diào)控制協(xié)調(diào)控制過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)控制特點(diǎn)控制特點(diǎn) 分程分程 一個(gè)控制器一個(gè)控制器對(duì)多個(gè)控制閥對(duì)多個(gè)控制閥 解耦解耦 作業(yè)（作業(yè)（P253）：）：7-8、7-10、7-14、7-22、7-28、7-30題題多個(gè)控制回路多個(gè)控制回路對(duì)一個(gè)控制閥對(duì)一個(gè)控制閥實(shí)現(xiàn)多個(gè)操實(shí)現(xiàn)多個(gè)操縱量協(xié)調(diào)操作縱量協(xié)調(diào)操作實(shí)現(xiàn)多個(gè)被控參實(shí)現(xiàn)多個(gè)被控參數(shù)選擇控制數(shù)選擇控制 選擇選擇 前饋解耦前饋解耦對(duì)角矩陣解耦對(duì)角矩陣解耦單位矩陣解耦單位矩陣解耦解除控制回路解除控制回路間的耦合影響間的耦合影響