第四章串級控制系統(tǒng)(已修改)
2024-11-09 13:42 本頁面
【正文】 過程控制系統(tǒng)第四章 第五章 第四章 串級控制系統(tǒng) 簡單控制系統(tǒng)是過程控制中最基本 、 應(yīng)用最廣的控制形式 ， 約占全部控制系統(tǒng)的 80％ 。 但是： ? 隨著生產(chǎn)過程的大型化和復(fù)雜化 ， 操作條件更加嚴(yán)格 ， 變量之間的關(guān)系更加復(fù)雜 。 ? 有些生產(chǎn)工藝和控制要求比較特殊 。 ? 隨著技術(shù)發(fā)展 ， 對工藝的控制目標(biāo)多樣化 ， 如產(chǎn)量 、 質(zhì)量 、 節(jié)能 、 環(huán)保 、 效率等 。 為此 ， 設(shè)計(jì)出各種復(fù)雜控制系統(tǒng) 。 過程控制系統(tǒng)第四章 第五章 當(dāng)對象的滯后較大，干擾比較劇烈、頻繁時，采用簡單控制系統(tǒng)往往控制質(zhì)量較差，滿足不了工藝上的要求，這時，可考慮采用串級控制系統(tǒng)。 串級控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)及工作過程 串級控制是在簡單控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上的改進(jìn) 。 例 管式加熱爐是煉油 、 化工生產(chǎn)中的重要裝置之一 ， 它的任務(wù)是把原油加熱到一定溫度 ， 以保證下道工藝的順利進(jìn)行 。 因此 ， 需要控制原油加熱后的出口溫度 。 過程控制系統(tǒng)第四章 第五章 問題： 控制通道容量滯后很大，控制緩慢。 燃料壓力或燃料的熱值變化 ? 影響爐膛溫度 ? 熱傳導(dǎo)給原料 ? 影響出口溫度 15min 3min 原料出口溫度 θ1(t) 原料 T1C T1T 燃料 管式加熱爐 若用簡單溫控系統(tǒng)： 過程控制系統(tǒng)第四章 第五章 爐膛溫度 變化 ? T2T、 T2C回路先改變?nèi)剂狭? T1T、 T1C回路再改 變?nèi)剂狭? 出料溫度變化 解決措施 ：在影響出口溫度的通道中，加測爐膛溫度的變化，提前控制。 ? ? 燃料壓力 變化 ? 3min 原料出口溫度 θ1(t) 原料 T1C T1T 燃料 管式加熱爐 T2C T2T 過程控制系統(tǒng)第四章 第五章 管式加熱爐出口溫度串級控制系統(tǒng)框圖為： 主控制器 調(diào)節(jié)閥 x1 爐膛 原料油 f f4 f f2 管壁 溫度變送器 1 溫度變送器 2 副控制器 ＋ x2(t) θ2(t) θ1(t) － － ＋ 主控制器 執(zhí)行器 副對象 主對象 主變送器 副變送器 副控制器 ＋ － － ＋ 主變量 副變量 給定 干擾 標(biāo)準(zhǔn)框圖為： 過程控制系統(tǒng)第四章 第五章 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： ? 系統(tǒng)有兩個閉合回路 ， 形成內(nèi)外環(huán) 。 主變量是工藝要求控制的變量 ， 副變量是為了更好地控制主變量而選用的輔助變量 。 ? 主 、 副調(diào)節(jié)器是串聯(lián)工作的 ， 主調(diào)節(jié)器的輸出作為副調(diào)節(jié)器的給定值 。 主控制器 執(zhí)行器 副對象 主對象 主變送器 副變送器 副控制器 ＋ － － ＋ 主變量 副變量 給定 干擾 過程控制系統(tǒng)第四章 第五章 控制過程分析： 1．燃料壓力 f3(t)、燃料熱值 f4(t)發(fā)生擾動 ——干擾進(jìn)入副回路 進(jìn)入副回路的干擾首先影響爐膛溫度，副變送器提前測出，副控制器立即開始控制，控制過程大為縮短。 主控制器 調(diào)節(jié)閥 x1 爐膛 原料油 f f4 f f2 管壁 溫度變送器 1 溫度變送器 2 副控制器 ＋ x2(t) θ2(t) θ1(t) － － ＋ 過程控制系統(tǒng)第四章 第五章 主控制器 調(diào)節(jié)閥 x1 爐膛 原料油 f f4 f f2 管壁 溫度變送器 1 溫度變送器 2 副控制器 ＋ x2(t) θ2(t) θ1(t) － － ＋ 2．原油流量 f1(t)、原油入口溫度 f2(t)發(fā)生擾動 —— 干擾進(jìn)入主回路 對進(jìn)入主回路的干擾，雖然副變送器不能提前測出，但副回路的閉環(huán)負(fù)反饋，使對象爐膛部分特性的時間常數(shù)大為縮短，則主控制器的控制通道被縮短，控制效果也得到改善。 過程控制系統(tǒng)第四章 第五章 3．干擾同時作用于副回路和主回路 主副回路干擾的綜合影響有兩種情況： （ 1）主副回路的干擾影響方向相同。如： 燃料壓力 f3(t)↑→ 爐膛溫度 ↑ → 出口溫度 ↑ → 副控制器開始調(diào)節(jié) 原油流量 f1(t)↓→ 出口溫度 ↑ → 主副控制器共同調(diào)節(jié) 主控制器 調(diào)節(jié)閥 x1 爐膛 原料油 f f4 f f2 管壁 溫度變送器 1 溫度變送器 2 副控制器 ＋ x2(t) θ2(t) θ1(t) － － ＋ 過程控制系統(tǒng)第四章 第五章 （ 2）主副回路的干擾影響方向相反。如： 燃料壓力 f3(t)↑→ 爐膛溫度 ↑ → 出口溫度 ↑ → 副控制器開始調(diào)節(jié) 原油流量 f1(t)↑→ 出口溫度 ↓ → 主控制器反向調(diào)節(jié)，使副控制器調(diào)節(jié)量減小。 主控制器 調(diào)節(jié)閥 x1 爐膛 原料油 f f4 f f2 管壁 溫度變送器 1 溫度變送器 2 副控制器 ＋ x2(t)
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