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1、.,串级控制系统原理,精馏控制过程：P42 图2-1 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,概述,精馏塔提馏段温度控制：,.,结果：温度控制不稳定,概述,分析干扰：若干扰仅来自精馏塔进料的波动，则通过此回路 可控制温度,情况一，很多情况下，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。,.,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。,概述,.,串级控制
2、系统：两套控制系统的协调控制,概述,.,概述,.,主环，定值控制系统，给定值由工艺设定，主控制器输出作为副控制器的设定 副环，随动控制系统，给定值由主控制器输出给定，副控制器输出控制控制阀,概述,.,串级控制系统工作过程,控制系统处于稳定的平衡状态,概述,气开式控制阀,反作用的流量控制器,反作用的温度控制器,., 情况1: 副环内出现干扰,流量控制器：“粗调” 温度控制器：“细调”,概述,蒸汽流量突然增大（一段时间：提馏段温度不变，温度控制器输出不变，流量控制器设定值不变，但流量测量增大（流量控制器正偏差，流量控制器输出减小，控制阀关小）蒸汽流量减小，削弱对提馏段温度的影响） 提馏段温度缓慢上
3、升（温度控制器正偏差，温度控制器输出减小，输出到流量控制器的设定值减小）流量控制器设定值减小，流量控制阀开度进一步减小。,., 情况2: 主环内出现干扰,进料量突然增大，塔釜液位上升，提馏段温度下降温度控制器负偏差，输出增大（流量控制器负偏差，流量控制器输出增大，控制阀开度增大，蒸汽量增加）提馏段温度回升,概述,.,概述,情况3: 主环和副环同时,（1）副环干扰使蒸汽流量增大， 主环干扰使提馏段温度降低；,（2）副环干扰使蒸汽流量增大， 主环干扰使提馏段温度升高。,sp,sp,.,串级控制系统的特点,串级控制系统具有较强的抗干扰能力,特别是干扰出现在副环内的时候，相当于两个控制器进行 控制，副
4、“粗调”，主“细调”，副环起到超前调节的作用 据统计，当干扰作用于副环时，控制质量可提高10100倍， 干扰作用于主环时，也可提高25倍,例：精馏塔提馏段温度控制系统 1）副环干扰 2）主环干扰,.,串级控制系统的特点,串级系统具有一定的自适应能力,自适应问题：控制器的参数往往是根据一定的控制对象设置的， 当控制对象特性发生变化时（非线性特性，操作条件变化、负 荷变化），原来好的控制器参数就变得不好了（不适应了） 串级系统中，副控制系统是随动系统，主控制器可根据操作条 件的变化，不断修改副控制器的给定值自适应能力 “能力有限”，自适应控制（现代控制技术）,串级系统的缺点：仪表多，投运和整定都比
5、单回路复杂 工程上，宜简不宜繁,.,结论：串级控制系统具有单回路控制系统的全部功能，控制质量优于单回路控制系统，并且，实现方便，生产过程中应用比较普遍。,串级控制系统的特点,.,串级控制系统,选择顺序：先副后主 副控制器：副回路按单回路独立考虑，与主回路没有关系 即从稳定性考虑，开环放大倍数必须为“负” 要求，知道副对象的符号，以及控制阀的符号 主控制器：考虑主环内各个环节的符号情况 主控制器、主对象，以及副回路。 副回路可以看作是一个符号为“正”的环节 随动系统，跟踪主 控制器的输出。,主、副控制器正反作用的选择,.,串级控制系统 - PID正反作用确定 . 先确定副控制器 调节阀选为气开型
6、(故障关FC),特性为正作用; 流量偏大时,阀门流通量应少, 对象特性为反作用; 所以PID控制器应选正作用; 调节阀选为气关型(故障关FO),特性为反作用, PID控制器应选反作用;,.,串级控制系统,. 再确定主控制器 主控制器PID特性,不再需要考虑阀门特性和副PID作用,只考虑对象特性可以确定; 流量俞大, 主控参数温度俞高,对象特性为正作用, 所以主控制器选正作用;,.,串级控制系统,.,副控制器： 控制阀选“气开”式正 副对象，压力对象，阀门开大，负，反作用 压力上升正 变送器一般均为正 主控制器： 副环正 主对象，温度对象， 燃料压力增大时，燃料量增加，负，反作用 出口温度上升正
7、,串级控制系统的实施,.,例2,精馏塔提馏段温度与再沸器加热蒸汽流量串级控制系统,串级控制系统的实施,副控制器： 控制阀选“气闭”式负 正对象，流量对象，阀门开大， 流量增大正 变送器一般均为正 主控制器： 副环正 主对象，温度对象， 蒸汽流量增大时，加热量增加， 提馏段温度上升正,.,串级控制系统,结论,（1）主控制器的正、反作用与阀的开、闭形式无关；,（2）直接先确定主控的正反作用。,.,分程控制 - 优点 . 扩大控制阀的可调范围; . 控制更加精确和稳定 - 分程控制曲线,阀A,阀B,PIC-101,.,分程控制系统,概述,控制器输出在0.06Mpa以下，只有阀A动作，在0.06Mpa
8、 以上，只有阀B动作,一个控制器控制几个控制阀输出信号分段“分程控制”,如，控制两个阀A、B A阀控制信号:0.020.06Mpa B阀控制信号:0.060.1Mpa,.,A：0.020.06Mpa 0100% B：0.060.1Mpa 0100% 根据各阀的气开、气闭形式不同，决定阀的行程方向,两阀同向动作,两阀异向动作,概述,通过阀门定位器调整,.,分程控制的应用场合,（1）扩大控制阀可调范围：,两个阀分程使用，扩大了流通能力,PC,两个流通能力相同的阀， 同调节蒸汽压力，小负荷时， 只开一个阀，大负荷时， 再开第2个阀。 通过计算，如果两个阀流通 能力相同，分程后， 总的流通能力扩大1倍
9、。,.,分程控制的应用场合,（2）同时控制两种介质，满足工艺要求,图74 间歇式化学反应器分程控制系统,TC,A,B,A.C,A.O,A,B,.,工艺要求：投料后，需由蒸汽加温，以达到反应温度，反应进行后，放出热量，需要将热量移走。 两个控制阀：冷水阀A（气关）、蒸汽阀B（气开）安全角度设置 温度控制器TC（反作用）副反馈要求 T设定值，TC输出减小A阀逐渐打开、B阀关闭,分程控制的应用场合,（2）同时控制两种介质，满足工艺要求,.,加氮阀A、放空阀B，控制两个阀，共同保持储罐氮封压力 为了防止在分程点两个阀频繁动作，可以设置一个死区,分程控制的应用场合,（3）安全生产的防护措施,图7-6 油品储罐氮封分程控制,PC,B,A,B,A,放空,氮,
