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1、第十一讲：均匀控制系统设计 Process Control System主讲老师：廉迎战 副教授*1过程控制与仪表重点内容n均匀控制系统=对象（被控制参数+控制参数 均匀变化）n内容：n系统分析n控制方案n系统整定n系统投运Date2过程控制与仪表一、概述n特点：n控制量与被控量缓慢地在一定范围内变化的特 殊功能。n定值控制中，目的保持被控量为恒值，而在均 匀控制系统中，控制量与被控量常常是同样重 要，控制的目的，是使两者在扰动作用下，都 有一个缓慢而均匀的变化。Date3过程控制与仪表一、概述n应用场合：n在工业生产过程中，生产的连续性是其特点之 一，前一个装置或设备的出料量一般就是后一 个
2、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装置或设备。所以，要求 生产的各个环节必须保持均匀稳定。n控制目的：n在均匀控制中，只要两个参数在工艺允许的范 围内作均匀缓慢变化，生产就能正常运行，控 制质量就较高。 Date4过程控制与仪表二、控制方案n1简单均匀控制方案n例：图8-51为两个精馏塔液位和流量简 单均匀控制系统的实例。 Date5过程控制与仪表二、控制方案n1简单均匀控制方案n均匀控制系统中，1号塔液位和2号塔进料量这两个参 数只须控制在工艺规定的范围内，并呈缓慢变化即可 。为此，调节器比例度应整定得大一些，使系统过渡 过程缓慢而无振荡地变化，可见，关键在于调节器整
3、 定参数。n若按照一般的液位定值系统来整定调节器参数，当液 位受到扰动后，将使液位较快地回到给定值，但1号塔 釜流出量必然波动很大。可见，均匀控制系统的结构 虽然和定值控制相同，但不能按定值控制系统要求来 整定调节器参数。Date6过程控制与仪表二、控制方案n1简单均匀控制方案n在简单均匀控制系统中，调节器一般选用比例作用， 有时为了防止连续出现同向扰动时被控参数超出工艺 规定的上下限范围，可适当引入积分作用。n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，但控制质量较差，适用于扰动小，控制要 求较低的场合。 Date7过程控制与仪表二、控制方案n2串级均匀控制方案n例：由于1号塔
4、通过塔釜流过调节阀的流量要受1号塔的液位影响，同 时还与前后两个塔的压力有关，若生产上对2号塔的进料量要求比较平 稳时，上述简单均匀控制系统就不能满足要求。为了消除压力扰动的 影响，设计以流量为副参数的副回路，构成精馏塔塔釜液位和流量串 级均匀控制系统，见图8-52。Date8过程控制与仪表二、控制方案n2串级均匀控制方案n由于1号塔通过塔釜流过调节阀的流量要受1号塔的液位影响，同时还 与前后两个塔的压力有关，若生产上对2号塔的进料量要求比较平稳时 ，上述简单均匀控制系统就不能满足要求。为了消除压力扰动的影响 ，设计以流量为副参数的副回路，构成精馏塔塔釜液位和流量串级均 匀控制系统，见图8-5
5、2。n图8-52中液位调节器LC的输出作为流量调节器FC的给定值。若入料量 增加使1#塔的液位升高，液位调节器（正作用）的输出信号增大，通 过反作用的流量调节器使调节阀缓慢地开大，反映在液位上却不是快 速下降，而是缓慢地升高。同时，2#塔的进料量也是缓慢地增大。这 样，液位与流量均为缓慢地变化，实现了均匀协调的控制目的。假如 2#塔因扰动使其入料量发生变化时，首先通过副回路进行控制，同时 会使1#塔液位受到影响，此时再通过液位调节器来改变流量调节器的 给定值，使液位与流量都在规定变化范围内作均匀缓慢地变化，达到 了均匀控制的目的。Date9过程控制与仪表二、控制方案n2串级均匀控制方案n控制特
6、征：n串级均匀与串级控制系统在结构上一样，但它不是用于提高塔釜液位的控制质量， 而是使塔釜液位与流出流量均匀协调。n串级均匀副回路的作用与串级系统的副回路相同，当二塔压力波动时，副回路将迅 速动作，以有效地克服塔压力对流量的干扰，尽快地将流量调回到给定值，使1#塔 的液位不致受到压力波动的影响。n控制方案：n串级均匀主、副调节器控制规律的选择要根据系统所要达到的控制要求以及控制过 程的具体情况来决定。n主调节器一般采用PI控制规律，这主要是为了在扰动作用后利用积分控制规律消除 余差，使液位在给定值上下的容许范围内变化；若无积分作用，则在同向干扰的连 续作用下，液位有可能超越给定值的上下限，影响
7、生产的正常运行。n副调节器一般选用P控制规律。若为了满足副参数的较高要求，副调节器也可选用PI 控制规律。n参数整定：n副调节器参数整定原则与一般定值流量控制系统相同n主调节器参数则应按照均匀控制系统整定方法进行整定。Date10过程控制与仪表二、控制方案n3双冲量均匀控制方案n双冲量均匀控制系统是串级均匀控制系统的 变形，它用一个加法器来代替串级控制系统 中的主调节器，把液位和流量的两个测量信 号通过加法运算后作为调节器的测量值。Date11过程控制与仪表二、控制方案n3双冲量均匀控制方案n例：图8-53所示为双冲量均匀控制系统的一个实例。以塔釜液位与 输出流量信号之差为被控参数，通过均匀控
8、制使二者能均匀缓慢变 化。若该系统采用DDZ-仪表构成，则加法器的输出：n Io=IH-IQ （8-59）n式中，Io为加法器的输出信号；IH为液位测量值；IQ为流量测量值 。n在正常情况下，调节加法器的零点迁移，使Io为12mA左右，调节 阀处于适当开度。当流量正常而液位受到扰动上升时，Io增大，使 流量调节器的输出信号增加，从而开大阀门的开度，使流量增大， 以使液位恢复正常。当液位正常，而流量受到扰动而增加时，Io减 小，流量调节器的输出减小，因而使流量慢慢减小。n双冲量均匀控制系统具有串级控制系统的特点，但其参数整定应按 简单均匀控制系统的整定方法处理。Date12过程控制与仪表三、系统
9、整定n均匀控制系统的整定方法调节器参数整定值也有 所不同，调节器比例度和积分时间常数T1值都比 定值控制系统大得多。下面介绍串级均匀控制系 统的整定方法。n1经验法n所谓经验法就是根据经验，按照“先副后主”的原则，把 主、副调节器的比例度调到某一适当值；n然后由大到小进行调节，使系统的过渡过程呈缓慢的非 周期衰减变化；n最后，根据过程的具体情况，可给主调节器加上积分环 节，调积分时间较大。 Date13过程控制与仪表三、系统整定n2停留时间法n停留时间是指介质在被控过程的被控参数允许变化范围内 流过所需的时间。过程时间常数T0等于停留时间的两倍， 对图8-54过程，根据物料平衡关系可得n n式中，V为过程容积；Q为正常生产时介质流量。Date14过程控制与仪表三、系统整定n2停留时间法n根据停留时间整定调节器参数，调节器参数与停留时间的关系见表8- 12。n表8-12 调节器参数与停留时间的关系n具体整定方法：n副调节器按经验法整定.n算出停留时间，然后根据表8-12找出两组调节器参数。n若只考虑流量，应采用较大的一组参数；若只考虑液位，则应采用较 小的一组参数；若两者都要兼顾，为了满足生产要求，则需在这两级 参数的范围内认真调整。Date15过程控制与仪表讨论n设计方案？n系统设计思路？n整定步骤？Date16过程控制与仪表
