第4章 双重控制及采用阀位控制器的系统4．1 双重控制系统4.1.1基本原理和结构对于一个被控变量采用两个或两个以上的操纵变量进 行控制的控制系统称为双重或多重控制系统 这类控 制系统采用不止一个控制器，其中有一个控制器的输 出作为另一个称为阀位控制器的测量信号系统操纵变量的选择是从操作优化的要求综合考虑的 它既要考虑工艺的合理和经济，又要考虑控制性能 的快速性而这两者又常常在一个生产过程中同时存 在双重控制系统就是综合这些操纵变量的各自优点 ，克服各自的弱点进行优化控制的PC vpc PT 图 4-1 蒸汽减压系统高压蒸汽低压蒸汽V1V2SPGC2(s)GF1(s)GF2(S)GM2(s)GM1(s)GP1(s)GP2(s)GV(s)GC1(s)R1E1U2QY2Y1F1F2U1=R2E2YM1YM2串级控制系统的框图副控制阀副控制器主控制阀主控制器对象变送器y2=u1y1r2yr1图4-2 双重控制系统框图G’02 (s)Gc2(s)G01(s)Gc1 (s)y2=u1r2yr1G02 (s)Gc2(s)G01(s)Gc1 (s)y2=u1r2yr1 u2• 双重控制系统使用一个变送器，两个控制器及 两个控制阀。
与串级控制系统相比，双重控制 系统少用一个变送器多用一个控制阀 • 它们都有二个控制回路，但串级控制系统二者 是串联的，双重控制系统中却是并联的 • 它们都有“急则治标，缓则治本”的功能，但解 决的问题不同4.1.2 系统分析从整体来看，双重控制系统仍是一个定值控制系统 但与单由主控制器、副控制器和慢响应对象组成的单 回路控制系统相比，由于增加了一个具有快速响应的 回路，使它具有一些特殊的功能1). 由于双回路的存在，增加了开环零点，改善了控 制品质，提高了系统的稳定性2). 双重控制系统的工作频率也得到提高3). 动静结合，快慢结合，“急则治标，缓则治本” 这里的“快”指动态特性好，“慢指静态性能好由于 双回路的存在，使双重控制系统能先用主控制器的作 用使y1尽快回复到设定值r1，保证了系统具有良好的 动态响应，达到了“急则治标”的功效同时，在偏差 减小的同时，双重控制系统又充分发挥了副控制器缓 慢的调节作用，并使y2回复到设定值r2，这就使系统 具有较好的静态性能由于双重控制系统较好地解决 了动静的矛盾，达到了操作优化的目的4.1.3系统设计与实施中的一些问题 • 主、副操纵变量的选择 • 主、副控制器的选择组成双重控制系统的主、副控制器均起定值调节作用 。
为了消除余差，主、副控制器均应选用具有积分作 用的控制器，并且不加入微分作用 • 主、副控制器正反作用方式的选择 • 投运和参数整定投运方式是先主后副，即先使快响应对象切入自动， 然后再切入慢响应对象主控制器参数与快响应控制时的参数相类似，而副控 制器参数选用宽比例度和大积分时间，甚至可采用纯 积分作用 • 双重控制系统的关联双重控制系统是一个包含两个回路的相关联的系统,但 是由于该系统的两个等效时间常数相差很大，因此它 们之间的动态耦合很弱4.2浮动塔压控制系统4.2.1浮动塔压控制的基本原理在精馏塔的控制中，若塔压恒定，就可以单纯 依据温度来间接控制产品质量而且对于生产 的平稳操作也是有利的所以，早期的精馏塔 控制中，差不多总是采用恒定塔压控制的然而从节能的角度，从传质原理来看，这种恒 定塔压控制的操作不是优化的操作当塔压低 时，混合物的相对挥发度高，为了获得相同纯 度的分离效果所消耗的能量就小，或者说在相 同的能耗下，精馏塔的处理量增大，产量提高 精馏塔浮动塔压控制方案如图4-5所示与常规 的恒定塔压控制不同的是增加一个阀位控制器 通过VPC去调整压力控制器的设定值由于环境温度的下降或者冷剂量增大时，塔压就会下降，PC迅速响应，并 打开控制阀，使压力恢复到设定值。
与此同时， VPC缓慢地降低PC的设定 值，直到控制阀回复到的设定值冷剂剂塔压压阀阀开度ttt图4-6 塔压控制阀开度响应曲线 VPCGmGc2(s)Go(s)Gf(S)+--C++干扰 FR图4-7 浮压控制系统框图4.2.2浮动塔压控制系统设计中的几个问题 （1）塔压从某一压力值浮动到另一压力值时必须要有 足够的时间，以便精馏塔建立新的稳定2) 随着塔压的浮动应及时调整再沸器的加热量塔压浮动的目的就是为了减少再沸器的加热量，如果 塔底温度控制系统的设定值不能及时跟随塔压的变化 而变化，则塔压浮动所可能节省的能量还是无法回收 因此，实施浮动塔压控制的同时，应设置塔底温度 设定值的控制系统 （3）采用浮动塔压控制方案后，与塔压有关的以温度 为间接质量指标的控制系统应引入压力校正 （4）应采用防积分饱和的措施, 当PC处于内设定方式 时，切断了VPC的控制作用，由于积分作用，使VPC的输出达到饱和 4.3 采用阀位控制器的控制系统采用阀位控制器的控制系统的特点是用一个阀 位控制器来迫使控制阀的开度最终处于某一设 定的开度，而这一调整过程通常是很缓慢的 因此这类控制系统通常有一个快响应的控制回 路以及一个慢响应的控制回路。
图4-8 喷雾干燥过程控制系统 图4-9加热器温度控制系统。