第二章之3复杂控制系统.ppt

2.3 复杂控制系统 串级控制系统 均匀控制系统 比值控制系统 选择控制系统 分程控制系统 前馈控制系统 多冲量控制系统 2.3.1 串级控制系统 氨氧化炉的温度控制（HNO3生产） SP 废热锅炉 反应区 过滤器 NO 鼓风机 混合气 空气 气开 NH3 预热器 反作用 TC NH3与空气在氧化炉中（铂触媒催化）进行氧化反应： 工艺要求：氧化率大于97%，反应温度840±5℃ 氧化炉是个复杂的对象，氧化率的测取只能由间接指标（氧化炉的温度）来反映。影响温度的干扰有：NH3流量、NH3总管压力、空气流量、触媒活性等。选择NH3流量为操纵变量，调节氧化炉温度在给定值上。这是一个简单调节系统。 该系统的特点是：所有影响反应温度的干扰因素，统统包含在调节回路中，反应在温度对设定值的偏差上，并且都由温度控制器加以克服。 问题： 反应不灵敏，动作迟缓，过渡过程时间长，超调量大，当干扰稍大时，温度偏差在±10℃（比手动操作时的20——30℃好些）。 原因： 对象调节通道长，温度检测滞后大，尤其对NH3流量方面的干扰不能及时克服，NH3流量变化1%，温度就会变化64℃。 若改成NH3流量的定值调节，NH3的流量很稳定，但温度仍有±8℃的误差。 分析对象：在稳定情况下，NH3流量几乎是一条直线变化，但氧化炉的温度却不稳定（如早晚气候的影响），空气流量、系统压力、铂触媒活性等也会影响温度。这些干扰因为NH3的稳定而无法克服。一方面，NH3流量的稳定是必要的；另一方面，如果由于氧化炉温度变化，氨的流量可以相应调整就好了！即根据炉温的变化来调整NH3流量调节器的设定值，使氧化炉温度减小波动。 人们在生产实践中发现，当NH3流量之外的干扰引起温度变化时，就手动调整NH3流量调节器的SP值，从而改变NH3流量，使温度恒定。这个经验告诉我们，流量控制器应听从反应温度的指挥。即流量调节器的SP值应由反应温度来决定变与不变、变多少、朝哪个方向变。因此，就出现了反应温度信号来自动校正流量控制器设定值的方案。 这就是用氧化炉温度自动调整NH3流量调节器给定值的调节系统。系统投入运行后，调节速度快，过渡过程短，调节品质高，偏差小，负荷变化大时，温度偏差不超过±5℃。 这就是串级控制系统。“TC”的输出不直接作用于阀门，而是作为“FC”的设定值，通过与NH3流量信号的比较，“FC”的输出作用于调节阀，改变NH3流量，把温度稳定在给定值上。类似这样利用两个或更多个调节器串联在一起进行调节，以更好地稳定一个被控变量的系统，就是串级调节系统。 在这样一个多回路调节系统中用了二台调节器，它们分别接受来自对象不同部分的测量信号，其中一台调节器的输出作为另一台调节器的外给定输入，而由后者的输出去控制阀门，以实现对生产过程的控制。从系统的结构图看，这二台调节器是串接的，故称为串级调节系统。 2.3.1 串级控制系统 FC 进料 塔底采出 1 2 蒸汽 方案2：控制蒸汽流量恒定 TC 进料 塔底采出 1 2 蒸汽 方案1：控制塔釜温度恒定 单回路控制的局限性 目标：控制塔釜温度稳定 方案1 优点：将所有对温度的干扰都概括在控制回路内。 缺点：当蒸汽压力波动较大时，由于温度对象滞后较大，控制质量不理想。 方案2 优点：能及时克服蒸汽压力的干扰对温度的影响 缺点：不能克服进料流量、物料温度等其他因素对温度的影响。 PC TC 进料 塔底采出 1 2 蒸汽 希望在塔釜温度不变时蒸汽流量能保持设定值，而当塔釜温度在外来干扰的作用下偏离给定值时，又要求蒸汽流量能作相应的变化，使塔釜温度保持在设定值上。 蒸汽 进料 塔底采出 1 2 FC 方案3：串级控制系统 TC 流量控 制器FC 执行器 流量对象 温度T 设定值 干扰f1 精馏塔控制系统方块图 温度对象 温度控 制器TC － + － + 干扰f2 温度检测仪表 流量检测仪表 F 副控 制器 执行器 副对象 主变量 设定值 主干扰 串级控制系统方块图 主对象 主控 制器 － + － + 副干扰 主测量、变送 副测量、变送 副变量 副回路 主回路 常用的名词 主变量 副变量 主对象 副对象 主控制器 副控制器 主回路 副回路 串级控制系统方块图 串级控制系统的工作过程 干扰作用于付回路 NH3压力增加 流量增加 调节器输出减小 温度上升 TC输出减小 NH3流量减小 阀门开度减小 偏差 小干扰，付环解决；大干扰，主、付环共同解决。 串级系统的特点 总体来看，仍然是一个定值调节系统。 1、能迅速克服进入副回路的干扰，副回路起到了“粗调”的作用。对于进入付回路的干扰有较强的抗干扰能力。 （1）干扰的量