串级控制系统.ppt

如图5-15是两个同样的冷却器，均以被冷却气体的出口温度作为主被控参数，但两个控制系统的副参数的选择却不相同。①是将冷剂液位作为副参数，该方案投资少，适用于对温度控制质量要求不太高的场合；②是以冷剂蒸发压力作为副参数，该方案投资多，但副回路相当灵敏，温度控制质量比较高。方案比较：（1）从控制角度看，蒸汽压力作为副参数比以冷却器液位为副参数灵敏，反应速度快。（2）但是，如从经济原则来考虑，以冷却器液位为副参数比以蒸汽压力为副参数的方案来得节省。因为要做到后者比前者控制质量好，在冷冻机入口压力（气体丙稀返回冷冻压缩机冷凝后重复使用）相等的情况下，方案（b）中丙稀蒸发压力就需高于方案（a）中的丙稀蒸发压力（调节阀上需要有一定的压降），这样冷却温差就要减小，冷量利用就不够充分。而且此方案中还需要另外设置一套液位控制系统，以维持一定的蒸发空间，防止气丙稀带液进入冷冻机危及后者的安全，这样方案（b）的仪表投资相应地也要有所增加。相比之下，方案（a）虽然比较迟钝一些（因为它是借助于传热面积的改变以达到控制温度的目的，因此反应较慢）但是却较为经济。所以，在温度控制要求不是很高的情况下，采用方案（a）较为经济。（2）主、副控制器控制规律的选择在串级控制系统中，主、副调节器所起的作用是不同的。主调节器起定值控制作用，副调节器起随动控制作用，这是选择调节规律的基本出发点。主被控参数是工艺操作的主要指标，允许波动的范围很小，一般要求无静差，因此，主调节器应选PI或PID控制规律。副回路是随动回路，允许存在余差。从这个角度说，副控制器不需要积分作用。如选择温度作副变量时，副控制器不宜加积分。这样可以将副回路的开环静态增益调整得较大，以提高克服干扰的能力。但是当副回路是流量(或液体压力)系统时，它们的开环静态增益都比较小，若不加入积分作用，会产生很大余差。考虑到串级系统有时会断开主回路，让副回路单独运行，这样大的余差是不合适的。又因为流量副回路构成的等效环节比主对象的动态滞后要小得多，副控制器增加积分作用也不太影响主回路性能。所以在实际生产上，流量(或液体压力)副控制器常采用比例加积分作用。在温度作副变量的系统中，副控制器可以具有微分作用。但要注意：因为副回路是个随动回路，设定值是经常变化的。对于设定值变化，微分作用会引起控制阀的大幅度跳动，并引起很大超调。所以在副控制器中，不宜设置微分作用。但是，为克服温度副对象的惯性滞后，副控制器可选用具有“微分先行”的控制器。（3）主、副调节器正、反作用方式的确定串级控制系统主、副调节器的正反作用方式选择的方法是：（1）首先根据工艺要求决定调节阀的气开、气关形式。（2）然后再决定副调节器的正、反作用。（3）再依据主、副参数的关系最后决定主调节器的正、反作用。如在单回路控制系统设计中所述，要使一个过程控制系统能正常运行，系统必须采用负反馈。对串级控制系统来说，主、副调节器正、反作用方式的选择原则依然是使整个系统为负反馈，即主通道各环节放大系数乘积的极性必须为正。各环节放大系数极性的确定同单回路控制系统设计完全一样。现以图5-8所示加热炉温度串级控制系统为例，说明主副调节器正、反作用方式的确定。1）从生产工艺安全出发，燃料油调节阀选用气开式，即一旦调节器出现故障，调节阀全关，切断燃料油进入加热炉，确保其设备安全，故kv为正。2）当调节阀开度增大，炉膛温度升高，故ko2为正。为保证副回路为负反馈，则kc2应为正，即为反作用调节器。3)由于炉膛温度升高，炉出口温度也升高，故ko1也为正。4)为保证整个回路为负反馈，则kc1应为正，即为反作用调节器。表5-1所示为调节器正、反作用选择的各种情况，可供系统设计时对照。图5-8加热炉温度串级控制系统检验：当炉出口温度升高时，主调节器输出减小，即副调节器的给定值减小，因此，副调节器输出减小，使调节阀开度减小。这样，进入加热炉燃料油减小，从而使炉膛温度和炉出口温度降低。由此可见，主副调节器正、反作用方式是正确的。表5-1主、副调节器正反作用方式例2反应釜温度串级控制系统1）从生产工艺安全出发，冷却水调节阀选用气关式，即一旦调节器出现故障，调节阀全开，冷却水进入夹套，防止反应釜温度过高，确保其安全，故Kv为负。2）当调节阀开度增大，夹套温度T2下降，故ko2为负。为保证副回路