《過程控制工程》邵裕森主編（第2版）PPT課件

《過程控制工程》邵裕森主編（第2版）PPT課件,過程控制工程,過程,控制工程,邵裕森,主編,PPT,課件 過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章溶液配比問題溶液配比問題問題：當問題：當NaoH用量用量QB變化時，變化時，調整稀釋水量調整稀釋水量QA 以使稀釋液以使稀釋液NaoH的濃度為的濃度為68%左右。左右。解決方案：解決方案：（1）出口濃度控制；）出口濃度控制；（2）入口流量的比值控制）入口流量的比值控制（流量比值（流量比值？）。？）。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章 7.4 比值控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)一般的比值控制問題一般的比值控制問題一般的比值控制問題一般的比值控制問題:要求：要求：QA/QB=KAB（比值系數(shù)）而比值系數(shù)）而QB 為主動流為主動流量，量，QA 為可控量，要求設計一控制系統(tǒng)通過調節(jié)為可控量，要求設計一控制系統(tǒng)通過調節(jié)QA 以實現(xiàn)上述比值控制目標。以實現(xiàn)上述比值控制目標。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章生生產產過過程程中中，經經常常需需要要幾幾種種物物料料的的流流量量保保持持一一定定的的比比例例關關系系。例例如如，在在鍋鍋爐爐的的燃燃燒燒系系統(tǒng)統(tǒng)中中，要要保保持持燃料和空氣量的一定比例，以保證燃燒的經濟性。燃料和空氣量的一定比例，以保證燃燒的經濟性。定定義義：實實現(xiàn)現(xiàn)兩兩個個或或多多個個參參數(shù)數(shù)符符合合一一定定比比例例關關系系的控制系統(tǒng)，稱為比值控制系統(tǒng)。的控制系統(tǒng)，稱為比值控制系統(tǒng)。例如要實現(xiàn)兩種物料的比例關系，則表示為：例如要實現(xiàn)兩種物料的比例關系，則表示為：Q2=K Q1 其中：其中：K比值系數(shù)；比值系數(shù)；Q1主流量；主流量；Q2副副流量流量。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.4.1比值控制系統(tǒng)的種類比值控制系統(tǒng)的種類 1.開環(huán)比值控制系統(tǒng)開環(huán)比值控制系統(tǒng)如圖如圖Q1是主流量，是主流量，Q2是副流量。流量變送器是副流量。流量變送器FT檢測主物料流量檢測主物料流量Q1；由控制器；由控制器FC及安裝在從物料管及安裝在從物料管道上的閥門來控制副流量道上的閥門來控制副流量Q2。FTFCQ1Q2此此控控制制方方案案的的優(yōu)優(yōu)點點是是結結構構簡簡單單、成成本本低低。缺缺點點是是無無抗抗干干擾擾能能力力，當當副副流流管管線線壓壓力力等等改改變變時時，不不能能保證所要求的比值。保證所要求的比值?？刂颇繕耍嚎刂颇繕耍篞2K Q1過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章2.單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)為了克服開環(huán)比值控制的不足，在開環(huán)比值控制為了克服開環(huán)比值控制的不足，在開環(huán)比值控制的基礎上，增加對副流量的閉環(huán)控制。的基礎上，增加對副流量的閉環(huán)控制。特點：特點：q對對Q2進行閉環(huán)控制，比值控制精度提高進行閉環(huán)控制，比值控制精度提高。q控制目標：控制目標：Q2=K Q1 q對對Q1只只測測量量、不不控控制制。Q1變變化化，Q2跟跟著著變變化，總流量不穩(wěn)定?；?，總流量不穩(wěn)定。F1TQ1Q2 KF2TF2C過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章3.雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng) 為了克服單閉環(huán)比值控制中主流量不受控制的缺為了克服單閉環(huán)比值控制中主流量不受控制的缺點，增加了主流量控制回路。點，增加了主流量控制回路。特點：特點：qQ1是主流量，是主流量，Q2是副是副流量。兩個流量都可控，流量。兩個流量都可控，因此總流量穩(wěn)定。因此總流量穩(wěn)定。F1TQ1Q2F1CF2TF2CKq有兩個閉環(huán)控制回路，有兩個閉環(huán)控制回路，用比值器聯(lián)系。用比值器聯(lián)系。q控制目標：控制目標：Q2=K Q1 過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章4變比值控制系統(tǒng)變比值控制系統(tǒng)以上介紹的都是定比值控制系統(tǒng)。在有些生產過以上介紹的都是定比值控制系統(tǒng)。在有些生產過程中，要求兩種物料流量的比值隨第三個工藝參數(shù)的程中，要求兩種物料流量的比值隨第三個工藝參數(shù)的需要而變化，為滿足這種工藝的要求，就出現(xiàn)了變比需要而變化，為滿足這種工藝的要求，就出現(xiàn)了變比值控制系統(tǒng)。值控制系統(tǒng)。例例如如，變變換換爐爐工工藝藝中中，煤煤氣氣與與水水蒸蒸氣氣（58倍倍）在在觸觸媒媒的的催催化化下下，轉轉化化成成二二氧氧化化碳碳和和氫氫氣氣。溫溫度度越越高高轉轉化化率率越越高高，但但溫溫度度過過高高會會影影響響觸觸媒媒壽壽命命。如如果果根根據(jù)據(jù)觸觸媒媒層層的的溫溫度度調調節(jié)節(jié)其其比比例例系系數(shù)數(shù)，就就能能保保持持最最佳佳的的觸觸媒媒溫度和最高的轉化率。溫度和最高的轉化率。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章F1TF2T TT轉化氣轉化氣溫度控制器溫度控制器TC根據(jù)根據(jù)觸媒的實觸媒的實際溫度與給定溫度的偏差，際溫度與給定溫度的偏差，計算流量比值的給定值計算流量比值的給定值。除除法法器器算算出出蒸蒸汽汽與與煤煤氣氣流流量量的的實實際際比比值值，輸輸入入到流量控制器到流量控制器FC。最最后后通通過過調調整整蒸蒸汽汽量量（改改變變蒸蒸汽汽與與煤煤氣氣的的比比值值）來來使使變變換換爐爐觸觸媒媒層層的的溫溫度度恒恒定定在在給定值上。給定值上。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章應當注意，在變比值控制系統(tǒng)中，流量比值只應當注意，在變比值控制系統(tǒng)中，流量比值只是一種控制手段，不是最終目的，而第三參數(shù)（如是一種控制手段，不是最終目的，而第三參數(shù)（如本例中溫度）往往是主要被控參數(shù)。本例中溫度）往往是主要被控參數(shù)。圖圖7.23 變比值控制系統(tǒng)框圖變比值控制系統(tǒng)框圖X(s)Gc2(s)Y(s)+Gv2(s)G02(s)G0(s)Gc1(s)Gm(s)Q1(s)Q2(s)Gm2(s)Gm1(s)+KKr_ _ _過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.4.2比值控制系統(tǒng)的設計與參數(shù)整定比值控制系統(tǒng)的設計與參數(shù)整定 1比值控制系統(tǒng)設計比值控制系統(tǒng)設計1）主流量、副流量的確定原則主流量、副流量的確定原則：生產中起主導作用的物料流量，一般選為主流生產中起主導作用的物料流量，一般選為主流量，其余的物料流量跟隨其變化，為副流量。量，其余的物料流量跟隨其變化，為副流量。工藝上不可控的物料流量，一般選為主流量。工藝上不可控的物料流量，一般選為主流量。成本較昂貴的物料流量一般選為主流量。成本較昂貴的物料流量一般選為主流量。當生產工藝有特殊要求時，主、副物料流量的當生產工藝有特殊要求時，主、副物料流量的確定應服從工藝需要。確定應服從工藝需要。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章2）控制方案的選擇）控制方案的選擇控制方案選擇控制方案選擇應根據(jù)不同的生產要求確定，同時應根據(jù)不同的生產要求確定，同時兼顧經濟性原則兼顧經濟性原則:如果工藝上僅要求兩物料流量之比值一定，而如果工藝上僅要求兩物料流量之比值一定，而對總流量無要求，可用單閉環(huán)比值控制方案。對總流量無要求，可用單閉環(huán)比值控制方案。如果主、副流量的擾動頻繁，而工藝要求主、如果主、副流量的擾動頻繁，而工藝要求主、副物料總流量恒定的生產過程，可用雙閉環(huán)比值控制副物料總流量恒定的生產過程，可用雙閉環(huán)比值控制方案。方案。當生產工藝要求兩種物料流量的比值要隨著第當生產工藝要求兩種物料流量的比值要隨著第三參數(shù)的需要進行調節(jié)時，可用變比值控制方案。三參數(shù)的需要進行調節(jié)時，可用變比值控制方案。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章3）調節(jié)器控制規(guī)律的確定）調節(jié)器控制規(guī)律的確定比值控制系統(tǒng)中，調節(jié)器的控制規(guī)律是根據(jù)控制比值控制系統(tǒng)中，調節(jié)器的控制規(guī)律是根據(jù)控制方案和控制要求而定。方案和控制要求而定。Q1Q2在單閉環(huán)比值控制系在單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)中，比值器統(tǒng)中，比值器K起比值計起比值計算作用，若用調節(jié)器實現(xiàn)，算作用，若用調節(jié)器實現(xiàn)，則選則選P調節(jié)；調節(jié)器調節(jié)；調節(jié)器F2C使副流量穩(wěn)定，為保證控使副流量穩(wěn)定，為保證控制精度可選制精度可選PI調節(jié)。調節(jié)。F1T KF2TF2CPPI過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章雙閉環(huán)比值控制不僅雙閉環(huán)比值控制不僅要求兩流量保持恒定的比要求兩流量保持恒定的比值關系，而且主、副流量值關系，而且主、副流量均要實現(xiàn)定值控制，所以均要實現(xiàn)定值控制，所以兩個調節(jié)器均應選兩個調節(jié)器均應選PI調節(jié)；調節(jié)；比值器選比值器選P調節(jié)。調節(jié)。F1TQ1Q2F1CF2TF2CKPIPIP 4）正確選擇流量計及其量程）正確選擇流量計及其量程各種流量計都有一定的適用范圍（一般正常流各種流量計都有一定的適用范圍（一般正常流量選在滿量程的量選在滿量程的70左右），必須正確地選擇和使左右），必須正確地選擇和使用，可參考有關設計資料、產品手冊。用，可參考有關設計資料、產品手冊。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章5）比值系數(shù)的計算）比值系數(shù)的計算工藝規(guī)定的流量（或質量）比值工藝規(guī)定的流量（或質量）比值K不能直接作為不能直接作為儀表比值使用，必須根據(jù)儀表的量程轉換成儀表比值使用，必須根據(jù)儀表的量程轉換成儀表的比儀表的比值系數(shù)值系數(shù)K后才能進行比值設定。后才能進行比值設定。變送器的轉換特性不同，比值系數(shù)變送器的轉換特性不同，比值系數(shù)K的計算公式的計算公式不同。不同。（l）流量與測量信號之間成）流量與測量信號之間成線性線性關系關系如果如果Q1的流量計測量范圍為的流量計測量范圍為0Q1max、Q2的流的流量計測量范圍為量計測量范圍為0Q2max，則變送器輸出電流信號和，則變送器輸出電流信號和流量之間的關系如下：流量之間的關系如下：過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章因因代入工藝比值公式：代入工藝比值公式：得換算公式：得換算公式：而儀表比值公式：而儀表比值公式：過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章（2）流量與測量信號之間成）流量與測量信號之間成非線性非線性關系關系利用節(jié)流原理測流量時，流量計輸出信號與流量的利用節(jié)流原理測流量時，流量計輸出信號與流量的平方成正比：平方成正比：I=CQ2 代入工藝比值公式：代入工藝比值公式：得換算公式：得換算公式：則則過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章例：例：在生產硝酸的過程中，要求氨氣量和空氣量保持在生產硝酸的過程中，要求氨氣量和空氣量保持一定的比例關系，在正常生產情況下，工藝指標規(guī)定一定的比例關系，在正常生產情況下，工藝指標規(guī)定氨氣流量為氨氣流量為2100m3/h,空氣流量為空氣流量為2200m3/h,氨氣流量氨氣流量表的量程為表的量程為03200m3/h，空氣流量表的量程為，空氣流量表的量程為02500m3/h，求儀表的比值系數(shù)。，求儀表的比值系數(shù)。解解：已知：已知Q12200m3/h;Q2=2100m3/h;Q1max=2500m3/h;Q2max=3200m3/h根據(jù)工藝指標，氨氣和空氣的體積流量比值為：根據(jù)工藝指標，氨氣和空氣的體積流量比值為：過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章若實際流量與其測量信號成線性關系，則：若實際流量與其測量信號成線性關系，則：若實際流量與其測量信號成非線性關系時，則：若實際流量與其測量信號成非線性關系時，則：過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章6）流量測量中的溫度、壓力補償）流量測量中的溫度、壓力補償用差壓流量計測量氣體流量時，被測氣體溫度和用差壓流量計測量氣體流量時，被測氣體溫度和壓力的變化會使其密度發(fā)生變化，流量的測量值將產壓力的變化會使其密度發(fā)生變化，流量的測量值將產生誤差。生誤差。對于溫度、壓力變化較大、而控制質量要求較高對于溫度、壓力變化較大、而控制質量要求較高的對象，必須進行溫度、壓力補償，以保證流量測量的對象，必須進行溫度、壓力補償，以保證流量測量值的準確。值的準確。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7）主、副流量的動態(tài)比值問題）主、副流量的動態(tài)比值問題在現(xiàn)代生產過程中，對自動化要求較高。就比值控在現(xiàn)代生產過程中，對自動化要求較高。就比值控制而言，不僅要求靜態(tài)比值恒定，而且還要求動態(tài)制而言，不僅要求靜態(tài)比值恒定，而且還要求動態(tài)比值一定。在擾動作用下，要求主副流量接近同步比值一定。在擾動作用下，要求主副流量接近同步變化。例如，硝酸生產中的氨氧化過程，氨和空氣變化。例如，硝酸生產中的氨氧化過程，氨和空氣之比具有一定的比例要求，當超過極限時就有發(fā)生之比具有一定的比例要求，當超過極限時就有發(fā)生爆炸的危險。因此，不僅要求穩(wěn)態(tài)時物料量保持一爆炸的危險。因此，不僅要求穩(wěn)態(tài)時物料量保持一定比值，而且還要求動態(tài)時比值也要保持一定。但定比值，而且還要求動態(tài)時比值也要保持一定。但前面介紹的比值控制系統(tǒng)都不能實現(xiàn)動態(tài)比值要求，前面介紹的比值控制系統(tǒng)都不能實現(xiàn)動態(tài)比值要求，為使主、副流量在時間上和相位上同步變化，必須為使主、副流量在時間上和相位上同步變化，必須引入引入“動態(tài)補償環(huán)節(jié)動態(tài)補償環(huán)節(jié)”過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章如果采用如圖所示如果采用如圖所示系統(tǒng)，使系統(tǒng)，使就就 可以實現(xiàn)動態(tài)比可以實現(xiàn)動態(tài)比值一定。值一定。根據(jù)右圖可以求得根據(jù)右圖可以求得F(s)對對Q1(s)的傳遞的傳遞函數(shù)為：函數(shù)為：過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章主流量對副流量的傳遞函數(shù)為：主流量對副流量的傳遞函數(shù)為：為使主、副流量同步變化，無相位滯后，即為使主、副流量同步變化，無相位滯后，即由上面兩式可得到由上面兩式可得到過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章因為因為：將其代入上式可得補償環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)：將其代入上式可得補償環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)：由于副流量滯后于主流量，所以動態(tài)補償環(huán)節(jié)應由于副流量滯后于主流量，所以動態(tài)補償環(huán)節(jié)應具有超前特性。具有超前特性。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.4.2.2 比值控制系統(tǒng)的實施與參數(shù)整定比值控制系統(tǒng)的實施與參數(shù)整定1）比值系數(shù)的實現(xiàn)）比值系數(shù)的實現(xiàn)比值系統(tǒng)的實現(xiàn)有相乘和相除二種方法。在工程比值系統(tǒng)的實現(xiàn)有相乘和相除二種方法。在工程上可采用比值器、乘法器、除法器等儀表實現(xiàn)；用計上可采用比值器、乘法器、除法器等儀表實現(xiàn)；用計算機控制時，通過比例、乘、除運算程序實現(xiàn)。算機控制時，通過比例、乘、除運算程序實現(xiàn)。2）比值控制系統(tǒng)的參數(shù)整定）比值控制系統(tǒng)的參數(shù)整定比值系統(tǒng)的主流量回路，可按單回路控制系統(tǒng)進比值系統(tǒng)的主流量回路，可按單回路控制系統(tǒng)進行整定；比值系統(tǒng)的副流量整定為振蕩與不振蕩的邊行整定；比值系統(tǒng)的副流量整定為振蕩與不振蕩的邊界為佳，即過渡過程既不振蕩而反應又快界為佳，即過渡過程既不振蕩而反應又快(10:1)。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.5 均勻控制系統(tǒng)均勻控制系統(tǒng)在在連連續(xù)續(xù)生生產產過過程程中中，有有許許多多裝裝置置是是前前后后緊緊密密聯(lián)聯(lián)系系的的。前前一一設設備備的的出出料料，往往往往是是后后一一設設備備的的進進料料，各各設設備備的的操操作作也也互互相相關關聯(lián)聯(lián)、互互相相影影響響。例例如如圖圖所所示示的兩個連續(xù)操作的精餾塔。的兩個連續(xù)操作的精餾塔。LC1#2#FTFCLT 1#塔要求液塔要求液位穩(wěn)定，設液位位穩(wěn)定，設液位控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)。2#塔要求進塔要求進料量穩(wěn)定，設流料量穩(wěn)定，設流量控制系統(tǒng)。量控制系統(tǒng)。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章顯然，這兩套控制系統(tǒng)的控制目標存在矛盾：顯然，這兩套控制系統(tǒng)的控制目標存在矛盾：解決辦法：解決辦法：1、設中間貯、設中間貯槽，使前后影響減槽，使前后影響減小，但成本高。小，但成本高。2、用均勻調、用均勻調節(jié)方案。節(jié)方案。1#塔液位調節(jié)塔液位調節(jié)閥閥 1 開度變化開度變化LC1#2#FTFCLT12 2#塔流量變化塔流量變化2#塔流量調節(jié)塔流量調節(jié)閥閥 2 開度變化開度變化 1#塔液位變化塔液位變化過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.5.1均勻控制系統(tǒng)工作原理及特點均勻控制系統(tǒng)工作原理及特點為為了了解解決決前前后后工工序序控控制制的的矛矛盾盾，達達到到前前后后兼兼顧顧、協(xié)協(xié)調調操操作作，使使前前后后工工序序的的控控制制變變量量均均能能符符合合要要求求而而設設計的控制系統(tǒng)計的控制系統(tǒng)稱為均勻控制系統(tǒng)稱為均勻控制系統(tǒng)。如如上上例例中中，均均勻勻控控制制應應通通過過對對液液位位和和流流量量兩兩個個變變量量同同時時兼兼顧顧的的控控制制方方案案，使使兩兩個個互互相相矛矛盾盾的的變變量量相相互互協(xié)調，都能滿足各自的工藝要求。協(xié)調，都能滿足各自的工藝要求。和其它控制方式相比，均勻控制的特點如下：和其它控制方式相比，均勻控制的特點如下：（1）兩兩個個被被控控變變量量在在控控制制過過程程中中都都是是緩緩慢慢變變化化的。的。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章因因為為若若將將1#塔塔液液位位控控制制成成平平穩(wěn)穩(wěn)的的直直線線，會會導導致致2#塔塔的的進進料料量量波波動動很很大大；反反之之若若將將2#塔塔的的進進料料量量控控制制成成平平穩(wěn)穩(wěn)的的直直線線，會會導導致致1#塔塔液液位位波波動動很很大大。即即無無法法實實現(xiàn)現(xiàn)兩個被控參數(shù)都很平穩(wěn)。兩個被控參數(shù)都很平穩(wěn)。只只有有讓讓兩兩者者都都有有一一定定程程度度的的波波動動，但但波波動動都都比比較較緩慢、且幅度較小，才有可能同時符合控制要求。緩慢、且幅度較小，才有可能同時符合控制要求。tLL FFO（a）1#塔液位穩(wěn)定、塔液位穩(wěn)定、2#塔流量變化大塔流量變化大LFL FtO（b）1#塔液位變化大、塔液位變化大、2#塔流量穩(wěn)定塔流量穩(wěn)定L FLFtO（c）1#塔液位、塔液位、2#塔流量均變化較小塔流量均變化較小過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章（2）前前后后互互相相聯(lián)聯(lián)系系又又互互相相矛矛盾盾的的兩兩個個變變量量應應保保持持在所允許的范圍內波動。在所允許的范圍內波動。如如圖圖，1#塔塔塔塔釜釜液液位位的的升升降降變變化化不不能能超超過過規(guī)規(guī)定定的的上上下下限限。2#塔塔進進料料流流量量也也不不能能超超越越規(guī)規(guī)定定的的上上下下限限，否否則就不能滿足工藝要求。則就不能滿足工藝要求。LC1#2#FTFCLT12L FLFtO過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章需要注意以下幾點需要注意以下幾點：l不同于常規(guī)的定值控制系統(tǒng)，而對被控變不同于常規(guī)的定值控制系統(tǒng)，而對被控變量量(CV)與控制變量與控制變量(MV)都有平穩(wěn)的要求；都有平穩(wěn)的要求；l為解決為解決CV與與MV都希望平穩(wěn)這一對矛盾，都希望平穩(wěn)這一對矛盾，只能要求只能要求CV與與MV都漸變。均勻控制通常都漸變。均勻控制通常要求在最大干擾下，液位在貯罐的上下限要求在最大干擾下，液位在貯罐的上下限內波動，而流量應在一定范圍內平緩漸變。內波動，而流量應在一定范圍內平緩漸變。l均勻控制指的是均勻控制指的是控制功能控制功能，而不是控制方，而不是控制方案。案。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.5.2 均勻控制方案均勻控制方案均勻控制常用的方案有簡單均勻控制、串級均勻均勻控制常用的方案有簡單均勻控制、串級均勻控制等形式，下面介紹這兩種控制方案?？刂频刃问?，下面介紹這兩種控制方案。1簡單均勻控制簡單均勻控制LC1#2#LT結結構構與與簡簡單單液液位位定定值值控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)一一樣樣，但但系系統(tǒng)統(tǒng)控控制制的的目目的的不不同同。均均勻勻控控制制的的目目的的是是協(xié)協(xié)調調控控制制液液位位和和排排出出流流量量兩兩個變量。個變量。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章由于控制目的不同，均勻控制要求兼顧兩個變由于控制目的不同，均勻控制要求兼顧兩個變量，是量，是通過調節(jié)器的參數(shù)整定來實現(xiàn)的通過調節(jié)器的參數(shù)整定來實現(xiàn)的。簡單均勻控制系統(tǒng)中的控制器一般都是純比例簡單均勻控制系統(tǒng)中的控制器一般都是純比例作用，而且將比例度整定得很大。作用，而且將比例度整定得很大。LC1#2#LT當液位變化時，當液位變化時，控制器的輸出變化很控制器的輸出變化很小，排出流量只作微小，排出流量只作微小緩慢的變化，以較小緩慢的變化，以較弱的控制作用達到均弱的控制作用達到均勻控制的目的。勻控制的目的。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章LC1#2#LT因此，簡單均因此，簡單均勻控制適用于干擾勻控制適用于干擾不大、對流量的均不大、對流量的均勻程度要求較低的勻程度要求較低的場合。場合。簡單均勻控制的優(yōu)點是結構簡單，投運方便，成簡單均勻控制的優(yōu)點是結構簡單，投運方便，成本低。但對另一個被控變量是不測不控的兼顧操作，本低。但對另一個被控變量是不測不控的兼顧操作，其控制精度不一定能保證。其控制精度不一定能保證。如此例中，當前后塔的壓力變化較大時，盡管調如此例中，當前后塔的壓力變化較大時，盡管調節(jié)閥的開度不變，輸出流量也會發(fā)生較大變化。節(jié)閥的開度不變，輸出流量也會發(fā)生較大變化。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章2串級均勻控制串級均勻控制為為了了克克服服簡簡單單均均勻勻控控制制只只有有一一個個控控制制回回路路，只只能能保保證證一一個個被被控控變變量量精精度度的的缺缺點點，可可在在簡簡單單均均勻勻控控制制方方案基礎上增加一個副控制回路，構成串級均勻控制。案基礎上增加一個副控制回路，構成串級均勻控制。q結結構構與與串串級級控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)相相同同。增增加加了了流流量量控控制制回回路路，可可以以及及時時克克服服壓壓力力干干擾擾，保保證證流流量量控控制精度。制精度。LC1#2#FTFCLT過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章q串串級級均均勻勻控控制制方方案案中中，主主、副副變變量量都都有有控控制制精精度度要要求求，二二者者均均在在規(guī)規(guī)定定的的范范圍圍內內作作緩緩慢慢的的變變化化，所所以以控控制手法上與串級控制不同。制手法上與串級控制不同。v主主、副副控控制制器器一一般般都都采采用用純純比比例例作作用用，而而且且將將比比例度整定得較大。例度整定得較大。v串串級級均均勻勻控控制制方方案案適適用用于于干干擾擾較較大大的的場場合合。但但使使用用儀儀表表較較多多，投投運運、維護較復雜。維護較復雜。LC1#2#FTFCLT過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.5.3 均勻控制系統(tǒng)的參數(shù)整定均勻控制系統(tǒng)的參數(shù)整定7.5.3.1 調節(jié)規(guī)律的選擇調節(jié)規(guī)律的選擇 簡簡單單均均勻勻控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)的的調調節(jié)節(jié)器器及及串串級級均均勻勻控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)的的主主調調節(jié)節(jié)器器一一般般采采用用純純比比例例調調節(jié)節(jié)，有有時時可可以以采采用用比比例例積積分分調節(jié)。在所有的均勻控制系統(tǒng)中，都調節(jié)。在所有的均勻控制系統(tǒng)中，都不應加微分調節(jié)不應加微分調節(jié)。7.5.3.2 調節(jié)器參數(shù)整定調節(jié)器參數(shù)整定簡簡單單均均勻勻控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)要要整整定定的的調調節(jié)節(jié)器器只只有有一一個個，可可按按照照單單回回路路控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)的的整整定定方方法法進進行行，但但要要注注意意比比例例度度要要寬寬（P要要大大）、積積分分時時間間要要長長（Ti要要大大）、通通過過“看看曲曲線線、整整參參數(shù)數(shù)”，使使液液位位和和流流量量達達到到變變化化緩緩慢慢、均均勻勻協(xié)協(xié)調調就可以了。就可以了。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章串串級級均均勻勻控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)參參數(shù)數(shù)整整定定主主要要有有經經驗驗法法和和停停留留時時間法。間法。1、經驗整定法、經驗整定法就就是是根根據(jù)據(jù)經經驗驗，將將主主、副副調調節(jié)節(jié)器器的的比比例例度度P1、P2設設置置為為一一個個適適當當?shù)牡臄?shù)數(shù)值值，然然后后按按“先先副副后后主主”的的順順序序，由由小小到到大大進進行行調調整整，使使被被控控變變量量的的過過渡渡過過程程曲曲線線呈呈緩緩慢慢非非周期衰減過程周期衰減過程。2、停留時間法、停留時間法停停留留時時間間 是是指指在在正正常常流流速速下下，介介質質在在被被控控變變量量允允許許變化范圍內流過所需要的時間，其計算公式變化范圍內流過所需要的時間，其計算公式過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章式式中中Q是是正正常常工工況況下下的的介介質質流流量量，V是是容容器器在在液液位位上上下限之間的有效容量。下限之間的有效容量。停留停留時間時間 /min/min204040比例度比例度 P(%)P(%)100100150150150150200200200200250250積積分分時間時間 T Ti i/min/min5 510101515表表7-2 停留時間停留時間與調節(jié)參數(shù)的關系與調節(jié)參數(shù)的關系過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.6 分程控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)在在分分程程控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)中中，一一個個控控制制器器的的輸輸出出信信號號被被分分割割成成幾幾個個行行程程段段，每每一一段段行行程程各各控控制制一一個個調調節(jié)節(jié)閥閥，故故取名為分程控制系統(tǒng)。取名為分程控制系統(tǒng)。例例如如，一一個個控控制制器器的的輸輸出出信信號號分分程程控控制制兩兩個個調調節(jié)節(jié)閥閥A和和B，A和和B的輸入信號各占一半行程。的輸入信號各占一半行程。q可調整閥門定可調整閥門定位器來縮小調節(jié)閥位器來縮小調節(jié)閥的輸入量程的輸入量程。CABMM過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.6.1分程控制系統(tǒng)工作原理及類型分程控制系統(tǒng)工作原理及類型1分程控制系統(tǒng)工作原理分程控制系統(tǒng)工作原理如某一間歇式生產的化學反應過程中，每次投料如某一間歇式生產的化學反應過程中，每次投料完畢后，需要先對其加熱引發(fā)化學反應。完畢后，需要先對其加熱引發(fā)化學反應。TT熱水熱水冷卻水冷卻水B TCA一一旦旦反反應應開開始始進進行行，就就會會持持續(xù)續(xù)產產生生大大量量的的反反應應熱熱，如如果果不不及及時時降降溫溫，物物料料溫溫度度會會越越來來越越高高，有有發(fā)發(fā)生生爆爆炸炸的的危危險險。因因此，必須降溫。此，必須降溫。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章為此，可設計以反應器內溫度為被控參數(shù)、以熱為此，可設計以反應器內溫度為被控參數(shù)、以熱水流量和冷卻水流量為控制變量的分程控制系統(tǒng)，調水流量和冷卻水流量為控制變量的分程控制系統(tǒng)，調節(jié)閥節(jié)閥A、B分別控制冷卻水和熱水。分別控制冷卻水和熱水。為保證安全，為保證安全，熱水閥采用氣開熱水閥采用氣開式，冷水閥采用式，冷水閥采用氣關式，則溫度氣關式，則溫度調節(jié)器設為反作調節(jié)器設為反作用。用。TT熱水熱水冷卻水冷卻水B TCA反反反反正正過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章圖圖7.29 調節(jié)閥分程關系曲線調節(jié)閥分程關系曲線MPa0100%0.020.060.10A閥閥B閥閥 TT熱水熱水冷卻水冷卻水B TCA正正反反反反工作原理如下：工作原理如下：當裝料完成、化學反應開始前，溫度測量值小于當裝料完成、化學反應開始前，溫度測量值小于設定值。調節(jié)器設定值。調節(jié)器TC輸出氣壓大于輸出氣壓大于0.06MPa，A（冷水）（冷水）閥關閉，閥關閉，B（熱水）閥開啟，反應器夾套中流進的熱（熱水）閥開啟，反應器夾套中流進的熱水使反應物料溫度上升。水使反應物料溫度上升。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章反應開始后，反應物溫度逐漸升高，調節(jié)器輸出反應開始后，反應物溫度逐漸升高，調節(jié)器輸出逐漸下降，熱水閥逐漸關?。划敺磻锪蠝囟冗_到并逐漸下降，熱水閥逐漸關小；當反應物料溫度達到并高于高于設定值設定值時，調節(jié)器輸出氣壓將小于時，調節(jié)器輸出氣壓將小于0.06MPa，熱熱水閥水閥完全關閉，冷水閥逐漸打開，冷水進入夾套將反完全關閉，冷水閥逐漸打開，冷水進入夾套將反應熱帶走，使反應物料溫度保持在應熱帶走，使反應物料溫度保持在設定值設定值。圖圖7.29 調節(jié)閥分程關系曲線調節(jié)閥分程關系曲線MPa0100%0.020.060.10A閥閥B閥閥 TT熱水熱水冷卻水冷卻水B TCA正正反反反反過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章2分程控制系統(tǒng)的類型分程控制系統(tǒng)的類型按照調節(jié)閥的氣開、氣關形式和分程信號區(qū)段按照調節(jié)閥的氣開、氣關形式和分程信號區(qū)段不同，可分為以下兩種類型：不同，可分為以下兩種類型：調節(jié)閥同向動作的分程控制系統(tǒng)調節(jié)閥同向動作的分程控制系統(tǒng)例：兩個調節(jié)閥同向動作例：兩個調節(jié)閥同向動作A、B均為正作用閥均為正作用閥A、B均為反作用閥均為反作用閥MPa0100%0.020.060.10A閥閥B閥閥MPa0100%0.020.060.10A閥閥B閥閥過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章MPa0100%0.020.060.10A閥閥B閥閥MPa0100%0.020.060.10A閥閥B閥閥調節(jié)閥異向動作的分程控制系統(tǒng)調節(jié)閥異向動作的分程控制系統(tǒng)例：兩個調節(jié)閥異向動作例：兩個調節(jié)閥異向動作在在0.020.06MPa區(qū)區(qū)間，間，B閥全開、閥全開、A閥逐漸閥逐漸開大；在開大；在0.060.10MPa區(qū)間，區(qū)間，A閥全開、閥全開、B閥逐閥逐漸關小。漸關小。在在0.020.06MPa區(qū)區(qū)間，間，B閥全關、閥全關、A閥逐漸閥逐漸關??；在關??；在0.060.10MPa區(qū)間，區(qū)間，A閥全關、閥全關、B閥逐閥逐漸開大。漸開大。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章給定給定執(zhí)行器執(zhí)行器1對象對象變送器變送器控制器控制器干擾干擾執(zhí)行器執(zhí)行器27.6.2 分程控制系統(tǒng)設計及工業(yè)應用分程控制系統(tǒng)設計及工業(yè)應用分程控制系統(tǒng)本質上屬于單回路控制系統(tǒng)。二者分程控制系統(tǒng)本質上屬于單回路控制系統(tǒng)。二者的主要區(qū)別是：單回路控制系統(tǒng)中調節(jié)器輸出控制一的主要區(qū)別是：單回路控制系統(tǒng)中調節(jié)器輸出控制一個調節(jié)閥，分程控制系統(tǒng)中調節(jié)器輸出控制多個調節(jié)個調節(jié)閥，分程控制系統(tǒng)中調節(jié)器輸出控制多個調節(jié)閥。因此，系統(tǒng)設計上有所不同。閥。因此，系統(tǒng)設計上有所不同。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.6.2.1 控制信號的分段控制信號的分段在分程控制中，在分程控制中，調節(jié)器輸出信號分段是由生產工藝要調節(jié)器輸出信號分段是由生產工藝要求決定的求決定的。調節(jié)器輸出信號需要分成幾段，哪一段信。調節(jié)器輸出信號需要分成幾段，哪一段信號控制哪一個調節(jié)閥，完全取決于工藝要求。號控制哪一個調節(jié)閥，完全取決于工藝要求。如在此例反應如在此例反應器溫度控制中，工器溫度控制中，工藝需要控制兩個調藝需要控制兩個調節(jié)閥。因此，調節(jié)節(jié)閥。因此，調節(jié)器輸出信號需要分器輸出信號需要分成兩段。成兩段。TT熱水熱水冷卻水冷卻水B TCA正正反反反反過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.6.2.2 調節(jié)閥特性的選擇與應注意的問題調節(jié)閥特性的選擇與應注意的問題1.根據(jù)工藝要求選擇同向或異向工作的調節(jié)閥根據(jù)工藝要求選擇同向或異向工作的調節(jié)閥如此例中，為保證安全，熱水閥采用氣開式，冷水如此例中，為保證安全，熱水閥采用氣開式，冷水閥采用氣關式。這就決定了兩個調節(jié)閥異向工作。又閥采用氣關式。這就決定了兩個調節(jié)閥異向工作。又因工藝要求一個閥打開時，另一個必須關閉。因此兩因工藝要求一個閥打開時，另一個必須關閉。因此兩個閥的特性組合應是：個閥的特性組合應是：MPa0100%0.020.060.10A閥閥B閥閥 TT熱水熱水冷卻水冷卻水B TCA正正反反反反過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章2.流量特性的流量特性的平滑銜接平滑銜接l調節(jié)閥流量特性的選擇原則是調節(jié)閥的特性與過調節(jié)閥流量特性的選擇原則是調節(jié)閥的特性與過程特性乘積為一常數(shù)，程特性乘積為一常數(shù)，從而使過程控制系統(tǒng)具有線從而使過程控制系統(tǒng)具有線性特性。在分程控制系統(tǒng)中，考慮到各分程調節(jié)閥性特性。在分程控制系統(tǒng)中，考慮到各分程調節(jié)閥的實際情況，必須通過調節(jié)閥的特性和過程特性間的實際情況，必須通過調節(jié)閥的特性和過程特性間的匹配，使控制通道特性保持基本不變?yōu)樵瓌t。的匹配，使控制通道特性保持基本不變?yōu)樵瓌t。l另外分程調節(jié)閥組合以后，把兩個調節(jié)閥作為一另外分程調節(jié)閥組合以后，把兩個調節(jié)閥作為一個調節(jié)閥使用時，要求從一個調節(jié)閥向另一個調節(jié)個調節(jié)閥使用時，要求從一個調節(jié)閥向另一個調節(jié)閥過渡時，其流量變化要平滑。但由于兩個調節(jié)閥閥過渡時，其流量變化要平滑。但由于兩個調節(jié)閥的增益不同，存在著流量特性的突變，對此要采取的增益不同，存在著流量特性的突變，對此要采取相應的措施。相應的措施。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章如圖為蒸汽壓力減壓系統(tǒng)。小負荷時只有如圖為蒸汽壓力減壓系統(tǒng)。小負荷時只有A閥控閥控制、制、B閥閥不開；負荷較大時不開；負荷較大時A閥全開、閥全開、B閥閥控制?？刂?。兩個同向特性的調節(jié)閥并聯(lián)控制一種介質的流量兩個同向特性的調節(jié)閥并聯(lián)控制一種介質的流量時，總流量特性是兩個閥流量特性的疊加組合。時，總流量特性是兩個閥流量特性的疊加組合。PTMPa0100%0.020.060.10A閥閥B閥閥過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章如果兩個調節(jié)閥的增益差距較大，如果兩個調節(jié)閥的增益差距較大，組合后的總流組合后的總流量量特性有突變點，會影響調節(jié)品質。特性有突變點，會影響調節(jié)品質。P（MPa）（a）二閥特性比較接近）二閥特性比較接近0流量流量 Q（%）1000.020.060.10 45（b）二閥特性差距較大）二閥特性差距較大01000.020.060.10 45P（MPa）流量流量 Q（%）如果兩個調節(jié)閥都用直線特性，組合后的總流量如果兩個調節(jié)閥都用直線特性，組合后的總流量特性有下列兩種情況：特性有下列兩種情況：過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章（a）分程信號不重疊）分程信號不重疊P（MPa）流量流量 Q（%）01000.020.060.10 如果調節(jié)閥是對數(shù)流量特性，其總流量特性銜接如果調節(jié)閥是對數(shù)流量特性，其總流量特性銜接處必有突變點。處必有突變點?？梢酝ㄟ^兩可以通過兩個調節(jié)閥分程信號部分重迭的辦法個調節(jié)閥分程信號部分重迭的辦法，使調節(jié)閥流量特性實現(xiàn)平滑過渡。即將兩個閥的工作使調節(jié)閥流量特性實現(xiàn)平滑過渡。即將兩個閥的工作范圍擴大，形成一段重迭區(qū)。范圍擴大，形成一段重迭區(qū)。（b）分程信號重疊）分程信號重疊P（MPa）01000.020.060.10流量流量 Q（%）過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章3）調節(jié)閥的泄漏量）調節(jié)閥的泄漏量 在分程控制中，調節(jié)閥的泄漏量太大會影響控制質在分程控制中，調節(jié)閥的泄漏量太大會影響控制質量。尤其當大、小閥并聯(lián)工作時，若大閥的泄漏量接量。尤其當大、小閥并聯(lián)工作時，若大閥的泄漏量接近或大于小閥的正常的調節(jié)量，則小閥的調節(jié)能力大近或大于小閥的正常的調節(jié)量，則小閥的調節(jié)能力大大降低。大降低。因為大閥的泄漏量因為大閥的泄漏量相當于存在一個不受控相當于存在一個不受控制的旁路管道，所以要制的旁路管道，所以要求大閥的泄漏量很小。求大閥的泄漏量很小。PT過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.6.2.3 分程控制的實現(xiàn)分程控制的實現(xiàn)分程控制要求調節(jié)閥的輸入量程進行壓縮。通過調分程控制要求調節(jié)閥的輸入量程進行壓縮。通過調整閥門定位器的輸入信號零點和量程，使調節(jié)閥在整閥門定位器的輸入信號零點和量程，使調節(jié)閥在規(guī)定的信號區(qū)段作全行程動作。規(guī)定的信號區(qū)段作全行程動作。（b）分程信號重疊）分程信號重疊P（MPa）01000.020.060.10流量流量 Q（%）例如，使調節(jié)閥例如，使調節(jié)閥A在在0.020.07MPa范圍內作全范圍內作全行程動作；使調節(jié)閥行程動作；使調節(jié)閥B在在0.050.10MPa范圍內作全范圍內作全行程動作。行程動作。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.6.2.4 分程控制系統(tǒng)的工業(yè)應用分程控制系統(tǒng)的工業(yè)應用分程控制系統(tǒng)的工業(yè)應用廣泛，介紹應用比較多分程控制系統(tǒng)的工業(yè)應用廣泛，介紹應用比較多的兩種形式：的兩種形式：1、用于擴大調節(jié)閥的可調范圍、用于擴大調節(jié)閥的可調范圍有的生產工藝要求控制的流量變化范圍較大，但有的生產工藝要求控制的流量變化范圍較大，但是調節(jié)閥的可調范圍是有限的是調節(jié)閥的可調范圍是有限的（國產統(tǒng)一設計柱塞調國產統(tǒng)一設計柱塞調節(jié)閥可調范圍節(jié)閥可調范圍R30）。若采用一個調節(jié)閥，能夠控若采用一個調節(jié)閥，能夠控制的最大流量和最小流量相差不可能太懸殊，滿足不制的最大流量和最小流量相差不可能太懸殊，滿足不了生產上流量大范圍變化的要求，這時可考慮采用兩了生產上流量大范圍變化的要求，這時可考慮采用兩個控制閥并聯(lián)的分程控制方案。個控制閥并聯(lián)的分程控制方案。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章例例 某廠蒸汽壓力減壓系統(tǒng)某廠蒸汽壓力減壓系統(tǒng)用用節(jié)節(jié)流流減減壓壓的的方方法法將將10MPa的的高高壓壓蒸蒸汽汽減減壓壓成成4MPa的中壓蒸汽。中壓蒸汽的使用量變化很大。的中壓蒸汽。中壓蒸汽的使用量變化很大。如如果果只只用用一一個個閥閥門門控控制制，只只能能選選擇擇大大口口徑徑閥閥。而而大口徑閥在小開度下工作時，控制效果變差。大口徑閥在小開度下工作時，控制效果變差。如如果果用用兩兩個個閥閥分分程程控控制制，小小負負荷荷時時只只開開小小閥閥，負負荷荷增增大大時時再再開開大大閥閥。則則兩兩個個調調節(jié)節(jié)閥閥組組合合后，可調范圍擴大。后，可調范圍擴大。PT過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章設大小兩個調節(jié)閥的最大流通能力分別為：設大小兩個調節(jié)閥的最大流通能力分別為：CBmax=105 m3、CAmax=4.2m3；可調范圍均為；可調范圍均為 R=30則兩個閥的最小流通能力分別為：則兩個閥的最小流通能力分別為：CBmin=CBmax/R=105/30=3.5 m3CAmin=CAmax/R=4.2/30=0.14 m3兩個調節(jié)閥并聯(lián)使用時：兩個調節(jié)閥并聯(lián)使用時：最小流通能力為：最小流通能力為：Cmin=CAmin=0.14 m3最大流通能力為：最大流通能力為：Cmax=CBmax+CAmax=109.2 m3可調范圍可調范圍R并并=Cmax /Cmin=109.2/0.14=780并聯(lián)使用后調并聯(lián)使用后調節(jié)閥的可調范圍增大了節(jié)閥的可調范圍增大了26倍。倍。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章2.用于一個控制回路需要控制多個操縱量用于一個控制回路需要控制多個操縱量例如在工業(yè)廢液中和處理工藝中，需要根據(jù)廢例如在工業(yè)廢液中和處理工藝中，需要根據(jù)廢液的酸堿性（液的酸堿性（pH值），分別控制加酸量或加堿量。值），分別控制加酸量或加堿量。MPa0100%0.020.060.10酸閥酸閥堿閥堿閥 pHT反反反反正正廢液廢液 pHC正正堿液堿液酸液酸液中和液中和液過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章3 3、用于節(jié)能控制、用于節(jié)能控制、用于節(jié)能控制、用于節(jié)能控制設計和應用過程控制系統(tǒng)，必須充分注意提高工業(yè)設計和應用過程控制系統(tǒng)，必須充分注意提高工業(yè)生產的生產的 經濟效益。也就是說，通過自動控制手段來經濟效益。也就是說，通過自動控制手段來減少能量消耗，以提高經濟效益。減少能量消耗，以提高經濟效益。例例 在某生產過程中，冷物料通過熱交換器用熱水在某生產過程中，冷物料通過熱交換器用熱水（工業(yè)廢水）和蒸汽對其進行加熱，當用熱水加熱（工業(yè)廢水）和蒸汽對其進行加熱，當用熱水加熱不能滿足出口不能滿足出口溫度時，再同溫度時，再同時使用蒸汽加時使用蒸汽加熱，為此設計熱，為此設計溫度分程控制溫度分程控制系統(tǒng)。系統(tǒng)。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章 在本系統(tǒng)中，蒸汽閥和熱水閥均選用氣開式，在本系統(tǒng)中，蒸汽閥和熱水閥均選用氣開式，調節(jié)器為反作用，在正常情況下，熱水閥全開仍不調節(jié)器為反作用，在正常情況下，熱水閥全開仍不能滿足出口溫度要求時，調節(jié)器輸出信號同時使蒸能滿足出口溫度要求時，調節(jié)器輸出信號同時使蒸汽閥打開，以滿足出口溫度的工藝要求。采用分程汽閥打開，以滿足出口溫度的工藝要求。采用分程控制可節(jié)省能源，降低能耗?？刂瓶晒?jié)省能源，降低能耗。4、用于多種調節(jié)手段，維持生產穩(wěn)定。、用于多種調節(jié)手段，維持生產穩(wěn)定。在生產過程中，為了維持某一參數(shù)穩(wěn)定，通常在生產過程中，為了維持某一參數(shù)穩(wěn)定，通常需要用多種手段進行控制，為此，可采用分程控制。需要用多種手段進行控制，為此，可采用分程控制。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章例例 高爐壓力分程控制系統(tǒng)高爐壓力分程控制系統(tǒng)在煉鐵生產過程中，需要把鐵礦石、焦炭和石灰石在煉鐵生產過程中，需要把鐵礦石、焦炭和石灰石按一定比例配成爐料，從高爐爐頂進料口分批進入按一定比例配成爐料，從高爐爐頂進料口分批進入爐中，同時把經過預熱后的空氣（稱為熱風）由爐爐中，同時把經過預熱后的空氣（稱為熱風）由爐底送入爐內，焦炭在熱風的作用下生產二氧化碳，底送入爐內，焦炭在熱風的作用下生產二氧化碳，并放出大量的熱量，即并放出大量的熱量，即式中：式中：Q氧化反應釋放出的熱量。氧化反應釋放出的熱量。CO2跟赤熱的焦炭反應生成跟赤熱的焦炭反應生成CO。鐵礦石在。鐵礦石在CO的的作用下還原成為鐵，即作用下還原成為鐵，即過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章高爐壓力是進行正常生產的一個重要條件之一，高爐壓力是進行正常生產的一個重要條件之一，這樣的系統(tǒng)本來是很簡單的，但由于檢測與執(zhí)行機這樣的系統(tǒng)本來是很簡單的，但由于檢測與執(zhí)行機構存在一些困難，故系統(tǒng)設計中必須加以解決。構存在一些困難，故系統(tǒng)設計中必須加以解決。在壓力測量時，由于有大量灰塵、煙氣，取壓在壓力測量時，由于有大量灰塵、煙氣，取壓管容易被堵塞，為此，在工程上采用吹氮氣的方法，管容易被堵塞，為此，在工程上采用吹氮氣的方法，即用較純凈的即用較純凈的N2經氣動恒差繼動器、氣閥、轉子流經氣動恒差繼動器、氣閥、轉子流量計進入高爐頂部的氣體采集管的量計進入高爐頂部的氣體采集管的A端，由端，由B端引出端引出的氣體壓力作為爐壓的測量值。的氣體壓力作為爐壓的測量值。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章在冶煉過程中，不同階段、不同工況對熱風的在冶煉過程中，不同階段、不同工況對熱風的要求相差甚大，因此設計和應用高爐壓力分程控制要求相差甚大，因此設計和應用高爐壓力分程控制系統(tǒng)。系統(tǒng)。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章根據(jù)工藝要求，在調節(jié)器輸出信號為根據(jù)工藝要求，在調節(jié)器輸出信號為040時，時，A閥工作；調節(jié)器輸出信號超過閥工作；調節(jié)器輸出信號超過40范圍，調節(jié)閥范圍，調節(jié)閥A保持在最大開度，同時保持在最大開度，同時B閥開始工作；當調節(jié)器輸出閥開始工作；當調節(jié)器輸出信號超過信號超過70時，時，A閥和閥和B閥都保持在最大開度，同閥都保持在最大開度，同時調節(jié)閥時調節(jié)閥C開始工作。開始工作。7.6.2.5 調節(jié)器控制規(guī)律的選擇與參數(shù)整定調節(jié)器控制規(guī)律的選擇與參數(shù)整定分程控制屬于單回路控制，其控制規(guī)律的選擇與分程控制屬于單回路控制，其控制規(guī)律的選擇與參數(shù)整定方法與一般單回路定值控制系統(tǒng)類似。但要參數(shù)整定方法與一般單回路定值控制系統(tǒng)類似。但要注意的是不同的區(qū)段的控制通道特性不會完全相同，注意的是不同的區(qū)段的控制通道特性不會完全相同，在參數(shù)整定時要兼顧不同區(qū)段的情況，選擇合適的整在參數(shù)整定時要兼顧不同區(qū)段的情況，選擇合適的整定參數(shù)。定參數(shù)。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.7 選擇性控制系統(tǒng)選擇性控制系統(tǒng)通通常常的的自自動動控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)是是在在正正常常生生產產狀狀態(tài)態(tài)下下對對某某參參數(shù)數(shù)進進行行穩(wěn)穩(wěn)定定性性控控制制。一一旦旦生生產產過過程程出出現(xiàn)現(xiàn)非非正正常常狀狀態(tài)態(tài)（如如其其它它參參數(shù)數(shù)超超過過安安全全線線），就就得得放放棄棄對對此此參參數(shù)數(shù)的的控控制制，否否則則會會發(fā)發(fā)生生事事故故。待待采采取取生生產產保保護護措措施施消消除除非非正正常狀態(tài)后，控制系統(tǒng)再重新投入工作。常狀態(tài)后，控制系統(tǒng)再重新投入工作。傳統(tǒng)的傳統(tǒng)的生產保護措施是硬保護措施。當生產操作生產保護措施是硬保護措施。當生產操作達到安全極限時，發(fā)出聲、光報警。操作工立即將控達到安全極限時，發(fā)出聲、光報警。操作工立即將控制器切到手動操作、或是通過專門設置的聯(lián)鎖保護線制器切到手動操作、或是通過專門設置的聯(lián)鎖保護線路實現(xiàn)自動停車，以排除險情。路實現(xiàn)自動停車，以排除險情。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章如如果果控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)具具有有自自動動應應變變能能力力，對對于于不不同同的的生生產產狀狀態(tài)態(tài)，能能自自動動選選擇擇不不同同的的控控制制方方案案。當當生生產產出出現(xiàn)現(xiàn)不不正正常常狀狀況況時時，能能自自動動切切換換到到保保護護性性控控制制回回路路，讓讓保保護護性性控控制制回回路路來來恢恢復復生生產產狀狀態(tài)態(tài)；當當生生產產恢恢復復正正常常時時，再再自自動動切切回回穩(wěn)穩(wěn)定定性性控控制制回回路路。這這樣樣就就不不需需要要通通過過人人工工或或停停車車操操作作對對生生產產進進行行保保護護，稱稱為為軟軟保保護護措施。措施。選選擇擇性性控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)就就是是能能根根據(jù)據(jù)生生產產狀狀態(tài)態(tài)自自動動選選擇擇合合適適的的控控制制方方案案的的控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)。系系統(tǒng)統(tǒng)設設有有多多個個控控制制回回路路，由由選選擇擇器器根根據(jù)據(jù)設設計計的的邏邏輯輯關關系系選選通通某某個個控控制制回回路路。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.7.1選擇性控制系統(tǒng)的類型選擇性控制系統(tǒng)的類型選擇性控制系統(tǒng)通過選擇器實現(xiàn)選擇功能。選擇選擇性控制系統(tǒng)通過選擇器實現(xiàn)選擇功能。選擇器可以接在調節(jié)器的輸出端，對控制信號進行選擇；器可以接在調節(jié)器的輸出端，對控制信號進行選擇；也可以接在變送器的輸出端，對測量信號進行選擇。也可以接在變送器的輸出端，對測量信號進行選擇。1.對調節(jié)器輸出信號進行選擇對調節(jié)器輸出信號進行選擇給定給定2變送器變送器2執(zhí)行器執(zhí)行器對象對象被控量被控量2給定給定1變送器變送器1控制器控制器1選擇器選擇器被控量被控量1干擾干擾控制器控制器2正?？刂普？刂迫〈刂迫〈刂七^程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章例例1 鍋爐蒸汽壓力的控制鍋爐蒸汽壓力的控制工藝要求鍋爐輸出蒸汽壓力穩(wěn)定。若用單回路工藝要求鍋爐輸出蒸汽壓力穩(wěn)定。若用單回路控制系統(tǒng)控制，則根據(jù)蒸汽出口壓力控制燃氣量?？刂葡到y(tǒng)控制，則根據(jù)蒸汽出口壓力控制燃氣量。燃氣燃氣鍋爐給水鍋爐給水蒸汽蒸汽汽包汽包爐膛爐膛P1TP1C正正反反如果蒸汽用量如果蒸汽用量大幅度變化，蒸汽大幅度變化，蒸汽壓力控制系統(tǒng)會使壓力控制系統(tǒng)會使燃氣閥門開度大幅燃氣閥門開度大幅變化。但煤氣壓力變化。但煤氣壓力過高會發(fā)生脫火。過高會發(fā)生脫火。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章為為防防止止產產生生脫脫火火現(xiàn)現(xiàn)象象，增增加加一一個個燃燃氣氣高高壓壓保保護護控控制制回回路路。用用P2T測測燃燃氣氣壓壓力力，P2C的的設設定定值值為為燃燃氣氣高高壓壓上上限限值值，當當燃燃氣氣壓壓力力低低于于上上限限值值時時，P2C輸輸出出高高值值信號。信號。燃氣燃氣P2C鍋爐給水鍋爐給水蒸汽蒸汽汽包汽包爐膛爐膛選擇器選擇器1P2TP1TP1C反反反反正正用低選器自用低選器自動地選擇兩個控動地選擇兩個控制信號中較低的制信號中較低的一個，作為閥門一個，作為閥門的控制信號。的控制信號。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章P2C輸輸出出高高值值時時，LS選選中中P1C作作為為輸輸出出。系系統(tǒng)統(tǒng)是是以以蒸蒸汽汽壓壓力力為為被被控控變變量量的的簡簡單單控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)。當當煤煤氣氣壓壓力力超超過過P2C給給定定值值時時，P2C輸輸出出低低值值，LS將將改改選選P2C作作為輸出。為輸出。系統(tǒng)處于燃系統(tǒng)處于燃氣壓力控制時，氣壓力控制時，蒸汽出口壓力控蒸汽出口壓力控制回路被燃氣壓制回路被燃氣壓力安全保護回路力安全保護回路所取代。所取代。燃氣燃氣P2C鍋爐給水鍋爐給水蒸汽蒸汽汽包汽包爐膛爐膛選擇器選擇器1P2TP1TP1C反反反反正正過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章在在蒸蒸汽汽壓壓力力定定值值控控制制與與燃燃氣氣高高壓壓自自動動保保護護的的選選擇擇控控制制過過程程中中，還還可可能能出出現(xiàn)現(xiàn)另另一一種種事事故故：如如果果因因蒸蒸汽汽負負荷荷很很低低，導導致致燃燃氣氣流流量量過過低低，會會出出現(xiàn)現(xiàn)熄熄火火現(xiàn)現(xiàn)象象，也也必必須加以防止。須加以防止。燃氣燃氣P2C鍋爐給水鍋爐給水蒸汽蒸汽汽包汽包爐膛爐膛選擇器選擇器1P2TP1TP1C反反反反正正過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章為防止出現(xiàn)熄火現(xiàn)象，再增加一個燃氣低壓保護為防止出現(xiàn)熄火現(xiàn)象，再增加一個燃氣低壓保護控制回路控制回路 P3T、P3C。P3C的設定值為燃氣壓力下的設定值為燃氣壓力下限值，當燃氣壓力低于下限值時，限值，當燃氣壓力低于下限值時，P3C輸出高值信號，輸出高值信號