过程控制 第四章 复杂过程控制系统-比值控制4

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复杂过程控制系统--串级控制

复杂过程控制系统--串级控制

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对于一个控制系统来说,当它在给定信号作用 下,其输出量能复现输入量的变化,即Y1(s)/X1(s) 越接近于1时,则系统的控制性能越好;当它在扰 动作用下,其控制作用能迅速克服扰动的影响,即 Y1(s)/F2(s)越接近于0时,则系统的控制性能越 好,系统的抗干扰能力就越强。 ❖ 图4-5串级控制系统抗干扰能力可用下式表示: Q C 2 ( s )= Y Y 1 1 ( ( s s ) ) / /X F 2 1 ( ( s s ) )= W C W 1 ( s * ) 0 W 2 ( 's 0 2 ) ( s )= W C 1 ( s ) W C 2 ( s ) W V ( s )
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二、串级控制系统的特点与分析
在结构上与电力传动自动控制系统中的双闭 环系统相同(比单回路系统多了一个副回路),其 系统特点与分析方法亦基本相同。
主回路(外环):定值控制系统 副回路(内环):随动控制系统 与单回路系统相比,串级控制系统多用了一 个测量变送器与一个控制器(调节器),增加的投 资并不多(对计算机控制系统来说,仅增加了一个 测量变送器),但控制效果却有显著的提高,其原 因在于串级控制系统中增加了一个包含二次扰动 的副回路。
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单回路控制系统的抗干扰能力为
Y(s)/X(s) QD2(s)=Y(s)/F2(s)=W C(s)W V(s)
串级控制系统与单回路控制系统的抗扰动能力
之比:
QC2(s) =WC1(s)WC2(s)
QD2(s)
WC(s)
设串级与单回路系统均采用比例调节器,其比
例放大系数分别为KC1、KC2、KC,则上式变为
第四章 复杂过程控制系统
❖串级控制 ❖前馈控制 ❖大滞后补偿控制 ❖比值控制 ❖分程与选择性控制 ❖多变量解耦控制 ❖模糊控制 ❖预测控制

第4章(比值、均匀、前馈)过程控制课件

第4章(比值、均匀、前馈)过程控制课件
Q0
Q
0
t
第二种情况, 第二种情况 控制器的K c 很小 即控制作用很弱 当干 很小, 即控制作用很弱, 扰使液位大幅波动时, 阀门开度基本不变, 则流量的波 扰使液位大幅波动时 阀门开度基本不变 动就很小. 如下左图所示. 第三种情况, 动就很小 如下左图所示 第三种情况 控制器的 K c H Q H Q H 取值适当, 使 取值适当 H H0 H0 控制作用较为 Q0 Q0 Q Q 温和, 温和 在干扰
(三)双冲量均匀方案 三 双冲量均匀方案 “冲量”的原义是短暂作用的信号或参数 在此引 冲量” 冲量 的原义是短暂作用的信号或参数, 申 为连续的信号或参数. 为连续的信号或参数 双冲量均匀控制系统的结构见下 图. 与串级均匀控制相比 前者用一个加法器取代主控 与串级均匀控制相比, 制器, 制器 是以液位和流量的测量信号经加法器后 甲塔 作为系统的被控变量. IO QS 作为系统的被控变量 现假定采 IH ∑ QC 用电动仪表构成系统 阀门为气 用电动仪表构成系统, I S IQ 开式, 流量控制器选正作用. 开式 流量控制器选正作用 加 h 法器在稳定状态下的输出为: 法器在稳定状态下的输出为
下图表示两个串联的精馏塔独立设置控制系统. 两个独立 下图表示两个串联的精馏塔独立设置控制系统. 两个独立 运行的单回路液位控制系统 乙塔 甲塔 和流量控制系统工作时是相 QC LC 互矛盾的. 为解决矛盾, 可 互矛盾的 为解决矛盾 在两塔之间增设中间缓冲容 器来克服, 器来克服 但这增加了投资 且对于某些生产连续性很强 的过程又不允许中间储存的时间过长, 的过程又不允许中间储存的时间过长 因 此还需从自动化方案的设计上寻求解决的 甲塔 方法. 均匀控制就是一种解决方案. 方法 均匀控制就是一种解决方案 均匀 LC 控制系统把液位﹑ H 控制系统把液位﹑流量统一在一个控制系 统中, 如左图所示. 所谓均匀控制系统是 统中 如左图所示 所谓均匀控制系统是 指两个工艺参数在规定范围内能缓慢地﹑ 指两个工艺参数在规定范围内能缓慢地﹑ 均匀地变化 Q 均匀地变化, 使前后设备在物料供求 上相互兼顾﹑均匀协调的系统. 上相互兼顾﹑均匀协调的系统

DCS控制系统基础知识

DCS控制系统基础知识
DCS是分布式控制系统的英文缩写(Distributed Control System),在国内自控行业又称之为集散控制系 统。
DCS是计算机技术、控制技术和网络技术高度结合 的产物。DCS通常采用若干个控制器(过程站)对一个生 产过程中的众多控制点进行控制,各控制器间通过网络连 接并可进行数据交换。操作采用计算机操作站,通过网络 与控制器连接,收集生产数据,传达操作指令。因此, DCS的主要特点归结为一句话就是:分散控制集中管理。
第四阶段:第四代DCS系统,2000年以后
第四代DCS的体系结构主要分为四层结构:现场仪表层、控制装置单 元层、工厂(车间)层和企业管理层。一般DCS厂商主要提供除企业管理 层之外的三层功能,而企业管理层则通过提供开放的数据库接口,连 接第三方的管理软件平台(ERP, CRM, SCM等)。所以说,当今DCS主要 提供工厂(车间)级的所有控制和管理功能,并集成全企业的信息管理 功能。例如以Honeywell公司最新推出的Experion PKS(过程知识系统)、 Emerson公司的P1antWeb (Emerson ProcessManagement), Foxboro公 司A2、横河公司的R3 (PRM-_-C厂资源管理系统)和ABB公司的 Industrial IT系统。
第三节 CENTUM-CS控制系统的构成字母代号
集散控制系统基本构成图
CENTUM-CS系统外观图
DCS组成结构
DCS的过程控制站是一个完整的计算机系统,主 要由电源、高性能的中央处理器(CPU)、网络接口 组成。
高性能的中央处理器是现场过程控制的中心, 存放并运行所有的过程控制程序以及现场仪表数据 和控制数据。DCS的控制决策都是由它来执行的。
执行器
接受控制器的输出信号,直接控制能量或物料等调节介质的输 送量,达到控制温度、压力、流量、液位等工艺参数的目的。 测量变送器

《过程控制》课程教学大纲.doc

《过程控制》课程教学大纲.doc

《过程控制》课程教学大纲课程中文名称:过程控制课程英文名称:Process Control课程编号:C1050 应开课学期:6学时数:32 学分数:2适用专业:自动化课程类型:专业拓展课/必修先修课程:电子技术基础、自动控制理论、计算机控制技术、传感器与检测技术一、课程性质过程控制主要研究以工业过程模型为被控对象、模拟控制和数字控制为控制手段的工业过程计算机控制系统,主要内容包含过程控制系统的组成、建模、基本控制规律以及整个过程控制系统的设计等,它是自动化专业的一门专业拓展课程。

二、课程目标通过本课程的学习,使学生熟练掌握过程对象的建模方法、过程参数的检测与变送以及常规过程控制系统的基本控制方法、复杂过程控制系统的控制方法等。

通过本课程的理论教学,使学生能够根据生产过程任务要求,采用适宜的技术手段对生产过程加以控制。

三、支撑的毕业要求课程对毕业要求的支撑课程教学目标、达成途径和评价依据等毕业要求3.掌握工程基础知识和本专业的基本理论知识,具有系统的工程实践学习经历;了解本专业的前沿发展现状和趋势;教学目标:理解和掌握过程控制学科的发展概况与发展趋势,学习过程控制的基础理论。

达成途径:通过课堂讲解,仿真验证,课外作业。

评价依据:学习态度;课堂提问;考试成绩。

评价方式:平时成绩;考试成绩。

毕业要求5,掌握基本的创新方法,具有追求创新的态度和意识; 具有综合运用理论和技术手段设计系统和过程的能力,设计过程中能够综合考虑经济、环境、法律、安全、健康、伦理等制约因素;教学目标:使学生能够创造性地运用过程控制的基本理论和基本方法进行过程控制系统的设计。

达成途径:学习各章基础理论,在此基础上培养学生过程控制系统的设计能力,提高学生的创新意识。

评价依据:学习态度;课堂提问;考试成绩。

评价方式:平时成绩;考试成绩。

四、教学内容、学时安排和基本要求第一章绪论(2学时)重点难点:控制系统的组成、控制系统的性能要求(1)了解典型的过程控制问题、过程控制系统的发展概况。

过程控制讲义课件(全套)

过程控制讲义课件(全套)
前馈—反馈控制系统
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1.4 过程控制系统的分类
6. 按给定信号的特点分类 : 定值控制系统 程序控制系统 随动控制系统
(1)定值控制系统:就是系统被控量的给定值保持在规定 值不变,或在小范围附近不变。定值控制系统是过程控 制中应用最多的一种控制系统,因为在工业生产过程中 大多要求系统被控量的给定值保持在某一定值,或在某 很小范围内不变。 例如过热蒸汽温度控制系统、转炉供氧量控制系统 均为一个定值控制系统。
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1.4 过程控制系统的分类
(2)程序控制系统:它是被控量的给定值按预定的时 间程序变化工作的。控制的目的就是使系统被控量按 工艺要求规定的程序自动变化。 例如同期作业的加热设备(机械、冶金工业中的热 处理炉),一般工艺要求加热升温、保温和逐次降温 等程序,给定值就按此程序自动地变化,控制系统按 此给定程序自动工作,达到程序控制的目的。
4. 按被控制量的多少分类:
单变量控制系统 多变量控制系统
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1.4 过程控制系统的分类
5. 按系统的结构分类:
反馈控制系统 前馈控制系统 复合控制系统 单回路控制系统 串级控制系统
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1.4 过程控制系统的分类
(1)反馈控制系统
它是过程控制系统中的一种最基本的控制结构形 式。反馈控制系统是根据系统被控量的偏差进行工作 的,偏差值是控制的依据,最后达到消除或减小偏差 的目的。如过热蒸汽温度控制系统就是一个反馈控制 系统。另外,反馈信号也可能有多个,从而可以构成 多个闭合回路,称其为多回路控制系统。
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1.4 过程控制系统的分类
1. 按被控量分类 :
温度控制系统 压力控制系统 流量控制系统 液位控制系统等
2. 按完成的功能分类:

过程控制工程2-4章答案(孙洪程著)

过程控制工程2-4章答案(孙洪程著)

第二章思考题及习题2.1 与单回路系统相比,串级控制系统有些什么特点?答:串级控制方案具有单回路控制系统的全部功能,而且还具有许多单回路控制系统所没有的优点。

因此,串级控制系统的控制质量一般都比单回路控制系统好。

(1) 串级控制系统具有更高的工作频率;(2) 串级控制系统具有较强的抗干扰能力;(3) 串级控制系统具有一定的自适应能力2.2 为什么说串级控制系统主控制器的正、反作用只取决于主对象放大倍数的符号,而与其他环节无关?答:主控制器的正、反作用要根据主环所包括的各个环节的情况来确定。

主环内包括有主控制器、副回路、主对象和主变送器。

控制器正、反作用设置正确的副回路可将它视为一放大倍数为“正”的环节来看待。

这样,只要根据主对象与主变送器放大倍数的符号及整个主环开环放大倍数的符号为“负”的要求。

即Sign{G 01(s )}Sign{G 02’(s )}Sign{G m1(s )}Sign{G c1(s )}=-1就可以确定主控制器的正、反作用。

实际上主变送器放大倍数符号一般情况下都是“正”的,再考虑副回路视为一放大倍数为“正”的环节,因此主控制器的正、反作用实际上只取决于主对象放大倍数的符号。

当主对象放大倍数符号为“正”时,主控制器应选“负”作用;反之,当主对象放大倍数符号为“负”时,主控制器应选正作用。

2.3 串级控制系统的一步整定法依据是什么?答:一步整定法的依据是:在串级控制系统中一般来说,主变量是工艺的主要操作指标,直接关系到产品的质量,因此对它要求比较严格。

而副变量的设立主要是为了提高主变量的控制质量,对副变量本身没有很高的要求,允许它在一定范围内变化,因此在整定时不必将过多的精力放在副环上,只要主变量达到规定的质量指标要求即可。

此外对于一个具体的串级控制系统来说,在一定范围内主、副控制器的放大倍数是可以互相匹配的,只要主、副控制器的放大倍数K c1与K c1的乘积等于K s (K s 为主变量呈4:1衰减振荡时的控制器比例放大倍数),系统就能产生4:1衰减过程(下面的分析中可以进一步证明)。

培训课件过程控制 第四章 复杂过程控制系统-比值控制4.ppt

培训课件过程控制 第四章  复杂过程控制系统-比值控制4.ppt

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自动化仪表与过程控制
§4-4-2 比值控制系统的结构类型
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自动化仪表与过程控制
§4-4-2 比值控制系统的结构类型
3、工作过程 • 稳定状态下…… • 主动量变化时…… • 从动量由于干扰而变化时……
4、优缺点 优点:不但能实现从动量跟随主动量变化,而且能
克服从动量本身干扰对比值的影响等。 缺点:主动量不受控。
• 在有些生产过程中,要求两种物料流量的比值随第 三个变量的变化而变化。
•为了满足上述生产工艺要求,开发并应用变比值控制。 2、系统结构:如下图所示 3、变比值控制的含义
变比值控制系统是一个以第三个变量为主变量(质量 指标)、以两个流量比为副变量的串级控制系统。
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自动化仪表与过程控制
§4-4-2 比值控制系统的结构类型
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§4-4-3 比值控制系统设计
自动化仪表与过程控制
② 将对生产负荷起关键作用的物料流量作为主动量。 ③ 从安全角度出发,分析两种物料流量分别在失控情况 下,看哪一种情况必须保持比值一定,就将这种情况下的 那种物料流量作为主动量较为合适。
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§4-4-3 比值控制系统设计
自动化仪表与过程控制
自动化仪表与过程控制
第四章 复杂过程控制系统
§4-4 比值控制 §4-4-1 比值控制原理 §4-4-2 比值控制系统的结构类型 §4-4-3 比值控制系统设计 §4-4-4 比值控制系统整定 §4-4-5 应用举例
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§4-4-1 比值控制原理
自动化仪表与过程控制
一、方法的产生
在现代工业生产过程中,要求两种或多种物料流量成

《复杂过程控制系统》课件

《复杂过程控制系统》课件

系统集成与优化
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系统架构优化
研究和发展适用于复杂过程控制系统的架构,如 模块化、层次化和网络化架构,提高系统的可扩 展性和可维护性。
信息集成与共享
通过标准化和开放化的信息接口实现不同设备和 系统间的信息集成与共享,提高系统的协同工作 能力。
系统性能优化
研究和发展系统性能优化技术,如系统辨识、参 数优化和性能评价等,提高系统的整体性能和运 行效率。
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结论
课程总结
复杂过程控制系统是工业自动化 领域中的重要分支,涉及多种学
科和技术。
通过本课程的学习,学生可以了 解复杂过程控制系统的基本概念
、原理、组成和设计方法。
本课程重点介绍了先进控制算法 、工业网络通信、系统集成等方 面的知识,为学生今后从事相关
领域的工作打下基础。
学习建议
01
深入理解基本概念和原理,掌握复杂过程控制系统 的核心知识点。
智能化与自动化
智能传感器与执行器
自动化决策支持
研发具有自感知、自适应和自决策功 能的智能传感器和执行器,提高系统 的感知和执行能力。
利用人工智能技术实现自动化决策支 持,减轻人工干预,提高系统的自主 决策能力。
智能控制算法
研究和发展适用于复杂过程的智能控 制算法,如模糊控制、神经网络控制 等,实现系统的自主调节和优化。
数据采集与处理
数据采集
通过传感器和变送器实时采集系统 中的各种参数,如温度、压力、流
量等。
数据处理
对采集到的原始数据进行滤波、去 噪、归一化等处理,提取出有用的
信息。
数据存储与备份
将处理后的数据存储在数据库中, 并定期进行备份,确保数据安全。
数据挖掘与分析

过程控制 第四章 复杂过程控制系统-比值控制4

过程控制 第四章  复杂过程控制系统-比值控制4
它的静态放大系数为:
(22)
k dp dQ
0.08 QQ0 Q2max 2Q0
(23)
由式(23)可知,k正比于流量,即随着负荷的增大而增大。从而影响系统的动态 品质。
采用开方器后,静态放大系数与负荷大小无关,系统的动态品质将不受其影响。
H
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§4-4-3 比值控制系统设计
五、从动量对主动量的动态跟踪 当系统除了要求静态比值恒定外,还要求动态比值一定。为此,在单闭环比值控制系统
K’。换算方法随流量与测量信号间是否成线性关系而不同。 1、流量与测量信号成线性关系
流量检测信号经过开方器后与流量信号成线性关系。 对DDZ-Ⅲ型仪表,当流量由零变至最大值Qmax时,仪表对应的输出信号为4~20mA (DC),则流量的任一中间值Q所对应的输出电流为:
H
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§4-4-3 比值控制系统设计
二、比值控制的含义 凡是两个或多个变量自动维持一定比值关系的过程控制系统,统称为比值控制系
统。 三、变量及关系
• 主动量---起主导作用而又不可控的物料流量; • 从动量---跟随主动量而变化的物料流量; • 比例系数: K=Q2/ Q1
H
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§4-4-2 比值控制系统的结构类型
一、开环比值控制 1、系统组成:如下图所示
H
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变比值控制系统是一个以第三个变量为主变量(质量指标)、以两个流量比为副变 量的串级控制系统。
H
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§4-4-2 比值控制系统的结构类型
H
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§4-4-2 比值控制系统的结构类型
4、工作过程 •系统稳定时…… •当Q1、Q2出现扰动时…… •当出现其他扰动(如温度、压力、成分等变化)时……
5、特点 比值只是一种手段,不是最终目的,而第三变量y(t)往往是产品质量指标。

过程控制-第4章 复杂控制系统

过程控制-第4章 复杂控制系统

第五章复杂控制系统钱厚亮南京工程学院工业中心2013/01一、串级控制系统二、均匀控制系统三、比值控制系统四、前馈控制系统复杂控制系统定义:通常复杂控制系统是多变量的,具有两个以上变送器、两个以上控制器或两个以上控制阀所组成的多个回路的控制系统,所以又称为多回路控制系统。

常见的复杂控制系统有串级、均匀、比值、分程、三冲量、前馈、选择性等系统。

4.1 串级控制系统一、串级控制系统概述目的:①可延长炉子寿命,防止炉管烧坏;②可保证后面精馏分离的质量。

为了控制炉出口温度,可以设置一个简单控制系统。

PID反作用气开由于炉子的控制通道容量滞后很大,反应缓慢,控制精度低,但是工艺上要求炉出口温度的变化范围为±(1~2)℃。

上图的单变量单回路控制系统是难以满足的。

串级控制系统简单控制系统1.串级控制系统的组成串级控制系统定义:由两个测量变送器、两个控制器其中一个控制器的输出是另一个控制器的给定、一个控制阀组成的双闭环定值系统.2.串级控制系统中常用的名词主被控变量(Yl):是工艺控制指标或与工艺控制指标有直接关系,在串级控制系统中起主导作用的被控变量。

副被控变量(Y2):大多为影响主被控变量的重要参数。

主控制器:在系统中起主导作用,按主被控变量和其设定值之差进行控制运算,并将其输出作为副控制器给定值。

副控制器:在系统中起辅助作用,按所测得的副被控变量和主控输出之差来进行控制运算,其输出直接作用于控制阀的控制器,简称为“副控”。

主变送器:测量并转换主被控变量的变送器。

副变送器:测量并转换副被控变量的变送器。

主对象:大多为工业过程中所要控制的、由主被控 变量表征其主要特性的生产设备或过程。

副对象:大多为工业过程中影响主被控变量的、由副被控变量表征其特性的辅助生产设备或辅助过程。

副回路:由副变送器、副控制器、控制阀和副对象所构成的闭环回路 , 又称为“ 副环” 或“内环”。

主回路:由主变送器、主控制器、副回路等效环节、主对象所构成的闭环回路,又称为“主环”或“外环”。

过程控制工程考点解析

过程控制工程考点解析

过程控制工程考点解析第一章1.什么是过程控制系统?其基本分类方法有哪些?过程控制系统通常是指工业生产过程中自动控制系统的被控量是温度、压力、流量、液位、成分、粘度、湿度、和PH等这样的一些过程变量的系统。

基本分类方法(1)按过程控制系统的结构特点分为反馈控制系统、前馈控制系统、前馈-反馈控制系统(2)按给定值信号的特点分为定值控制系统、程序控制系统、随动控制系统。

2.试说明书中图1-2b供氧量控制系统框图中被控“过程”包含哪些管道设备以及图中各符号的含义。

过程:节流装置到氧气流量调节阀之间的管道设备。

x(t)代表设定值;e(t)表示偏差信号;u(t)表示控制器控制作用信号;q(t)表示调节阀的流量信号;f(t)过程受到的干扰信号;y(t)过程的输出信号;z(t)测量信号3. 在过程控制中,为什么要由系统控制流程图画出其框图。

为了更清楚地表示控制系统各环节的组成、特性和相互间的信号联系,这样也便宜其他人员的理解第二章2-2.什么是过程通道?什么是过程的控制通道和扰动通道?它的数学模型是否相同?问题一:被控过程输入量与输出量之间的信号联系称为过程通道。

问题二:过程的控制通道:控制作用与被控量之间的信号联系。

过程的扰动通道:扰动作用与被控量之间的信号联系。

问题三:他们的数学模型不一样,因为过程通道、控制通道和扰动通道所表示的环节不是同一个。

2-6. 如图所示液位过程的输入量为Q1,流出量为Q2,Q3,液位h为被控参数,C为容量系数,并设R1、R2、R3均为线性液阻,要求:(1)列出过程的微分方程组;(2)画出过程的方框图。

(3)求过程的传递函数W0(S)=H(S)/Q1(S);答:(1)(2)(3)2-8.略。

2-11.为什么大多数过程控制的数学模型可用一阶、二阶、一阶加滞后和二阶加滞后环节之一来近似描述?有何理论依据?2-24.采用分度号K的热电偶测量炉温为800℃,其冷端温度为0℃求其热电势E( t,t0) ?2-43.数据采集系统的基本组成部分有哪些?它们分别实现哪些功能?数据采集系统由传感器、信号调理电路、数据采集电路三部分组成。

第4章 复杂过程控制系统

第4章  复杂过程控制系统

一、用于克服对象的纯滞后
当被控对象纯滞后时间较长时,在离控制阀较近、ห้องสมุดไป่ตู้纯滞后时间较小的地方选择一个副变量,把干扰拉入副 回路。 利用副回路的超前作用来克服对象的纯滞后仅仅是 对二次干扰而言的,一次干扰不直接影响副变量。
例 如下图所示:
被控参数:A点温度
控制参数:减温水流量
主要干扰:减温水压力波动。
例 如下张图:
燃料油热值 变化后,炉膛反 应滞后3分钟,而 出口温度则需 15 分钟。
三、用于克服变化剧烈和幅值大的干扰
串级控制系统对二次 干扰具有很强的克服能 力。 设计时应把变化剧 烈、幅值大的干扰包含 在副回路中。 副回路放大系数应大 些,会使抗干扰能力大 大提高。 例 如下图4-13,脱 气塔的压力对主控指标 (液位)影响很大,甚至 造成溢出或打干的事故, 是主干扰,串级控制后 效果很好。
3、对主变量控制要求不高,甚至允许小波动 主变量采用P规律,副回路对主回路的跟随要求快 而准时采用PI控制规律。
4、对主、副变量控制要求均不高 可均采用P规律;必要时对主变量控制引进微分 作用 。
(二)、正、反作用方式的选择 副控制器按单回路方式选择,具体见前章。
主控制器按下式确定: (主控制器+/-)(副对象+/-)(主对象+/-)=(-) 主、副控制器正、反作用方式的确定是否正确, 可进行验证,如图。
思考题
1、与单回路系统相比,串级控制系统有哪些主
要特点? 2、为什么说串级控制系统具有改善过程动态特 性的特点?T’02和K’02减小与提高控制质量有何关系 ?
3、为什么提高系统工作频率也算是串级控制系
统的一大特点?
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温度测量

复杂过程控制系统

复杂过程控制系统

复杂过程控制系统复杂过程控制系统是在工业生产中广泛应用的一种自动化控制系统。

它通常由多个子系统和分布式控制单元组成,用于监测和控制物理过程中的各种参数和变量。

这些系统通常用于化工、石油、电力、冶金和制药等行业,帮助提高生产效率、降低生产成本,并确保产品质量的稳定性。

1.传感器和执行器:传感器用于监测和测量物理过程中的各种参数,如温度、压力、流量和浓度等。

执行器用于控制各种执行设备,如阀门、开关和电机等。

2.控制器:控制器是系统的核心组件,负责处理传感器采集到的数据,并根据预定的控制算法进行计算和决策。

常见的控制算法包括PID控制、模糊逻辑控制和模型预测控制等。

3.通信网络:复杂过程控制系统通常是分布式的,需要通过通信网络将各个子系统和分布式控制单元连接起来,实现数据的传输和共享。

通信网络可以采用以太网、现场总线和无线通讯等多种技术。

4.数据存储和处理:复杂过程控制系统通常需要处理大量的实时数据,这些数据需要进行存储和处理,以便后续分析和优化。

常见的数据存储和处理技术包括数据库、数据仓库和大数据分析等。

5.人机界面:复杂过程控制系统通常需要人机界面来展示和操作控制系统的状态和参数。

人机界面可以采用计算机监视器、触摸屏和报警器等多种设备,以便操作员及时了解系统的运行状况并进行调整。

在复杂过程控制系统中,通常还需要考虑以下几个方面的问题:1.安全性:复杂过程控制系统通常处于高风险的工业环境中,因此安全性是一个重要考虑因素。

系统需要采取措施来防止任何非法、损坏或恶意的访问,并确保系统的稳定性和可靠性。

2.可靠性:复杂过程控制系统通常需要长时间的运行,因此可靠性是一个重要指标。

系统需要设计合理的备份机制和冗余系统,以防止单点故障导致系统的停机或数据丢失。

3.故障诊断和维护:系统需要具备故障诊断和维护功能,以便快速发现和解决系统中的故障。

这可以通过自动化的故障诊断系统和远程监控系统来实现。

4.系统集成:复杂过程控制系统通常由多个子系统和分布式控制单元组成,系统集成是一个重要的工作。

过程控制仪表课后答案第4章

过程控制仪表课后答案第4章

思考与练习题参考答案第4章执行器(1)执行器在过程控制中起什么作用?常用的电动执行器与气动执行器有何特点?答:执行器是过程控制系统中一个重要的组成部分,它的作用是接受来自控制器输出的控制信号,并转换成直线位移或角位移来改变调节阀的流通面积,以改变被控参数的流量,控制流入或流出被控过程的物料或能量,从而实现对过程参数的自动控制,使生产过程满足预定的要求。

电动执行器能源取用方便,动作灵敏,信号传输速度快,适合于远距离的信号传送,便于和电子计算机配合使用。

但电动执行器一般来说不适用于防火防爆的场合,而且结构复杂,价格贵。

气动执行器是以压缩空气作为动力能源的执行器,具有结构简单、动作可靠、性能稳定、输出力大、成本较低、安装维修方便和防火防爆等优点,在过程控制中获得最广泛的应用。

但气动执行器有滞后大、不适于远传的缺点,为了克服此缺点,可采用电/气转换器或阀门定位器,使传送信号为电信号,现场操作为气动,这是电/气结合的一种形式,也是今后发展的方向。

(2)执行器由哪几部分组成?各部分的作用是什么?答:执行器由执行机构和调节机构(又称为调节阀)两个部分组成执行机构是执行器的推动装置,它根据控制信号的大小,产生相应的推力,推动调节机构动作。

调节机构是执行器的调节部分,在执行机构推力的作用下,调节机构产生一定的位移或转角,直接调节流体的流量。

(3)简述电动执行器的构成原理,伺服电机的转向和位置与输入信号有什么关系?答:电动执行机构由伺服放大器和执行机构两部分组成。

伺服放大器是由前置磁放大器、触发器,可控硅主回路及电源等部分组成。

执行机构又包括两相伺服电动机、减速器和位置发送器。

伺服放大器综合输入信号和反馈信号,并将该结果信号加以放大,使之有足够大的功率来控制伺服电动机的转动。

根据综合后结果信号的极性,放大器应输出相应极性的信号,以控制电动机的正、反运转前置级磁放大器是一个增益很高的放大器,来自控制器的输入信号和位置反馈信号在磁放大器中进行比较,当两者不相等时,放大器把偏差信号进行放大,根据输入信号与反馈相减后偏差的正负,放大器输出电压,控制两个晶体管触发电路中一个工作,一个截止。

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自动化仪表与过程控制
§4-4-3 比值控制系统设计
对于气动单元组合仪表,当流量由零变至最大值Qmax 时,仪表对应的输出信号为0.02~0.1Mpa,则流量的任 一中间值Q所对应的输出信号为:
Q p 0.08 0.02 ( Mpa) Qmax
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自动化仪表与过程控制
§4-4-2 比值控制系统的结构类型
四、变比值控制系统 1、方法的产生 在有些生产过程中,要求两种物料流量的比值随第 三个变量的变化而变化。 为了满足上述生产工艺要求,开发并应用变比值控制。 2、系统结构:如下图所示 3、变比值控制的含义 变比值控制系统是一个以第三个变量为主变量(质量 指标)、以两个流量比为副变量的串级控制系统。
则: 根据式(2) (1) (2)
Qma x Q ( I 4) 16
Q 2 ( I 2 4) Q2 max 16 I 2 4 Q2 max K Q1 ( I1 4) Q1 max 16 I1 4 Q1 max
所以仪表比值K’为:
(3)
I2 4 Q1 max K K I1 4 Q2 max
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§4-4-2 比值控制系统的结构类型
一、开环比值控制 1、系统组成:如下图所示
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自动化仪表与过程控制
§4-4-2 比值控制系统的结构类型
2、特点 简单、成本低; 只有当Q1变化时才起控制作用; Q2变化时,Q1不会响应,比例关系被破坏。 3、适用场合 从动量没有干扰的情况。 二、单闭环比值控制
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自动化仪表与过程控制
§4-4-2 比值控制系统的结构类型
6、应用实例
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§4-4-3 比值控制系统设计
一、主、从动量的选择 1、单闭环比值控制系统主、从动量的选择
(一个流量可控,另一个流量不可控)
流量检测信号经过开方器后与流量信号成线性关系。
对DDZ-Ⅲ型仪表,当流量由零变至最大值Qmax时,仪 表对应的输出信号为4~20mA(DC),则流量的任一中间
值Q所对应的输出电流为:
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§4-4-3 比值控制系统设计
Q I 16 4 ( m A) Qmax
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§4-4-3 比值控制系统设计
如果采用开方器,流量为线性变送时,
Q1 max IS K 16 4 Q2 max
2 Q 1 max 2 IS K 2 16 4 Q 2 max
( m A)
(16)
如果没有采用开方器,流量为非线性变送时,
( mA)
所以在选择流量检测仪表的量程时,应满足
Q2 max KmaxQ1max
(18)
假定由于仪表量程选择的限制和工艺K的条件造成 K’>1,为了使IS在标准信号范围内,可将乘法器由主 流量一侧改接在从流量一侧,不失原来的比值控制作用, 如图所示。
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Q1 max 对于比值器,其传递函数为 Gk(s) K K
1 Gc ( s )Gv ( s )G02 ( s )Gm2 ( s ) Q2 max 则 Gz ( s ) Gm1 ( s )Gc ( s )Gv ( s )G02 ( s ) Q1 max
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自动化仪表与过程控制
§4-4-3 比值控制系统设计
3、应用除法器方案 利用乘法器实现的单闭环比值控 制系统如图所示。由于乘法器的输出 是两流量的比值,可直接显示。 使用时注意事项: • 乘法器总是用小信号除以大信号 • 对于从动量控制回路而言,乘法 器被包括在回路当中,乘法器的非 线性对控制系统品质将会造成影响。
(12)
在流量比值稳定操作时,控 制器的测量值应等于设定值,即
DDZ-Ⅲ 电动比值器
I 2 I 0 ( I1 4) K 4
的换算公式求得。
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式中的K’由式(4)和(11)
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§4-4-3 比值控制系统设计
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自动化仪表与过程控制
§4-4-1 比值控制原理
二、比值控制的含义 凡是两个或多个变量自动维持一定比值关系的过程控 制系统,统称为比值控制系统。 三、变量及关系 主动量---起主导作用而又不可控的物料流量; 从动量---跟随主动量而变化的物料流量; 比例系数: K=Q2/ Q1
4、优缺点 优点:不但能实现从动量跟随主动量变化,而且能 克服从动量本身干扰对比值的影响等。 缺点:主动量不受控。 5、适用场合 在负荷变化不太大的场合得到广泛应用。
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§4-4-2 比值控制系统的结构类型
三、双闭环比值控制
1、特点:能克服单闭环主动量不受控的不足。 2、系统组成:如下图所示
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自动化仪表与过程控制
§4-4-2 比值控制系统的结构类型
3、优点 ※ 对主动量实行定值控制,克服了干扰对主、从动 量的影响。 ※ 升降负荷比较方便。 4、适用场合 常用在主动量干扰频繁或工艺上不允许负荷有较大 的波动,或工艺上经常需要升降负荷的场合。 5、使用中的注意事项 † 防止从动量回路产生“共振”。 † 主、从控制器都不宜采用微分作用。
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自动化仪表与过程控制
§4-4-3 比值控制系统设计
要做到从动量Q2对主动量Q1的动态跟踪,即保持二 者的比值关系不变,则
Q2 Gm1 ( s )Gk ( s )Gz ( s )Gc ( s )Gv ( s )G02 ( s ) K Q1 1 Gc ( s )Gv ( s )G02 ( s )Gm2 ( s )
1、特点: 能克服开环比值方案的不足。 2、系统组成:如下图所示
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§4-4-2 比值控制系统的结构类型
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§4-4-2 比值控制系统的结构类型
3、工作过程 稳定状态下…… 主动量变化时…… 从动量由于干扰而变化时……
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第四章
§4-4
复杂过程控制系统
比值控制原理
比值控制系统的结构类型 比值控制系统设计 比值控制系统整定 应用举例
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比值控制
§4-4-1
§4-4-2 §4-4-3 §4-4-4 §4-4-5
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§4-4-1 比值控制原理
一、方法的产生 在现代工业生产过程中,要求两种或多种物料流量成 一定比例关系;一旦比例失调,会影响生产的正常进行, 影响产品质量,浪费动力,造成环境污染,甚至产生生产 事故。如: 燃烧过程中,往往要求燃料量与空气量需按一定比 例混合后送入炉膛。 制药生产中要求药物和注入剂按比例混合。 造纸过程中为保证纸浆浓度,要求自动控制纸浆量 和水量比例。 水泥配料系统„„
2、应用乘法器方案
乘法器的输入/输出信号关系式为:
( I1 4)( I S 4) I0 4 16
(14)
由于系统在稳态时,控制器的 测量值I2应等于设定值I0,将I0=I2 代入式(14)得:
IS I2 4 16 4 K 16 4 (15) I1 4
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§4-4-3 比值控制系统设计
此时,乘法器的输入、输出信号关系式为:
( I 2 4)( I S 4) I0 4 16
(19)
系统稳态时, I1 得:
I 0 ,代入(15)
I1 4 1 IS 16 4 16 4 (21) I2 4 K
利用此方法解决了设定值电流 的设置问题。
(17)
由于DDZ-Ⅲ电动单元组合仪表采用的标准信号为4— 20mA,要保证IS在标准信号范围内,则要求
2 Q1 max Q 1 max 2 K K 1 或K K 2 1 Q2 max Q 2 max
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自动化仪表与过程控制
§4-4-3 比值控制系统设计
② 将对生产负荷起关键作用的物料流量作为主动量。
③ 从安全角度出发,分析两种物料流量分别在失控情况
下,看哪一种情况必须保持比值一定,就将这种情况下的 那种物料流量作为主动量较为合适。
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自动化仪表与过程控制
§4-4-3 比值控制系统设计
二、比值系数的换算 要实现流量比值控制,首先就必须将工艺上的流量比 值K换算成仪表上的信号比值K’。换算方法随流量与测量 信号间是否成线性关系而不同。 1、流量与测量信号成线性关系
不可控的流量作为主动量,可控的流量作为从动量。 2、双闭环比值控制系统主、从动量的选择(两个流量都 可控) 可以掌握以下原则:
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