第七章实现特殊要求的过程控制系统
过程控制及自动化仪表第七章实现特殊工艺要求的过程控制系统课件
过程控制及自动化仪表第七章实现特殊工艺要求的过程控
4
制系统
问题：可以精确的控制q1与q2的比值关系，但q1的值不可控，主 流量可以因干扰作用或负荷的升降而任意变化。适用于负荷变化不 大的场合。
丁烯洗涤塔的任务是除去丁烯馏分中所夹带的乙腈，为了保证洗 涤质量，要求根据进料流量配以一定比例的洗涤水量。
过程控制及自动化仪表第七章实现特殊工艺要求的过程控
22
制系统
2. 均匀控制的特点
1、结构上无特殊性 同样一个单回路液位控制系统，由于控制作用强弱不一，既
可以是单回路定值控制系统，也可以是均匀控制系统。因此均匀 控制是靠降低控制回路的灵敏度而不是靠结构变化获得的。
2、参数有变化，而且是缓慢地变化 因为均匀控制是前后设备物料供求之间的均匀，所以表征
2 20
3、比值控制系统中的动态补偿
在某些特殊的生产工艺中，对比值控制的要求非常高，即不仅在
静态工况下要求两种物料流量的比值一定，而且在动态情况下也要求
两种物料流量的比值一定。
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制系统
为实现动态比值一定，必须满足
过程控制及自动化仪表第七章实现特殊工艺要求的过程控
过程控制及自动化仪表第七章实现特殊工艺要求的过程控
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制系统
硝酸生产控制系统
氧化炉温度串级－比值控制流程图
过程控制及自动化仪表第七章实现特殊工艺要求的过程控
9
制系统
在变换炉生产过程中，半水煤气与水蒸气的量需保持一定的比值， 但其比值系数要随一段触媒层的温度变化而变化，才能在较大负荷变 化下保持良好的控制质量。在这里，蒸汽与半水煤气的流量经测量变 送后，送往除法器，计算得到它们的实际比值，作为流量比值控制器 FC的测量值。而FC的给定值来自温度控制器TC，最后通过调整蒸汽 量（实际上是调整了蒸汽与半水煤气的比值）来使变换炉触媒层的温 度恒定在规定的数值上。
29- 《过程控制》第七章复杂控制系统(串级控制系统及其工作过程分析)
e e 1 温度控 P1 制器T1C
2
温度控 制器T2C
P2 执行器
F2
θ2
温度对象2
F1
θ1
温度对象1
Z1
Z2
θ2测量变送器
θ1测量变送器
一种是干扰作用下，主、副变量的变化方向相同（ 同时增加或同时减小）；
假设干扰使2 ↑- P1 ↓）↑↑→
P2↓↓→
θ1 ↓
θ2 ↓↓ ←阀↓↓
θ10
e e 1 温度控 P1 制器T1C
2
温度控 制器T2C
P2 执行器
F2
θ2
温度对象2
F1
θ1
温度对象1
Z1
Z2
θ2测量变送器
θ1测量变送器
另一种是主、副变量的变化方向相反（一个增加，另 一个减小）；
相反干扰（ θ1 ↓ 、θ2 ↑ ）
θ1↓→
P1 ↑→ e2（=Z2 ↑ - P1 ↑）变化小→ P2变化小→
扰进入副回路时，可以获得比单回路控制系统超前的 控制作用，有效地克服干扰对主被控变量的影响
θ10
e e 1 温度控 P1 制器T1C
2
温度控 制器T2C
P2 执行器
F2 θ2
温度对象2
F1
θ1
温度对象1
Z1
Z2
θ2测量变送器
θ1测量变送器
2. 当干扰作用于主对象（F1出现） 假设干扰使θ1温度升高
1. 当干扰作用于副回路（F2出现）：
设置了副回路以后，干扰F2引起θ2变化，温度控制器 T2C及时进行控制，使其很快稳定下来。
假设干扰使θ2温度升高。如干扰量小，经过副回路控制 后，影响不到物料出口温度θ1
过程控制系统ppt课件
4、变送器：一般为“＋”； 一般控制系统中，有效办法是采用串级控制。
当口径A和差压(P1-P2)一定时，流量Q仅随阻尼的
变化而变化。改变阀门的开启程度，可改变流通阻力而 控制介质流量。
二、控制阀的流量特性
1、概念
l Q ,L Q max
Ql f( )(33)
§2-2 被控参数和控制参数的选择
一、被控参数(即被控量)的选择
1.选择的意义
2. 选择方法
(1).选直接参数
即能直接发映生产过程产品产量和质量，以及安全 运行的参数。(如锅炉锅筒的水位控制。)
(2).选间接参数
当选直接参数有困难时采用。(如用反应釜的温度 控制间接实现化学反应的质量控制。)
3. 选间接参数的原则
它是每经过一个周期后，波动幅度衰减的百分数，即：
B1 B2
B1
2．超调量和最大动态偏差：
随动控制系统中，超调量（Overshoot）σ定义为：
B1 100%
C
定值控制系统采用最大动态偏差A表示超调程度。即：
3．余差：
A B1 C
它是控制系统的最终稳态偏差e(∞)。在阶跃输入作
用下，余差（Steady-state error）为：
以液体储槽的水位控制为例进行说明。
1、控制原理(如下图)
液位变送器 液位控制器
执行器
2、系统方块图
1-1典型单回路控制系统
3、主要组成部分
(1)、被控对象：生产过程中被控制的工艺设备或装置。 (2)、检测变送单元： (3)、控制器：实时地对被控系统施加控制作用。 (4)、执行器：将控制信号进行放大以驱动控制阀。常见的
• 必须考虑工艺生产的合理性和仪表的现状。 • 间接参数应与直接参数有某种单值函数关系。 • 间接参数要有足够的灵敏度。
实现特殊工艺要求的过程控制系统课件
信息技术的发展为实现特殊工艺要求的过程控制系统的智能 化和自主化提供了强有力的支持，如大数据、云计算、物联 网等技术的应用，使得过程控制系统的数据处理能力、信息 传递速度和系统稳定性得到极大提升。
自动化技术
自动化技术的发展为实现特殊工艺要求的过程控制系统的自 动化和自主化提供了新的机遇，如智能传感器、执行器、控 制器等设备的应用，使得过程控制系统的响应速度、控制精 度和可靠性得到极大提升。
实现特殊工艺要求的过程控制系统课件
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目录
• 引言 • 特殊工艺要求 • 过程控制系统基本组成 • 实现特殊工艺要求的过程控制系
统设计
目录
• 典型特殊工艺要求的过程控制系 统案例分析
• 实现特殊工艺要求的过程控制系 统的未来发展与挑战
01 引言
课程背景
工业发展的重要性
随着现代工业的不断发展，过程控制 技术已经成为各种工业领域中不可或 缺的一部分，尤其在特殊工艺要求方 面，如化工、石油、食品等行业。
04
实现特殊工艺要求的过程控 制系统设计
过程控制系统设计的基本原则
安全性
确保系统在各种条件下都能保持 安全稳定，避免潜在的风险和事
故。
可靠性
设计系统时考虑到冗余和备份， 确保系统的稳定运行，减少故障
率。
灵活性
系统应具备适应各种工艺流程和 变化的能力，方便进行参数调整
和扩展。
经济性
在满足功能需求的前提下，尽可 能降低系统的成本，提高性价比
详细描述
石油化工行业的反应控制系统是一个复杂的多变量控制系统，需要同时控制多个变量，如温度、压力、液位等。 为了实现精确控制，通常需要采用先进的控制算法，如神经网络、模糊控制等。此外，由于石油化工行业的反应 过程具有非线性特性，因此需要采用非线性控制方法来实现控制。
第7章第二节实现特殊工艺要求的过程控制
氨气 Q2 空气 Q1
F2T F1T
混合 器
氧 化 炉
图7-5氧化炉温度与氨气/空气串级比值控制系统
三. 比值控制系统的设计
1 主、从动量的设计 原则：在生产过程中起主导作用、可测而不可控，且较昂贵的物料流量 一般为主动量，其余的物料流量以它为准进行配比，则为从动量。 2 控制方案的选择 根据不同工艺情况、负荷变化、扰动性质、控制要求进行合理选择。
上式说明： 虽然流量与其测量 信号成非线性关系，但 是比值器参数却是一个 常数，它只与测量流量 变送器的最大量程有关， 而与负荷大小无关。
(2)流量与测量信号成线性关系
在有些系统中，当在变送器后又加上了开方器，或直接用线 性流量计，如转子流量计、涡轮流量计、椭圆齿轮流量计等进行 测量时，流量与测量信号之间呈线性关系。此时，比值器参数的 计算需要稍加改变，此时有
比值控制系统、
均匀控制系统、 分程控制系统、 自动选择性控制系统等。
§7－1 比值控制系统
一、概述
在现代工业生产过程中，常常要求两种或多种物料流量成一定比例 关系。如果比例失调，就会影响生产的正常进行，影响产品质量，浪费 原材料，造成环境污染，甚至产生生产事故。 例如： 1）在工业锅炉燃烧过程中，需要自动保持燃料量与空气量按一定 比例混合后送入炉膛。 2）在制药生产过程中，要求将药物和注入剂按规定比例混合。 3）在硝酸生产过程中，进入氧化炉的氨气和空气的流量要有合适 的比例。但同时还应从安全角度考虑，因为当氨气在空气中的含量低温 时在（15～28）％之间，高温时在（14～30）％之间都会有产生爆炸的 危险。因此，保证氨气和空气进料量的比例，不让它进入爆炸范围，这 对安全生产来说具有重要意义。
为了实现上述种种特殊的要求，必须设计一种特殊的过程控制系统， 即比值控制系统。
过程控制系统第七章 特定要求的过程控制系统
7.1 比值控制系统
3.变比值控制
单闭环比值控制和双闭环比值控制是两种实现物料流量的定比值控制，在系
统运行过程中其比值系数希望是不变的。在有些生产过程中，要求两种物料流
量的比值，随第三个参数的需要而变化。为了满足上述生产工艺要求，开发了
采用除法器构成的变比值控制，如图7-3所示。这实际上是一个以某种质量指
7.1 比值控制系统
双闭环比值控制能实现主动量的抗扰动、定值控制，使主、从动量均比较稳定， 从而使总物料量也比较平稳，这样，系统总负荷也将是稳定的。
双闭环比值控制的另一优点是升降负荷比较方便，只需缓慢改变主动量调节器 的给定值，这样从动量自动跟踪升降，并保持原来比值不变。不过双闭环比值控制 方案所用设备较多、投资较高，而且投运比较麻烦。
本章内容要点
3. 分程控制广泛应用于扩大调节阀可调范围、节能运行、保证生产安全运行等方 面。通常单回路控制系统一个调节器的输出带动一个调节阀动作。有时为了满足 被控制参数宽范围或特殊的工艺要求，需要改变几个控制参数。这种由一个调节 器的输出信号分段分别去控制两个或两个以上调节阀动作的系统称为分程控制系 统。分程控制是通过阀门定位器或电-气阀门定位器来实现的。将调节器的输出 压力信号分为几段，不同区段的信号由相应的阀门定位器转化为20~100kPa压力 信号，使相应的调节阀全行程动作。分程控制根据调节阀的气开、气关形式和分 程信号区段不同，可分为两类：一类是调节阀同向动作，即随着调节阀输入信号 的增加或减小，调节阀的开度均逐渐开大或均逐渐关小。另一类是调节阀异向动 作，即随调节阀输入信号的增加或减小，调节阀开度按一只逐渐开大、而另一只 逐渐关小的方向动作。分程控制中调节阀同向或异向动作的选择由生产工艺安全 的原则决定。
P7.01特殊过程控制程序
XXXXXXXX公司标准质量管理体系程序文件特殊过程控制程序Q/XX（C）P7.01-2012/51 范围本标准规定了特殊过程控制的职责、管理要求、工作程序、报告和记录。
其目的是为了严格控制特殊过程工艺参数，保证生产作业按规定的方法和程序在受控状态下进行，从而达到预防和减少不易发现或不易经济发现的产品内在质量问题，确保产品质量满足要求。
本标准适用于熔炼、压铸工序的控制。
2引用标准Q/XX（C）P4.01-2012/5《文件控制程序》3术语本标准采用 GB/T 19000－2008 idt ISO 9000:2008《质量管理体系基础和术语》4职责4.1技术部4.1.1特殊过程控制由技术部归口管理。
4.1.2负责制定特殊过程的工艺规程和作业指导书，提供图样和技术标准，编制与特殊过程相关的人、机、料、法、测、环（5MIE）的技术参数和要求，并将确认的技术参数和要求在各工序工艺流程图、表中量化，对特殊过程能力进行验证确认。
4.1.3根据客户和市场的需求，开发新产品，并指导试制生产及检验过程,通过试制过程编制确定工艺文件，按《文件控制程序》规定传递给各相关部门。
4.1.4工艺文件的编制和变更由编制部门或编制人按Q/XX（C）P4.01-2012/5《文件控制程序》执行。
4.2生产部4.2.1负责制订《生产计划》和按工艺流程组织生产计划实施，做到均衡生产，按时XXXXXXX公司2012-06-06发布 2012-06-06实施完成生产计划。
对特殊过程进行正确的操作，持续保持能力进行监控和管理，配合相关部门做好该过程的确认工作。
4.2.2负责按生产批次的编制、标识，并监督实施，确保产品的可追溯性。
4.2.3班长及操作工人负责按生产批次的要求进行操作、自检、标识、遵守设备操作规程，对设备监视、对设备配置的测量装置进行维护保养和定期报检、校验。
4.2.4负责制定设备管理制度，实施设备管理，编制设备精度检查表、操做者负责填写的设备点检表、机电维修人员填写的维修记录（包括设备油品更换、定期化验，机电故障的修理记录）。
《过程控制系统》习题解答课件
《过程控制系统》习题解答课件《过程控制系统》习题解答1-2 与其它⾃动控制相⽐，过程控制有哪些优点？为什么说过程控制的控制过程多属慢过程？过程控制的特点是与其它⾃动控制系统相⽐较⽽⾔的。
⼀、连续⽣产过程的⾃动控制连续控制指连续⽣产过程的⾃动控制，其被控量需定量控制，⽽且应是连续可调的。
若控制动作在时间上是离散的（如采⽤控制系统等），但是其被控量需定量控制，也归⼊过程控制。
⼆、过程控制系统由过程检测、控制仪表组成过程控制是通过各种检测仪表、控制仪表和电⼦计算机等⾃动化技术⼯具，对整个⽣产过程进⾏⾃动检测、⾃动监督和⾃动控制。
⼀个过程控制系统是由被控过程和检测控制仪表两部分组成。
三、被控过程是多种多样的、⾮电量的现代⼯业⽣产过程中，⼯业过程⽇趋复杂，⼯艺要求各异，产品多种多样；动态特性具有⼤惯性、⼤滞后、⾮线性特性。
有些过程的机理（如发酵等）复杂，很难⽤⽬前过程辨识⽅法建⽴过程的精确数学模型，因此设计能适应各种过程的控制系统并⾮易事。
四、过程控制的控制过程多属慢过程，⽽且多半为参量控制因为⼤惯性、⼤滞后等特性，决定了过程控制的控制过程多属慢过程；在⼀些特殊⼯业⽣产过程中，采⽤⼀些物理量和化学量来表征其⽣产过程状况，故需要对过程参数进⾏⾃动检测和⾃动控制，所以过程控制多半为参量控制。
五、过程控制⽅案⼗分丰富过程控制系统的设计是以被控过程的特性为依据的。
过程特性：多变量、分布参数、⼤惯性、⼤滞后和⾮线性等。
单变量控制系统、多变量控制系统；仪表过程控制系统、计算机集散控制系统；复杂控制系统，满⾜特定要求的控制系统。
六、定值控制是过程控制的⼀种常⽤⽅式过程控制的⽬的：消除或减⼩外界⼲扰对被控量的影响，使被控量能稳定控制在给定值上，使⼯业⽣产能实现优质、⾼产和低耗能的⽬标。
1-3 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：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等这样⼀些过程变量的系统。
特殊过程控制原理和控制程序
特殊过程控制原理和控制程序我们建立一个过程并对它进行控制，其最终目的都是要获得过程的结果，并且这种结果必须符合预定的要求。
特殊过程自然也不例外。
但特殊过程具有其它过程所没有的特性，这就是：“形成的产品是否合格不易或不能经济地进行验证”。
特殊过程的控制方法，完全是由特殊过程的这一性质决定的。
一，特殊过程的控制原理特殊过程控制方法的基本原理类似于收听广播节目。
我们知道，收音机有很多波段、很大的频率范围可供选择。
我们的目的是要收听“北京音乐台”的节目。
但首次收听不知道该台的波段和频率，只能通过调谐旋扭来逐渐寻找，一边收听，一边调谐。
当收听到某个节目时，我们也不知道这个台是不是北京音乐台，还需要通过播音员的播报来验证，当播音员播报：“这里是北京音乐台……”时，我们才能确认：调谐旋扭当前的这个位置B就是北京音乐台。
此时调谐旋扭所处的频率位置为B，就是我们要寻找并予以确认的频率位置。
当找到这个频率位置B，并确认只有B的位置才能收到北京音乐台时，以后再接收北京音乐台的节目就不用再刻意寻找，只要将调谐旋扭直接置于频率B的位置，收到的节目必然是北京音乐台的节目，这是毋庸置疑的，无需通过播音员的播报来验证。
但在正常收听时，必须随时监视调谐旋扭，并使其始终保持在B的位置。
若因某种偶然原因使旋钮偏离B的位置，就会出现噪音甚至收不到北京音乐台，此时需要对旋钮进行回归调整，使其恢复到B的位置。
这样才能持续、稳定的收听北京音乐台。
特殊过程的控制与收听广播十分类似。
特殊过程建立（形成）之后，过程要素的运行状态有无穷多种方案可以选择。
最初我们只知道产品的规定要求，不知道人机料法环等过程要素处于什么状态才能输出合格产品。
只能通过试验来寻找这一状态。
也就是通过运行试验，一边对输出的“试验品”进行验证，一边对过程要素的状态进行调整。
当验证结果表明“试验品”合格时，过程要素所处的具体状态水平，就是我们要寻找的答案，也是最终要予以确认的对象。
《过程控制与自动化仪表》习题答案
《过程控制与自动化仪表》习题答案篇一：2012过程控制及其自动化仪表A卷参考答案：号学：名姓：级班业专装：院学安徽农业大学2011~2012学年第二学期试卷 (A卷)考试形式:闭卷笔试，2小时，满分100分适用专业:09电气一、单项选择题(共10小题，每小题2分，共20分)(注意：第一大题答案请写入下面的答题卡中)1、控制系统的反馈信号使得原来信号增强的叫做( B ) A、负反馈 B、正反馈 C、前馈2、某测温仪表范围为200~1000℃，根据工艺要求，温度指示值不允许超过±6℃，则应选仪表的精度等级为( A )A、级B、级C、级 3、常见的自动控制系统是一个( C )系统。
A、开环控制B、前馈控制C、反馈控制 4、积分作用可用来( A )A、消除余差B、克服纯滞后C、克服容量滞后 5、下列表达式中，表示比例积分调节规律的是( A ) A、?MV?K1p(DV?TDVdt)B、?MV?Kp(DV?TdDVD)C、?MV?KpDV I?dt6、压力表的测量使用范围一般为其量程的( A )处。
A、1/3~2/3B、1/37、常见的调节阀按其工作方式分有气动、电动和液动，其中加工、安装和维护工作量大，但动力强劲，常用于航空航天、矿山机械的是 ( C ) A、电动调节阀 B、气动调节阀 C、液动调节阀8、如图所示直通双座阀，下列表述正确的是( A )A、适于大压差场合B、不适于大管径场合C、泄漏量较小9、对象受到阶跃输入后，输出达到新的稳态值的％所需的时间，就是( B ) A、放大倍数 B、时间常数 C、纯滞后时间10、有些工艺对象不允许长时间施加较大幅度的扰动，在实验法建立其数学模型时应采用( B )A、阶跃响应曲线法B、方波响应曲线法C、最小二乘法二、判断题(共5小题，每小题2分，共10分)( ×)1、工业过程控制系统大部分是随动系统。
( ×)2、被调参数为温度的对象，时间常数和滞后都比较小。
第7章 new杨延西版
主讲教师：杨延西 教授 联系电话：82312006-276 办公地点：教学五楼107
过程控制与自动化仪表 第7章
——西安理工大学信控中心
教学内容
本章主要介绍实现特殊要求的过程控制 系统，它们分别是：
– 1) 比值控制系统
– 2) 均匀控制系统 – 3) 分程控制系统 – 4) 自动选择性控制系统
而仪表比值公式：
(I 2 4) K (I1 4)
'
得换算公式：
Q1max K K Q 2max
'
过程控制与自动化仪表 第7章
——西安理工大学信控中心
（2）流量与测量信号之间成非线性关系 利用节流原理测流量时,如差压流量传感器（孔 板），流量计输出信号与流量的平方成正比： Q C P , 则I CQ 2 2 则 Q1 Q2
I1 Q
2 1max
16 4
I2
2
Q
代入工艺比值公式：
2 2max
16 4
2 2 2 Q ( I － 4) Q Q ' 2max 2 2max K2 2 K 2 2 Q12 Q1max ( I1 － 4) Q1max
得换算公式：
2 Q K ' K 2 1max 2 Q2max
0.766 0.766 I0 4 (20 4) 4 16 12.27 mA 1 0 1 0.875 或I 0 4 16 18 mA 1
《过程控制系统》课程教学大纲
过程控制系统课程教学大纲（ProcessContro1System）学时数：40学时其中：实验学时：课外学时：学分数：2.5适用专业：电气工程与自动化一、课程的性质、目的和任务《过程控制系统》课程是电气工程与自动化专业的一门专业主干课程，具有很强的实践性。
通过本课程的学习，要使学生在掌握自动控制理论和过程检测与控制仪表等知识的基础上，用工程处理的方法去解决控制系统的分析、设计与研究方面的问题。
二、课程教学的基本要求（一）单回路控制系统特点、适用场合及分析设计方法：（二）深刻理解、牢固掌握各种复杂控制系统的特点、适用场合及分析设计方法；（≡）通过对典型案例的学习，掌握对各典型单元操作静、动态特性的分析方法，和与之相匹配的典型控制方案的设计，了解其发展动态。
本课程总学时为40学时，2.5学分，设置在第七学期。
其中相关实验安排在综合实验中。
三、课程的教学内容、重点和难点第一章单回路控制系统（10学时）一、基本内容本章是过程控制系统课程的基础。
主要有单回路控制系统的方案设计、调节参数整定以及控制系统的投运等内容。
二、基本要求1、了解过程控制系统工程设计概要；2、了解和掌握单回路控制系统方案设计；3、了解和掌握测量变送器选型；4、了解和掌握执行器（调节阀）选型；5、了解和掌握控制器（调节器）控制规律选取；6、了解和掌握单回路控制系统参数整定和系统投运方法。
第二章复杂过程控制系统（16学时）一、基本内容主要介绍为提高控制品质或满足特殊操作要求的过程控制系统及应用中的有关问题。
包括串级控制、比值控制、均匀控制、前馈控制、分程控制、选择性、阀位控制和推断控制等系统结构及分析。
二、基本要求1、了解和掌握串级控制系统；2、了解和掌握比值控制系统；3、了解和掌握均匀控制系统；4、了解和掌握前馈控制系统；5、了解和掌握分程控制系统；6、了解和掌握选择性控制系统；7、了解和掌握阀位控制方案；8、了解和掌握推断控制系统。
第三章流体传送设备的控制（2学时）一、基本内容流体传送设备（泵及压缩机）及其运行特点，控制方案及特殊控制方案。
过程控制仪表及控制系统第8章 满足特定要求的过程控制系统
8.3 分程控制系统
在前述过程控制系统中，调节器输出仅 控制一个调节阀作全行程运作。但在某 些工业生产中，根据工艺要求，一个调 节器的输出信号分段，分别控制两个或 两个以上调节阀工作，即每个调节阀在 调节器输出的某段信号范围内作全行程 动作，这种过程控制系统就叫分程控制 系统。
09BX8
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8.2 均匀控制系统
均匀控制系统具有使控制量与被控量缓 慢地在一定范围内变化的特殊功能。在 定值控制系统中，为了保持被控量为恒 值，控制量幅度可以较大地变化，而在 均匀控制系统中，控制量与被控量常常 是同样重要的。控制的目的，是使两者 在扰动作用下，都有一个缓慢而均匀的 变化。
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3.调节器控制规律的确定
1)单闭环比值控制系统中，W1(s)仅接收主流量的测量信号，仅 起比值计算作用，故选P控制规律或用一个比值器；W2(s)起比 值控制作用和使副流量相对稳定，故应选PI控制规律。 2)双闭环比值控制系统，两流量不仅要保持恒定的比值，而且 主流量要实现定值控制，其结果作为副流量的设定值也是恒定 的，所以两个调节器均应选PI控制规律。 3)变比值控制系统，又可称为串级比值控制系统，它具有串级 控制系统的一些特点，仿效串级控制系统调节器控制规律的选 择原则，主调节器选PI或PID控制规律，副调节器选用P控制规 律。
09BX8
8.1.1 概述
09BX8
图8-1 开环比值控制系统 a)控制系统流程图 b)控制系统框图
8.1.2 控制方案 1.单闭环比值控制系统 2.双闭环比值控制系统 3.变比值控制系统(串级比值控制系统)
09BX8
1.单闭环比值控制系统
09BX8
图8-2 单闭环比值控制系统 a)系统流程图 b)系统组成框图
过程控制-第8章特殊控制系统精选全文
8.1.3 比值控制系统的设计
1. 主从物料的选择 在比值控制系统中，主、从物料的选择影响系统的
控制方向、产品质量、经济性及安全性。主从物料的 确定是比值控制系统设计的首要一步。在实际生产中 ，主从物料的选择主要遵循以下原则。
（1）在可测两种物料中，如果一个物料流量是可 控的，另一个物料流量是不可控的。将可测不可控的 物料作为主物料，可测又可控的物料作为从物料。
3. 双闭环比值控制 在比值控制精度要求较高而主物料Q1又允许控制
的场合下，很自然地就想到对主物料也进行定值控制 ，这就形成了双闭环比值系统。其工艺流程图和原理 方框图如图8-3所示。
双闭环比值控制系统和单闭环比值系统的区别仅
在于增加了主物料控制回路。显然，由于实现了主物 料的定值控制，克服了干扰的影响，使主物料变化平 稳。当然与之成比例的副物料变化也将比较平稳。当 系统需要升降负荷时，只要改变主物料的设定值，主 、副物料就会按比例同时增加或减小，从而克服上述 单闭环比值系统的缺点。
在有些系统中，在流量
变送器后又加上开方器， 使流量与测量信号之间不 再是非线性关系，此时构 成的系统如图8-7所示。
从流量测量变送器FT1和FT2输出的信号I1和I2仍为
式（8-4）所示的形式，它们经过开方器后的信号为
I1*
I1
4
4
4( Q1 Q1max
)
4
I
* 2
I2
4
4
4( Q2 Q2 max
其中，是比值器FY的 比值系数，它就是要根据 流量Q1与Q2之比值来计算 确定的仪表比值系数。
根据式(8-4)和式(8-5)得到
Io I2
16(
16( Q1 )2 Q1max
自动化仪表及过程控制——实现特定要求的过程控制系统(教案).docx
第七章实现特定要求的过程控制系统■本章提耍1.比值控制系统2.均匀控制系统3.分程控制系统4.选择性控制系统■授课内容第一节比值控制系统◊比值控制系统-一-使两种或多种物料流虽自动维持一定比值关系的过程控制系统。
> 常用的比值控制系统主要有以下几种结构形式：• 单闭环比值控制系统在开环比值控制的基础上，设计了一个副物料流量闭坏控制回路。
空气QW(b)图7-2单闭环比值控制(a)控制流程图；(b)系统方框图• 双闭环比值控制系统由一个定值控制的主流虽回路和一个跟随主流量变化的副流虽控制回路组成。
主流址控制回路能克服主流量扰动，实现其定值控制。
副流量控制回路能抑制作用于副回路中的扰动。
当扰动消除后，主、副流量都回复到原设定值上，英比值不变。
图几3双闭环比值控制(a)控制洸程图：(b)系统方框凶• 变比值控制系统变比值控制系统是一个以笫三参数或称主参数(质量指标)和以两个流虽:比为副参数所组成的串级控制系统。
图7・4变比億控制> 比值控制系统设计•主物料流虽、副物料流虽的确定•控制方案的选择•调节器控制规律的决定•正确选择流量计或变送器及其量程•比值系数的计算第二节均匀控制系统◊均匀控制系统■■…使控制量与被控量均匀缓性地在一定范围内变化的特殊控制系统。
均匀控制的目的不同于定值控制，所以其控制的品质指标也不相同。
在均匀控制中，只要两个参数在工艺允许的范|韦|内作均匀缓慢变化生产能正常运行，控制质最就较高。
> 常用的均匀控制方案• 简单均匀控制方案图7J7简单均勻控制系统.• 串级均匀控制方案• 双冲屋均匀控制方案第三节分程控制系统◊分程控制系统…-在某些工业生产屮，根据工艺要求，一个调节器的输出信号分段, 分别控制两个或两个以上的调节阀工作，即每个调节阀在调节器输出的某段信号范围内作全行程动作。
> 分程控制系统的设计•分程信号的确定•调节阀特性的选择•调节器控制规律的选择•参数整定第四节选择性控制系统◊选择性控制--…是把工业生产过程中的限制条件所构成的逻辑关系，叠加到止常的H动控制系统上去的一•种组合控制方法。
过程控制第8章满足特定要求的过程控制系统
3.用于生产的安全防护措施
气关 气开
B阀：0.02～0.058Mpa A阀：0.062～0.1Mpa
三、分程控制中的几个问题 1.调节阀流量特性的选择
① 采用分程阀信号重叠法 ② 采用对数特性的阀以改善合成后的流量特性
2.大、小阀并联时，大阀的泄漏量不可忽视
8.3.3 参数整定
X Z
Y
8.4 选择性控制系统 （取代控制系统）
事故 L>75%Lmax
2.连续型选择性控制系统 结构：两个变送器、两个调节器、 一个选择器、一个执行器 高值选择器 U大 低值选择器 U大
U大 U小 U小
U小
调节阀：气开式 调节器都是反作用
正常情况 P燃< P燃max U2出> U1出 蒸汽压力控制系统 事故状态 P燃> P燃max U2出< U1出 燃料压力控制系统
假如某化肥厂硝酸生产过程中，氨气与空气的流量 要保持一定的比例关系。正常情况下，工艺指标规定：
氨气流量为2000m3/h ，空气流量为22000m3/h，氨气流
量表的测量范围为0～3200m3/h ，空气流量表的测量范 围为0～25000m3/h ，流量测量采用差压计。 1.试问需采用什么控制方案？画出该控制系统的控制流 程图及方框图。 2.决定比值器的比值系数。 ⑴ 工艺要求不高，负荷变化不大。 ⑵ 工艺要求高，负荷变化较大。
8.4.1 基本概念 事故状态下保证安全生产措施： 硬限控制：联锁保护紧急停车，防止事故发生。 软限控制：当一个参数要达到极限值时，让它暂时维持 现状继续生产，并逐渐超正常工况发展。
8.4.2 控制方案 1.开关型选择性控制系统 （限值保护 ） 正常 L<75%Lmax TC控制阀门 切断U出 电磁阀失电 温度控制系统 电磁阀带电 阀关闭 L↓
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生产工艺要求:Q2/Q1=K 则K2=Q22/Q12
则K2 = Q22/Q12 = [ Q22max(I2-4) ]/[Q21max(I1-4) ] = K'Q22mAX/Q21max
K'=K2Q21max / Q22max
即为仪表的比值系数,是一
个常数,只与变送器的最大量程有关,与负荷大小无关
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(2)流量与测量信号成线性关系
(1)流量与测量信号成非线性关系
基于节流元件测流量时,Q=C√ΔP C为比例系数
当流量从0--Qmax变化时,压差从0--Δpmax变化, 变送器的输出为4--20mA DC对任何中间流 量主流量Q1和副流量Q2对应的输出信号: I1=(Q12/Q21max)×16+4 I2=(Q22/Q22max)×16+4
5.具有逻辑规律的比值控制 比值控制时，负荷变化时，控制主副流量升降顺序—— 加入逻辑控制（逻辑提量）
例子：
锅炉燃烧系统，燃料量与空气量成一定比值
逻辑规律：
提量： 蒸汽用量
P汽
降量： 蒸汽用量
P汽
——保证燃烧完全
空气 燃料
燃料 空气
二.比值控制系统设计中特殊问题
1.比值系数的计算
工艺上的比值K是指两流量的体积流量或重量流量之比 仪表的读数为K',是流量比值K的函数,二者一般情况下 并不相等,在设计时,必须把K折算成K',用单元组合仪表 时,也就是折算成相应的标准统一信号
在压差原理测流量的变送器后加了开方器,或直接用转子 流量计,涡轮流量计,椭圆齿轮流量计等线性流量计进行测 量时,测量信号与流量之间是线性关系,比值系数计算如下:
I1'=(Q1/Q1max)×16+4 I2'=(Q2/Q2max)×16+4 而K = Q2 / Q1 = [ Q2max(I2'-4) ] / [ Q1max(I1'-4)] = K'Q2max /Q1max
控制器
控制阀
对象
Q2
2
测量变送
Q1
1
控制器
控制阀
对象
Q2
2
测量变送
Q1
1
本质：整个控制系统处于开环状态，Q2流量根据Q1流量， 按比例系数开闭阀门
优点：简单，仪表少
缺点：系统开环，Q2波动时比值难以保证 场合：这种方案应用较少
2 单闭环比值控制系统 增加副流量的闭环控制
控 制 流 程 图
F1 T F2 T
参数偏离了设定值,GC1(S)输出变化,改变了GC2(S)的设定值, 亦即改变了两个流量的比值,使系统在新的比值上重新稳定
氧化炉温度串级---比值控制流程图
给定
FC
TC
÷
TT
氨气Q1
F1T
F2T
混
氧
合化
空气Q2
器
炉
硝酸生产中,氧化炉温度控制要求高(84±5℃),影响温 度的主要因素是氨气和空气的比值;温度受到干扰而 变化时,采用改变氨气流量来补偿;氧化炉温度为主参数, 氨气和空气之比为副参数,是一个串级--比值控制系统
第七章 实现特殊要求的过程控制系统
魏莉 机电工程学院测控系
第一节 比值控制系统
一. 概述
在工业生产中,常要求两种或多种物料流量成一定比 例关系,如果比例关系失调就会影响生产的正常进行和产 品质量,浪费原材料,造成环境污染,产生生产事故。如在工 业锅炉中,需要自动保持燃料量和空气量成一定比例混合 后送入炉膛;在药物生产中,要将药物和注入剂按一定比例 混合;在硝酸生产中,氨气和空气的流量要有合适的比例关 系。
数的需要而变化，用除法器构成的变比值控制系统框图如下
X(S)
GC1(S)
-
-
GC2(S) ÷
GV(S) Gm2(S)
Q2(S)
Y(S)
GO2(S) GO1(S)
Gm1(S) Q1(S)
Gm(S)
实际上,变比值控制系统是一个以第三参数或称以主参数和
两个流量比为副参数所组成的比值---串级组合控制系统
系统稳态时,GC1(S)输出不变,主副流量恒定,其比值一定,系 统受干扰时,由比值控制回路保证比值一定,但流量已变使主
所谓比值控制就是使一种物料随另 一种物料按一定比例变化的控制系统
主动物料或主流量:(Q1表示) 处于主导地位或在生产中 为主要物料或不可控物料
从动物料或副流量:(Q2表示) 随主流量变化而变化
控制目标:Q2/Q1=k
1 开环比值控制系统
在稳定工况下 (阀前压力稳定等)
Q2=kQ1
Q1
FT FC
Q2
F1 C F2 C
Q1
系 统 框 图
Q
GC1(S) Gm1(S)
GC2(S) -
Q1
GV(S) GO(S) Q2
Gm2(S)
2
当主流量受扰动而变化时,其流量信号由变送器送比值运 算器GC1(S),比值运算器按预先设置的比值系数使输出成 比例地变化,亦即成比例改变副调节器GC2(S)给定值,使副 流量Q2跟随主流量Q1而变化从而保证原设定比值不变
二氧化碳
F1C K
氧气
F2C
混
合
反应器
● 由于主流量控制回路的存在，实现了主流量定值控制，克服了 对主流量的干扰的影响
● 另一个优点是，提升主负荷比较容易，缓慢改变主控制器的给 定值。
● 缺点：使用的仪表较多，另外，若主副回路工作频率相近时，
容易产生共振
4. 变比值控制系统
有些生产过程中，要求两种物料流量的比值随第三个工艺参
当主副流量同时受到扰动时,调 节器GC2在克服副流量扰动的同 时,又根据新的给定值改变调节 阀的开度使主副流量在新数值 上保持原设定的比值关系
丁烯 洗涤水
系统结构简单,但主流量Q1是可 变的,因而总流量是不固定的,这 对于负荷变化大又直接参与化学 反应的场合是不适宜的,因总流 量的改变会影响化学反应过程
F1 T
F1 C
Q1
-
流
K'
给定
K'
程
Gm1(S)
系 统 框 图
图 F2 T F2 C
Q2
GC2(S) -
GV1(S) GO2(S)
Q2
Gm2(S)
可以克服单闭环比值控制系统对主流量不受控制的缺点
由一个定值控制的主流量控制回路和一个 跟随主流量变化的副流量控制回路组成
主流量控制回路克服主流量扰动，实现其定值控制副 流量控制回路抑制作用于副回路的干扰；使主副流量 都稳定，总物料量也较平稳，但用仪表多，投资较高
FC K
丁烯洗涤塔进料与 洗涤水的比值控制系统
优点：1）能克服Q2的波动 2）结构简单，特别是在主 流量参数工艺不能控制 的场合实施。
缺点：1）Q1不固定 2 ）Q1+Q2总量不定 3）动态比值较差
场合：应用较广泛
3 双闭环比值控制系统
X1(S) GC1(S) GV1(S) GO1(S) Q1
控 制