串级调节系统

以上问题的解决简单调节系统所是不能胜任的， 因此，相应地就出现了一些与简单调节系统不同的其 它调节形式，这些调节系统统称为复杂调节系统。
自动化仪表与过程控制
Y SH X
7.1 串级调节系统
7.1 串级调节系统
对象的滞后较大，干扰比较剧烈、频繁时，采用 简单调节系统往往调节质量较差，满足不了工艺上的 要求，这时，可考虑采用串级调节系统。
自动化仪表与过程控制
Y SH X
7.1 串级调节系统
副副主主变调变量节量器串是级其按工调给主艺
定节变调副主值系量节对来统的指象自中测标主副为为量，调变了主值在节量变
器稳表与串量的定征给级表输主其定调征出变特值节其，量性而系特并或的工统性按工的
副因艺作中生变某生，起产量种产其主设的需设输导备测要备出作，量而，为用这值主里
自动化仪表与过程控制
Y SH X
7.1 串级调节系统
2 串级调节系统的效果分析
采用串级调节的效果可以用图7-7所示的串级调 节系统的方块图（设主、副调节器的传递函数为1） 来说明。
自动化仪表与过程控制
Y SH X
7.1 串级调节系统
（1） 加快了过渡过程
设图7-7中调节对象为两个一阶惯性环节，调节 器都是比例调节规律，它们的传递函数为
自动化仪表与过程控制
Y SH X
7.1 串级调节系统
现代化生产往往对产品的质量提出更高的要求， 例如甲醇精馏塔的温度偏离不允许超过1℃，石油裂 解气的深冷分离中，乙烯纯度要求达到99.99％。
生产过程中的某些特殊要求，如物料配比问题、 前后生产工序协调问题、为了生产安全而采取的软保 护问题等。
副与引要的主变给入指被要量定的燃调是给值辅料参指定的助油数炉值偏变燃，内，差烧原
工量装这这料作，置里里油（这及是是的又里炉温原受名是膛控料热随炉部器油管动分道
7
调出膛节口温T器温1度C）度θT2θ21C
各种具体对象的串级调节系统都可以画成典型形
式的方块图，如图7-4所示。
自动化仪表与过程控制
Y SH X
7.1 串级调节系统
7
7．1．2 串级调节系统的特点和效果分析
1 特点 （1）在系统结构上 有两个闭合回路，形成内外环。主回路是个定值 调节系统，而副回路是个随动调节系统；
自动化仪表与过程控制
Y SH X
7.1 串级调节系统
主、副调节器是串联工作的。主调节器的输出作 为副调节器的给定值。
（2） 有主变量和副变量两个变量
③ 选炉膛温度为被调参数 ❖ 炉膛温度不是直接被调参数
热传导→原油
影响出口温度
自动化仪表与过程控制
Y SH X
7.1 串级调节系统
④ 解决措施
根据炉膛温度的变化 先改变燃料量
进一步改变燃料量
再根据原料油出口温度与其给定值之差
⑤ 串级调节系统
模仿这样的人工操作程序就构成了以原料油出口
温度为主要被调参数的炉出口温度与炉膛温度的串级
调节系统。如图8-2所示。
自动化仪表与过程控制
Y SH X
7.1 串级调节系统
⑥ 串级调节系统的工作过程
θ1的变化通过调节器 T1C不断地去改变调与此同时，会使原料油
节器T2C的给定值 出口温度θ1发生变化
这重样新假油改，稳组膛定的7变两 定分温在 压节燃个 在它有度某 力器料调 给的关的一 和T的节 定变）偏2时 或C加器值化发差进刻热入协时促生随行，值量同，使变之工燃（，这膛工调调化减作料与使个温作节少炉干度，过扰θ直程2发首到才生先原告变使料 结化炉油 束自出 。动口化仪温表与度过程控制
主变量是反映产品质量或生产过程运行情况的主 要工艺变量。调节系统设置的目的就在于稳定这一变 量，使它等于工艺规定的给定值。
（3） 在系统特性上
由于副回路的引入，改善了对象的特性，使调节
过程加快，具有超前调节的作用，从而有效地克服滞
后，提高了调节质量。
自动化仪表与过程控制
Y SH X
7.1 串级调节系统
Y SH X
7.1 串级调节系统
7．1．1 串级调节系统的组成
图7-3是管式加热炉串级调节系统图7-2的框图。
干干扰扰F管F2表1式表示加示另燃热原一料炉料部油对油分象本为分身炉为流膛两及部燃分。一 压力量、部组进分分口为烧的温受装变度热置化等管—的—道变温—化度—温对度象2对象1
主调回 节路 器，是执由行主器变和量主的、测副量对变象它送构的装成输它置的出的，外变输主回量出、路变副，量为原 从系亦统称的外结环构或来主看环，这两个调 为炉膛料温油度出θ2口温度θ1 节副器回是路串接是工由作副的变，量因的此测，量这变送装置，副调节器执行 样的器系和统副称对为象串所级7构调成节的系内统回路，亦称内环或副环
例 管式加热炉是炼油、化工生产中重要装置之 一。无论是原油加热或重油裂解，对炉出口温度的调 节十分重要。
① 为了调节出口温度，可以设置图7-1所示的简
单温控系统。
自动化仪表与过程控制
Y SH X
Fra Baidu bibliotek
7.1 串级调节系统
燃料压力或燃料 本身的热值变化
3min 影响炉膛温度
7
② 问题： ❖ 通道容量滞后很大， 15min 反应缓慢，调节不及时。
G01 ( s )
K 01 T1s 1
Gc1( s) Kc1
G02 (s)
K 02 T2 s 1
Gc2 (s) Kc2
（7-1）
自动化仪表与过程控制
Y SH X
7.1 串级调节系统
如果不采用串级调节系统，那么图7-7中副调节器 及来自Y2的反馈信号都不存在，这时X2到Y2的传递函 数为
Y SH X
7.1 串级调节系统
第7章 复杂调节系统
在大多数情况下，简单调节系统能解决大量的生 产控制问题，满足定值控制的要求。
简单调节系统是生产过程自动控制中最简单、最 基本、应用最广的一种形式，在工厂中约占全部自动 调节系统的80％左右。 随着工业生产过程的大型化和复杂化，操作条件 更加严格，变量之间的关系更加复杂。
（4） 具有一定的自适应能力
在串级调节系统中，主回路是一个定值系统，副 回路却是一个随动系统。当负荷或操作条件发生变化 时，主调节器能够适应这一变化及时地改变副调节器 的给定值，使系统运行在新的工作点上，从而保证在 新的负荷和操作条件下，调节系统仍然具有较好的控 制质量。
❖ 对象的滞后和时间常数很大，干扰作用强而频繁， 负荷变化大，采用串级调节系统是适宜的。