复杂控制系统(2)

A B N2 PT PC 反作用 阀门开度%
100
A
0 0.058
B 0.06 0.1 MPa 0.062
0.02
控制信号
分程控制系统Split-range control
• 3、控制两种不同的介质，满足生产过程不 同阶段的需要
阀门开度% 反作用
100
A 冷却水 蒸汽 B
0
A
B
0.02
0.06 控制信号
冗余系统
2．开关型选择性控制系统 这种控制系统一般有两个可供选择的变量。 一个变量是工艺操作的主要技术指标，另一 个变量只在工艺上对其有一限值要求，只要不超 出该限值，就能保证生产的正常进行。因此，正 常情况下就按照影响生产的主要变量来进行连续 控制。 一旦另一变量达到极限要求时，为了防止事 故的发生，选择性控制系统将通过专门的装置 （电接点、信号器、切换器等）切断主要变量控 制器的输出，而将控制阀迅速打开或关闭，直到 该变量回到限值以内时，系统才自动重新恢复到 之前的连续控制。
测量值 检测变送器
分程控制系统Split-range control
阀门开度%
100
阀门开度%
100
0
0.02 控制信号 0.1 阀门开度%
100
MPa
0
0.02
0.06 控制信号
0.1
MPa
0
0.02 控制信号 0.1
MPa
分程控制系统Split-range control
分程控制系统的类型
同气开
4.6前馈控制 FEEDFORWARD CONTROL
原料油量 给定 值 _ 测量值 TT TC 调节 变量 调节阀 对象 给定 值 测量值 FC F1T 原油流量 T
调节阀
调节 变量
对象
反馈控制的依据是被控变量与给定值的偏差，检测的信号是 被控变量，控制作用发生在偏差出现以后。 前馈控制的依据是干扰的变化，检测的信号是干扰量的大小， 控制作用的发生时间是在干扰作用的瞬间而不需等到偏差出 现以后
4.6前馈控制 Feed forward Control
热流体 冷流体
热流体
冷流体
4.6前馈控制 FEEDFORWARD CONTROL
• 前馈控制与反馈控制的比较
•1、前馈控制是基于不变性原理工作，比反馈及时、有效 根据干扰的变化产生控制作用
•如果使干扰对被控变量产生的影响与控制作用产生的影响大小 相等、方向相反，就能完全克服干扰对被控变量的影响。
• 称为选择性控制系统，有时也称为取代控制或超 驰控制。
通常系统中设有两个控制器（或两个以 上的变送器），通过选择器选出能适应 生产安全状况的控制信号，实现对生产 过程的自动控制。 构成该系统应具备两方面: 一是生产操作上有一定的选择性规律； 二是组成控制系统的各个环节中，必须包 含具有选择性功能的选择单元。
多冲量控制 系统
• 1． 单冲量液位控制
结构简单，使用仪表少。
主要用于蒸汽负荷变化不剧烈，用户对蒸汽品质要求不十分严格 的小型锅炉。
多冲量控制 系统
2． 双冲量液位控制系统
液位＋流量 FT 蒸汽流量 给定值 LC _ 测量值 LT － 调节阀 调节 变量 对象
从结构上看，是“前馈+反馈”系统。 供水压力变化频繁时，双冲量系统不及时
4.6前馈控制 FEEDFORWARD CONTROL
• 前馈控制与反馈控制的比较
2、前馈是“开环”，反馈是“闭环”控制系统
从某一种意义上讲，是前馈的不足之处。
原料油量 给定 值 _ 测量值 TT TC 原油流量 T 调节阀 调节 变量 对象
调节 变量
调节阀 对象 给定 值
F1T 测量值
FC
•要想综合一个合适的前馈控制作用，必须对被控 对象的特性做深入的了解。
4.6前馈控制 FEEDFORWARD CONTROL
3、前馈控制使用的是视对象特性而定的“专用”控制器
前馈控制要采用专用前馈控制器或前馈补偿器. 对于不同的对象特性，前馈控制器的控制规律也不同。 反馈控制系统均采用通用类型的PID调节器；
•4、一种前馈作用只能克服一种干扰
前馈控制 类型
前馈控制 类型
• 可控制最小流量 Q’min = Qmin = 6.67 可控制最大流量 Q’max = Qmax + Qmax = 400 Qmax 400 则有 R 60
Qmin 6.67
分程控制系统Split-range control
• 2、交替使用不同的控制方式 ，用作生产安 全的防护措施
丙烯冷却器开关型选择性温度控制系统
正常工况时，三通阀将温度调 节器来的控制信号P送至气动调 节器室，系统与简单控制系统 相同。 当液位上升到一定位置时，液 位变送器的上限节点接通，电 磁阀通电，切断控制信号P的通 路，将大气（即表压为0）通入 气室，阀门关闭。 液位回降至一定位置时，液位 变送器上的上限节点断开，电 磁三通阀失电，系统恢复为简 单温度控制系统。
2）选择器位于控制器之前
特点： 多个变送器共用一个控制器，选择器位于控制 器之前，对变送器的输出信号进行选择。其用途主 要有两个: 一是选出几个检测变送信号的最高或最低信号用 于控制，即竞争控制系统， 其二是为防仪表故障造成事故，对同一检测点采 用多个仪表测量，选出可靠的测量值，即冗余系统。
竞争控制系统
3 混合选择性控制
P1C
反 b
反
P2C
进水
a LS
c P3T
燃料气 气开 正常工况：p1较大，a下降，关小阀门。 若P2上升，有脱火现象，至b<a，关小阀门，使P2下降。 若P3下降，至有回火，关闭阀门。
选择性控制系统设计
在选择器具体选型时，根据生产处于不正常情况下， 取代控制器的输出信号为高或为低来确定选择器的类型。 步骤: 1）从安全角度考虑，确定控制阀的气开和气关类型； 2 ）确定正常工况和取代工况时的对象特性，即放大 倍数的正、负； 3）确定正常控制器和取代控制器的正、反作用； 4）根据取代控制器的输出信号类型，确定选择器是高 选器还是低选器； 5）当选择高选器时，应考虑事故时的保护措施。
积分饱和及防止
产生积分饱和有三个条件: 1.控制器具有积分作用； 2.控制器处于开环工作状态，即其输出没有 被送往控制阀； 3.控制器的输入，即偏差信号一直存在。 在选择性控制系统中，总有一个控制器处于 开环状态，若此控制器有积分作用，就会产生 积分饱和现象。
防止积分饱和 1）限幅法 用高低值限幅器，使控制器的输出信号被限制在 工作区间内。
选择性控制系统类型
1．连续型选择性控制系统 两类: 1）选择器位于两个控制器与一个执行器之 间这是选择性控制系统中常用的类型。
锅炉为例
反作用
正常情况下，通过控制燃料量来保证蒸汽 压力的稳定。 当蒸汽用量增加时，蒸汽压力就会下降， 为保证蒸汽压力不变，必须在增加供水量的同 时，相应地增加燃料气量。 然而，燃料气的压力也随燃料气量的增加而 升高，当燃料气压力过高超过某一安全极限时， 会产生脱火现象。一旦脱火现象发生，燃烧室内 由于积存大量燃料气与空气的混合物，会有爆炸 的危险。
0.1
MPa
分程控制系统Split-range control
反作用
调节 器 _
调节阀A
冷却水 对象1 蒸汽 对象2 +
-
被控 变量T
给定值
调节阀B
+ 检测变送器 +
测量值 阀门开度%
100
A
0
B
0.02
0.06
0.1
MPa
控制信号
4.5选择性控制系统Selective control
• 选择性控制原理
1。同向分程
同气关 阀门开度%
100
阀门开度%
100
A
0
B 0.06 0.1 MPa
0
A 0.02 0.06 控制信号
B
0.02
0.1
MPa
控制信号
分程控制系统Split-range control
分程控制系统的类型
一 气开
2。异向分程
一 气关 阀门开度%
100
阀门开度%
100
0
0
0.02
0.06 控制信号
而当燃料气压力上升到超过脱火压力时，由于P2C 是反作用，其输出 a 将是低信号， a 被低选器选中， 这样便取代了蒸汽压力控制器，防止脱火现象的发 生,其结果是控制阀的开度关小，阀后压力下降，起 到自动保护的作用。
当燃料气压力恢复正常时，蒸汽压力控制器P1C的输出b 又成为低信号，经自动切换，蒸汽压力控制系统重新恢 复运行。
安保措施有两大类，一是硬保护，二是软保护 。
• 硬保护
• 如报警、自动到手动、联锁动作等，或实现自动停车，使 生产过程处于相对安全的状态。
• 软保护措施，不是消极地输入联锁保护甚至停车，而是
自动地切换到一种新控制系统中，这个新的控制系统取代 了原来的控制系统对生产过程进行控制，当工况恢复时， 又自动地切换到原来的控制系统中。
李丽娟
自动化与电气工程学院
复杂控制系统（2）
分程控制系统 Split-range control 选择性控制系统 Selective control 前馈控制系统 Feedforward control
分程控制系统Split-range control
• 控制原理：
给定值 调节器 _ 测量值 检测变送器 调节变量 给定值 _ 调节阀1 调节 器 对象 调节阀2 被控 变量 调节阀 调节 变量 对象 被控变量
丙烯冷却器温度控制系统
目的是使裂解气的温度下降并稳定在 一定的温度上。 测量裂解气出口温度T，如T偏高，使 液丙烯流量加大，冷却器中的液丙烯 液面升高，载有裂解气的列管与液丙 稀的接触面积增大，换热加快，T下降， 达到控制的目的。