化工自动化过程控制系统
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l 对于滞后大的对象，或扰动幅度大而频繁时，采 用简单控制往往不能满足工艺的要求，若引入前 馈控制，实现前馈－反馈控制就能获得显著的控 制效果。
S
换热器的前馈控制
l 前馈控制的基本原理 就是测取进入过程的 扰动量（包括外界扰 动和设定值变化）， 并按照其信号产生合 适的控制作用去改变 控制量，使被控制变 量维持在设定值上。
甲醇储罐氮封分程控制系统
给定值
B
PC
气 关
A 气开
氮气
氮气
PT 100
阀
甲醇
％
门 开
气 关
度
阀
气 开 阀
异向分程控制方案
0
0.02Байду номын сангаас
0.06
0.1
Mpa
l 主要用于锅炉汽包液位的控制。
l 所谓三冲量就是一个前馈加串级的控制系 统。〝冲量〞实际就是变量，多冲量控制 中的冲量是指引入系统的测量信号。其主 要冲量是水位，辅助冲量是蒸汽负荷和给 水流量，它是为提高控制品质而引入的。 一般我们都采用水位、蒸汽流量和给水流 量三冲量控制。
主调节器
副调节器 调节阀
副对象
主对象
副测量变送单元 主测量变送单元
l 1）、对进入副回路的扰动具有较迅速、较 强的克服能力；
l 2) 、可以改善对象特性，提高工作效率； l 3) 、可消除调节阀等非线性的影响； l 4）、串级控制系统具有一定的自适应能力。
l 一般来讲，一台调节器的输出仅控制一个 调节阀。若一台调节器去控制几个阀门， 并且是按输出信号的不同区间操作不同的 阀门，这种控制方式习惯上称为分程控制。
l 在我们生产中自动控制系统的主要任务之一就是要保证生 产的安全、平稳地进行。但在生产过程中，不可避免地会 出现不正常的工况以及其他特殊情况。这样正常设计的控 制系统往往适合不了工况的要求。过去通常采用报警后由 人工处理或自动连锁停车的对策，但随着装置的大型化， 一次开、停车过程要消耗大量的原料，并排放出大量的不 合格产品，这样显然是很不经济的；再者出现不正常工况 后全部转由人工处理，则可能造成操作人员的过分忙乱和 紧张。所以必须考虑在非正常工况下由别的调节器按照适 合当时特殊情况的另一套规律来进行控制，此外有一些工 艺变量的控制，受到多种条件的约束和限制，因而也必须 根据不同的情况来分别对待。在这样的指导思想下就发展 出了自动选择控制系统。
调节器
0.02～ 0.06Mpa
分程控制系统图
0.06～ 0.1Mpa
气开阀 1阀 00 门 开 度 ％
0 0.02
1阀 00 门 开 度 ％
0.06
0.1
Mpa
气关阀
0
0.02
0.06
0.1
Mpa
同向分程控制方案
1阀 00
门
气
开
关
度
阀
％
气 开 阀
0
0.02
0.06
0.1
Mpa
气
气
开
关
阀
阀
0
0.02
但是，当燃料气压力波动大且 频繁时，由于加热炉滞后很大， 将引起原料出口温度的大幅度 波动。为此，先构成一个燃料 气压力（或流量）的控制系统 （回路Ⅱ），首先稳定燃料气 的压力（或流量），而把原料 出口温度控制器的输出，作为 压力控制器的设定值，形成回 路Ⅰ，使压力控制器随着原料 出口温度控制器的需要而动作， 这样就构成了如图中所示的温 度－压力串级控制系统。
0.06
0.1
Mpa
异向分程控制方案
l 同向或异向规律的选择,根据工艺需要来决定。
l 设计分程控制系统的主要目的： 一、 扩大调节阀的可调范围,改善控制品质; 二、 满足工艺的特殊要求。
l 工艺特殊要求的分程控制系统 例如：实行氮封的技术要求是,要始终保持储罐内的氮气微 正压.储罐内物料增减时,将引起罐顶压力的升降,应及时进 行控制,否则将使储罐变形。因此，当储罐内液面上升时， 应停止补充氮气，并将压缩的氮气适量排出。反之，液面 下降时停止放出氮气。只有这样才能做到隔绝空气，又保 证容器不变形的目的。
蒸汽
LC
∑
汽包
FC
给水
l 简单控制系统属于反馈控制，它的特点是按被控 变量的偏差进行控制，因此只有在偏差产生后， 控制器才对操纵变量进行控制，以补偿扰动变量 对被控变量的影响。若扰动已经产生，而被控变 量尚未变化，控制作用是不会产生的，所以，这 种控制作用总是落后于扰动作用的，是不及时的 控制。
培训人： 培训对象：
PC TC TT 主回路
副回路 PT
原料
l 按控制系统的结构特征分类，控制系统所 谓的复杂，是相对于简单而言的。凡是多 参数具有两个以上变送器、两个以上控制 器或两个以上调节阀组成的多回路的自控 系统，称之为复杂控制系统。
l 目前常用的复杂控制系统有串级、分程、 三冲量、前馈、选择、比值等。并且随着 生产需要和科学技术的进步，又出现了许 多新型的控制系统
l 一、串级控制系统 l 串级控制系统的特点：两个调节器相串联，
主调节器的输出作为副调节器的给定，适 用于时间常数及纯滞后较大的对象。 l 串级控制系统的基本概念与方框图
PC TC TT 主回路
副回路 PT
原料
加热炉原料出口温度控制系统 若采用简单温度控制，当负荷 发生变化时，由温变、控制器 和调节阀组成一个单回路控制 系统，去克服由于变化而引起 的原料出口温度的波动，以保 持出口温度在设定值上。
l 选择性控制系统的基本设计思想就是把在某些特殊场合下 工艺过程操作所要求的控制逻辑关系叠加到正常的自动控 制中去，它也被叫超驰控制系统或者取代控制系统。
参数A
调节器A
选择器 调节阀
参数B
调节器B
l 在正常情况下，选择器 选正常调节器A，使输出 送至调节阀，实现对参 数A的正常控制；但参数 B要达到危险值，选择器 就自动选中控制器B，从 而取代调节器A，这时对 参数A来说，可能控制质 量不高，但生产仍能继 续进行，并通过B调节器， 使生产逐渐趋于正常， 待到恢复正常后，控制 器A又取代调节器B的工 作，这样就保证在参数B 达到越限前就自动采取 新的控制手段，不必硬 性停车。
l 在这个控制系统中，原料出口温度称为被控变量，简称主 变量。调节阀阀后燃料气压力称为副被控变量，简称为副 变量。温度控制器称为主控制器，压力控制器称为副控制 器。从燃料阀阀后到原料出口温度这个温度对象称为主对 象。阀后压力对象称为副对象。由副控制器、调节阀、副 对象、副测量变送器组成的回路称为副回路。而整个串级 控制系统包括主对象、主控制器、副回路等效环节和主变 量测量变送器，称为主回路，又称主环和外环。
S
换热器的前馈控制
l 前馈控制的基本原理 就是测取进入过程的 扰动量（包括外界扰 动和设定值变化）， 并按照其信号产生合 适的控制作用去改变 控制量，使被控制变 量维持在设定值上。
甲醇储罐氮封分程控制系统
给定值
B
PC
气 关
A 气开
氮气
氮气
PT 100
阀
甲醇
％
门 开
气 关
度
阀
气 开 阀
异向分程控制方案
0
0.02Байду номын сангаас
0.06
0.1
Mpa
l 主要用于锅炉汽包液位的控制。
l 所谓三冲量就是一个前馈加串级的控制系 统。〝冲量〞实际就是变量，多冲量控制 中的冲量是指引入系统的测量信号。其主 要冲量是水位，辅助冲量是蒸汽负荷和给 水流量，它是为提高控制品质而引入的。 一般我们都采用水位、蒸汽流量和给水流 量三冲量控制。
主调节器
副调节器 调节阀
副对象
主对象
副测量变送单元 主测量变送单元
l 1）、对进入副回路的扰动具有较迅速、较 强的克服能力；
l 2) 、可以改善对象特性，提高工作效率； l 3) 、可消除调节阀等非线性的影响； l 4）、串级控制系统具有一定的自适应能力。
l 一般来讲，一台调节器的输出仅控制一个 调节阀。若一台调节器去控制几个阀门， 并且是按输出信号的不同区间操作不同的 阀门，这种控制方式习惯上称为分程控制。
l 在我们生产中自动控制系统的主要任务之一就是要保证生 产的安全、平稳地进行。但在生产过程中，不可避免地会 出现不正常的工况以及其他特殊情况。这样正常设计的控 制系统往往适合不了工况的要求。过去通常采用报警后由 人工处理或自动连锁停车的对策，但随着装置的大型化， 一次开、停车过程要消耗大量的原料，并排放出大量的不 合格产品，这样显然是很不经济的；再者出现不正常工况 后全部转由人工处理，则可能造成操作人员的过分忙乱和 紧张。所以必须考虑在非正常工况下由别的调节器按照适 合当时特殊情况的另一套规律来进行控制，此外有一些工 艺变量的控制，受到多种条件的约束和限制，因而也必须 根据不同的情况来分别对待。在这样的指导思想下就发展 出了自动选择控制系统。
调节器
0.02～ 0.06Mpa
分程控制系统图
0.06～ 0.1Mpa
气开阀 1阀 00 门 开 度 ％
0 0.02
1阀 00 门 开 度 ％
0.06
0.1
Mpa
气关阀
0
0.02
0.06
0.1
Mpa
同向分程控制方案
1阀 00
门
气
开
关
度
阀
％
气 开 阀
0
0.02
0.06
0.1
Mpa
气
气
开
关
阀
阀
0
0.02
但是，当燃料气压力波动大且 频繁时，由于加热炉滞后很大， 将引起原料出口温度的大幅度 波动。为此，先构成一个燃料 气压力（或流量）的控制系统 （回路Ⅱ），首先稳定燃料气 的压力（或流量），而把原料 出口温度控制器的输出，作为 压力控制器的设定值，形成回 路Ⅰ，使压力控制器随着原料 出口温度控制器的需要而动作， 这样就构成了如图中所示的温 度－压力串级控制系统。
0.06
0.1
Mpa
异向分程控制方案
l 同向或异向规律的选择,根据工艺需要来决定。
l 设计分程控制系统的主要目的： 一、 扩大调节阀的可调范围,改善控制品质; 二、 满足工艺的特殊要求。
l 工艺特殊要求的分程控制系统 例如：实行氮封的技术要求是,要始终保持储罐内的氮气微 正压.储罐内物料增减时,将引起罐顶压力的升降,应及时进 行控制,否则将使储罐变形。因此，当储罐内液面上升时， 应停止补充氮气，并将压缩的氮气适量排出。反之，液面 下降时停止放出氮气。只有这样才能做到隔绝空气，又保 证容器不变形的目的。
蒸汽
LC
∑
汽包
FC
给水
l 简单控制系统属于反馈控制，它的特点是按被控 变量的偏差进行控制，因此只有在偏差产生后， 控制器才对操纵变量进行控制，以补偿扰动变量 对被控变量的影响。若扰动已经产生，而被控变 量尚未变化，控制作用是不会产生的，所以，这 种控制作用总是落后于扰动作用的，是不及时的 控制。
培训人： 培训对象：
PC TC TT 主回路
副回路 PT
原料
l 按控制系统的结构特征分类，控制系统所 谓的复杂，是相对于简单而言的。凡是多 参数具有两个以上变送器、两个以上控制 器或两个以上调节阀组成的多回路的自控 系统，称之为复杂控制系统。
l 目前常用的复杂控制系统有串级、分程、 三冲量、前馈、选择、比值等。并且随着 生产需要和科学技术的进步，又出现了许 多新型的控制系统
l 一、串级控制系统 l 串级控制系统的特点：两个调节器相串联，
主调节器的输出作为副调节器的给定，适 用于时间常数及纯滞后较大的对象。 l 串级控制系统的基本概念与方框图
PC TC TT 主回路
副回路 PT
原料
加热炉原料出口温度控制系统 若采用简单温度控制，当负荷 发生变化时，由温变、控制器 和调节阀组成一个单回路控制 系统，去克服由于变化而引起 的原料出口温度的波动，以保 持出口温度在设定值上。
l 选择性控制系统的基本设计思想就是把在某些特殊场合下 工艺过程操作所要求的控制逻辑关系叠加到正常的自动控 制中去，它也被叫超驰控制系统或者取代控制系统。
参数A
调节器A
选择器 调节阀
参数B
调节器B
l 在正常情况下，选择器 选正常调节器A，使输出 送至调节阀，实现对参 数A的正常控制；但参数 B要达到危险值，选择器 就自动选中控制器B，从 而取代调节器A，这时对 参数A来说，可能控制质 量不高，但生产仍能继 续进行，并通过B调节器， 使生产逐渐趋于正常， 待到恢复正常后，控制 器A又取代调节器B的工 作，这样就保证在参数B 达到越限前就自动采取 新的控制手段，不必硬 性停车。
l 在这个控制系统中，原料出口温度称为被控变量，简称主 变量。调节阀阀后燃料气压力称为副被控变量，简称为副 变量。温度控制器称为主控制器，压力控制器称为副控制 器。从燃料阀阀后到原料出口温度这个温度对象称为主对 象。阀后压力对象称为副对象。由副控制器、调节阀、副 对象、副测量变送器组成的回路称为副回路。而整个串级 控制系统包括主对象、主控制器、副回路等效环节和主变 量测量变送器，称为主回路，又称主环和外环。