均匀控制系统

qo(t)
位控制系统（只关心液位的
平稳，而不关注控制变量的
变化情况），而要求液位与 出料 同时“均匀”地变化。
一、 均匀控制问题的提出及概念

均匀控制（调节）系统是在连续生产过程中，各种设备前 后紧密联系着的情况下提出来。

这种生产过程的前一设备的出料往往是后一设备的进料， 而后者的出料又源源不断地输送给其他设备。生产工艺要 求上有一定的矛盾需要权衡，如分别独立设计多个简单的 单回路调节系统时，往往控制系统的工作相互之间存在矛 盾，不能满足要求。
为了将石油裂解气分离成甲烷、乙烷、丙烷、乙烯、丙烯 等，前后串联了八个塔，除了产品塔将产品送至储罐外， 其余各塔都是物料连续送往下一个塔进行再分离。为了保 证精馏塔生产过程稳定地进行，总是要求每个塔的塔底液 位稳定，不超过允许范围，同时进料量保持平稳。
如果以单回路的方式进行控制…
• 精馏塔I为了保证分馏过 程的正常进行，要求塔I的 LT1 液位稳定在一定的范围内， 这可通过设置一液位调节系 统，调节塔底的液体排出量 来达到。液位的平稳是靠排 LC1 出流量的剧烈变动维持的。 • 精馏塔II希望进料平稳， 所以设有流量调节系统。
LT1 LC1
调节器I用来反映液位的变化，其输出 作为给定值送进调节器II。
由流量测量、变送器、调节器II、调 节阀和管道组成的闭环系统，其功能 是使流量Q2既要跟随给定值变化，又 要克服扰动的作用。
＋ Pd ＋
FT2 LT1
Q2 ＋ ＋
Q1
FT2
FC2 V1
SVH
＋ －
LC1
SVQ 2
＋ －
FC2
（1） 简单均匀控制 一般采用P作用，有时也可采用PI控制规律。 （2）串级均匀控制
主调节器一般用P作用，有时也可采用PI控制规律。 副调节器一般用P作用，如果为了照顾流量副参数， 使其变化更稳定，也可选用PI控制规律。
（3）双冲量均匀控制 调节器一般应采用PI控制规律。
例：石油化工生产中前后精馏塔的供求关系
二、 均匀控制系统的特点
(2) 参数应变化，而且应缓慢地变化，并且有主次 (3) 参数应限定在允许范围内变化 在均匀控制系统中被调参数是非单一、定值的，允许它 在给定值附近一个范围内变化。即根据供求矛盾，两个参数 的给定值不是定点而是定范围。
三、 均匀控制系统的基本类型
1 、简单均匀控制
甲塔 LT LC 乙塔
三、 均匀控制系统的基本类型
2、串级均匀控制
甲塔 LT FT LC FC 乙塔
采用串级形式并不是为了提 高主参数液位的控制质量， 流量副回路的引入主要是为 了克服调节阀压力波动及自 衡作用对流量的影响，使流 量变化平缓。
串级均匀控制系统适用于系 统前后压力波动较大的场合。 它能克服较大的干扰，使主、副 参数变化均匀缓慢平稳，提高控 制质量，因而在生产过程自动化 中得到较多的应用。
V1
管道
塔釜
H
对于汽相物料，前后设备间的均匀控制一般是压力和流量 的串级均匀控制。
PC
FC
精 馏 塔
去加氢反应器 分离器
回流泵
液位稳定
矛盾
流量稳定
控制系统上解决——均匀控制系统
一、 均匀控制问题的提出及概念
做法： 把两参数统一考虑，只设 置一个控制系统，如LC， 然后调整控制器参数。
F L t
（a）KC较大 （b）KC较小
假如只设置一个液位控制系 统，此时可有三种情况出现：
（a）液位控制系统具有较强的控制作用 （b）液位控制系统的控制作用减弱
（c）液位调节器作用基本上消除
L
L
F
F t
（C）范围内波动，但波动都不大
一、 均匀控制问题的提出及概念
当塔甲的进料量变化时，
qi(t) 塔 甲 h(t)
LC
塔 乙
希望塔甲的液位h(t)与出料 qo (t)同时平稳，以确保后续设
备进料波动的减少。
这完全不同于单纯的液
均匀控制是就控制方案所起的作用（控制目的）而言的。 从方案的结构来看，它有时象一个单回路的液位或压力定 值控制系统，有时又象一个液位与流量的串级控制系统。

二、 均匀控制系统的特点
均匀控制系统的名称来自系统所能完成的特殊控制任务，
它使前后设备在物料供求上相互均匀、协调，统筹兼顾。均
匀控制系统归纳起来有如下三个特点： (1) 结构上无特殊性 可以是单回路，可以是串级，均匀是指控制目的，而不是指 结构。 一个普通结构形式的控制系统，能否实现均匀控制的目 的，主要在于调节器的参数整定如何。可以说，均匀控制是 通过降低控制回路灵敏度来获得的,而不是靠结构变化得到的。
V2
FC2 II
I
FT2 V1
分析塔I和塔II的工艺特点 塔I对液位调节的要求不是很严格，只要液位不超出其上限即可。 塔II对流量调节的要求，也不是使其进料流量恒定不变，限制 的只是进料的变化速度。
难题：怎样将一个变化较剧烈的流量变换成一个变化较缓 慢的流量？
均匀调节系统-- 前后设备在物料供求上互相均匀协调
（a ）原理图 双冲量均匀控制系统
（b ）方块图
从结构上看，它相当于以两个信号之差作为被控参数的单回路控制系统， 参数整定可按简单均匀来考虑。因此，双冲量均匀控制即具有简单均匀控制 的参数整定方便的特点，同时由于加法器综合考虑液位和流量信号变化的情 况，故又有串级均匀的优点。
四、 均匀控制系统控制规律选择
串级均匀控制系统
① 结构上同串级 ② 动作过程同串级 ③ 具有串级特点（副回路） ④ 无串级的控制精度，主 参数变化慢
三、 均匀控制系统的基本类型
3、双冲量均匀控制
以液位和流量两个测量信号之差作为被控参数的系统。
C LT
+
+
FC
+
调节器
调节阀
流量 对象
F
液位 对象
L
加法器
测量变送 FT 加法器 测量变送
甲塔 LT FC 乙塔
FT
LC 前后精馏塔间不协调的控制方案
两个控制系统工作起来互相 矛盾，以致无法工作。
一、 均匀控制问题的提出及概念
解决方法：从工艺角度考虑，在两设备之间加贮槽
条件： 1) 必须有储槽； 2）缓冲缸的积累量应于流量变化相适应 连续生产过程中，为节约设备投资和紧凑生产装置，往往 设法减少中间储罐。
简单均匀控制系统
优点:结构简单，投运方便， 成本低。 缺点:控制效果较差，只适用 于干扰不大，要求不高的场合 。
调节器一般选用比例作用。 但有时为了防止连续出现 同向扰动时被调参数超出 工艺规定的上下限范围,可 适当引入积分作用。通常， 均匀控制系统的调节器整定 在较大的比例度和积分时间 上,通常比例度要大于100%， 以较弱的控制作用达到均匀 控制的目的。
5.3
二、特点 三、基本类型
均匀控制系统
一、均匀控制系统的提出及基本概念
三、控制方案特点和使用场合。
一、 均匀控制问题的提出及概念
两个串联的精馏塔孤 立设置控制系统。精馏塔 甲的出料直接作为乙塔 的进料，为了保证甲塔 液位稳定在一定范围内， 故而设有液位控制系统； 根据乙塔入料稳定的要 求，又设置了流量控制 系统。