化工自动化过程控制系统
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化工自动化过程控制系统
技术科
复杂控制系统
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。
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
五、选择控制系统
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。
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
串级控制系统的特点：
1）、对进入副回路的扰动具有较迅速、较 强的克服能力；
2) 、可以改善对象特性，提高工作效率； 3) 、可消除调节阀等非线性的影响； 4）、串级控制系统具有一定的自适应能力。
二、分程控制系统
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。
分程控制系统简图如下：
调节器
0.02～ 0.06Mpa
分程控制系统图
0.06～ 0.1Mpa
分程控制方案中，阀的开闭形式，可分为同向和异向两种
气开阀 100 阀 门 开 度 ％
0 0.02
100 阀 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
100
阀
门 开 度 ％
气 关 阀
0 0.02
0.06 Mpa
气 开 阀
0.1
气气 开关 阀阀
0
0.02
0.06
0.1
Mpa
异向分程控制方案
同向或异向规律的选择,根据工艺需要来决定。
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。
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。
一、串级控制系统
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。
串级控制系统的基本概念与方框图
串级控制系统的实际应用
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。
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
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。
蒸汽
LC
∑
汽包
FC
给水
四、前馈控制系统
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。
甲醇储罐氮封分程控制系统
给定值
B
PC
气 关
氮气 甲醇
Leabharlann Baidu
A 气开
氮气
PT 100
阀
％
门 开
气 关
度阀
异向分程控制方案
0 0.02
0.06 Mpa
气 开 阀
0.1
三、三冲量控制系统
主要用于锅炉汽包液位的控制。 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。
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。
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
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。
串级控制系统的方框图
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。
技术科
复杂控制系统
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。
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
五、选择控制系统
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。
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
串级控制系统的特点：
1）、对进入副回路的扰动具有较迅速、较 强的克服能力；
2) 、可以改善对象特性，提高工作效率； 3) 、可消除调节阀等非线性的影响； 4）、串级控制系统具有一定的自适应能力。
二、分程控制系统
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。
分程控制系统简图如下：
调节器
0.02～ 0.06Mpa
分程控制系统图
0.06～ 0.1Mpa
分程控制方案中，阀的开闭形式，可分为同向和异向两种
气开阀 100 阀 门 开 度 ％
0 0.02
100 阀 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
100
阀
门 开 度 ％
气 关 阀
0 0.02
0.06 Mpa
气 开 阀
0.1
气气 开关 阀阀
0
0.02
0.06
0.1
Mpa
异向分程控制方案
同向或异向规律的选择,根据工艺需要来决定。
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。
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。
一、串级控制系统
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。
串级控制系统的基本概念与方框图
串级控制系统的实际应用
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。
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
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。
蒸汽
LC
∑
汽包
FC
给水
四、前馈控制系统
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。
甲醇储罐氮封分程控制系统
给定值
B
PC
气 关
氮气 甲醇
Leabharlann Baidu
A 气开
氮气
PT 100
阀
％
门 开
气 关
度阀
异向分程控制方案
0 0.02
0.06 Mpa
气 开 阀
0.1
三、三冲量控制系统
主要用于锅炉汽包液位的控制。 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。
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。
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
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。
串级控制系统的方框图
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。