儀表及自動(dòng)控制綜述ppt課件

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儀表及自動(dòng)控制基礎(chǔ)知識(shí),1,1.1 控制的基本概念 煉油化工生產(chǎn)過(guò)程中的各種參數(shù)和變量都是通過(guò)各種儀表來(lái)測(cè)量，并以此來(lái)進(jìn)行工藝操作和穩(wěn)定生產(chǎn)。測(cè)量的準(zhǔn)確性關(guān)系到工藝操作的平穩(wěn)和生產(chǎn)人員、設(shè)備的安全。 學(xué)習(xí)并掌握儀表的相關(guān)知識(shí)對(duì)成為一名合格的操作人員非常有必要。,第一節(jié) 儀表基本概念,1.1.1 儀表誤差的概念 任何先進(jìn)的測(cè)量方法，任何準(zhǔn)確的測(cè)量?jī)x器，均不可能使測(cè)量的誤差等于零。誤差自始自終存在于一切科學(xué)實(shí)驗(yàn)和測(cè)量的過(guò)程之中。 1.測(cè)量誤差的定義：測(cè)量誤差是指測(cè)量值與被測(cè)量的真值之差。它有絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差兩種表達(dá)方式：,第一節(jié) 儀表基本概念,（1）絕對(duì)誤差：絕對(duì)誤差 x是測(cè)量值x與其真值x0 之差，即： x=x - x0 絕對(duì)誤差是帶符號(hào)的變量。(可正可負(fù)） （2）相對(duì)誤差：相對(duì)誤差 是絕對(duì)誤差 x與其真值x0 之比： 即：,第一節(jié) 儀表基本概念,（3）引用誤差：它指絕對(duì)誤差與測(cè)量范圍的上下限值或量程之比， 即 引用誤差也稱為相對(duì)百分誤差，用來(lái)表示儀表的準(zhǔn)確度。,第一節(jié) 儀表基本概念,2、測(cè)量誤差的來(lái)源： （1）測(cè)量器具（儀器儀表）本身的結(jié)構(gòu)、工藝、調(diào)整以及磨損、老化引起的誤差。 （2）測(cè)量方法（或理論)不完善，采用近似測(cè)量方法和近似計(jì)算方法所引起的誤差。 （3）測(cè)量環(huán)境的各種條件、如溫度、濕度、氣壓、電場(chǎng)、磁場(chǎng)與振動(dòng)引起的誤差。 （4）由于觀測(cè)者的主觀因素和實(shí)際操作引起的誤差。,第一節(jié) 儀表基本概念,3.測(cè)量誤差的分類 分為三類：系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和粗大誤差。 4.儀表的主要性能指標(biāo) （1）精確度：就是儀表測(cè)量值接近真值的準(zhǔn)確程度通常用引用誤差表示。儀表精確度不僅和絕對(duì)誤差有關(guān)，還和儀表的量程有關(guān)。 精確度是儀表很重要的一個(gè)質(zhì)量指標(biāo)，常用精度等級(jí)來(lái)規(guī)范和表示。精度等級(jí)就是最大引用誤差去掉正負(fù)符號(hào)和百分比。,第一節(jié) 儀表基本概念,按國(guó)家統(tǒng)一規(guī)定劃分的等級(jí)有0.005、0.02、0.05、0.1、0.2、0.35、0.5、1.0、1.5、2.5、4等。數(shù)值越小，說(shuō)明儀表的精確度越高。 （2）變差：指儀表被測(cè)變量多次從不同方向達(dá)到同一數(shù)值時(shí)儀表指示值之間的最大差值。變差大小取決于最大絕對(duì)誤差與儀表標(biāo)尺范圍之比的百分比。,第一節(jié) 儀表基本概念,（3）靈敏度:指儀表對(duì)被測(cè)變量的靈敏程度。定義為輸出變化增量對(duì)輸入變化增量的比值 即： （4）穩(wěn)定性：在規(guī)定工作條件內(nèi)，儀表某些性能隨時(shí)間保持不變的能力。通常用儀表的零點(diǎn)漂移來(lái)衡量?jī)x表的穩(wěn)定性。,第一節(jié) 儀表基本概念,1.1.2 常規(guī)控制的概念,第一節(jié) 儀表的基本概念,鍋爐汽包水位控制示意圖,10,1.控制系統(tǒng)的工作原理及組成 上圖的鍋爐水位控制系統(tǒng)中，檢測(cè)元件及變送器（LT)是用來(lái)檢測(cè)水位高低，當(dāng)水位高度與給定水位之間出現(xiàn)偏差時(shí)，控制器（LC)就會(huì)立刻根據(jù)偏差的大小、正負(fù)及變化速率去控制給水調(diào)節(jié)閥的開度，使水位保持在工藝所規(guī)定的范圍之內(nèi)。從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化控制。 自動(dòng)控制系統(tǒng)由被控對(duì)象、檢測(cè)元件及變送器、調(diào)節(jié)器和調(diào)節(jié)閥四個(gè)部分所組成。,第一節(jié) 儀表的基本概念,11,第一節(jié) 儀表的基本概念,名詞解釋,12,2、自動(dòng)控制系統(tǒng)的方塊圖 方塊圖用來(lái)表示控制系統(tǒng)的組成和作用。圖中的每一個(gè)方塊代表系統(tǒng)中的一個(gè)組成部分，稱做“環(huán)節(jié)”，兩個(gè)方塊之間用一條帶箭頭的線段相聯(lián)系表示信號(hào)的流向。作用于方塊的信號(hào)稱為該環(huán)節(jié)的輸入信號(hào)，它送出的信號(hào)稱為該環(huán)節(jié)的輸出信號(hào)。,第一節(jié) 儀表的基本概念,13,方塊圖上的每一個(gè)環(huán)節(jié)代表著一個(gè)實(shí)物。方塊之間帶箭頭的線段表示它們之間信號(hào)的聯(lián)系及流向。 任何一個(gè)信號(hào)只要沿著箭頭方向前進(jìn)，最后都會(huì)回到原來(lái)的起點(diǎn)。這種把系統(tǒng)的輸出信號(hào)重新返回到系統(tǒng)輸入端的做法稱為“反饋”。一個(gè)穩(wěn)定的控制系統(tǒng)采用的一定是“負(fù)反饋”。（反饋信號(hào)相對(duì)于設(shè)定值取負(fù)值）,第一節(jié) 儀表的基本概念,14,3. 控制系統(tǒng)的分類 按控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)分類，可以分為閉環(huán)控制系統(tǒng)和開環(huán)控制系統(tǒng)。 （1）閉環(huán)控制系統(tǒng)：系統(tǒng)的輸出信號(hào)返回到系統(tǒng)的輸入端（反饋），對(duì)系統(tǒng)起控制作用，整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成了一個(gè)閉合的反饋回路，也稱為反饋控制系統(tǒng)。,第一節(jié) 儀表的基本概念,15,（2） 開環(huán)控制系統(tǒng)：系統(tǒng)的輸出信號(hào)沒有反饋到系統(tǒng)的輸入端，因而也不對(duì)控制作用產(chǎn)生影響的系統(tǒng)。 4.閉環(huán)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程及其品質(zhì)指標(biāo) （1）閉環(huán)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程 一個(gè)控制系統(tǒng)在外界干擾作用下，從原有穩(wěn)定狀態(tài)過(guò)渡到新的穩(wěn)定狀態(tài)的整個(gè)過(guò)程，稱為控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程。控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程是衡量控制系統(tǒng)品質(zhì)優(yōu)劣的重要依據(jù)。,第一節(jié) 儀表的基本概念,16,（2）過(guò)渡過(guò)程的質(zhì)量指標(biāo)包括衰減比（B/B′)、余差(C)、最大偏差(A)、過(guò)渡過(guò)程時(shí)間和振蕩周期,第一節(jié) 儀表的基本概念,17,①衰減比（n）：它是衡量系統(tǒng)穩(wěn)定程度的指標(biāo)。有n1;n=1和n1三種情況。一般希望n在4-10范圍內(nèi)較為理想。 ②最大偏差A(yù)：它是描述被控變量偏離設(shè)定值最大程度的指標(biāo)。 ③余差C:它是控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程結(jié)束時(shí)，被控變量的新穩(wěn)態(tài)值與設(shè)定值之間的偏差。 ④過(guò)渡時(shí)間：指被控變量從原有穩(wěn)態(tài)值到新穩(wěn)態(tài)值的±5%或±3%所需時(shí)間。 ⑤振蕩周期：過(guò)渡過(guò)程同向兩波峰之間的時(shí)間間隔。在衰減比相同時(shí)，周期與過(guò)渡時(shí)間成正比。,第一節(jié) 儀表的基本概念△,18,調(diào)節(jié)器是自動(dòng)控制系統(tǒng)的重要組成部分。它將生產(chǎn)過(guò)程被控變量的測(cè)量值與設(shè)定值進(jìn)行比較，得出偏差，根據(jù)偏差的正負(fù)、大小和變化趨勢(shì)，按照一定的運(yùn)算規(guī)律輸出控制信號(hào)，送往執(zhí)行器，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制。,第二節(jié) 調(diào)節(jié)器及基本調(diào)節(jié)規(guī)律,1、常用的基本調(diào)節(jié)規(guī)律有： 比例（P)、積分（I）、微分（D）。,1.1 比例控制（P） 它的控制規(guī)律是：調(diào)節(jié)器的輸出變化量與輸入變化量成比例。起數(shù)學(xué)表達(dá)式為： 從該表達(dá)式看出：比例控制克服偏差及時(shí)、有力。要使調(diào)節(jié)器有輸出就必須要有偏差存在，因此比例控制始終是有偏差存在的。,第二節(jié) 調(diào)節(jié)器及基本調(diào)節(jié)規(guī)律,20,1.2 積分控制（I） 它的控制規(guī)律是：調(diào)節(jié)器的輸出變化量與輸入偏差隨時(shí)間的積分成正比，數(shù)學(xué)表達(dá)式為： 或 從該表達(dá)式看出：其輸出信號(hào)的大小，不僅與偏差的大小有關(guān)，還與偏差存在的時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)。所以，積分控制是一種沒有偏差的控制（理想情況下）。,第二節(jié) 調(diào)節(jié)器及基本調(diào)節(jié)規(guī)律,21,1.3 微分控制（D） 它的控制規(guī)律是：調(diào)節(jié)器的輸出變化量與輸入偏差隨時(shí)間的微分成正比，數(shù)學(xué)表達(dá)式為： 從該表達(dá)式看出：其輸出信號(hào)的大小，只與偏差變化的速度有關(guān)，而與偏差的大小無(wú)關(guān)。當(dāng)偏差很大而無(wú)變化時(shí)，該調(diào)節(jié)器的輸出也為零。,第二節(jié) 調(diào)節(jié)器及基本調(diào)節(jié)規(guī)律,22,1.4 幾種基本控制規(guī)律的組合PID 根據(jù)實(shí)際情況，把三種基本控制規(guī)律進(jìn)行適當(dāng)組合，可以得到更好的控制效果。 這種組合控制規(guī)律稱為比例積分微分控制（PID)。這里有三個(gè)可以調(diào)整的參數(shù)：放大倍數(shù)KP、積分時(shí)間TI、微分時(shí)間TD 。,第二節(jié) 調(diào)節(jié)器及基本調(diào)節(jié)規(guī)律,23,第二節(jié) 調(diào)節(jié)器及基本調(diào)節(jié)規(guī)律,各種控制作用過(guò)渡過(guò)程的比較,24,1.5 PID調(diào)節(jié)器的應(yīng)用 PID調(diào)節(jié)器綜合了各種控制規(guī)律的優(yōu)點(diǎn)，具有較好的控制性能，應(yīng)用范圍廣。 各種化工過(guò)程常用的控制規(guī)律如下： 液位：一般控制要求不高，用P或PI控制作用。 流量：一般用PI控制作用。 壓力：用P或PI控制作用。 溫度：用PID控制作用。,第二節(jié) 調(diào)節(jié)器及基本調(diào)節(jié)規(guī)律,2、調(diào)節(jié)器的類型 按結(jié)構(gòu)和組成的形式分有基地式調(diào)節(jié)器、單元組合式調(diào)節(jié)器、組合式電子控制裝置、可編程調(diào)節(jié)器和集中分散型控制裝置五種。我廠現(xiàn)在主要使用的是可編程調(diào)節(jié)器和集中分散型控制裝置。 3.調(diào)節(jié)器的正反作用形式 若調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào)增加，其輸出信號(hào)也增加，稱為正作用；反之稱為反作用。,第二節(jié) 調(diào)節(jié)器及基本調(diào)節(jié)規(guī)律,26,2.1 集中分散型控制裝置（集散型控制系統(tǒng)DCS） 集中分散型控制是把整個(gè)控制系統(tǒng)分成若干級(jí)，最基層的是直接數(shù)字控制，上一級(jí)是優(yōu)化控制，這樣既能發(fā)揮計(jì)算機(jī)多功能控制的特點(diǎn)，滿足現(xiàn)代化工生產(chǎn)集中操作、顯示和報(bào)警的要求，又能避免危險(xiǎn)過(guò)分集中，整個(gè)控制系統(tǒng)安全可靠。,第二節(jié) 調(diào)節(jié)器及基本調(diào)節(jié)規(guī)律,集散型控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上是由下位機(jī)操作站和上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)組成。每個(gè)操作站可以控制十幾個(gè)到幾十個(gè)回路，有專用微處理機(jī)進(jìn)行有效地控制，各操作站與上位機(jī)之間用網(wǎng)絡(luò)相連接，構(gòu)成各種各樣的、能適應(yīng)不同過(guò)程的、積木式的分級(jí)控制結(jié)構(gòu)，并通過(guò)屏幕和操作臺(tái)，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)視、集中操作和集中管理，分散控制。它適用于大中型企業(yè)的大型生產(chǎn)裝置。,第二節(jié) 調(diào)節(jié)器及基本調(diào)節(jié)規(guī)律,,,29,執(zhí)行器在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的作用是接受調(diào)節(jié)器的控制信號(hào)，改變操縱變量，使生產(chǎn)過(guò)程按預(yù)定要求正常進(jìn)行。執(zhí)行器一般安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，直接與工藝介質(zhì)接觸，常常在高溫、高壓、深冷、易漏、易堵、強(qiáng)腐蝕等惡劣環(huán)境下工作。 1、氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥 在化工生產(chǎn)過(guò)程中使用的最多的執(zhí)行器是氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥。,第三節(jié) 執(zhí)行器—?dú)鈩?dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥,第三節(jié) 執(zhí)行器—?dú)鈩?dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥,圖1-3 氣動(dòng)執(zhí)行器外形圖,圖1-4 氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)示意圖,第三節(jié) 執(zhí)行器—?dú)鈩?dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥,圖1-5 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的正反作用示意圖,圖1-6 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)示意圖,氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)由波紋膜片、上下膜蓋、 平衡彈簧等部件組成。它接收20?100KP的標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成推力。其動(dòng)作的形式有正作用和反作用兩種。 1.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的正反作用 當(dāng)信號(hào)壓力增加，推桿向下移動(dòng)的叫正作用；信號(hào)壓力增加，推桿向上移動(dòng)的叫反作用。,第三節(jié) 執(zhí)行器—?dú)鈩?dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥,1.2 調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式。 調(diào)節(jié)閥接受的控制信號(hào)是氣壓信號(hào)，當(dāng)膜頭輸入信號(hào)增大，調(diào)節(jié)閥開度也增大時(shí)，稱為氣開閥，反之，膜頭輸入壓力增大，調(diào)節(jié)閥開度減小，則稱為氣關(guān)閥。,第三節(jié) 執(zhí)行器—?dú)鈩?dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥,第三節(jié) 執(zhí)行器—?dú)鈩?dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥,圖1-7 調(diào)節(jié)閥氣開、氣關(guān)組合方式圖,1.3 調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式的選擇。 氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥有氣開和氣關(guān)兩種形式。選擇氣開或氣關(guān)，主要是從工藝生產(chǎn)的安全要求出發(fā)，其選擇可以依據(jù)四條原則： （1）首先從生產(chǎn)安全出發(fā)。當(dāng)控制信號(hào)消失，閥位的自然位置應(yīng)能夠保證生產(chǎn)人員和工藝設(shè)備的安全不致于發(fā)生事故。 （2）從保證產(chǎn)品質(zhì)量出發(fā)，不發(fā)生或盡量少發(fā)生產(chǎn)品質(zhì)量事故。（精餾塔回流控制閥）,第三節(jié) 執(zhí)行器—?dú)鈩?dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥,（3）從降低原料、成品動(dòng)力損耗考慮。（精餾塔的進(jìn)料閥應(yīng)采用氣開閥，避免原料的浪費(fèi)） （4）從介質(zhì)的特點(diǎn)考慮。（若塔釜液是易凝、易聚合、易結(jié)晶的物料時(shí)，調(diào)節(jié)閥應(yīng)該選用氣關(guān)閥）,第三節(jié) 執(zhí)行器—?dú)鈩?dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥,例題：控制加熱爐燃料氣的調(diào)節(jié)閥，如何選擇？控制鍋爐給水流量的調(diào)節(jié)閥應(yīng)該如何選擇？,第三節(jié) 執(zhí)行器—?dú)鈩?dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥,圖1-8 加熱爐出口溫度控制系統(tǒng),圖1-9 鍋爐汽包水位控制系統(tǒng),控制進(jìn)入加熱爐燃料氣流量的調(diào)節(jié)閥，應(yīng)該選用氣開式，當(dāng)氣壓信號(hào)中斷時(shí)，應(yīng)該切斷進(jìn)爐的燃料，以避免爐溫過(guò)高而出事故；而控制鍋爐給水流量的調(diào)節(jié)閥應(yīng)該選用氣關(guān)式，當(dāng)氣壓信號(hào)中斷時(shí)，閥門處于全開狀態(tài)，給水繼續(xù)流入鍋爐，以保證鍋爐不致燒干。,第三節(jié) 執(zhí)行器—?dú)鈩?dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥,1、單回路控制系統(tǒng) 只有一個(gè)被控過(guò)程、一個(gè)檢測(cè)變送器、一個(gè)調(diào)節(jié)器和一個(gè)調(diào)節(jié)閥所組成的單閉環(huán)系統(tǒng)稱為單回路控制系統(tǒng)。,第四節(jié) 單回路控制系統(tǒng),圖1-10 單回路控制系統(tǒng)方塊圖,調(diào)節(jié) 閥,調(diào)節(jié) 器,2、如何選擇控制回路中調(diào)節(jié)器的正反作用 （1）首先分析控制回路中每一個(gè)環(huán)節(jié)的輸入、輸出特性，確定每一個(gè)環(huán)節(jié)的正反作用形式 （2）根據(jù)構(gòu)成反饋必須為負(fù)反饋的原則選擇調(diào)節(jié)器的正反作用。 （3）有些對(duì)象的正反作用特性是不變的，如：檢測(cè)變送器、氣開閥為正作用；氣關(guān)閥為反作用，被控對(duì)象則要具體分析。,第四節(jié) 單回路控制系統(tǒng),第四節(jié) 單回路控制系統(tǒng),圖1-11 鍋爐水位控制系統(tǒng),圖1-12 換熱器出口溫度控制,第四節(jié) 單回路控制系統(tǒng),圖1-13 流量控制系統(tǒng),圖1-14 換熱器溫度控制系統(tǒng),第四節(jié) 單回路控制系統(tǒng)△,圖1-15 塔釜液位控制系統(tǒng),圖1-16 加熱爐出口溫度控制系統(tǒng),所謂“復(fù)雜”是相對(duì)于“簡(jiǎn)單”而言。通常指由兩個(gè)或兩個(gè)以上的檢測(cè)變送器、調(diào)節(jié)器和執(zhí)行器所組成的多回路的，或控制要求特殊的；或控制規(guī)律不同于PID的控制系統(tǒng)。復(fù)雜控制系統(tǒng)的種類較多，常使用的有串級(jí)、均勻、比值、前饋、分程、選擇性控制系統(tǒng)等。,第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng),1、串級(jí)控制系統(tǒng),第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng),圖 1-17 管式加熱爐出口溫度控制系統(tǒng),影響加熱爐出口溫度的干擾因素： (1)、燃?xì)獾牧髁亢蜏囟龋╢1)； (2)、燃?xì)獾膲毫统煞郑╢2)； (3)、煙囪的抽力(f3)， 采用單回路控制系統(tǒng)的控制作用不及時(shí)，致使最大偏差大，過(guò)渡時(shí)間長(zhǎng)，抗擾動(dòng)能力差，控制精度低，難以滿足工藝要求，需要尋求別的控制方案。,第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng),通過(guò)分析可以看出，f2 和f3的影響可以通過(guò)爐膛溫度較快的反應(yīng)出來(lái)，而穩(wěn)定爐膛溫度可以有效地減小f2和f3對(duì)爐出口溫度影響。,所以選定爐膛溫度為副變量，由副變送器、副調(diào)節(jié)器、副過(guò)程（爐膛）、執(zhí)行機(jī)構(gòu)（調(diào)節(jié)閥）構(gòu)成副回路；以爐出口溫度為主變量，由主變送器、主調(diào)節(jié)器、主過(guò)程（爐出口管）構(gòu)成主回路，主調(diào)節(jié)器的輸出作為副調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，由副調(diào)節(jié)器的輸出控制調(diào)節(jié)閥，這就是加熱爐出口溫度串級(jí)控制系統(tǒng)。,第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng),第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng),圖1-18 加熱爐出口溫度串級(jí)控制系統(tǒng),串級(jí)控制系統(tǒng)的構(gòu)成及方塊圖： 串級(jí)控制系統(tǒng)是由兩個(gè)檢測(cè)變送器、兩個(gè)調(diào)節(jié)器、一個(gè)調(diào)節(jié)閥組成。兩個(gè)調(diào)節(jié)器是串聯(lián)工作的，其中主調(diào)節(jié)器的輸出作為副調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，副調(diào)節(jié)器輸出控制調(diào)節(jié)閥。,第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng),串級(jí)控制系統(tǒng)方塊圖：,第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng),圖1-19 串級(jí)控制系統(tǒng)方塊圖,第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng),圖1-20 加熱爐出口溫度與燃料流量串級(jí)控制系統(tǒng),第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng),圖1-21 加熱爐出口溫度與閥后燃料壓力的串級(jí)控制系統(tǒng),第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng),圖1-22 聚合釜串級(jí)控制系統(tǒng),2、均勻控制系統(tǒng),第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng),圖1-23 兩串聯(lián)塔間的不協(xié)調(diào)控制方案,為了解決前后工序的供求矛盾，做到統(tǒng)籌兼顧，協(xié)調(diào)操作，使兩個(gè)變量在規(guī)定的范圍內(nèi)緩慢變化的系統(tǒng)，稱為均勻控制系統(tǒng)。 特點(diǎn)： (1)、表征前后兩個(gè)供求矛盾的兩個(gè)變量，在控制過(guò)程中應(yīng)該是緩慢變化的。 (2)、前后互相聯(lián)系又互相矛盾的兩個(gè)變量應(yīng)該在工藝所允許的范圍內(nèi)變化。,第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng),56,第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng),圖1-24 前后塔液位、流量變化曲線 1—液位 2—流量,第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng),圖1-25 液位—流量串級(jí)均勻控制系統(tǒng),第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng),3、比值控制系統(tǒng) 使兩個(gè)或兩個(gè)以上物料量保持一定比值關(guān)系以達(dá)到某種控制要求的控制系統(tǒng)，稱為比值控制系統(tǒng)。,第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng),圖1-26 單閉環(huán)比值控制原理,圖1-27 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng),第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng),4、前饋控制系統(tǒng) 前饋控制是改善和克服反饋控制不及時(shí)的另一種控制方法。它是利用補(bǔ)償原理，采用開環(huán)結(jié)構(gòu)，按擾動(dòng)作用的大小進(jìn)行控制。 前饋控制相對(duì)于反饋控制來(lái)說(shuō)，控制作用及時(shí)，對(duì)擾動(dòng)的影響理論上可以完全補(bǔ)償，使用恰當(dāng)可大大提高控制質(zhì)量。,第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng),圖1-28 換熱器的反饋控制系統(tǒng),圖1-29 換熱器的前饋控制系統(tǒng),,第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng),前饋控制與反饋控制的幾點(diǎn)不同： (1)、系統(tǒng)檢測(cè)信號(hào)的不同:反饋控制檢測(cè)的是被控變量；前饋控制檢測(cè)的是擾動(dòng)量。 (2)、系統(tǒng)控制的依據(jù)不同：反饋控制依據(jù)是偏差大??；前饋控制的依據(jù)是擾動(dòng)量的大小。 (3)、控制模式不同：反饋控制采用常規(guī)的PID控制調(diào)節(jié)器；前饋控制采用的是引入補(bǔ)償裝置對(duì)擾動(dòng)量進(jìn)行補(bǔ)償校正。補(bǔ)償效果不通過(guò)反饋進(jìn)行檢驗(yàn)。,第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng),圖1-30 加熱器的前饋-反饋控制系統(tǒng),圖1-31 加熱爐的前饋-反饋控制系統(tǒng),第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng),5、選擇性控制系統(tǒng) 凡是在自動(dòng)控制系統(tǒng)中引入了選擇器并按照工藝過(guò)程限制條件的邏輯關(guān)系工作的系統(tǒng)，都稱為選擇性控制系統(tǒng)。其工作狀況是：當(dāng)生產(chǎn)過(guò)程趨向限制條件時(shí)，選擇器自動(dòng)選擇一個(gè)取代調(diào)節(jié)器取代正常工作狀況下的調(diào)節(jié)器，通過(guò)取代調(diào)節(jié)器的控制作用，使生產(chǎn)過(guò)程脫離危險(xiǎn)狀態(tài)，生產(chǎn)操作重新回到安全范圍后，取代調(diào)節(jié)器自動(dòng)退出，轉(zhuǎn)為備用狀態(tài)，正常調(diào)節(jié)器恢復(fù)工作。,第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng),圖1-32 鍋爐蒸汽壓力選擇性控制系統(tǒng),第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng),鍋爐蒸汽壓力選擇性控制系統(tǒng)的工作過(guò)程： 上圖中的LS為低值選擇器，正常情況下ba，LS連通b，由蒸汽壓力調(diào)節(jié)器控制燃料調(diào)節(jié)閥的開度，控制蒸汽管網(wǎng)的壓力在工藝規(guī)定的范圍。 燃料調(diào)節(jié)閥的閥后壓力過(guò)大會(huì)發(fā)生“脫火”事故；而閥后壓力過(guò)低會(huì)發(fā)生“回火”事故。,第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng),當(dāng)蒸汽壓力大幅降低，調(diào)節(jié)閥開度過(guò)大，閥后壓力接近“脫火”壓力時(shí)，此時(shí)ab，LS選中a，即由調(diào)節(jié)器P2C去取代P1C控制調(diào)節(jié)閥，使調(diào)節(jié)閥關(guān)小，起到自動(dòng)保護(hù)作用。當(dāng)蒸汽壓力恢復(fù)正常后，達(dá)到ba時(shí)，調(diào)節(jié)閥P1C被選中，恢復(fù)正常工況控制。,第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng),圖1-33 反應(yīng)器熱點(diǎn)極值選擇性控制系統(tǒng),第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng),上圖為反應(yīng)器熱點(diǎn)極值選擇性控制系統(tǒng)。在固定床反應(yīng)器中，為了防止溫度過(guò)高燒壞觸媒，在反應(yīng)器的四個(gè)不同部位設(shè)置了溫度檢測(cè)點(diǎn)。各溫度變送器的輸出端引入高值選擇器，選出其中最高的信號(hào)值作為調(diào)節(jié)器控制冷卻劑調(diào)節(jié)閥的依據(jù)。這樣，系統(tǒng)將按反應(yīng)器的最高溫度控制冷卻劑流量，從而保證了反應(yīng)器觸媒層的安全。,第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng),6、分程控制系統(tǒng) 一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出同時(shí)送往兩個(gè)或更多個(gè)調(diào)節(jié)閥，每個(gè)調(diào)節(jié)閥在調(diào)節(jié)其輸出信號(hào)的某段范圍內(nèi)做全行程動(dòng)作，以滿足工藝生產(chǎn)的特殊要求，這樣的控制系統(tǒng)稱為分程控制系統(tǒng)。,第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng),圖1-34 分程控制方塊圖,,第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng),分程控制系統(tǒng)應(yīng)用的場(chǎng)合： (1)、適應(yīng)生產(chǎn)中需用多種物料或多種手段控制的場(chǎng)合。 (2)、擴(kuò)大調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍，滿足不同負(fù)荷下的控制要求。 (3)、用于滿足工藝操作的特殊要求，保證生產(chǎn)安全。,第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng),圖1-35 換熱器溫度分程控制系統(tǒng),圖 1-36 調(diào)節(jié)閥分程動(dòng)作示意圖,第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng),圖1-37 儲(chǔ)罐氮封分程控制系統(tǒng),圖 1-38 調(diào)節(jié)閥分程動(dòng)作示意圖,第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng),上圖是儲(chǔ)罐氮封分程控制系統(tǒng)。為了防止這些石油產(chǎn)品氧化變質(zhì)或引起爆炸，常采用灌頂充氮?dú)獾霓k法，使之與外界空氣隔絕。實(shí)行氮封的技術(shù)要求是，要始終保持儲(chǔ)罐內(nèi)氮?dú)獾膲毫槲⒄龎?。?chǔ)罐內(nèi)物料量的變化，將引起灌頂?shù)鈮毫Φ淖兓?。罐?nèi)壓力過(guò)高或過(guò)低都是不允許的。,第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng),氮封分程控制系統(tǒng)的工作過(guò)程： 圖中的調(diào)節(jié)器是反作用的，閥A為氣開閥；閥B為氣關(guān)閥，它們的分程特性如圖所示，儲(chǔ)罐壓力升高時(shí)，測(cè)量值增大，壓力調(diào)節(jié)器的輸出下降，A閥關(guān)閉，B閥打開，通過(guò)排出多余的氮?dú)饨档凸迌?nèi)壓力；反之，B閥關(guān)閉，A閥打開，向罐內(nèi)補(bǔ)充氮?dú)?，提高罐?nèi)的壓力。（完),儀表的最大引用誤差與精度等級(jí)的確定： 例1.測(cè)溫儀表的測(cè)量范圍是600--1100℃，儀表的最大絕對(duì)誤差是±4℃，請(qǐng)確定該儀表的最大引用誤差和精度等級(jí)。 解：最大引用誤差為： 對(duì)照國(guó)家精度等級(jí)表，確定該表的精度等級(jí)為1.0級(jí)。,,自動(dòng)控制系統(tǒng)常用術(shù)語(yǔ) 被控過(guò)程：也稱為被控對(duì)象。自動(dòng)控制系統(tǒng)中，工藝變量需要控制的生產(chǎn)過(guò)程、設(shè)備或機(jī)械。如上例中鍋爐的汽包。 被控變量(Y)：被控過(guò)程內(nèi)要求保持設(shè)定數(shù)值的工藝變量。如鍋爐汽包的水位。 操縱變量(m)：通常指受控于調(diào)節(jié)閥用于克服擾動(dòng)的影響，使被控變量保持在設(shè)定值附近的物料量或能量。如鍋爐的給水量。,80,擾動(dòng)（f)：也稱為干擾。除操縱變量外，引起被控變量變化的因素。如鍋爐負(fù)荷的變化。 設(shè)定值：被控變量的預(yù)定值。如鍋爐汽包水位的預(yù)先設(shè)定值。 偏差(e)：被控變量的設(shè)定值與實(shí)際值（測(cè)量值）之差。,81,