《過程控制系統(tǒng)與儀表》課件及教案

《過程控制系統(tǒng)與儀表》課件及教案,過程控制系統(tǒng)與儀表,過程,控制系統(tǒng),儀表,課件,教案 過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.3大滯后過程控制系統(tǒng)大滯后過程控制系統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)過程通常存在純滯后。一般將控制通道工業(yè)生產(chǎn)過程通常存在純滯后。一般將控制通道0/T 0.3 的過程稱為大滯后過程。的過程稱為大滯后過程。大滯后過程用簡單控制系統(tǒng)控制效果不好。主要大滯后過程用簡單控制系統(tǒng)控制效果不好。主要原因是大滯后使控制作用很慢，連續(xù)的反饋調(diào)整始終原因是大滯后使控制作用很慢，連續(xù)的反饋調(diào)整始終不到位，會出現(xiàn)振蕩，造成控制效果不好。對此可采不到位，會出現(xiàn)振蕩，造成控制效果不好。對此可采取特別措施。取特別措施。給定值給定值測量變送器測量變送器控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器對象對象控制變量控制變量被控變量被控變量干擾干擾過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.3.1大滯后過程的采樣控制大滯后過程的采樣控制 即控制器按周期進(jìn)行采樣控制。在兩次采樣之即控制器按周期進(jìn)行采樣控制。在兩次采樣之間，控制信號保持不變。如：間，控制信號保持不變。如：采樣控制器采樣控制器y(t)過程過程x(t)保持器保持器執(zhí)行器執(zhí)行器_ _e*(t)u*(t)u(t)S1S2+變送器變送器圖中，圖中，S1、S2是采樣開關(guān)，它們同時(shí)接通或斷開。是采樣開關(guān)，它們同時(shí)接通或斷開。S1、S2接通時(shí)，控制系統(tǒng)閉環(huán)工作；接通時(shí)，控制系統(tǒng)閉環(huán)工作；S1、S2斷開時(shí)，斷開時(shí)，采樣控制器與系統(tǒng)斷開，但是上一時(shí)刻的控制值采樣控制器與系統(tǒng)斷開，但是上一時(shí)刻的控制值u*(t)通過保持器保持輸出。通過保持器保持輸出。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章采樣控制每隔周期采樣控制每隔周期T 動(dòng)作一次，動(dòng)作一次，T必須大于必須大于0這種這種“調(diào)一調(diào)，等一等調(diào)一調(diào)，等一等”的核心思想就是通過切斷的核心思想就是通過切斷控制器來放慢控制速度，減少控制器的過度調(diào)節(jié)?？刂破鱽矸怕刂扑俣?，減少控制器的過度調(diào)節(jié)。采樣控制是針對大滯后的最早方案，是以周期采樣控制是針對大滯后的最早方案，是以周期性切斷控制器來提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。如果在采樣間性切斷控制器來提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。如果在采樣間隔內(nèi)出現(xiàn)干擾，控制器要等到采樣后才能作出反應(yīng)。隔內(nèi)出現(xiàn)干擾，控制器要等到采樣后才能作出反應(yīng)。采樣控制器采樣控制器y(t)過程過程x(t)保持器保持器執(zhí)行器執(zhí)行器_ _e*(t)u*(t)u(t)S1S2+變送器變送器過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.3.2大滯后過程的大滯后過程的Simth預(yù)估補(bǔ)償控制預(yù)估補(bǔ)償控制 Simth預(yù)估補(bǔ)償控制是按照對象特性模型，設(shè)預(yù)估補(bǔ)償控制是按照對象特性模型，設(shè)計(jì)一個(gè)環(huán)節(jié)加入反饋控制系統(tǒng)中，提前估計(jì)出對象計(jì)一個(gè)環(huán)節(jié)加入反饋控制系統(tǒng)中，提前估計(jì)出對象在擾動(dòng)作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，提前進(jìn)行補(bǔ)償控制，從在擾動(dòng)作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，提前進(jìn)行補(bǔ)償控制，從而加速調(diào)節(jié)過程，降低超調(diào)量。而加速調(diào)節(jié)過程，降低超調(diào)量。Y(s)Gf(s)X(s)Gc(s)Go(s)e-oSoS_ _U(s)+F(s)Gb(s)+Y(s)過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章Y(s)Gf(s)X(s)Gc(s)Go(s)e-oSoS_ _U(s)+F(s)為理解為理解Smith預(yù)估控制的工作原理，先分析采用預(yù)估控制的工作原理，先分析采用簡單控制方案時(shí)大滯后過程的特性。簡單控制方案時(shí)大滯后過程的特性。圖中變送器的傳遞函數(shù)簡化為圖中變送器的傳遞函數(shù)簡化為 1，廣義控制通道，廣義控制通道的傳遞函數(shù)為的傳遞函數(shù)為Go(s)e o s，特別將純滯后，特別將純滯后e o s 單獨(dú)寫單獨(dú)寫出。該系統(tǒng)控制通道的傳遞函數(shù)為：出。該系統(tǒng)控制通道的傳遞函數(shù)為：過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章若能將若能將G0(s)e o s中的中的e o s補(bǔ)償?shù)簦瑒t能實(shí)現(xiàn)無補(bǔ)償?shù)?，則能實(shí)現(xiàn)無滯后控制。滯后控制。Smith提出了一種大滯后系統(tǒng)預(yù)估補(bǔ)償控提出了一種大滯后系統(tǒng)預(yù)估補(bǔ)償控制方法。制方法。Smith預(yù)估補(bǔ)償控制系統(tǒng)框圖如圖預(yù)估補(bǔ)償控制系統(tǒng)框圖如圖7.17所示，所示，Gb(s)是是Smith預(yù)估補(bǔ)償器的傳遞函數(shù)。預(yù)估補(bǔ)償器的傳遞函數(shù)。Y(s)Gf(s)X(s)Gc(s)Go(s)e-oSoS_ _U(s)+F(s)Gb(s)+Y(s)過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章采用預(yù)估補(bǔ)償器后，控制量采用預(yù)估補(bǔ)償器后，控制量U(s)與反饋信號與反饋信號Y(s)之間的傳遞函數(shù)是兩個(gè)并聯(lián)通道之間的傳遞函數(shù)是兩個(gè)并聯(lián)通道G0(s)e o s與與Gb(s)之之和，如果等于和，如果等于G0(s)，則消除了純滯后。則消除了純滯后。Y(s)Gf(s)X(s)Gc(s)Go(s)e-oSoS_ _U(s)+F(s)Gb(s)+Y(s)得：得：過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章 根據(jù)根據(jù)Smith預(yù)估器的傳遞函數(shù)預(yù)估器的傳遞函數(shù)Gb(s)，就可得到，就可得到Smith預(yù)估補(bǔ)償控制系統(tǒng)實(shí)施框圖預(yù)估補(bǔ)償控制系統(tǒng)實(shí)施框圖7.18。Y(s)Gf(s)X(s)Gc(s)Go(s)e-oSoS_ _U(s)+F(s)Go(s)+Y(s)e-oSoS_ _過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章采用采用Smith預(yù)估補(bǔ)償?shù)男Ч治觯侯A(yù)估補(bǔ)償?shù)男Ч治觯阂?、預(yù)估補(bǔ)償使給定值通道的控制品質(zhì)提高，一、預(yù)估補(bǔ)償使給定值通道的控制品質(zhì)提高，和無滯后的控制過程相同。和無滯后的控制過程相同。預(yù)估補(bǔ)償控制系統(tǒng)的控制通道傳遞函數(shù)為：預(yù)估補(bǔ)償控制系統(tǒng)的控制通道傳遞函數(shù)為：Y(s)Gf(s)X(s)Gc(s)Go(s)e-oSoS_ _U(s)+F(s)Go(s)+Y(s)e-oSoS_ _過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章和無預(yù)估補(bǔ)償?shù)目刂葡到y(tǒng)相比：和無預(yù)估補(bǔ)償?shù)目刂葡到y(tǒng)相比：1、預(yù)估補(bǔ)償控制傳函的特征方程中不包含、預(yù)估補(bǔ)償控制傳函的特征方程中不包含e o s項(xiàng)，即預(yù)估補(bǔ)償消除了控制通道純滯后對系統(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)項(xiàng)，即預(yù)估補(bǔ)償消除了控制通道純滯后對系統(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)定性的影響。定性的影響。2、預(yù)估補(bǔ)償控制傳函的分子中，、預(yù)估補(bǔ)償控制傳函的分子中，e o s 項(xiàng)說明被項(xiàng)說明被控變量控變量 y(t)的響應(yīng)推遲了的響應(yīng)推遲了0時(shí)段。時(shí)段。預(yù)估補(bǔ)償控制預(yù)估補(bǔ)償控制無預(yù)估補(bǔ)償控制無預(yù)估補(bǔ)償控制過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章二、預(yù)估補(bǔ)償部分改善了干擾通道的控制品質(zhì)。二、預(yù)估補(bǔ)償部分改善了干擾通道的控制品質(zhì)。和無預(yù)估補(bǔ)償?shù)目刂葡到y(tǒng)相比：和無預(yù)估補(bǔ)償?shù)目刂葡到y(tǒng)相比：1、干擾通道傳函的特征方程中不包含、干擾通道傳函的特征方程中不包含e os項(xiàng)，項(xiàng)，即預(yù)估補(bǔ)償消除了純滯后對系統(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)定性的影響。即預(yù)估補(bǔ)償消除了純滯后對系統(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)定性的影響。Y(s)Gf(s)X(s)Gc(s)Go(s)e-oSoS_ _U(s)+F(s)Go(s)+Y(s)e-oSoS_ _過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章Y(s)Gf(s)X(s)Gc(s)Go(s)e-oSoS_ _U(s)+F(s)Go(s)+Y(s)e-oSoS_ _2、干擾通道傳函的第二項(xiàng)含有、干擾通道傳函的第二項(xiàng)含有e o s，表明系，表明系統(tǒng)的控制作用比干擾作用滯后統(tǒng)的控制作用比干擾作用滯后0時(shí)間，沒有消除純時(shí)間，沒有消除純滯后對干擾滯后對干擾F(s)抑制過程的影響。抑制過程的影響。干擾作用干擾作用控制作用控制作用過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章因此，因此，Smith預(yù)估補(bǔ)償系統(tǒng)對設(shè)定值擾動(dòng)的控制預(yù)估補(bǔ)償系統(tǒng)對設(shè)定值擾動(dòng)的控制效果很好，對負(fù)荷擾動(dòng)的控制效果有所改善。效果很好，對負(fù)荷擾動(dòng)的控制效果有所改善。另外，另外，Smith預(yù)估補(bǔ)償系統(tǒng)對補(bǔ)償模型的誤差十預(yù)估補(bǔ)償系統(tǒng)對補(bǔ)償模型的誤差十分敏感，補(bǔ)償效果取決于補(bǔ)償器模型的精度。分敏感，補(bǔ)償效果取決于補(bǔ)償器模型的精度。Y(s)Gf(s)X(s)Gc(s)Go(s)e-oSoS_ _U(s)+F(s)Go(s)+Y(s)e-oSoS_ _過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章 7.4 比值控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)生生產(chǎn)產(chǎn)過過程程中中，經(jīng)經(jīng)常常需需要要幾幾種種物物料料的的流流量量保保持持一一定定的的比比例例關(guān)關(guān)系系。例例如如，在在鍋鍋爐爐的的燃燃燒燒系系統(tǒng)統(tǒng)中中，要要保保持持燃料和空氣量的一定比例，以保證燃燒的經(jīng)濟(jì)性。燃料和空氣量的一定比例，以保證燃燒的經(jīng)濟(jì)性。定定義義：實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)兩兩個(gè)個(gè)或或多多個(gè)個(gè)參參數(shù)數(shù)符符合合一一定定比比例例關(guān)關(guān)系系的控制系統(tǒng)，稱為比值控制系統(tǒng)。的控制系統(tǒng)，稱為比值控制系統(tǒng)。例如要實(shí)現(xiàn)兩種物料的比例關(guān)系，則表示為：例如要實(shí)現(xiàn)兩種物料的比例關(guān)系，則表示為：Q2=K Q1 其中：其中：K比值系數(shù)；比值系數(shù)；Q1主流量；主流量；Q2副副流量流量。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.4.1比值控制系統(tǒng)的種類比值控制系統(tǒng)的種類 1.開環(huán)比值控制系統(tǒng)開環(huán)比值控制系統(tǒng)如圖如圖Q1是主流量，是主流量，Q2是副流量。變送器是副流量。變送器FT檢測檢測主流量主流量Q1；由控制器；由控制器FC和控制閥來控制副流量和控制閥來控制副流量Q2。此方案的控制目標(biāo)：此方案的控制目標(biāo)：Q2=KQ1FTFCQ1Q2此此方方案案優(yōu)優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)是是結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)簡簡單單。缺缺點(diǎn)點(diǎn)是是開開環(huán)環(huán)系系統(tǒng)統(tǒng)不不能能保保證證精精度度，如如當(dāng)當(dāng)Q2管管線線壓壓力力改改變變時(shí)時(shí)不不能能保保證證所所要要求求的比值。的比值。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章2.單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)為了克服開環(huán)比值控制的不足，在開環(huán)比值控制為了克服開環(huán)比值控制的不足，在開環(huán)比值控制的基礎(chǔ)上，增加對副流量的閉環(huán)控制。的基礎(chǔ)上，增加對副流量的閉環(huán)控制。特點(diǎn)：特點(diǎn)：q對對Q2進(jìn)行閉環(huán)控制，比值控制精度提高進(jìn)行閉環(huán)控制，比值控制精度提高。q控制目標(biāo)：控制目標(biāo)：Q2=K Q1 q對對Q1只只測測量量、不不控控制制。Q1變變化化，Q2跟跟著著變變化，總流量不穩(wěn)定?；?，總流量不穩(wěn)定。F1TQ1Q2 KF2TF2C過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章3.雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng) 如果要求比值控制中主流量也受控制，則增加主如果要求比值控制中主流量也受控制，則增加主流量控制回路。流量控制回路。特點(diǎn)：特點(diǎn)：qQ1是主流量，是主流量，Q2是副是副流量。兩個(gè)流量都可控，流量。兩個(gè)流量都可控，因此總流量穩(wěn)定。因此總流量穩(wěn)定。F1TQ1Q2F1CF2TF2CKq有兩個(gè)閉環(huán)控制回路，有兩個(gè)閉環(huán)控制回路，用比值器聯(lián)系。用比值器聯(lián)系。q控制目標(biāo)：控制目標(biāo)：Q2=K Q1 過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章4變比值控制系統(tǒng)變比值控制系統(tǒng)兩種物料流量的比值隨第三個(gè)工藝參數(shù)的需要而兩種物料流量的比值隨第三個(gè)工藝參數(shù)的需要而變化的控制系統(tǒng)，稱為變比值控制系統(tǒng)。變化的控制系統(tǒng)，稱為變比值控制系統(tǒng)。例如，變換爐工藝中，煤氣與水蒸氣（例如，變換爐工藝中，煤氣與水蒸氣（58倍）倍）在觸媒的催化下，轉(zhuǎn)化成二氧化碳和氫氣，溫度越高在觸媒的催化下，轉(zhuǎn)化成二氧化碳和氫氣，溫度越高轉(zhuǎn)化率越高，但溫度過高會影響觸媒壽命。轉(zhuǎn)化率越高，但溫度過高會影響觸媒壽命。如果根據(jù)觸媒層的溫如果根據(jù)觸媒層的溫度調(diào)節(jié)其比例系數(shù)，就能度調(diào)節(jié)其比例系數(shù)，就能保持最佳的觸媒溫度和最保持最佳的觸媒溫度和最高的轉(zhuǎn)化率。高的轉(zhuǎn)化率。F1TF2TTT 轉(zhuǎn)化氣轉(zhuǎn)化氣過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章F1TF2T TT轉(zhuǎn)化氣轉(zhuǎn)化氣溫度控制器溫度控制器TC根據(jù)觸媒的實(shí)根據(jù)觸媒的實(shí)際溫度與給定溫度的偏差，際溫度與給定溫度的偏差，計(jì)算流量比值的給定值。計(jì)算流量比值的給定值。除除法法器器算算出出蒸蒸汽汽與與煤煤氣氣流流量量的的實(shí)實(shí)際際比比值值，輸輸入入到流量控制器到流量控制器FC通通過過調(diào)調(diào)整整蒸蒸汽汽量量（改改變變蒸蒸汽汽與與半半水水煤煤氣氣的的比比值值）來來使使變變換換爐爐觸觸媒媒層層的的溫溫度度恒恒定定在在給給定值上。定值上。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章圖圖7.23 變比值控制系統(tǒng)框圖變比值控制系統(tǒng)框圖Gc2(s)Y(s)+Gv2(s)G02(s)G0(s)Gc1(s)X(s)Gm(s)Q1(s)Q2(s)Gm2(s)Gm1(s)+KKr_ _ _F1TF2TTT 轉(zhuǎn)化氣轉(zhuǎn)化氣過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章圖圖7.23 變比值控制系統(tǒng)框圖變比值控制系統(tǒng)框圖Gc2(s)Y(s)+Gv2(s)G02(s)G0(s)Gc1(s)X(s)Gm(s)Q1(s)Q2(s)Gm2(s)Gm1(s)+KKr_ _ _應(yīng)當(dāng)注意，在變比值控制系統(tǒng)中，流量比值只應(yīng)當(dāng)注意，在變比值控制系統(tǒng)中，流量比值只是一種控制手段，不是最終目的，而第三參數(shù)（如是一種控制手段，不是最終目的，而第三參數(shù)（如本例中溫度）往往是主要被控參數(shù)。本例中溫度）往往是主要被控參數(shù)。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.4.2比值控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與參數(shù)整定比值控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與參數(shù)整定 1比值控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)比值控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1）主流量、副流量的確定原則：）主流量、副流量的確定原則：生產(chǎn)中起主導(dǎo)作用的物料流量，一般選為主流生產(chǎn)中起主導(dǎo)作用的物料流量，一般選為主流量，其余的物料流量跟隨其變化，為副流量。量，其余的物料流量跟隨其變化，為副流量。工藝上不可控的物料流量，一般選為主流量。工藝上不可控的物料流量，一般選為主流量。成本較昂貴的物料流量一般選為主流量。成本較昂貴的物料流量一般選為主流量。當(dāng)生產(chǎn)工藝有特殊要求時(shí)，主、副物料流量的當(dāng)生產(chǎn)工藝有特殊要求時(shí)，主、副物料流量的確定應(yīng)服從工藝需要。確定應(yīng)服從工藝需要。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章2）控制方案的選擇）控制方案的選擇應(yīng)根據(jù)不同的生產(chǎn)要求確定控制方案，同時(shí)兼顧應(yīng)根據(jù)不同的生產(chǎn)要求確定控制方案，同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)性原則。經(jīng)濟(jì)性原則。如果工藝上僅要求兩物料流量之比值一定，而如果工藝上僅要求兩物料流量之比值一定，而對總流量無要求，可用單閉環(huán)比值控制方案。對總流量無要求，可用單閉環(huán)比值控制方案。如果主、副流量的擾動(dòng)頻繁，而工藝要求主、如果主、副流量的擾動(dòng)頻繁，而工藝要求主、副物料總流量恒定的生產(chǎn)過程，可用雙閉環(huán)比值控制副物料總流量恒定的生產(chǎn)過程，可用雙閉環(huán)比值控制方案。方案。當(dāng)生產(chǎn)工藝要求兩種物料流量的比值要隨著第當(dāng)生產(chǎn)工藝要求兩種物料流量的比值要隨著第三參數(shù)的需要進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，可用變比值控制方案。三參數(shù)的需要進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，可用變比值控制方案。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章3）調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的確定）調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的確定比值控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律是根據(jù)控制比值控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律是根據(jù)控制方案和控制要求而定。方案和控制要求而定。F1TQ1Q2 KF2TF2C單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)中的比值器起比值中的比值器起比值K計(jì)算計(jì)算作用，若用調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)，作用，若用調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)，則選則選P調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)器F2C使使副流量符合比值要求，為副流量符合比值要求，為保證控制精度可選保證控制精度可選PI調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)。PPI過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章雙閉環(huán)比值控制不僅雙閉環(huán)比值控制不僅要求兩流量保持恒定的比要求兩流量保持恒定的比值關(guān)系，而且主、副流量值關(guān)系，而且主、副流量均要實(shí)現(xiàn)定值控制，所以均要實(shí)現(xiàn)定值控制，所以兩個(gè)調(diào)節(jié)器均應(yīng)選兩個(gè)調(diào)節(jié)器均應(yīng)選PI調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)；比值器選比值器選P調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)。F1TQ1Q2F1CF2TF2CKPIPIP 4）正確選擇流量計(jì)及其量程）正確選擇流量計(jì)及其量程各種流量計(jì)都有一定的適用范圍（一般正常流各種流量計(jì)都有一定的適用范圍（一般正常流量選在滿量程的量選在滿量程的70左右），可參考有關(guān)設(shè)計(jì)資料、左右），可參考有關(guān)設(shè)計(jì)資料、產(chǎn)品手冊正確地選擇和使用。產(chǎn)品手冊正確地選擇和使用。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章5）比值系數(shù)的計(jì)算）比值系數(shù)的計(jì)算工藝規(guī)定的流量（或質(zhì)量）比值工藝規(guī)定的流量（或質(zhì)量）比值K不能直接作為不能直接作為儀表比值使用，必須根據(jù)儀表的量程轉(zhuǎn)換成儀表的比儀表比值使用，必須根據(jù)儀表的量程轉(zhuǎn)換成儀表的比值系數(shù)值系數(shù)K后才能進(jìn)行比值設(shè)定。后才能進(jìn)行比值設(shè)定。變送器的轉(zhuǎn)換特性不同，比值系數(shù)變送器的轉(zhuǎn)換特性不同，比值系數(shù)K的計(jì)算公式的計(jì)算公式不同。不同。F1TQ1Q2 KF2TF2C過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章（l）流量與測量信號之間成線性關(guān)系）流量與測量信號之間成線性關(guān)系如果如果Q1的流量計(jì)測量范圍為的流量計(jì)測量范圍為0Q1max、Q2的流的流量計(jì)測量范圍為量計(jì)測量范圍為0Q2max，則變送器輸出電流信號和，則變送器輸出電流信號和流量之間的關(guān)系如下：流量之間的關(guān)系如下：F1TQ1Q2 KF2TF2CQ1=(I1-4)Q1max/16Q2=(I2-4)Q2max/16過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章代入工藝比值公式：代入工藝比值公式：得換算公式：得換算公式：儀表比值：儀表比值：F1TQ1Q2 KF2TF2C過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章（2）流量與測量信號之間成非線性關(guān)系）流量與測量信號之間成非線性關(guān)系利用節(jié)流原理測流量時(shí)，流量計(jì)輸出信號與流利用節(jié)流原理測流量時(shí)，流量計(jì)輸出信號與流量的平方成正比：量的平方成正比：I=CQ2 代入工藝比值公式：代入工藝比值公式：得換算公式：得換算公式：則則過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章6）流量測量中的溫度、壓力補(bǔ)償）流量測量中的溫度、壓力補(bǔ)償用差壓流量計(jì)測量氣體流量時(shí)，被測氣體溫度和用差壓流量計(jì)測量氣體流量時(shí)，被測氣體溫度和壓力的變化會使其密度發(fā)生變化，流量的測量值將產(chǎn)壓力的變化會使其密度發(fā)生變化，流量的測量值將產(chǎn)生誤差。生誤差。對于溫度、壓力變化較大、而控制質(zhì)量要求較高對于溫度、壓力變化較大、而控制質(zhì)量要求較高的對象，必須進(jìn)行溫度、壓力補(bǔ)償，以保證流量測量的對象，必須進(jìn)行溫度、壓力補(bǔ)償，以保證流量測量值的準(zhǔn)確。值的準(zhǔn)確。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.4.2.2 比值控制系統(tǒng)的實(shí)施與參數(shù)整定比值控制系統(tǒng)的實(shí)施與參數(shù)整定1）比值系數(shù)的實(shí)現(xiàn)）比值系數(shù)的實(shí)現(xiàn)比值系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)有相乘和相除二種方法。在工程比值系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)有相乘和相除二種方法。在工程上可采用比值器、乘法器、除法器等儀表實(shí)現(xiàn)；用計(jì)上可采用比值器、乘法器、除法器等儀表實(shí)現(xiàn)；用計(jì)算機(jī)控制時(shí)，通過比例、乘、除運(yùn)算程序?qū)崿F(xiàn)。算機(jī)控制時(shí)，通過比例、乘、除運(yùn)算程序?qū)崿F(xiàn)。2）比值控制系統(tǒng)的參數(shù)整定）比值控制系統(tǒng)的參數(shù)整定比值系統(tǒng)的主流量回路，可按單回路控制系統(tǒng)進(jìn)比值系統(tǒng)的主流量回路，可按單回路控制系統(tǒng)進(jìn)行整定；比值系統(tǒng)的副流量整定為振蕩與不振蕩的邊行整定；比值系統(tǒng)的副流量整定為振蕩與不振蕩的邊界為佳，即過渡過程既不振蕩而反應(yīng)又快。界為佳，即過渡過程既不振蕩而反應(yīng)又快。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.5 均勻控制系統(tǒng)均勻控制系統(tǒng)在在連連續(xù)續(xù)生生產(chǎn)產(chǎn)過過程程中中，有有許許多多裝裝置置是是前前后后緊緊密密聯(lián)聯(lián)系系的的。前前一一設(shè)設(shè)備備的的出出料料，往往往往是是后后一一設(shè)設(shè)備備的的進(jìn)進(jìn)料料，各各設(shè)設(shè)備備的的操操作作也也互互相相關(guān)關(guān)聯(lián)聯(lián)、互互相相影影響響。例例如如圖圖7.24所所示的兩個(gè)連續(xù)操作的精餾塔。示的兩個(gè)連續(xù)操作的精餾塔。LC1#2#FTFCLT 1#塔要求液塔要求液位穩(wěn)定，設(shè)液位位穩(wěn)定，設(shè)液位控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)。2#塔要求進(jìn)塔要求進(jìn)料量穩(wěn)定，設(shè)流料量穩(wěn)定，設(shè)流量控制系統(tǒng)。量控制系統(tǒng)。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章顯然，這兩套控制系統(tǒng)的控制目標(biāo)存在矛盾：顯然，這兩套控制系統(tǒng)的控制目標(biāo)存在矛盾：解決辦法：解決辦法：1.設(shè)中間貯槽，設(shè)中間貯槽，使前后影響減小。使前后影響減小。2.用均勻調(diào)節(jié)用均勻調(diào)節(jié)方案。方案。1#塔液位調(diào)節(jié)塔液位調(diào)節(jié)閥閥 1 開度變化開度變化LC1#2#FTFCLT12 2#塔流量變化塔流量變化2#塔流量調(diào)節(jié)塔流量調(diào)節(jié)閥閥 2 開度變化開度變化 1#塔液位變化塔液位變化過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.5.1均勻控制系統(tǒng)工作原理及特點(diǎn)均勻控制系統(tǒng)工作原理及特點(diǎn)為為使使兩兩個(gè)個(gè)在在控控制制上上互互相相矛矛盾盾的的工工藝藝參參數(shù)數(shù)都都能能滿滿足足工藝要求而設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)稱為工藝要求而設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)稱為均勻控制系統(tǒng)均勻控制系統(tǒng)。如如此此例例用用一一個(gè)個(gè)簡簡單單控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)，通通過過整整定定，實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)對對液位和流量兩個(gè)工藝參數(shù)同時(shí)兼顧、協(xié)調(diào)控制。液位和流量兩個(gè)工藝參數(shù)同時(shí)兼顧、協(xié)調(diào)控制。LC1#2#LT過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章和其它控制方式相比，均勻控制的特點(diǎn)如下：和其它控制方式相比，均勻控制的特點(diǎn)如下：（1）兩個(gè)工藝參數(shù)在控制過程中都作緩慢變化）兩個(gè)工藝參數(shù)在控制過程中都作緩慢變化因因?yàn)闉槿羧魧?#塔塔液液位位控控制制成成最最佳佳，會會導(dǎo)導(dǎo)致致2#塔塔的的進(jìn)進(jìn)料料量量波波動(dòng)動(dòng)很很大大；反反之之若若將將2#塔塔的的進(jìn)進(jìn)料料量量控控制制成成最最佳佳，會導(dǎo)致會導(dǎo)致1#塔液位波動(dòng)很大。塔液位波動(dòng)很大。LC1#2#LTtLL FFO（a）1#塔液位穩(wěn)定、塔液位穩(wěn)定、2#塔流量變化大塔流量變化大LFL FtO（b）2#塔流量穩(wěn)定、塔流量穩(wěn)定、1#塔液位變化大塔液位變化大過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章即即然然無無法法實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)兩兩個(gè)個(gè)被被控控參參數(shù)數(shù)都都很很平平穩(wěn)穩(wěn)，只只有有讓讓兩兩者者互互相相兼兼顧顧。雖雖然然控控制制過過程程都都延延長長，但但波波動(dòng)動(dòng)都都比比較較緩緩慢慢、且且幅幅度度較較小小，才才有有可可能能同同時(shí)時(shí)符符合合控控制要求。制要求。L FLFtO（c）1#塔液位、塔液位、2#塔流塔流量均控制緩慢量均控制緩慢LC1#2#LT過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章（2）前前后后互互相相聯(lián)聯(lián)系系又又互互相相矛矛盾盾的的兩兩個(gè)個(gè)變變量量應(yīng)應(yīng)保保持持在所允許的范圍內(nèi)波動(dòng)。在所允許的范圍內(nèi)波動(dòng)。如如圖圖，1#塔塔塔塔釜釜液液位位的的升升降降變變化化不不能能超超過過規(guī)規(guī)定定的的上上下下限限。2#塔塔進(jìn)進(jìn)料料流流量量也也不不能能超超越越規(guī)規(guī)定定的的上上下下限限，否否則就不能滿足工藝要求。則就不能滿足工藝要求。L FLFtOLC1#2#LT過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.5.2均勻控制方案均勻控制方案均勻控制常用的結(jié)構(gòu)有簡單均勻控制、串級均勻均勻控制常用的結(jié)構(gòu)有簡單均勻控制、串級均勻控制等形式，下面介紹這兩種控制結(jié)構(gòu)方案。控制等形式，下面介紹這兩種控制結(jié)構(gòu)方案。1簡單均勻控制簡單均勻控制LC1#2#LT結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)與與簡簡單單液液位位定定值值控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)一一樣樣，但但系系統(tǒng)統(tǒng)控控制制的的目目的的不不同同。均均勻勻控控制制的的目目的的是是協(xié)協(xié)調(diào)調(diào)控控制制液液位位和和排排出出流流量量兩兩個(gè)變量。個(gè)變量。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章由于控制目的不同，均勻控制要求兼顧兩個(gè)變由于控制目的不同，均勻控制要求兼顧兩個(gè)變量，是通過調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定來實(shí)現(xiàn)的。量，是通過調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定來實(shí)現(xiàn)的。簡單均勻控制系統(tǒng)中的控制器一般都是純比例簡單均勻控制系統(tǒng)中的控制器一般都是純比例作用，而且將比例度整定得很大。作用，而且將比例度整定得很大。LC1#2#LT當(dāng)液位變化時(shí)，當(dāng)液位變化時(shí)，控制器的輸出變化很控制器的輸出變化很小，排出流量只作微小，排出流量只作微小緩慢的變化，以較小緩慢的變化，以較弱的控制作用達(dá)到均弱的控制作用達(dá)到均勻控制的目的。勻控制的目的。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章LC1#2#LT 因此，簡單因此，簡單均勻控制適用于干均勻控制適用于干擾不大、對流量的擾不大、對流量的均勻程度要求較低均勻程度要求較低的場合。的場合。簡單均勻控制的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，投運(yùn)方便，成簡單均勻控制的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，投運(yùn)方便，成本低。但對另一個(gè)被控變量是不測不控的兼顧操作，本低。但對另一個(gè)被控變量是不測不控的兼顧操作，其控制精度不一定能保證。其控制精度不一定能保證。如此例中，當(dāng)前后塔的壓力變化較大時(shí)，盡管調(diào)如此例中，當(dāng)前后塔的壓力變化較大時(shí)，盡管調(diào)節(jié)閥的開度不變，輸出流量也會發(fā)生較大變化。節(jié)閥的開度不變，輸出流量也會發(fā)生較大變化。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章2串級均勻控制串級均勻控制為為了了克克服服簡簡單單均均勻勻控控制制只只有有一一個(gè)個(gè)控控制制回回路路，只只能能保保證證一一個(gè)個(gè)被被控控變變量量精精度度的的缺缺點(diǎn)點(diǎn)，可可在在簡簡單單均均勻勻控控制制方方案基礎(chǔ)上增加一個(gè)副控制回路，構(gòu)成串級均勻控制。案基礎(chǔ)上增加一個(gè)副控制回路，構(gòu)成串級均勻控制。q結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)與與串串級級控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)相相同同。增增加加了了流流量量控控制制回回路路，可可以以及及時(shí)時(shí)克克服服壓壓力力干干擾擾，保保證證流流量量控控制精度。制精度。LC1#2#FTFCLT過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章q串串級級均均勻勻控控制制方方案案中中，主主、副副變變量量都都有有控控制制要要求求，所以控制手法上與串級控制不同。所以控制手法上與串級控制不同。主主、副副控控制制器器一一般般都都采采用用純純比比例例作作用用，而而且且將將比比例度整定得較大。例度整定得較大。v串串級級均均勻勻控控制制方方案案適適用用于于干干擾擾較較大大的的場場合合。使使用用儀儀表表較較多多，投運(yùn)、維護(hù)較復(fù)雜。投運(yùn)、維護(hù)較復(fù)雜。LC1#2#FTFCLT