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宋彤过程控制工程-5 均匀控制 18页PPT文档_图文

5. 均匀控制
5.1 问题的提出及特点 1) 问题的提出

LC

FC

LC FC

早期的连接方式

密集连接方式

? 控制要求:前塔塔釜液位与后塔进料流量均须相对平稳 ? 右图中二控制回路具有强烈的关联作用,不能正常工作
? 均匀控制:提出利用一套控制回路,兼顾前后两个被控参 数,使二者均能在允许的范围内波动,进而保证两设备稳 定操作的控制策略。

控制策略图形描述:

塔1

塔2

LC

简单均匀控制

控制器静态放大倍数KC的影响

L,F

F

F

L

L

t (a) Kc较大

t (b) Kc适中

F
L t
(c) Kc过小

2) 均匀控制的实现及特点 a. 均匀控制基本思想
将二被控参数置于一个控制系统中,通过调整 控制器参数,使前后设备在物料供求上相互均 匀、协调、统筹兼顾。
b. 实现方法 通过参数整定实现均匀控制策略。
? 比 例 度:>100% ? 积分时间:较长 ? 微分时间:0(微分作用不符合均匀控制思想,
一般不采用微分作用)

c. 特点 ? 结构上无特殊性
结构上同单回路控制或串级控制的结构。通过参数 整定可以实现定值控制或均匀控制。 以比较弱的控制作用实现均匀控制的目的。
? 表征前后相互关联的参数应该是变化的,并且其变 化应该是缓慢的。
? 参数的变化应被限制在允许的范围为内。
? 实质:以牺牲控制灵敏度和控制质量为代价实现协 调多个参数的目的。
d. 注意: 两个相关联的参数可以有主、次之分,可以通过参 数整定实现

5.2 均匀控制方案 主要的均匀控制结构形式
简单均匀控制 串级均匀控制 双冲量均匀控制

5.2.1 简单均匀控制
1)控制系统构成 简单均匀控制的结构同单回路定 值控制。

塔1

塔2

LC

简单均匀控制

2)与单回路定值控制的区别:
a. 控制目的
? 定值控制:
保证被控参数的稳定,使其 在给定值的一个很小的δ域内波 动。
? 均匀控制:
协调前后两个被控参数,使 被控参数在给定的允许范围内作 缓慢变化。保证两个参数的相对 稳定。

b. 控制规律
? 定值控制:PID控制 ? 均匀控制:比例控制。
必要时加入积分控制作用。 加入积分作用的目的是增强控制作用。特别是在 出现连续的同向干扰时,可以防止被控参数越界。 但是要注意液位参数较长时间单向偏离给定值时 对流量产生的影响。 要注意防止积分饱和
c. 参数整定
? 定值控制:按照4 : 1~10 : 1衰减比整定参数。 ? 均匀控制:
比例度:一般大于100% (100%~200%) (注意不能过大,保证在最大干扰时的最大偏差不
超过前一个参数的允许范围) 积分时间:相当大

3)简单均匀控制的特点: ① 结构简单,投运方便,成本低。
② 适用于干扰不大,要求不高的控制场合。
③ 对于自衡能力较强的液位系统,均匀控制的效 果较差。

5.2.2 串级均匀控制

1)构成:

塔1

塔2

结构同普通串级控制系

LC FC

统结构

引入副环的目的:

串级均匀控制

克服控制阀两端的压力变化及罐的自衡作用对流量的影 响,更好地协调两个参数。

2)控制规律的选择:

? 主控制器:

同简单均匀控制的控制器选择。

? 副控制器:

一般选择比例控制,

在希望流量系统更加平稳时,可以加入积分控制作用。

3)串级均匀控制特点: ? 具有串级控制的一般特点。
? 串级均匀控制系统的副回路控制器的参数按照 一般串级控制系统副回路控制器整定。
? 能克服较大干扰,适用于系统前后压力波动较 大及储罐具有较强自衡能力的场合。
? 使用仪表较多,投运较复杂,保养工作量大。

5.2.3 双冲量均匀控制
? 双冲量:此处指两个信号参量 1)控制方案图

塔1

FC

I0 IL
I0=IL-IF+IS

IS

控制器

控制阀

F

L

流量对象 液位对象

加法器

测量变送 测量变送

双冲量均匀控制原理图

双冲量均匀控制方框图

2)控制方案性质:
液位、流量二信号代数和为被控变量的单回路 均匀控制

3)符号关系表:
加法器计算式中各项前的符号根据选用的控制阀和 控制器的作用方式确定

塔1

FC

I0 IL
I0=IL-IF+IS

IS

双冲量均匀控制原理图

控制阀 作用方式
+
+ - -

控制器 作用方式
+ -
+ -

IL前符号
+ - - +

IF前符号 - + + -

4)特点:

塔1

FC

IL

I0

I0=IL-IF+IS

IS

控制器

控制阀

F

L

流量对象 液位对象

加法器

测量变送 测量变送

双冲量均匀控制原理图

双冲量均匀控制方框图

? 结构属性: ? 二参数差为被控变量的简单定值控制系统 ? 以加法器为副控制器的串级控制系统。 ? 单一的控制器是属于定值控制器。
? 控制规律:一般采用比例积分控制规律

5.2.4 均匀控制系统控制器参数的工程整定
1)整定原则:
① 保证液位不超出允许波动范围前提下设置控制器 参数
② 通过修正控制器参数,使液位在最大的允许范围 内波动,充分利用容器的缓冲作用,使输出流量 尽量平稳。
③ 根据工艺要求调整控制器参数。

2)方法步骤: ① 纯比例控制
a. 将比例度置于不会引起液位超越允许范围的数值, 如100%
b. 观察记录曲线,通过让液位的最大波动接近允许范 围的极限,使输出尽可能平稳。 ? 液位最大波动小于允许范围:适当加大比例度 ? 液位最大波动大于允许范围:减小比例度

② 比例积分控制
a. 按照纯比例控制方法整定获得一个适当的比例 度。
b. 适当加大比例度后,加入积分作用,逐渐减小 积分时间直到液位曲线出现缓慢的周期性衰减 震荡。
c. 根据工艺条件和要求调整参数,使二曲线均达 到要求。

习题
1) ? 图示控制系统可能属于何种控
制? ? 说明在所属控制系统中引入流
量控制的目的。 ? 请说明在所属控制系统各控制
器参数整定的基本原则。
2)图示两精馏塔的物料传递关系, 工艺要求在操作中保证前塔液 位及后塔输入物流的相对稳定, 请为此过程设计一适用的控制 系统,并请说明所设计的控制 系统特性。

LS LC FS FC

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