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1、17.1 串级控制系统串级控制系统7.2 前馈控制系统前馈控制系统7.3 大滞后过程控制系统大滞后过程控制系统7.4 比值控制系统比值控制系统7.5 均匀控制系统均匀控制系统7.6 分程控制系统分程控制系统7.7 选择性控制系统选择性控制系统7.8 解耦控制系统解耦控制系统第第 7 7 章章 复杂控制系统复杂控制系统 7.4 7.4 比值控制系统比值控制系统比值控制系统比值控制系统生生产产过过程程中中，经经常常需需要要几几种种物物料料的的流流量量保保持持一一定定的的比比例例关关系系。例例如如，在在锅锅炉炉的的燃燃烧烧系系统统中中，要要保保持持燃燃料料和空气量的一定比例，以保证燃烧的经济性。和空
2、气量的一定比例，以保证燃烧的经济性。定定义义：实实现现两两个个或或多多个个参参数数符符合合一一定定比比例例关关系系的的控制系统，称为比值控制系统。控制系统，称为比值控制系统。例如要实现两种物料的比例关系，则表示为：例如要实现两种物料的比例关系，则表示为：Q2=K Q1 其中：其中：K比值系数；比值系数；Q1主流量；主流量；Q2副副流量流量。27.4.1 比值控制系统的种类比值控制系统的种类 1.开环比值控制系统开环比值控制系统如图如图Q1是主流量，是主流量，Q2是副流量。流量变送器是副流量。流量变送器FT检测主物料流量检测主物料流量Q1；由控制器；由控制器FC及安装在从物料管及安装在从物料管道
3、上的阀门来控制副流量道上的阀门来控制副流量Q2。FTFCQ1Q2此此控控制制方方案案的的优优点点是是结结构构简简单单、成成本本低低。缺缺点点是是无无抗抗干干扰扰能能力力，当当副副流流量量管管线线压压力力等等改改变变时时，不不能保证所要求的比值。能保证所要求的比值。控制目标：控制目标：Q2K Q132.单闭环比值控制系统单闭环比值控制系统为了克服开环比值控制的不足，在开环比值控制为了克服开环比值控制的不足，在开环比值控制的基础上，增加对副流量的闭环控制。的基础上，增加对副流量的闭环控制。特点：特点：q对对Q2进行闭环控制，比值控制精度提高进行闭环控制，比值控制精度提高。q控制目标：控制目标：Q2
4、=K Q1 q对对Q1只只测测量量、不不控控制制。Q1变变化化，Q2跟跟着着变变化，总流量不稳定。化，总流量不稳定。F1TQ1Q2 KF2TF2C43.双闭环比值控制系统双闭环比值控制系统 为了克服单闭环比值控制中主流量不受控制的缺为了克服单闭环比值控制中主流量不受控制的缺点，增加了主流量控制回路。点，增加了主流量控制回路。特点：特点：qQ1是主流量，是主流量，Q2是副是副流量。两个流量都可控，流量。两个流量都可控，因此总流量稳定。因此总流量稳定。F1TQ1Q2F1CF2TF2CKq有两个闭环控制回路，有两个闭环控制回路，用比值器联系。用比值器联系。q控制目标：控制目标：Q2=K Q1 54变
5、比值控制系统变比值控制系统以上介绍的都是定比值控制系统。在有些生产过以上介绍的都是定比值控制系统。在有些生产过程中，要求两种物料流量的比值随第三个工艺参数的程中，要求两种物料流量的比值随第三个工艺参数的需要而变化，为满足这种工艺的要求，就出现了变比需要而变化，为满足这种工艺的要求，就出现了变比值控制系统。值控制系统。例例如如，变变换换炉炉工工艺艺中中，煤煤气气与与水水蒸蒸气气（58倍倍）在在触触媒媒的的催催化化下下，转转化化成成二二氧氧化化碳碳和和氢氢气气。温温度度越越高高转转化化率率越越高高，但但温温度度过过高高会会影影响响触触媒媒寿寿命命。如如果果根根据据触触媒媒层层的的温温度度调调节节其
6、其比比例例系系数数，就就能能保保持持最最佳佳的的触触媒媒温度和最高的转化率。温度和最高的转化率。6F1TF2T TT转化气转化气温度控制器温度控制器TC根据触媒的实根据触媒的实际温度与给定温度的偏差，际温度与给定温度的偏差，计算流量比值的给定值。计算流量比值的给定值。除除法法器器算算出出蒸蒸汽汽与与煤煤气气流流量量的的实实际际比比值值，输输入入到流量控制器到流量控制器FC。最最后后通通过过调调整整蒸蒸汽汽量量（改改变变蒸蒸汽汽与与半半水水煤煤气气的的比比值值）来来使使变变换换炉炉触触媒媒层层的的温温度度恒恒定在给定值上。定在给定值上。7图图7.23 变比值控制系统框图变比值控制系统框图Gc2(
7、s)Y(s)+Gv2(s)G02(s)G0(s)Gc1(s)X(s)Gm(s)Q1(s)Q2(s)Gm2(s)Gm1(s)+KKr_ _ _应当注意，在变比值控制系统中，流量比值只应当注意，在变比值控制系统中，流量比值只是一种控制手段，不是最终目的，而第三参数（如是一种控制手段，不是最终目的，而第三参数（如本例中温度）往往是主要被控参数。本例中温度）往往是主要被控参数。87.4.2 比值控制系统的设计与参数整定比值控制系统的设计与参数整定 1比值控制系统设计比值控制系统设计1）主流量、副流量的确定原则：）主流量、副流量的确定原则：生产中起主导作用的物料流量，一般选为主流生产中起主导作用的物料流
8、量，一般选为主流量，其余的物料流量跟随其变化，为副流量。量，其余的物料流量跟随其变化，为副流量。工艺上不可控的物料流量，一般选为主流量。工艺上不可控的物料流量，一般选为主流量。成本较昂贵的物料流量一般选为主流量。成本较昂贵的物料流量一般选为主流量。当生产工艺有特殊要求时，主、副物料流量的当生产工艺有特殊要求时，主、副物料流量的确定应服从工艺需要。确定应服从工艺需要。92）控制方案的选择）控制方案的选择控制方案选择应根据不同的生产要求确定，同时控制方案选择应根据不同的生产要求确定，同时兼顾经济性原则。兼顾经济性原则。如果工艺上仅要求两物料流量之比值一定，而如果工艺上仅要求两物料流量之比值一定，而
9、对总流量无要求，可用单闭环比值控制方案。对总流量无要求，可用单闭环比值控制方案。如果主、副流量的扰动频繁，而工艺要求主、如果主、副流量的扰动频繁，而工艺要求主、副物料总流量恒定的生产过程，可用双闭环比值控制副物料总流量恒定的生产过程，可用双闭环比值控制方案。方案。当生产工艺要求两种物料流量的比值要随着第当生产工艺要求两种物料流量的比值要随着第三参数的需要进行调节时，可用变比值控制方案。三参数的需要进行调节时，可用变比值控制方案。103）调节器控制规律的确定）调节器控制规律的确定比值控制系统中，调节器的控制规律是根据控制比值控制系统中，调节器的控制规律是根据控制方案和控制要求而定。方案和控制要求
10、而定。F1TQ1Q2 KF2TF2C在单闭环比值控制系在单闭环比值控制系统中，比值器统中，比值器K起比值计起比值计算作用，若用调节器实现，算作用，若用调节器实现，则选则选P调节；调节器调节；调节器F2C使副流量稳定，为保证控使副流量稳定，为保证控制精度可选制精度可选PI调节。调节。PPI11双闭环比值控制不仅双闭环比值控制不仅要求两流量保持恒定的比要求两流量保持恒定的比值关系，而且主、副流量值关系，而且主、副流量均要实现定值控制，所以均要实现定值控制，所以两个调节器均应选两个调节器均应选PI调节；调节；比值器选比值器选P调节。调节。F1TQ1Q2F1CF2TF2CKPIPIP 4）正确选择流量
11、计及其量程）正确选择流量计及其量程各种流量计都有一定的适用范围（一般正常流各种流量计都有一定的适用范围（一般正常流量选在满量程的量选在满量程的70左右），必须正确地选择和使左右），必须正确地选择和使用，可参考有关设计资料、产品手册。用，可参考有关设计资料、产品手册。125）比值系数的计算）比值系数的计算工艺规定的流量（或质量）比值工艺规定的流量（或质量）比值K不能直接作为不能直接作为仪表比值使用，必须根据仪表的量程转换成仪表的比仪表比值使用，必须根据仪表的量程转换成仪表的比值系数值系数K后才能进行比值设定。后才能进行比值设定。变送器的转换特性不同，比值系数变送器的转换特性不同，比值系数K的计算
12、公式的计算公式不同。不同。（l）流量与测量信号之间成线性关系）流量与测量信号之间成线性关系如果如果Q1的流量计测量范围为的流量计测量范围为0Q1max、Q2的流的流量计测量范围为量计测量范围为0Q2max，则变送器输出电流信号和，则变送器输出电流信号和流量之间的关系如下：流量之间的关系如下：13因因代入工艺比值公式：代入工艺比值公式：得换算公式：得换算公式：而仪表比值公式：而仪表比值公式：14（2）流量与测量信号之间成非线性关系）流量与测量信号之间成非线性关系利用节流原理测流量时，流量计输出信号与流量的利用节流原理测流量时，流量计输出信号与流量的平方成正比：平方成正比：I=CQ2 代入工艺比值
13、公式：代入工艺比值公式：得换算公式：得换算公式：则则156）流量测量中的温度、压力补偿）流量测量中的温度、压力补偿用差压流量计测量气体流量时，被测气体温度和用差压流量计测量气体流量时，被测气体温度和压力的变化会使其密度发生变化，流量的测量值将产压力的变化会使其密度发生变化，流量的测量值将产生误差。生误差。对于温度、压力变化较大、而控制质量要求较高对于温度、压力变化较大、而控制质量要求较高的对象，必须进行温度、压力补偿，以保证流量测量的对象，必须进行温度、压力补偿，以保证流量测量值的准确。值的准确。167.4.2.2 比值控制系统的实施与参数整定比值控制系统的实施与参数整定1）比值系数的实现）比
14、值系数的实现比值系统的实现有相乘和相除二种方法。在工程比值系统的实现有相乘和相除二种方法。在工程上可采用比值器、乘法器、除法器等仪表实现；用计上可采用比值器、乘法器、除法器等仪表实现；用计算机控制时，通过比例、乘、除运算程序实现。算机控制时，通过比例、乘、除运算程序实现。2）比值控制系统的参数整定）比值控制系统的参数整定比值系统的主流量回路，可按单回路控制系统进比值系统的主流量回路，可按单回路控制系统进行整定；比值系统的副流量整定为振荡与不振荡的边行整定；比值系统的副流量整定为振荡与不振荡的边界为佳，即过渡过程既不振荡而反应又快。界为佳，即过渡过程既不振荡而反应又快。177.5 均匀控制系统均
15、匀控制系统在在连连续续生生产产过过程程中中，有有许许多多装装置置是是前前后后紧紧密密联联系系的的。前前一一设设备备的的出出料料，往往往往是是后后一一设设备备的的进进料料，各各设设备备的的操操作作也也互互相相关关联联、互互相相影影响响。例例如如图图7.24所所示的两个连续操作的精馏塔。示的两个连续操作的精馏塔。LC1#2#FTFCLT 1#塔要求液塔要求液位稳定，设计液位稳定，设计液位控制系统。位控制系统。2#塔要求进塔要求进料量稳定，设计料量稳定，设计流量控制系统。流量控制系统。18显然，这两套控制系统的控制目标存在矛盾：显然，这两套控制系统的控制目标存在矛盾：解决办法：解决办法：1、设中间贮
16、、设中间贮槽，使前后影响减槽，使前后影响减小，但成本高。小，但成本高。2、用均匀调、用均匀调节方案。节方案。1#塔液位调节塔液位调节阀阀 1 开度变化开度变化 2#塔流量变化塔流量变化2#塔流量调节塔流量调节阀阀 2 开度变化开度变化 1#塔液位变化塔液位变化LC1#2#FTFCLT197.5.1 均匀控制系统工作原理及特点均匀控制系统工作原理及特点为为了了解解决决前前后后工工序序控控制制的的矛矛盾盾，达达到到前前后后兼兼顾顾、协协调调操操作作，使使前前后后工工序序的的控控制制参参数数均均能能符符合合要要求求而而设设计的控制系统称为计的控制系统称为均匀控制系统均匀控制系统。如如上上例例中中，均
17、均匀匀控控制制应应通通过过对对液液位位和和流流量量两两个个变变量量同同时时兼兼顾顾的的控控制制方方案案，使使两两个个互互相相矛矛盾盾的的变变量量相相互互协调，都能满足各自的的工艺要求。协调，都能满足各自的的工艺要求。和其它控制方式相比，均匀控制的特点如下：和其它控制方式相比，均匀控制的特点如下：（1）两两个个被被控控变变量量在在控控制制过过程程中中都都是是缓缓慢慢变变化化的。的。20因因为为若若将将1#塔塔液液位位控控制制成成平平稳稳的的直直线线，会会导导致致2#塔塔的的进进料料量量波波动动很很大大；反反之之若若将将2#塔塔的的进进料料量量控控制制成成平平稳稳的的直直线线，会会导导致致1#塔塔
18、液液位位波波动动很很大大。即即无无法法实实现现两个被控参数都很平稳。两个被控参数都很平稳。只只有有让让两两者者都都有有一一定定程程度度的的波波动动，但但波波动动都都比比较较缓慢、且幅度较小，才有可能同时符合控制要求。缓慢、且幅度较小，才有可能同时符合控制要求。tLL FFO（a）1#塔液位稳定、塔液位稳定、2#塔流量变化大塔流量变化大LFL FtO（b）1#塔液位变化大、塔液位变化大、2#塔流量稳定塔流量稳定L FLFtO（c）1#塔液位、塔液位、2#塔流量均变化较小塔流量均变化较小21（2）前前后后互互相相联联系系又又互互相相矛矛盾盾的的两两个个变变量量应应保保持持在所允许的范围内波动。在所
19、允许的范围内波动。如如图图，1#塔塔塔塔釜釜液液位位的的升升降降变变化化不不能能超超过过规规定定的的上上下下限限。2#塔塔进进料料流流量量也也不不能能超超越越规规定定的的上上下下限限，否否则就不能满足工艺要求。则就不能满足工艺要求。L FLFtOLC1#2#FTFCLT227.5.2 均匀控制方案均匀控制方案均匀控制常用的方案有简单均匀控制、串级均匀均匀控制常用的方案有简单均匀控制、串级均匀控制等形式，下面介绍这两种控制方案。控制等形式，下面介绍这两种控制方案。1简单均匀控制简单均匀控制LC1#2#LT结结构构与与简简单单液液位位定定值值控控制制系系统统一一样样，但但系系统统控控制制的的目目的
20、的不不同同。均均匀匀控控制制的的目目的的是是协协调调控控制制液液位位和和排排出出流流量量两两个变量。个变量。23由于控制目的不同，均匀控制要求兼顾两个变由于控制目的不同，均匀控制要求兼顾两个变量，是通过调节器的参数整定来实现的。量，是通过调节器的参数整定来实现的。简单均匀控制系统中的控制器一般都是纯比例简单均匀控制系统中的控制器一般都是纯比例作用，而且将作用，而且将比例度整定得很大比例度整定得很大。当液位变化时，当液位变化时，控制器的输出变化很控制器的输出变化很小，排出流量只作微小，排出流量只作微小缓慢的变化，以较小缓慢的变化，以较弱的控制作用达到均弱的控制作用达到均匀控制的目的。匀控制的目的
21、。LC1#2#LT24 因此，因此，简单简单均匀控制均匀控制适用于干适用于干扰不大、对流量的扰不大、对流量的均匀程度要求较低均匀程度要求较低的场合。的场合。简单均匀控制的优点是结构简单，投运方便，成简单均匀控制的优点是结构简单，投运方便，成本低。但对另一个被控变量是不测不控的兼顾操作，本低。但对另一个被控变量是不测不控的兼顾操作，其控制精度不一定能保证。其控制精度不一定能保证。如此例中，当前后塔的压力变化较大时，尽管调如此例中，当前后塔的压力变化较大时，尽管调节阀的开度不变，输出流量也会发生较大变化。节阀的开度不变，输出流量也会发生较大变化。LC1#2#LT252串级均匀控制串级均匀控制为为了
22、了克克服服简简单单均均匀匀控控制制只只有有一一个个控控制制回回路路，只只能能保保证证一一个个被被控控变变量量精精度度的的缺缺点点，可可在在简简单单均均匀匀控控制制方方案基础上增加一个副控制回路，构成串级均匀控制。案基础上增加一个副控制回路，构成串级均匀控制。q结结构构与与串串级级控控制制系系统统相相同同。增增加加了了流流量量控控制制回回路路，可可以以及及时时克克服服压压力力干干扰扰，保保证证流流量量控控制精度制精度。FC1#2#FTLCLT26q串串级级均均匀匀控控制制方方案案中中，主主、副副变变量量都都有有控控制制精精度度要要求求，二二者者均均在在规规定定的的范范围围内内作作缓缓慢慢的的变变
23、化化，所所以以控控制手法上与串级控制不同。制手法上与串级控制不同。v主主、副副控控制制器器一一般般都都采采用用纯纯比比例例作作用用，而而且且将将比比例度整定得较大例度整定得较大。v串串级级均均匀匀控控制制方方案案适适用用于于干干扰扰较较大大的的场场合合。但但使使用用仪仪表表较较多多，投投运运、维护较复杂。维护较复杂。FC1#2#FTLCLT277.6 分程控制系统分程控制系统在在分分程程控控制制系系统统中中，一一个个控控制制器器的的输输出出信信号号被被分分割割成成几几个个行行程程段段，每每一一段段行行程程各各控控制制一一个个调调节节阀阀，故故取名为分程控制系统。取名为分程控制系统。例例如如，一
24、一个个控控制制器器的的输输出出信信号号分分程程控控制制两两个个调调节节阀阀A和和B，A和和B的输入信号各占一半行程。的输入信号各占一半行程。q可调整阀门定可调整阀门定位器来缩小调节阀位器来缩小调节阀的输入量程的输入量程。CABMM287.6.1 分程控制系统工作原理及类型分程控制系统工作原理及类型1分程控制系统工作原理分程控制系统工作原理如某一间歇式生产的化学反应过程中，每次投料如某一间歇式生产的化学反应过程中，每次投料完毕后，需要先对其加热引发化学反应。完毕后，需要先对其加热引发化学反应。TT热水热水冷却水冷却水B TCA一一旦旦反反应应开开始始进进行行，就就会会持持续续产产生生大大量量的的
25、反反应应热热，如如果果不不及及时时降降温温，物物料料温温度度会会越越来来越越高高，有有发发生生爆爆炸炸的的危危险险。因因此，必须降温。此，必须降温。29为此，可设计以反应器内温度为被控参数、以热为此，可设计以反应器内温度为被控参数、以热水流量和冷却水流量为控制变量的分程控制系统，调水流量和冷却水流量为控制变量的分程控制系统，调节阀节阀A、B分别控制冷却水和热水。分别控制冷却水和热水。为保证安全，为保证安全，热水阀采用气开热水阀采用气开式，冷水阀采用式，冷水阀采用气关式，则温度气关式，则温度调节器设为反作调节器设为反作用。用。TT热水热水冷却水冷却水B TCA反反反反正正30图图7.29 调节阀
26、分程关系曲线调节阀分程关系曲线MPa0100%0.020.060.10A阀阀B阀阀 TT热水热水冷却水冷却水B TCA正正反反反反工作原理如下：工作原理如下：当装料完成、化学反应开始前，温度测量值小于当装料完成、化学反应开始前，温度测量值小于设定值。调节器设定值。调节器TC输出气压大于输出气压大于0.06MPa，A（冷水）（冷水）阀关闭，阀关闭，B（热水）阀开启，反应器夹套中进的热水（热水）阀开启，反应器夹套中进的热水使反应物料温度上升。使反应物料温度上升。31反应开始后，反应物温度逐渐升高，调节器输出反应开始后，反应物温度逐渐升高，调节器输出逐渐下降，热水阀逐渐关小；当反应物料温度达到并逐渐
27、下降，热水阀逐渐关小；当反应物料温度达到并高于设定值时，调节器输出气压将小于高于设定值时，调节器输出气压将小于0.06MPa，热，热水阀完全关闭，冷水阀逐渐打开，冷水进入夹套将反水阀完全关闭，冷水阀逐渐打开，冷水进入夹套将反应热带走，使反应物料温度保持在设定值。应热带走，使反应物料温度保持在设定值。图图7.29 调节阀分程关系曲线调节阀分程关系曲线MPa0100%0.020.060.10A阀阀B阀阀 TT热水热水冷却水冷却水B TCA正正反反反反322分程控制系统的类型分程控制系统的类型按照调节阀的气开、气关形式和分程信号区段按照调节阀的气开、气关形式和分程信号区段不同，可分为以下两种类型：不
28、同，可分为以下两种类型：调节阀同向动作的分程控制系统调节阀同向动作的分程控制系统例：两个调节阀同向动作例：两个调节阀同向动作A、B均为正作用阀均为正作用阀A、B均为反作用阀均为反作用阀MPa0100%0.020.060.10A阀阀B阀阀MPa0100%0.020.060.10A阀阀B阀阀33MPa0100%0.020.060.10A阀阀B阀阀MPa0100%0.020.060.10A阀阀B阀阀调节阀异向动作的分程控制系统调节阀异向动作的分程控制系统例：两个调节阀异向动作例：两个调节阀异向动作在在0.020.06MPa区区间，间，B阀全开、阀全开、A阀逐渐阀逐渐开大；在开大；在0.060.10M
29、Pa区间，区间，A阀全开、阀全开、B阀逐阀逐渐关小。渐关小。在在0.020.06MPa区区间，间，B阀全关、阀全关、A阀逐渐阀逐渐关小；在关小；在0.060.10MPa区间，区间，A阀全关、阀全关、B阀逐阀逐渐开大。渐开大。34给定给定执行器执行器1对象对象变送器变送器控制器控制器干扰干扰执行器执行器27.6.2 分程控制系统设计及工业应用分程控制系统设计及工业应用分程控制系统本质上属于单回路控制系统。二者分程控制系统本质上属于单回路控制系统。二者的主要区别是：单回路控制系统中调节器输出控制一的主要区别是：单回路控制系统中调节器输出控制一个调节阀，分程控制系统中调节器输出控制多个调节个调节阀，
30、分程控制系统中调节器输出控制多个调节阀。因此，系统设计上有所不同。阀。因此，系统设计上有所不同。357.6.2.1 控制信号的分段控制信号的分段 在分程控制中，调节器输出信号分段是由生产工艺在分程控制中，调节器输出信号分段是由生产工艺要求决定的。调节器输出信号需要分成几段，哪一段要求决定的。调节器输出信号需要分成几段，哪一段信号控制哪一个调节阀，完全取决于工艺要求。信号控制哪一个调节阀，完全取决于工艺要求。如在此例反应如在此例反应器温度控制中，工器温度控制中，工艺需要控制两个调艺需要控制两个调节阀。因此，调节节阀。因此，调节器输出信号需要分器输出信号需要分成两段。成两段。TT热水热水冷却水冷却
31、水B TCA正正反反反反367.6.2.2 调节阀特性的选择与应注意的问题调节阀特性的选择与应注意的问题1.根据工艺要求选择同向或异向工作的调节阀根据工艺要求选择同向或异向工作的调节阀如此例中，为保证安全，热水阀采用气开式，冷水如此例中，为保证安全，热水阀采用气开式，冷水阀采用气关式。这就决定了两个调节阀异向工作。又阀采用气关式。这就决定了两个调节阀异向工作。又因工艺要求一个阀打开时，另一个必须关闭。因此两因工艺要求一个阀打开时，另一个必须关闭。因此两个阀的特性组合应是：个阀的特性组合应是：MPa0100%0.020.060.10A阀阀B阀阀 TT热水热水冷却水冷却水B TCA正正反反反反37
32、2.流量特性的平滑衔接流量特性的平滑衔接如图为蒸汽压力减压系统。小负荷时只有如图为蒸汽压力减压系统。小负荷时只有A阀控阀控制、制、B阀不开；负荷较大时阀不开；负荷较大时A阀全开、阀全开、B阀控制。阀控制。两个同向特性的调节阀并联控制一种介质的流量两个同向特性的调节阀并联控制一种介质的流量时，总流量特性是两个阀流量特性的叠加组合。时，总流量特性是两个阀流量特性的叠加组合。PTMPa0100%0.020.060.10A阀阀B阀阀38如果两个调节阀的增益差距较大，组合后的总流如果两个调节阀的增益差距较大，组合后的总流量特性有突变点，会影响调节品质。量特性有突变点，会影响调节品质。P（MPa）（a）二
33、阀特性比较接近）二阀特性比较接近0流量流量 Q（%）1000.020.060.1045（b）二阀特性差距较大）二阀特性差距较大01000.020.060.1045P（MPa）流量流量 Q（%）如果两个调节阀都用直线特性，组合后的总流量如果两个调节阀都用直线特性，组合后的总流量特性有下列两种情况：特性有下列两种情况：39（a）分程信号不重叠）分程信号不重叠P（MPa）流量流量 Q（%）01000.020.060.10如果调节阀是对数流量特性，其总流量特性衔接如果调节阀是对数流量特性，其总流量特性衔接处必有突变点。处必有突变点。可以通过两个调节阀分程信号部分重迭的办法，可以通过两个调节阀分程信号部
34、分重迭的办法，使调节阀流量特性实现平滑过渡。即将两个阀的工作使调节阀流量特性实现平滑过渡。即将两个阀的工作范围扩大，形成一段重迭区。范围扩大，形成一段重迭区。（b）分程信号重叠）分程信号重叠P（MPa）01000.020.060.10流量流量 Q（%）403.调节阀的泄漏量调节阀的泄漏量 在分程控制中，调节阀的泄漏量太大会影响控制质在分程控制中，调节阀的泄漏量太大会影响控制质量。尤其当大、小阀并联工作时，若大阀的泄漏量接量。尤其当大、小阀并联工作时，若大阀的泄漏量接近或大于小阀的正常的调节量，则小阀的调节能力大近或大于小阀的正常的调节量，则小阀的调节能力大大降低。大降低。因为大阀的泄漏量因为大
35、阀的泄漏量相当于存在一个不受控相当于存在一个不受控制的旁路管道，所以要制的旁路管道，所以要求大阀的泄漏量很小。求大阀的泄漏量很小。PT417.6.2.3 分程控制的实现分程控制的实现 分程控制要求调节阀的输入量程进行压缩。通分程控制要求调节阀的输入量程进行压缩。通过调整阀门定位器的输入信号零点和量程，使调节过调整阀门定位器的输入信号零点和量程，使调节阀在规定的信号区段作全行程动作。阀在规定的信号区段作全行程动作。（b）分程信号重叠）分程信号重叠P（MPa）01000.020.060.10流量流量 Q（%）例如，使调节阀例如，使调节阀A在在0.020.07MPa范围内作全范围内作全行程动作；使调
36、节阀行程动作；使调节阀B在在0.050.10MPa范围内作全范围内作全行程动作。行程动作。427.6.2.4 分程控制系统的工业应用分程控制系统的工业应用分程控制系统的工业应用广泛，介绍应用比较多分程控制系统的工业应用广泛，介绍应用比较多的两种形式：的两种形式：1、用于扩大调节阀的可调范围、用于扩大调节阀的可调范围有的生产工艺要求控制的流量变化范围较大，但有的生产工艺要求控制的流量变化范围较大，但是调节阀的可调范围是有限的（国产统一设计柱塞调是调节阀的可调范围是有限的（国产统一设计柱塞调节阀可调范围节阀可调范围R30）。）。若采用一个调节阀，能够控若采用一个调节阀，能够控制的制的最大流量和最小
37、流量相差不可能太悬殊最大流量和最小流量相差不可能太悬殊，满足不，满足不了生产上流量大范围变化的要求，这时可考虑采用两了生产上流量大范围变化的要求，这时可考虑采用两个控制阀并联的分程控制方案。个控制阀并联的分程控制方案。43例例 某厂蒸汽压力减压系统某厂蒸汽压力减压系统用用节节流流减减压压的的方方法法将将10MPa的的高高压压蒸蒸汽汽减减压压成成4MPa的中压蒸汽。中压蒸汽的使用量变化很大。的中压蒸汽。中压蒸汽的使用量变化很大。如如果果只只用用一一个个阀阀门门控控制制，只只能能选选择择大大口口径径阀阀。而而大口径阀在小开度下工作时，控制效果变差。大口径阀在小开度下工作时，控制效果变差。如如果果用
38、用两两个个阀阀分分程程控控制制，小小负负荷荷时时只只开开小小阀阀，负负荷荷增增大大时时再再开开大大阀阀。则则两两个个调调节节阀阀组组合合后，可调范围扩大。后，可调范围扩大。PT44设大小两个调节阀的最大流通能力分别为：设大小两个调节阀的最大流通能力分别为：CBmax=105 m3、CAmax=4.2m3；可调范围均为；可调范围均为 R=30则两个阀的最小流通能力分别为：则两个阀的最小流通能力分别为：CBmin=CBmax/R=105/30=3.5 m3CAmin=CAmax/R=4.2/30=0.14 m3两个调节阀并联使用时：两个调节阀并联使用时：最小流通能力为：最小流通能力为：Cmin=C
39、Amin=0.14最大流通能力为：最大流通能力为：Cmax=CBmax+CAmax=109.2 m3可调范围可调范围R并并=Cmax /Cmin=109.2/0.14=780并联使用后调并联使用后调节阀的可调范围增大了节阀的可调范围增大了26倍。倍。452.用于一个控制回路需要控制多个操纵量用于一个控制回路需要控制多个操纵量例如在工业废液中和处理工艺中，需要根据废例如在工业废液中和处理工艺中，需要根据废液的酸碱性（液的酸碱性（pH值），分别控制加酸量或加碱量。值），分别控制加酸量或加碱量。MPa0100%0.020.060.10酸阀酸阀碱阀碱阀 pHT反反反反正正废液废液 pHC正正碱液碱液酸
40、液酸液中和液中和液467.7 选择性控制系统选择性控制系统通通常常的的自自动动控控制制系系统统是是在在正正常常生生产产状状态态下下对对某某参参数数进进行行稳稳定定性性控控制制。一一旦旦生生产产过过程程出出现现非非正正常常状状态态（如如其其它它参参数数超超过过安安全全线线），就就得得放放弃弃对对此此参参数数的的控控制制，否否则则会会发发生生事事故故。待待采采取取生生产产保保护护措措施施消消除除非非正正常状态后，控制系统再重新投入工作。常状态后，控制系统再重新投入工作。传统的生产保护措施是硬保护措施。当生产操作传统的生产保护措施是硬保护措施。当生产操作达到安全极限时，发出声、光报警。操作工立即将控
41、达到安全极限时，发出声、光报警。操作工立即将控制器切到手动操作、或是通过专门设置的联锁保护线制器切到手动操作、或是通过专门设置的联锁保护线路实现自动停车，以排除险情。路实现自动停车，以排除险情。47如如果果控控制制系系统统具具有有自自动动应应变变能能力力，对对于于不不同同的的生生产产状状态态，能能自自动动选选择择不不同同的的控控制制方方案案。当当生生产产出出现现不不正正常常状状况况时时，能能自自动动切切换换到到保保护护性性控控制制回回路路，让让保保护护性性控控制制回回路路来来恢恢复复生生产产状状态态；当当生生产产恢恢复复正正常常时时，再再自自动动切切回回稳稳定定性性控控制制回回路路。这这样样就
42、就不不需需要要通通过过人人工工或或停停车车操操作作对对生生产产进进行行保保护护，称称为为软软保保护护措施。措施。选选择择性性控控制制系系统统就就是是能能根根据据生生产产状状态态自自动动选选择择合合适适的的控控制制方方案案的的控控制制系系统统。系系统统设设有有多多个个控控制制回回路路，由由选选择择器器根根据据设设计计的的逻逻辑辑关关系系选选通通某某个个控控制制回回路。路。487.7.1 选择性控制系统的类型选择性控制系统的类型选择性控制系统通过选择器实现选择功能。选择性控制系统通过选择器实现选择功能。选择选择器器可以接在调节器的输出端，对控制信号进行选择；可以接在调节器的输出端，对控制信号进行选
43、择；也可以接在变送器的输出端，对测量信号进行选择。也可以接在变送器的输出端，对测量信号进行选择。1.对调节器输出信号进行选择对调节器输出信号进行选择给定给定2变送器变送器2执行器执行器对象对象被控量被控量2给定给定1变送器变送器1控制器控制器1选择器选择器被控量被控量1干扰干扰控制器控制器2正常控制正常控制取代控制取代控制49例例1 锅炉蒸汽压力的控制锅炉蒸汽压力的控制工艺要求锅炉输出蒸汽压力稳定。若用单回路工艺要求锅炉输出蒸汽压力稳定。若用单回路控制系统控制，则根据蒸汽出口压力控制燃气量。控制系统控制，则根据蒸汽出口压力控制燃气量。燃气燃气锅炉给水锅炉给水蒸汽蒸汽汽包汽包炉膛炉膛P1TP1C
44、正正反反如果蒸汽用量如果蒸汽用量大幅度变化，蒸汽大幅度变化，蒸汽压力控制系统会使压力控制系统会使燃气阀门开度大幅燃气阀门开度大幅变化。但燃气压力变化。但燃气压力过高会发生脱火。过高会发生脱火。50为为防防止止产产生生脱脱火火现现象象，增增加加一一个个燃燃气气高高压压保保护护控控制制回回路路。用用P2T测测燃燃气气压压力力，P2C的的设设定定值值为为燃燃气气高高压压上上限限值值，当当燃燃气气压压力力低低于于上上限限值值时时，P2C输输出出高高值值信号。信号。燃气燃气P2C锅炉给水锅炉给水蒸汽蒸汽汽包汽包炉膛炉膛选择器选择器1P2TP1TP1C反反反反正正用低选器自用低选器自动地选择两个控动地选择
45、两个控制信号中较低的制信号中较低的一个，作为阀门一个，作为阀门的控制信号。的控制信号。51P2C输输出出高高值值时时，LS选选中中P1C作作为为输输出出。系系统统是是以以蒸蒸汽汽压压力力为为被被控控变变量量的的简简单单控控制制系系统统。当当煤煤气气压压力力超超过过P2C给给定定值值时时，P2C输输出出低低值值，LS将将改改选选P2C作作为输出。为输出。系统处于燃系统处于燃气压力控制时，气压力控制时，蒸汽出口压力控蒸汽出口压力控制回路被燃气压制回路被燃气压力安全保护回路力安全保护回路所取代。所取代。燃气燃气P2C锅炉给水锅炉给水蒸汽蒸汽汽包汽包炉膛炉膛选择器选择器1P2TP1TP1C反反反反正正
46、52燃气燃气P2C锅炉给水锅炉给水蒸汽蒸汽汽包汽包炉膛炉膛选择器选择器1P2TP1TP1C反反反反正正在在蒸蒸汽汽压压力力定定值值控控制制与与燃燃气气高高压压自自动动保保护护的的选选择择控控制制过过程程中中，还还可可能能出出现现另另一一种种事事故故：如如果果因因蒸蒸汽汽负负荷荷很很低低，导导致致燃燃气气流流量量过过低低，会会出出现现熄熄火火现现象象，也也必必须加以防止。须加以防止。53为防止出现熄火现象，再增加一个燃气低压保护为防止出现熄火现象，再增加一个燃气低压保护控制回路控制回路 P3T、P3C。P3C的设定值为燃气压力下的设定值为燃气压力下限值，当燃气压力低于下限值时，限值，当燃气压力低
47、于下限值时，P3C输出高值信号，输出高值信号，被被HS选中。选中。燃气燃气P2C锅炉给水锅炉给水蒸汽蒸汽汽包汽包炉膛炉膛选择器选择器1选择器选择器2P3TP3CP2TP1TP1C正正反反反反反反当当燃燃气气压压力力高高于于下下限限值值时时，P3C输输出出低低值值信信号号，不不会会被被HS选中。选中。54本系统的选择器在控制器之后，是三选一系统。本系统的选择器在控制器之后，是三选一系统。当系统处于燃气压力保护控制期间，蒸汽出口压力不当系统处于燃气压力保护控制期间，蒸汽出口压力不能保证符合工艺要求。能保证符合工艺要求。燃气燃气P2C锅炉给水锅炉给水蒸汽蒸汽汽包汽包炉膛炉膛选择器选择器1选择器选择器
48、2P3TP3CP2TP1TP1C正正反反反反反反552对变送器输出信号进行选择对变送器输出信号进行选择这种系统的选择器装在控制器之前，对变送器输这种系统的选择器装在控制器之前，对变送器输出信号进行选择。用于几个被控变量的给定值、控制出信号进行选择。用于几个被控变量的给定值、控制规律都一样的场合。规律都一样的场合。给定给定变送器变送器2执行器执行器对象对象被控量被控量2变送器变送器1选择器选择器被控量被控量1干扰干扰 控制器控制器正常控制正常控制56例例2 固定床反应器中热点温度的控制固定床反应器中热点温度的控制反应器内固定床上装有催化剂以加速反应，而反反应器内固定床上装有催化剂以加速反应，而反
49、应产生的热量若不及时被冷却液带走，温度过高会烧应产生的热量若不及时被冷却液带走，温度过高会烧坏催化剂。因催化剂的老化、变质和流动等原因，固坏催化剂。因催化剂的老化、变质和流动等原因，固定床不同位置的温度可能不同。定床不同位置的温度可能不同。在不同位置分别在不同位置分别安装温度传感器，由安装温度传感器，由选择器选出热点温度选择器选出热点温度信号，送入控制器进信号，送入控制器进行控制。行控制。冷却液冷却液入料入料T1TTC反反T2TT3T反应器反应器产品产品反反57给定给定变送器变送器2执行器执行器对象对象3段段变送器变送器1选择器选择器被控量被控量1 控制器控制器对象对象2段段对象对象1段段变送
50、器变送器1在此设备中，三在此设备中，三点被控温度是串联关点被控温度是串联关系。因此，控制系统系。因此，控制系统方框图中对象特性可方框图中对象特性可等效为串联的三段。等效为串联的三段。冷却液冷却液入料入料T1TTC反反T2TT3T反应器反应器产品产品反反587.7.2 选择性控制系统的设计原则选择性控制系统的设计原则选择性控制系统是多个常规控制系统的组合。与选择性控制系统是多个常规控制系统的组合。与常规控制系统的设计相比，主要不同点是选择器的设常规控制系统的设计相比，主要不同点是选择器的设计选型和调节器调节规律的确定。计选型和调节器调节规律的确定。1选择器的选型选择器的选型选择器有高值选择器选择