文档介绍：第四章串级控制系统
4-1 概述
一﹑串级控制系统的组成
炼油厂常用的设备中有一种叫管式加热炉, 工艺要
求被加热原料在炉的出口温度保持恒定. 单回路控制系
控制阀
出口温度
燃料油
原料油
设定值
测量值
变送器
控制量
但此方案的实际控制效果并不理想,
统的方案如下图.
原因是, 影响燃料油流量除阀门开
度外, 油压也
对流量产生影
响, 而此影响
使被控量
即出口温度发
生变化后, 控制器
才改变阀的开度, 使流量产生相应的变化以克服油压变
化这一干扰因素. 但由于燃料油要经过管道传输﹑燃烧
传热等一系列环节, 总滞后较大, 导致控制作用不及时,
尤其当燃料油压力变化较大且频繁时, 将使系统偏差增大
控制质量显著降到低.
既然燃料油压力变化是主要干扰, 且其对出口温度影
响滞后较大, 则是否能通过控制燃料油流量来间接达到控
控制阀
出口温度
燃料油
原料油
设定值
测量值
变送器
控制量
制出口温度的目的? 给出下图控制方案.
此方案的优点在
于能及时有效地克服燃料油压力
的干扰, 使流
量的波动对出
口温度的影响
降到最低程度.
此方案的缺点是出口
温度不是被控量, 燃料油流量是间接被控量, 这就要求燃料
油流量对出口温度有足够的灵敏度且两者间有一一对应的
关系. 但影响出口温度的还有燃料油的热值﹑炉膛的压力
(影响燃烧所需的空气含氧量)﹑原料油入口温度及入口
流量等诸多因素, 且当上述因素引起出口温度变化时, 由
于出口温度未反馈到系统的输入端, 故此方案无法克服上
述因素的干扰将温度调节到理想状态.
上面两种方案各有优缺点, 下图是把两种方案结合
起来的一种控制方案.
控制阀
出口温度
燃料油
原料油
控制量
流量测量值
流量变送器
温度设定值
温度测量值
温度变送器
在此方案中, 用温度控制器的
输出作为流量控制器的设定值
由流量控制器的输出去调节
燃料油的流量. 从结构上
看, 其特点是
两个控制器串
接使用故此方
案可叫加
热炉出口温度与
燃料油流量的串级控制系统.
由结构示意图可画出其方框图.
为便于对串级控制系统的
控制阀
出口温度
燃料油
原料油
温度测量值
温度变送器
温度设定值
流量测量值
流量变送器
控制量
温度对象
流量对象
控制阀
流量控制器
温度控制器
流量检测变送器
温度检测变送器
工作原理进行定性分析, 先给
出串级控制系统的一些常用名
词术语.
主变量: 起主
导作用, 关系
到产品产量﹑
质量和操作安
全的被控量
如炉出口温度
主变送器: 检测和变送主变量的变送器.
副变量:
为稳定主变量或因某种需要而引入的辅助变量
如燃料油流量
副变送器: 检测和变送副变量的变送器.
主控制器: 按主变量的测量值与设定值的偏差进行工作
的控制器, 如温度控制器.
副控制器: 按副变量的测量值与主控制器的输出值即副
控制器的设定值之间的偏差进行工作的控制
器, 如流量控制器.
主对象: 主变量所处的那部分工艺设备, 其输入信号为
副变量, 输出信号为主变量, 如温度对象.
副对象: 副变量所处的那部分工艺设备, 其输入信号为
操纵量, 输出信号为副变量, 如流量对象.
主回路: 在串级控制系统方框图中, 处于外环(也叫主
环)的整个闭合回路.
副回路: 串级控制系统方框图中的内环(也叫副环), 有
时也称随动回路.
一次干扰: 作用在主对象上的干扰, 如
二次干扰: 作用在副对象上的干扰, 如
应用上述名称和术语, 可得一般串级控制系统的如下方框图
主对象
副对象
控制阀
副控制器
主控制器
副变送器
主变送器
副回路
主回路
二﹑串级控制系统的工作过程
以管式加热炉出口温度与燃料油流量串级控制系统为
例, 定性分析此类系统克服干扰的过程. 首先应按工艺机
理和保证生产的安全性确定系统中各固有对象和装置的正
反作用, 然后选择主﹑副控制器的正反作用, 使主﹑副回
路均为负反馈.
由于燃料油
, 温度对象为正作用;
温度对象
流量对象
控制阀
流量控制器
温度控制器
流量检测变送器
温度检测变送器
“+”
阀门开度增大, 导致流经阀门的燃料油流
,流量对象为
正作用;
“+”
考虑到一旦发生故障, 不致使加热炉烧坏, 控制阀
采用气开式, 则控制阀为正作用;
“+”
流量和温度检测变送器均
为正作用;
“+”
“+”
先选择副回路中流量控制器正反作用, 根据控制
器正反作用选择规则, 流量控制器选择反作用,
“-”
则
. 由于副回路为