过程控制系统第四章 串级控制系统
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§4串级控制系统基本要求:1.掌握串级控制系统的结构、特点及应用场合;2.掌握串级控制系统中副变量的确定及主、副控制器正、反作用的选择;3.了解串级控制系统中主、副控制器参数的工程整定方法。
§4.1基本概念一.串级控制系统的结构举例:通过一个例子,引出串级控制系统及方框图方框图:对照方框图,说明串级控制系统的有关名词例:管式加热炉出口温度控制系统管式加热炉简介:化工生产中的一个装置,对出口温度的控制十分重要(延长炉子寿命,保证产品质量),管式加热炉是一根很长的加热管道,燃料在炉膛燃烧后,通过炉膛与原料油的温差将热量传给原料油。
单回路控制方案一:被控参数出口温度,控制参数燃料量。
方案是可行,合理。
但质量比较差。
原因:被控过程时间常数大(约15分钟),所以调节不及时,质量差(如超调量大,过渡时间长/振荡周期长等)。
为克服控制通道长的缺点,考虑采用方案二:被控参数炉膛温度,则控制通道短,控制作用及时。
但炉膛温度毕竟不等于出口温度,不能满足生产要求。
实践中,将两种方案结合,构成了串级控制系统。
串级控制《过程控制系统及仪表》—加热炉温度控制系统:被控参数出口炉温,控制参数燃料量《自动化仪表与过程控制》—锅炉过热蒸汽温度调节系统:《化工仪表及自动化》—管式加热炉出口温度调节系统,好象同《过程控制系统及仪表》《过程控制系统及工程》—精馏塔提馏段温度控制系统,《控制技术与系统》—管式加热炉出口温度控制系统,同《化工仪表及自动化》综观几本书,管式加热炉出口温度调节系统是比较常用的例子。
该炉的工艺和控制要求简单介绍一下:化工生产中的一个装置,对出口温度的控制十分重要(延长炉子寿命,保证产品质量),管式加热炉是一根很长的加热管道,燃料在炉膛燃烧后,通过炉膛与原料油的温差将热量传给原料油。
显然,可设计单回路调节系统,控制量为燃料量,使出口温度保持一定的值。
方案是可行的,合理的。
但质量比较差。
原因:被控过程时间常数大(约15分钟),所以调节不及时,质量差(如超调量大,过渡时间长/振荡周期长等)。
实验一串级控制系统组成实验一、概念在串级控制系统中,采用了主、副两只控制器,其中主控制器的输出作为副控制器的给定,而由副控制器的输出去控制控制阀。
本次实验采用仪表实验装置,其内容就是让学生自行连成液位与液位及液位与流量两个串级控制系统。
二、目的要求、1.熟悉实验装置(参见实验指导书)。
2.利用所提供的液位实验装置连成一个以二阶液位L2为主变量,一阶液位L1为副变量,F2为控制变量的液位与液位串级控制系统。
3.利用液位实验装置连成一个以二阶液位L2为主变量,以一阶液位F l为副变量和控制变量的液位与流量串级控制系统。
三、注意事项1.本次实践只连线路,不允许接通电源。
四、思考问题1.串级控制系统中主、副控制器的内、外给定开关应如何放置?2.试分析液位与液位串级控制系统在干扰作用下的工作过程。
3.已知控制阀为气闭式,并安装在水槽的入口处,试分析液位与液位串级控制系统中主、副控制器的正、反作用应如何选?实验二串级控制系统的投运和整定一、概述串级控制系统具有主、副两只控制器,因此投运和整定要比单回路系统复杂一些。
但只要按照先副后主的步骤循序进行,并掌握住投运和整定的要领,串级控制系统的投运和整定方法也是不难掌握的。
串级控制系统的整定方法很多,本次采用的是一步整定法。
即先根据副变量的类型,按经验数据将副控制器参数一次性放好,不再改变,然后再按单回路系统的4:1衰减曲线法直接整定主控制器的参数。
本次实验要求学生利用所提供的液位实验装置连成一个以二阶液位L2为主变量,一阶液位L l为副变量,F2为控制变量的液位与液位串级控制系统,并对该系统进行投运和整定实践。
二、实验目的1.串级控制系统的投运2.串级控制系统控制器参数的整定三、实验要求1.掌握串级控制系统的投运方法。
2.掌握一步整定法整定串级控制系统控制器参数的方法。
3.要求学生根据实验的目的要求自行拟定实验步骤。
4.实验完成后一星期内每人提交一份实验报告,内容要求同前。