过程控制 第四章 复杂过程控制系统-比值控制4
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第五章复杂控制系统钱厚亮南京工程学院工业中心2013/01一、串级控制系统二、均匀控制系统三、比值控制系统四、前馈控制系统复杂控制系统定义:通常复杂控制系统是多变量的,具有两个以上变送器、两个以上控制器或两个以上控制阀所组成的多个回路的控制系统,所以又称为多回路控制系统。
常见的复杂控制系统有串级、均匀、比值、分程、三冲量、前馈、选择性等系统。
4.1 串级控制系统一、串级控制系统概述目的:①可延长炉子寿命,防止炉管烧坏;②可保证后面精馏分离的质量。
为了控制炉出口温度,可以设置一个简单控制系统。
PID反作用气开由于炉子的控制通道容量滞后很大,反应缓慢,控制精度低,但是工艺上要求炉出口温度的变化范围为±(1~2)℃。
上图的单变量单回路控制系统是难以满足的。
串级控制系统简单控制系统1.串级控制系统的组成串级控制系统定义:由两个测量变送器、两个控制器其中一个控制器的输出是另一个控制器的给定、一个控制阀组成的双闭环定值系统.2.串级控制系统中常用的名词主被控变量(Yl):是工艺控制指标或与工艺控制指标有直接关系,在串级控制系统中起主导作用的被控变量。
副被控变量(Y2):大多为影响主被控变量的重要参数。
主控制器:在系统中起主导作用,按主被控变量和其设定值之差进行控制运算,并将其输出作为副控制器给定值。
副控制器:在系统中起辅助作用,按所测得的副被控变量和主控输出之差来进行控制运算,其输出直接作用于控制阀的控制器,简称为“副控”。
主变送器:测量并转换主被控变量的变送器。
副变送器:测量并转换副被控变量的变送器。
主对象:大多为工业过程中所要控制的、由主被控 变量表征其主要特性的生产设备或过程。
副对象:大多为工业过程中影响主被控变量的、由副被控变量表征其特性的辅助生产设备或辅助过程。
副回路:由副变送器、副控制器、控制阀和副对象所构成的闭环回路 , 又称为“ 副环” 或“内环”。
主回路:由主变送器、主控制器、副回路等效环节、主对象所构成的闭环回路,又称为“主环”或“外环”。
复杂过程控制系统复杂过程控制系统是在工业生产中广泛应用的一种自动化控制系统。
它通常由多个子系统和分布式控制单元组成,用于监测和控制物理过程中的各种参数和变量。
这些系统通常用于化工、石油、电力、冶金和制药等行业,帮助提高生产效率、降低生产成本,并确保产品质量的稳定性。
1.传感器和执行器:传感器用于监测和测量物理过程中的各种参数,如温度、压力、流量和浓度等。
执行器用于控制各种执行设备,如阀门、开关和电机等。
2.控制器:控制器是系统的核心组件,负责处理传感器采集到的数据,并根据预定的控制算法进行计算和决策。
常见的控制算法包括PID控制、模糊逻辑控制和模型预测控制等。
3.通信网络:复杂过程控制系统通常是分布式的,需要通过通信网络将各个子系统和分布式控制单元连接起来,实现数据的传输和共享。
通信网络可以采用以太网、现场总线和无线通讯等多种技术。
4.数据存储和处理:复杂过程控制系统通常需要处理大量的实时数据,这些数据需要进行存储和处理,以便后续分析和优化。
常见的数据存储和处理技术包括数据库、数据仓库和大数据分析等。
5.人机界面:复杂过程控制系统通常需要人机界面来展示和操作控制系统的状态和参数。
人机界面可以采用计算机监视器、触摸屏和报警器等多种设备,以便操作员及时了解系统的运行状况并进行调整。
在复杂过程控制系统中,通常还需要考虑以下几个方面的问题:1.安全性:复杂过程控制系统通常处于高风险的工业环境中,因此安全性是一个重要考虑因素。
系统需要采取措施来防止任何非法、损坏或恶意的访问,并确保系统的稳定性和可靠性。
2.可靠性:复杂过程控制系统通常需要长时间的运行,因此可靠性是一个重要指标。
系统需要设计合理的备份机制和冗余系统,以防止单点故障导致系统的停机或数据丢失。
3.故障诊断和维护:系统需要具备故障诊断和维护功能,以便快速发现和解决系统中的故障。
这可以通过自动化的故障诊断系统和远程监控系统来实现。
4.系统集成:复杂过程控制系统通常由多个子系统和分布式控制单元组成,系统集成是一个重要的工作。
思考与练习题参考答案第4章执行器(1)执行器在过程控制中起什么作用?常用的电动执行器与气动执行器有何特点?答:执行器是过程控制系统中一个重要的组成部分,它的作用是接受来自控制器输出的控制信号,并转换成直线位移或角位移来改变调节阀的流通面积,以改变被控参数的流量,控制流入或流出被控过程的物料或能量,从而实现对过程参数的自动控制,使生产过程满足预定的要求。
电动执行器能源取用方便,动作灵敏,信号传输速度快,适合于远距离的信号传送,便于和电子计算机配合使用。
但电动执行器一般来说不适用于防火防爆的场合,而且结构复杂,价格贵。
气动执行器是以压缩空气作为动力能源的执行器,具有结构简单、动作可靠、性能稳定、输出力大、成本较低、安装维修方便和防火防爆等优点,在过程控制中获得最广泛的应用。
但气动执行器有滞后大、不适于远传的缺点,为了克服此缺点,可采用电/气转换器或阀门定位器,使传送信号为电信号,现场操作为气动,这是电/气结合的一种形式,也是今后发展的方向。
(2)执行器由哪几部分组成?各部分的作用是什么?答:执行器由执行机构和调节机构(又称为调节阀)两个部分组成执行机构是执行器的推动装置,它根据控制信号的大小,产生相应的推力,推动调节机构动作。
调节机构是执行器的调节部分,在执行机构推力的作用下,调节机构产生一定的位移或转角,直接调节流体的流量。
(3)简述电动执行器的构成原理,伺服电机的转向和位置与输入信号有什么关系?答:电动执行机构由伺服放大器和执行机构两部分组成。
伺服放大器是由前置磁放大器、触发器,可控硅主回路及电源等部分组成。
执行机构又包括两相伺服电动机、减速器和位置发送器。
伺服放大器综合输入信号和反馈信号,并将该结果信号加以放大,使之有足够大的功率来控制伺服电动机的转动。
根据综合后结果信号的极性,放大器应输出相应极性的信号,以控制电动机的正、反运转前置级磁放大器是一个增益很高的放大器,来自控制器的输入信号和位置反馈信号在磁放大器中进行比较,当两者不相等时,放大器把偏差信号进行放大,根据输入信号与反馈相减后偏差的正负,放大器输出电压,控制两个晶体管触发电路中一个工作,一个截止。