亚美体育app官方网站串级控制系统的原理及设计

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　　串级控制系统的原理及在DCS上的应用串级控制系统的原理及设计中应注意的问题摘要介绍了串级控制系统的基本原理性能和设计中应注意的几个问题关键词内环外环增益时间常数对象共振现象积分饱和现象1 概述11串级控制系统介绍单回路控制系统只用一个调节器调节器只有一个输入信号即只有一个闭环在大多数情况下这种简单系统能够满足工艺生产的要求但是也有一些另外的情况譬如调节对象的动态特性决定了它很难控制而工艺对调节质量的要求又很高或者对调节对象的控制任务要求特殊则单回路控制系统就无能为力了另外随着生产过程向着大型连续和强化方向发展对操作条件要求更加严格参数间相互关系更加复杂对控制系统的精度和功能提出许多新的要求为此需要在单回路的基础上采取其他措施组成复杂控制系统串级控制是改善调节过程的一种极为有效的方法并且在实际中得到了广泛的应用我厂的生产过程自动控制系统中串级控制系统是应用最为广泛的复杂控制系统12串级控制系统的引入先来看一个例子图11精馏塔提馏段温度控制方案简单控制系统图11是精馏塔底部示意图在再沸器中用蒸汽加热塔釜液产生蒸汽然后在塔釜中与下降物料流进行传质传热为了保证生产过程顺利进行需要把提馏段温度t保持恒定为此在蒸汽管路上装一个调节阀用它来控制加热蒸汽流量从调节阀动作到温度t发生变化需要相继通过很多热容积实践证明加热蒸汽压力的波动对温度t的影响很大此外还有来自液相加料方面的各种扰动包括他的流量温度和组分等它们通过提馏段的传质传热过程以及再沸器中的传热条件塔釜温度再沸器液面等最后也影响到温度t当加热蒸汽压力较大时如果采用图11所示的简单控制系统调节质量一般都不能满足生产要求

　　如果采用一个附加的蒸汽压力控制系统把蒸汽压力的干扰克服在入塔前这样也提高了温度调节的品质但这样就需要增加一只调节阀并增加了蒸汽管路的压力损失在经济上很不合理比较好的方法是采用串级控制如图12所示Q图12提馏段温度串级控制方案副调节器QC2根据加热蒸汽流量信号控制调节阀这样就可以在加热蒸汽压力波动的情况下仍能保持蒸汽流量稳定副调节器QC2的给定值则受主调节器tc1的控制后者根据温度t改变流量给定值Qr从而保证在发生进料方面的扰动的情况下仍能保持温度t满足要求用这种方法可以非常有效的克服蒸汽压力波动对于温度t的影响因为流量自稳定系统的动作很快蒸汽压力变化引起的流量波动在2至3秒内就消除了而这样短暂时间的蒸汽流量波动对于温度t的影响是很微小的该串级控制系统方框图如图13所示图13提馏段温度串级控制系统由以上例子可看出一个通用的串级控制系统框图如图14图14一般串级控制系统从图中可以看出串级系统和简单系统有一个显著的区别即其在结构上形成可两个闭环一个闭环在里面称为副回路在控制过程中起着粗调的作用一个环在外面称为主回路用来完成细调任务以最终保证被调量满足工艺要求无论主环或副环都有各自的调节对象测量变送元件和调节器主副调节器的作用各不相同主调节器具有自己独立的设定值它的输出作为副调节器的设定值而副调节器的输出信号则是送到调节阀去控制生产过程与简单控制系统相比只是多了一个测量变送元件和一个调节器增加的仪表投资并不多但控制效果却有明显的提高2 串级控制系统的性能简析21在串级控制系统中由于加入了一个副回路而二次扰动是先进副回路经副回路的抑止作用再进主环在此过程中串级系统的结

　　构使二次干扰对主参数这一通道的动态增益明显减少因此对主回路中的主参数的影响将较大的减弱22由于副回路的存在使得对象的动态特性得到明显改善即使得等效对象的时间常数减小了而且随着副调节器比例增益的增大而减小因此副回路的比例增益可以取的很大等效时间常数可减小到很小的数值从而加快了副环的响应速度因此可以加大主调节器的增益而保证系统稳定这都将提高系统的工作频率23在串级系统中由于串级控制系统的结构负荷的变化引起副回路内各环节参数的变化时对等效对象的增益影响不大因此在不改变调节器整定参数的情况下系统的副回路能能自动的克服一些非线性因素的影响保持或接近原有的控制质量另一方面由于副回路通常是一个流量随动系统当系统操作条件或负荷改变时主调节器将改变其输出值副回路能快速跟踪及时精确的控制流量从而保证系统的控制品质以上两方面都说明串级控制系统对负荷的变化有一定的自适应能力3 串级系统设计和实施中应注意的几个问题31副回路的设计副回路的设计质量是保证发挥串级系统优点的关键所在其中的关键又是副参数的选择一般应遵循以下几个原则1 副参数的选择应使副回路的时间常数小调节通道短反应灵敏2 副回路应包含被控对象所受到的主要干扰调节通道短与尽可能多的纳入干扰这两者间存在矛盾应在设计中加以协调3 2主副回路工作频率的选择要注意串级系统的共振现象一般取主回路的阻尼自然振荡周期为副回路的阻尼自然震荡周期的3到10倍33设计中应采取措施防止调节器积分饱和的现象以上是我对串级控制系统及其应用的几点认识在今后的工作中我将继续深入了解有关理论注重其在实际中的应用完善自己有关方面的知识20021126

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