1、2022-12-3第四讲第四讲 复杂过程控制系统复杂过程控制系统1第四讲复杂过程控制系统主讲人：主讲人：王同敏王同敏材料科学与工程学院材料科学与工程学院2022-12-3第四讲第四讲 复杂过程控制系统复杂过程控制系统21.复杂控制系统复合控制系统复合控制系统是由两个及两个以上简单控制系统组合起来的控制一个或同时控制多个参数的控制系统。常见复合控制系统主要有以下几种：串级控制系统串级控制系统 均匀控制系统均匀控制系统 比值控制系统比值控制系统 选择性控制系统选择性控制系统 分程控制系统分程控制系统 多冲量控制系统多冲量控制系统2022-12-3第四讲第四讲 复杂过程控制系统复杂过程控制系统31.
2、1 串级控制系统串级控制系统：串级控制系统：有两个闭环反馈回路，每个回路都有自己的控制器、测量变送器，但只有一个执行器。两个控制器采用串联控制方式，主控制器的输出作为副控制器的给定值，而由副控制器的输出来控制执行器的动作。所以，主回路是一个定值控制系统，副回路则是一个随动控制系统。2022-12-3第四讲第四讲 复杂过程控制系统复杂过程控制系统4例：管式加热炉的控制 主参数（目标参数）：主参数（目标参数）：出口温度出口温度 操纵变量：燃料量操纵变量：燃料量 副变量：炉温副变量：炉温出口温度出口温度炉温炉温燃料量燃料量原料原料量变化原料量变化炉温变化炉温变化出口温度变化出口温度变化通过燃料量调节
3、炉温通过出口温度调节炉温设定值2022-12-3第四讲第四讲 复杂过程控制系统复杂过程控制系统5管式加热炉流程图和方块图2022-12-3第四讲第四讲 复杂过程控制系统复杂过程控制系统6串级控制的特点 两个回路两个回路：主回路、副回路 两个变量两个变量：主变量、副变量 两个控制器两个控制器 一个执行器一个执行器 改善动态特性：改善动态特性：有效克服了滞后 自适应能力：自适应能力：可应用于负荷和操作条件变化较大的场合。2022-12-3第四讲第四讲 复杂过程控制系统复杂过程控制系统7串级控制的通用方块图2022-12-3第四讲第四讲 复杂过程控制系统复杂过程控制系统8串级控制系统中副回路的确定主
4、、副回路应有一定的内在联系内在联系副回路应尽可能多地包含干扰因素尽可能多地包含干扰因素主要干扰应包含在副回路中；在可能条件下，使副回路包含较多的次要干扰。注意主、副回路的时间匹配时间匹配，防止“共振”尽量使副回路包含较少的滞后时间副回路包含较少的滞后时间。2022-12-3第四讲第四讲 复杂过程控制系统复杂过程控制系统9控制规律与正反作用 控制规律控制规律 主回路：无余差PI、PID控制 副回路：快速反应纯P控制。正反作用正反作用 主回路：根据主、副变量的关系确定正反作用；副回路：根据系统安全性确定正反作用。2022-12-3第四讲第四讲 复杂过程控制系统复杂过程控制系统101.2 均匀控制系
5、统 当系统中具有两个相互关联的参数两个相互关联的参数，其中任意一个参数的稳定必然导致另一个参数的大幅度变化，而工艺上需要两者兼顾时，可采用均匀控制。均匀控制的目标：均匀控制的目标：两个参数都是变化的，且变化缓慢；两个参数的变化范围都要尽可能小。2022-12-3第四讲第四讲 复杂过程控制系统复杂过程控制系统111.3 比值控制系统 比值控制系统比值控制系统：实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统。比值控制方案比值控制方案 开环比值控制系统：开环比值控制系统：以一个参数的测定值控制另一个参数；单闭环比值控制系统单闭环比值控制系统：以一个参数的测定值计算出另一个参数闭环控制的设定值；双闭
6、环比值控制系统双闭环比值控制系统：以一个单闭环参数的测定值计算另一个参数闭环控制的设定值；变比值控制系统：变比值控制系统：以第三个参数的大小决定上述控制系统的比值。2022-12-3第四讲第四讲 复杂过程控制系统复杂过程控制系统121.4 选择性控制系统 两种系统保护措施两种系统保护措施 硬保护：极限情况下，声光报警，转入人工控制或停车；软保护：极限情况下，转入另一种控制模式，进行自动处理选择性控制系统。选择性控制系统分类选择性控制系统分类 开关型选择性控制系统：由限位信号切断控制器输出；连续型选择性控制系统：由限位信号切换为另一个控制器输出给执行器；混合型选择性控制系统：采用两个限制信号，同
7、时进行上述两种控制。2022-12-3第四讲第四讲 复杂过程控制系统复杂过程控制系统131.5 分程控制系统 分程控制系统：分程控制系统：由一个控制器一个控制器同时控制两个执行机构两个执行机构并使之次第执行的控制系统。使用范围使用范围：扩大调节范围，提高调节精度；可用于两种不同的介质，以满足工艺要求；用作生产安全的防护措施。2022-12-3第四讲第四讲 复杂过程控制系统复杂过程控制系统14分程控制系统示例LTLV1LCLV22022-12-3第四讲第四讲 复杂过程控制系统复杂过程控制系统151.6 多冲量控制系统 多冲量控制系统：多冲量控制系统：以多个变量多个变量经过一定的运算后，共同共同控
8、制同一个执行器控制同一个执行器，以实现较高质量的控制系统。2022-12-3第四讲第四讲 复杂过程控制系统复杂过程控制系统16多冲量控制系统示例锅炉液位控制系统LVLCLTLVLCLTFTLVLCLTFTFT单冲量单冲量双冲量双冲量三冲量三冲量2022-12-3第四讲第四讲 复杂过程控制系统复杂过程控制系统172.计算机程序控制系统 工业控制计算机的特点：工业控制计算机的特点：可靠性强，抗干扰能力强；与用户设备联结方便；可以使用单一的计算机语言，或通用语言。计算机控制基本原理：计算机控制基本原理：计算机中，所有数据均以高低电平表示有电、无电；所有数据存在位置都以地址表示；计算机通过指定地址（包
9、括接口位置）对数据读、写。2022-12-3第四讲第四讲 复杂过程控制系统复杂过程控制系统18计算机内部结构原理图 CPUROMRAMEPROMI/OCRTPRNKBMOUSENETI/O2022-12-3第四讲第四讲 复杂过程控制系统复杂过程控制系统192.1 直接计算机控制系统 直接数字控制系统直接数字控制系统 Direct Digital Control DDC 用一台工业计算机一台工业计算机配以适当的输入输出设备，从生产过程中经输入通道获取信息，按照预先规定的控制算法计算出控制量，并通过输出通道，直接作用到执行机构上，实现对生产过程的闭环控制。DDC控制系统实质上控制系统实质上是以计算
10、机为控制器过程控制系统。DDC控制系统的特点：控制系统的特点：高可靠性，友好的人机对话界面，方便的显示打印功能，灵活的控制规律。2022-12-3第四讲第四讲 复杂过程控制系统复杂过程控制系统202.2 计算机控制网络系统 一个独立的计算机工作站就如同一台独立的家用计算机，可以通过网线和服务器构成计算机网络计算机网络。如同其它计算机局域网一样，通过计算机控制网络同样可以进行数据的传输和远程操作。各工作站的历史数据也可以通过网络按需要进行储存和显示打印。2022-12-3第四讲第四讲 复杂过程控制系统复杂过程控制系统212.3 计算机集散式控制系统集散控制系统集散控制系统 Distributed
11、 Control System（DCS）基于计算机网络计算机网络，按实际功能进行梯阶控制和管理的复杂控制系统。DCS系统组成系统组成现场控制站：局部控制、数据采集与传送；人机接口：系统编程（组态）、状态监视、操作；通讯接口：信息传送；通用计算机接口与通用计算机：系统管理、数据输出、打印等。2022-12-3第四讲第四讲 复杂过程控制系统复杂过程控制系统22集散式控制系统的特点采用分级梯阶结构采用分级梯阶结构 过程控制、优化控制、自适应控制、工厂管理；采用微机智能技术采用微机智能技术采用网络通讯技术采用网络通讯技术丰富的功能软件包丰富的功能软件包强有力的人机接口功能强有力的人机接口功能采用高可靠技术采用高可靠技术 提高硬件可靠性，采用冗余配置。2022-12-3第四讲第四讲 复杂过程控制系统复杂过程控制系统23本讲小结1.控制规律控制规律的选择的选择2.复杂控制系统复杂控制系统的分类、特点、应用场合的分类、特点、应用场合3.计算机控制系统计算机控制系统介绍介绍4.下一讲下一讲:温度测量方法及控制温度测量方法及控制2022-12-3第四讲第四讲 复杂过程控制系统复杂过程控制系统24Thank you for you attention!
