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常用控制系统 2008-7-25 9:41:43    浏览: 次   我要评论
[导读]Casino工艺过程控制通常由各种各样的控制系统来实现……
    Casino工艺过程控制通常由各种各样的控制系统来实现。
 
    一、单回路控制系统
 
    单回路控制系统是由检测仪表、变送器、调节器、执行器和被控对象等构成的单一反馈回路的控制系统,其结构原理见图1。单回路控制系统结构简单,能满足一般生产过程的控制要求,应用广泛。
 
图1  单回路控制系统结构简图
    二、串级控制系统
 
    (一) 串级控制系统的一般结构
 
    该结构可用图2所示的方框图表示。它由副回路Ⅱ和主回路Ⅰ串接组成。串级控制系统中,主调节器有独立的给定值,副调节器的给定值由主调节器自动校正,副调节器的输出去推动执行器。要注意到,比值或均匀等系统也有类似的结构,但并非按串级控制的特点而设计。
 
图2  串级控制系统方框图
 
    (二) 串级控制系统的特点
 
    串级控制系统比单回路控制系统有更多的优点:抗干扰的能力较强,由于副回路改善了对象特性,使干扰的影响减小了;校正作用比单回路调节系统快,由于副调节器及时的校正作用,使调整过程缩短,动态偏差小,控制品质高;适应能力较强,当对象的操作条件或负荷变化时,主调节器能自动校正副调节器的给定值。
 
    (三)串级控制系统的应用
 
    克服被控对象中变化较剧烈、幅值较大的的局部干扰;被控对象惯性滞后较大时,用以改善被控对象特性;用于被控量需随其他变量变化的控制。
 
    (四)串级控制系统的设计要点
 
    要实现串级控制,必须要有一个可以测量的中间变量作为副回路的被控量。中间变量及其测量点的选择,决定了主副回路及其滞后时间的分配。主回路的主被控量与控制量的选取原则与单回路相同;副回路的选取主要考虑工艺要求和实施的可能性和经济性。
 
    从克服干扰的影响考虑,副回路应将生产过程的主要干扰包括在内。中间变量的选择应使副回路反应尽量比主回路快,即主、副对象的时间常数要配合适当,控制比较灵敏,包括主要的和较多的干扰因素。从消除主、副回路的动态联系考虑,主、副回路的振荡周期Tp1和Tp2一般为Tp1/Tp2>3,最好在5~10之间。当被控量需要随其他变量变化而采用串级控制时,主被控量要及时反应生产状况,而中间变量应精确而快速地跟随主调节器输出。
 
    主调节器调节规律的选取应根据工艺要求和调节质量要求而定。当主被控量的控制质量要求较高、允许波动范围小、不能有静差时,选取PI或PID规律。主被控量的要求不高,而采用串级控制的目的主要是兼顾主、副被控量时,选P或PI规律。
 
    当副回路对象滞后时间较小时,副调节器常选取P或PI规律。流量控制时常选取PI规律,可克服噪声对控制质量的影响。一般情况,微分规律不宜使用在给定值经常变化的副回路中,如选用微分先行的PID规律,可加速副回路的调节作用。若主、副回路被控对象的滞后相近,也可在副回路中引入微分规律,以减小副回路的振荡周期,避免系统产生“共振”。
 
    串级控制系统实施时应注意到副回路的反馈回路不要呈非线性;在副回路中的等百分比调节阀不能补偿主被调对象的非线性特性;防积分饱和等问题。
 
    (五)具有导前微分信号的控制系统
 
    该系统有串级控制系统的特点。副回路引入微分信号,改善了被控对象特性,使等效对象的动特性在动态时为副被控对象(先行区)的特性,而在静态时等于被控对象的特性。在副被控对象惯性性小而主被控对象惯性大时,采用串级系统较好,而先行区与惯性区区别不大时宜采用具有导前微分信号的控制系统。
 
    三、前馈控制系统
 
    (一)前馈控制原理
 
    反馈控制是按照被控量的偏差进行控制的,但是当对象的时间常数或纯滞后时间很大时,对象对干扰很灵敏而对控制的反应却很迟缓,将导致被控量的偏差过大和持续很长的时间;在干扰频率较高和幅值较大时,将使系统长期振荡得不到稳定。而前馈控制实质上是一种按照扰动进行控制的开环控制方式,前馈措施完全抵消了被控量所受到的干扰影响。前馈控制规律取决于对象干扰通道和控制通道的动态特性。
 
    在实际生产过程中所应用的前馈控制规律可分为静态前馈和动态前馈两种基本类型。静态前馈控制规律,即前馈补偿装置的输出仅仅依赖其输入而与时间无关,如比值控制系统。而动态前馈控制规律,即前馈补偿装置的输出与输入间存在着对时间的依赖关系。由于大多数高阶对象可以通过低阶逼近近似,将其处理成一阶或二阶惯性环节与纯滞后环节的串联。已有足够的精度,故工程应用的前馈控制规律还是比较简单的,最常用的前馈动态补偿装置的传递函数为Gff(S)=(T1S+1)/(T2S+1)。
 
    (二)前馈—反馈控制系统
 
    由于测量对象特性的误差和工作状况变化导致对象特性的变化;被前馈的干扰量不可能完全侧准;系统中干扰较多,无法都进行前馈补偿,特别是无法测量干扰的影响;前馈补偿函数比较复杂,工程设计前馈装置时通常作了适当的简化等原因,为达到对干扰的完全补偿,前馈控制常常与反馈控制结合使用,构成前馈—反馈控制系统,使被控量偏差尽可能小。
 
    在实现物料平衡、热量平衡或其他计算机数学模型控制时,也可单独使用前馈控制。前馈补偿装置的可调参数决定于对象特性的参数,在不知道对象特性的情况下,可通过工程整定的方式决定。
 
    四、比值控制系统
 
    在Casino工艺过程中往往需要保持若干个变量间的一定比值关系,例如给矿量与给药量保持一定的克/吨关系;配矿过程等。这种比值关系的控制精度对于提高产品质量和数量、降低消耗等具有重要的意义。
 
    (一)简式比值控制系统
 
    系统中一个从变量Qb或几个从变量按另一个主变量Qα的某一倍数值KQɑ变化,不引入其他变量来调整此系统。这种调节常用在配料、工艺、燃烧炉上。按控制精度不同分为开环、单闭环、双闭环、多变量等比值控制系统。
 
    (二)开环比值控制系统
 
    该系统如图3α所示,主变量Qα通过比值器K直接操纵执行器去改变从变量Qb,使Qb=KQα。这种系统结构简单,仪表少,但Qb管线中的压力波动将影响流量的比值K,精度较低。
 
图3  开环(α)和单闭环(b)比值控制系统
 
    (三)单闭环比值控制系统
 
    为了克服开环比值控制系统中Qb管线压力波动的影响,提高比值控制的精度,常在比值器K后面串接流量调节器Gb,如图3b所示。Gb可选取比例或比例积分规律。
 
    (四)双闭环比值控制系统
 
    当系统不仅要求维持主变量Qα和从变量Qb间的比值关系,而且要求Qb和Qα维持在某些定值时,此时主从变量有各自的调节回路,回路间用比值器K联系。
 
    (五)多变量比值控制系统
 
    如果有几个变量都随主变量按相应的一定比值变化,则可分别用几个比值器构成多变量比值控制系统。
 
    以上比值K是固定的,一般是预先调好的,可采用可调定值器或遥控定值器随时改变。
 
    (六)有其他变量调整的比值控制系统
 
    该系统为了保证生产过程更经济合理,常常引入表征工艺过程的某一变量来自动改变比值控制系统中的主变量或比值K。如双闭环比值控制系统中,主变量调节回路的给定值按其他变量来改变;单闭环比值控制系统中K是其他变量的函数,就构成变比值控制系统。
 
    (七)数字比值控制系统
 
    它和前面所介绍的模拟式比值控制系统的主要区别是在测量和比较变量时都用数字信号。两者比较,数字系统的比值范围广,可控制累积值之比,容易实现多成分混合比控制。
 
    在实施比值控制中,要按实际所需的流量比K=Qb/Qα来确定比值器上的比值系数。其中要考虑各流量测量的非线性影响,合理选择流量计量程,不能由于一种物料流量饱和而破坏其比值关系,并使比值系数尽可能在1附近,避免在流量误差范围较大的低流量范围内工作。
 
    五、均匀控制系统
 
    在连续生产过程中,前一设备的出料往往是后一设备的进料,为了保证生产的正常运行,既要维持前一设备中一定的工艺参数,又要保证后一设备的进料流量变化不大,如浮选槽矿浆液面逐级控制那样。均匀控制就是保证前一设备在工艺允许波动不超过某个限值的条件下,尽量使输出流量的变化平稳。
 
    (一)单回路均匀控制系统
 
    该系统见图4所示。实质上它就是一个以输出流量为调节手段的液面控制系统,在结构上它与单回路定值控制系统一样,二者之间的主要区别间表1。这个系统适用于流体输送管线前后压差基本不变或变化很小的场合。
 
图4  单回路均匀控制系统
 
表1  均匀控制与单一变量(液面)控制的区别
比较项目
纯液面控制
均匀控制
控制作用
精确保持液面平稳
  保持液面在一定限值内波动,同时又尽可能使输出流量稳定
调节器参数
  比例度窄,约30%~40%之间,甚至小到10%
  比例宽度可高达500%,一般大于100%,积分时间长,在20~30min之间
液面变送器
量程小,灵敏度高
量程大
显示仪表
记录液面,流量指示
记录流量,液面指示
   
    (二)串级均匀控制系统
 
    该系统见图5所示。它适用于流体输送管线前后压差变化显著,因而引起流量波动超出允许限值的场合。若图4中液面调节器H用比值器代替,则成为串级控制的另一型式。
 
图5  串级均匀控制系统
 
    (三)双冲量均匀控制系统
 
    该系统见图6所示,实质上也是一种串级控制系统,只是用加法器代替液面调节器。
 
图6  双冲量均匀控制系统
 
    (四)调节规律的选取
 
    在单回路均匀控制系统中常用比例调节器或比例积分调节器。一般情况下都只用比例调节器。比例积分调节器只用在干扰变化很频繁、幅值不大的场合。在串级均匀控制系统中,主调节器(如液面调节器)可按单回路均匀控制系统选取调节规律。当用变送器代替液面调节器时,则可用加法器构成双冲量均匀控制系统。副调节器(如流量调节器)可用比例积分调节器。
 
    六、分程控制系统
 
    分程控制系统指的是某些控制系统,它的一个调节器同时控制两个或几个调节阀,每个调节阀根据工艺要求在调节器输出的一段信号范围内起调节作用。这样可以满足开、停车时小流量和正常工作状况下大流量的要求,或适应负荷大幅度的变化,避免调节阀经常处于小开度下工作,可显著扩大调节阀的可调范围,并且,按工艺要求变更控制量,保证生产稳定,避免事故发生。
 
    实现分程控制必须使调节阀在调节器输出某个范围内执行确定的行程,要求改变调节阀全行程所对应的控制信号。如调节器输出0%~100%,其中0%~40%控制第一阀行程0%~100%,而40%~100%控制第二阀行程0%~100%。其次,在分程控制系统中,由一个阀向另一个阀过渡时,由于两阀的增益不同,存在着流量特性突变的现象。在使用等百分比阀时,特性曲线突变程度较轻。
 
    如利用“重叠信号”方法去弥补调节阀流量特性突变现象,可使控制品质得到进一步改善,如图7所示。
 
图7  重叠信号法流量特性
 
    七、多冲量控制系统
 
    在有多个变量相互联系的被控对象中,被控量不仅与控制量有关,还与其他变量有关,将这些变量按某种关系组合起来,一起去控制控制量,这样构成多冲量控制系统,如均匀控制中双冲量均匀控制系统。图8为三冲量控制系统方框图。
 
图8  三冲量控制系统方框图
 
 
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