北京化工大学：《过程控制工程》课程教学资源（课件讲稿）第二章 串级控制系统

第2章 串级控制系统 2.1概述 2.2串级控制系统 2.3投运和整定 2:4串级控制系统的特点 2.5串级系统副回路的设计 实验 串级控制系统连接、投运和整定、 主、副环抗干扰能力比较、质量研究 教学进程

第2章 串级控制系统 2.1 概述 2.2 串级控制系统 2.3 投运和整定 2.4 串级控制系统的特点 2.5 串级系统副回路的设计 实验：串级控制系统连接、投运和整定、 主、副环抗干扰能力比较、质量研究 教学进程

2.1概述 ●复杂控制系统 单回路控制系统一简单控制系统：在一般情况下能 够满足生产控制要求 特殊情况：系统干扰因素多、干扰变化剧烈，以及 工艺特殊要求一复杂控制系统 复杂控制系统一串级控制系统、比值控制系统、 均匀、前馈、选择、分程等

2.1 概述 ●复杂控制系统 单回路控制系统 单回路控制系统—简单控制系统：在一般情况下能 简单控制系统：在一般情况下能 够满足生产控制要求 够满足生产控制要求 特殊情况：系统干扰因素多、干扰变化剧烈，以及 特殊情况：系统干扰因素多、干扰变化剧烈，以及 工艺特殊要求—复杂控制系统 复杂控制系统—串级控制系统、比值控制系统、 串级控制系统、比值控制系统、 均匀、前馈、选择、分程等 均匀、前馈、选择、分程等

2.1概述 ●复杂控制系统 复杂系统-随着控制理论与工业应用的发 展，包含的内容也不同，例如 复杂大系统人口系统，环境控制， 能源控制，企业生产经营控制等。 ·复杂系统多回路系统 多回路系统特征：基于PD控制策略；由 多个控制回路组成的系统

2.1 概述 ●复杂控制系统 • 复杂系统--随着控制理论与工业应用的发 展，包含的内容也不同，例如 复杂大系统--人口系统，环境控制， 能源控制，企业生产经营控制等。 • 复杂系统--多回路系统 • 多回路系统特征：基于PID控制策略；由 多个控制回路组成的系统

●多回路系统的发展 80-90%控制系统是基于PD控制的系统， 包括多回路系统。 多回路系统应用状况 以乙烯生产厂为例，它共有421个控制回路 其中：常规PID单回路347个 串级、比值等 74个（串级24) 多回路系统占 17.5%

●多回路系统的发展 多回路系统的发展 • 80-90%控制系统是基于PID控制的系统， 包括多回路系统。 • 多回路系统应用状况 以乙烯生产厂为例，它共有421个控制回路 其中：常规PID单回路 347个 串级、比值等 74个（串级24） 多回路系统占 17.5%

母 兰州炼油厂常减压蒸馏装置 图名 减压塔加热炉 日期 1999.3.18 0.7pa STEAM HEAT CARRIER TO VACUUM TOWER ATMOSPHERIC 母 哥 TOWER RESIDUE FUEL OIL FROM HIGHER ATOMIZED 1302 PRESSURE GAS OFFGAS HE瓯T STEAM R FROM CARRIER VACUUM TOWER

TI 313 FIC 307 FIC 308 FIC 309 FIC 306 TI 336 TICA 302 FIQ 305 TI 321 FIC 313 TI 318 AIC 302 0.7Mpa STEAM TI 325 TI 326 TI 327 TI 328 TI 340 TI 341 TI 339 PIC 302 ATMOSPHERIC TOWER RESIDUE HIGHER PRESSURE GAS V1 8 TI 323 FIC 310 ATOMIZED STEAM OFFGAS FROM VACUUM TOWER HEAT CARRIER TI TI 366 319 TI 324 AI R FROM AIC302 FUEL OIL TO VACUUM TOWER HEAT CARRIER 兰州炼油厂常减压蒸馏装置 图名 减压塔加热炉 日期 1999.3.18

E48 E48 OFFGAS TO 19 1999.3.18 PV/AE T2 NAPHT FROM PREFLASH TOWER HA OVERHEAD FROM PREFLASH TOWER SIDEDRAW T3 民 © STRIPPING STEAM 巴 ® PI3/AE EE9© Ist SD /3 FROM ATMOSPHERIC P14/AB HEATER g2 2nd SD FEED PII/AB STEAM 3rd SD E17 E9/AE 4th SD TO VACUUM HEATER

1 41 34 33 31 29 28 27 25 22 21 19 17 16 15 13 11 45 40 39 37 36 35 50 T 124 TI 117 TI 129 FIC 119 TI 123 LICA 102 FIC 138 TI 120 FIC 118 FIC 114 FIC 114 FIC 114 FIC 114 TI 128 FIC 107 TI 127 FIC 106 FI 122 TI 122 AR 102 TI 115 TIC 104 PI 104 LIC 112 LICA 114 TI 125 FIQ 406 AI 102 AIC 103 AI 108 AIC 104 FIC 136 TIC 104 FIC 137 AIC 106 TI 119 LIC 108 FI 132 FIC 115 FIC 114 FIC 114 FI 133 STRIPPING STEAM 1st SD 2nd SD E13 E49 V4 V5 E48 E48 OFFGAS TO 19 NAPHT HA P3/AB EP P7 E13 E28 E3 E14 E12/ E14/A E6 3rd SD 4th SD E32 E39 P13/AB E25 E29 P12/AB E21 E17 E9/AB P11/AB FP EP IP T2 E1/ AB C T3 FEED STEAM P14/AB TI 121 LIC 111 FROM ATMOSPHERIC HEATER FROM PREFLASH TOWER OVERHEAD FROM PREFLASH TOWER SIDEDRAW TO VACUUM HEATER 1 4 6 4 1 1 1999.3.18

2.1概述 。串级控制系统原理 精馏控制过程： 提馏段温度控制一 通过控制再沸器加热蒸汽量 来维持提馏段温度恒定 精馏塔提馏段温度控制：

2.1 概述 ●串级控制系统原理 串级控制系统原理 精馏控制过程： 精馏控制过程： 提馏段温度控制 提馏段温度控制 — 通过控制再沸器加热蒸汽量 通过控制再沸器加热蒸汽量 来维持提馏段温度恒定 来维持提馏段温度恒定 TC 精馏塔提馏段温度控制： 精馏塔提馏段温度控制：

2.1概述 分析干扰： 若干扰仅来自精馏塔进料的波动，则通过此回路 可控制温度 情况一，很多情况下，除了进料因素影响，加热蒸汽流量也会 有波动（如锅炉蒸汽出口压力的波动），这时，在一定的阀 门开度情况下，加热蒸汽量不同。 结果：温度控制不稳定

2.1 概述 分析干扰：若干扰仅来自精馏塔进料的波动，则通过此回路 若干扰仅来自精馏塔进料的波动，则通过此回路 可控制温度 情况一，很多情况下，除了进料因素影响，加热蒸汽流量也会 很多情况下，除了进料因素影响，加热蒸汽流量也会 有波动（如锅炉蒸汽出口压力的波动），这时，在一定的阀 有波动（如锅炉蒸汽出口压力的波动），这时，在一定的阀 门开度情况下，加热蒸汽量不同。 门开度情况下，加热蒸汽量不同。 结果：温度控制不稳定 结果：温度控制不稳定

2.1概述 解决办法：再加入一个蒸汽流量控制系统，可控制 流量稳定？ 问题：两套控制系统不能协调，甚至出现矛盾； 温度控制系统要求增加或减小蒸汽流量，而流量控制 系统却只能根据事先的流量设定值进行定值控制

2.1 概述 解决办法：再加入一个蒸汽流量控制系统，可控制 再加入一个蒸汽流量控制系统，可控制 流量稳定？ FC TC 问题：两套控制系统不能协调，甚至出现矛盾； 两套控制系统不能协调，甚至出现矛盾； 温度控制系统要求增加或减小蒸汽流量，而流量控制 温度控制系统要求增加或减小蒸汽流量，而流量控制 系统却只能根据事先的流量设定值进行定值控制。 系统却只能根据事先的流量设定值进行定值控制

2.1概述 串级控制系统：两套控制系统的协调控制 特点：两个控制器，一个调节阀 一个控制器（主控制器）的输出送到另一个控制器 (副控制器)的给定，副控制器的输出送到控制阀

2.1 概述 串级控制系统：两套控制系统的协调控制 两套控制系统的协调控制 FC TC 特点：两个控制器，一个调节阀 两个控制器，一个调节阀 一个控制器（主控制器）的输出送到另一个控制器 一个控制器（主控制器）的输出送到另一个控制器 （副控制器）的给定，副控制器的输出送到控制阀 （副控制器）的给定，副控制器的输出送到控制阀