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串级调节系统

时间:2015-08-16 22:43来源:未知 编辑:自动控制网
由主副两个参数、两个调节器构成两个控制回路,其中一个调节器的输出作为另一个调节器的给定值,而后者的输出去控制调节阀的系统就是串级调节系统。 例:管式加热炉物料出口温度串级调节系统。 管式加热炉是石油、化工生产中重要装置之一。它的任务是把原料
  由主副两个参数、两个调节器构成两个控制回路,其中一个调节器的输出作为另一个调节器的给定值,而后者的输出去控制调节阀的系统就是串级调节系统。
  例:管式加热炉物料出口温度串级调节系统。

  管式加热炉是石油、化工生产中重要装置之一。它的任务是把原料加热到一定温度。炉出口温度的控制十分严格和重要。一方面可以延长炉子寿命,防止炉管烧坏,另一方面可以保证精馏或裂解的质量。为了控制炉出口温度,根据前面介绍的简单控制系统的设计原则,可以设计图15-1所示的温度控制系统,操纵变量是燃料量,即通过改变燃料量来维持炉出口温度保持在工艺所规定的数值上。
  初看起来,上面的控制方案是可行的、合理的,但仔细分析一下就会发现问题。从调节阀动作改变燃料量到出口温度改变,这中间需要相继通过炉膛、管壁和被加热原料所具有的热容和热阻(如图15-2),因而控制通道的时间常数很大,这个时间常数约15分钟左右,致使出口温度对于燃料量的变化反应缓慢,控制质量差。而工艺上往往对出口温度的要求很高,一般希望波动不超过±(1-2)℃。实践证明,采用简单的温度控制系统是达不到这个要求的。为了解决控制通道时间常数太大的问题,需要对加热炉对象的工艺进一步的分析。

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  影响出口温度的干扰因素很多,主要有:
  (1)被加热原料方面(它的流量和入口温度)的干扰D1
  (2)燃料方面(它的组分、热值、压力)的干扰D2
  (3)鼓风、炉膛抽力和环境温度方面的干扰D3
  管式加热炉对象是一根很长的受热管道,它的热负荷很大,它是通过炉膛与原料的温差将热量传给原料的。干扰D2、D3首先是从炉膛温度反应出来的。我们能否以炉膛温度为被控变量组成简单控制系统,及时来克服干扰D2、D3,使出口温度不受D2、D3的影响?
  采用炉出口温度控制器T1C与炉膛温度控制器是串联在一起,T1C的输出作为T2C的给定值,T2C的输出直接控制调节阀,我们把图15-3所示结构的控制系统称之为串级控制系统。

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  那么这种结构的控制系统能否按照预期的要求正常工作呢?我们来分析一下它的工作过程。为分析问题方便起见,假定调节阀选气开阀,气压信号中断时关闭阀门,以防止烧坏炉管酿成事故,因此控制器T1C和T2C都应选反作用 (关于其确定方法,后面再介绍)。图15-3所示串级控制系统的方框图如图15-4所示。

  串级系统由主、副回路构成,副回路以炉膛温度为调节对象,主回路以炉出口温度为调节对象,在某一时刻,燃料油干扰来临,炉膛温度发生变化,此时副调节器开始调节,结果使炉膛温度偏差随之减小,若干扰的结果影响到炉出口温度时,主调节器进行调节,主调节器的输出给副调节器的外给定输入,通过改变副调节器的给定值实现调节作用。
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