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    串級控制系統調節器正作用和反作用的選擇方法

    調節器控制輸出隨被控量增加而增加,則調節器處于正作用狀態;調節器控制輸出隨被控量增加而減小,則調節器處于反作用狀態。串級控制系統中,必須分別根據各種不同情況,選擇主、副調器的作用方向,電氣自動化控制網在本文介紹串級控制系統調節器正作用和反作用的選擇方法。
    1、串級控制系統中的外給定調節器作為副調節器,副調節器作用方向的選擇是根據工藝安全等要求,選定執行器的氣開、氣關型式后,按照使副控制回路成為一個負反饋系統的原則來確定的。因此,副調節器的作用方向與副對象特性、執行器的氣開、氣關型式有關,其選擇方法與簡單控制系統中調節器正、反作用的選擇方法相同,這時可不考慮主調節器的作用方向,只是將主調節器的輸出作為外給定調節器的給定就行了。
    加熱爐溫度-流量串級控制系統
    圖1  加熱爐溫度-流量串級控制系統
    例如圖1所示的加熱爐溫度-流量串級控制系統中的副回路,如果為了在氣源中斷時,停止供給燃料油,以防燒壞爐子,那么執行器應該選氣開閥,是“正”方向。 當燃料量加大時,燃油量θ2(副變量)是增加的,因此副對象是“正”方向。為了使副回路構成一個負反饋系統,副調節器(外給定調節器)應選擇“反”作用方向。只有這樣,才能當爐膛溫度受到干擾作用上升時,外給定調節器的輸出降低,從而使氣開閥關小,減少燃料量,促使爐膛溫度下降。
    精餾塔塔釜溫度串級控制系統
    圖2  精餾塔塔釜溫度串級控制系統
    又如圖2所示的精餾塔塔釜溫度與蒸汽流量的串級控制系統中,如果基于工藝上的考慮,選擇執行器為氣關閥。那么,為了使副回路是一個負反饋控制系統,外給定調節器FC的作用方向應選擇為“正”作用。這時,當由于蒸汽壓力波動而使蒸汽流量增加時,副控制器的輸出就將增加,以使控制閥關小(因是氣關閥),保證進入再沸器的加熱蒸汽量不受或少受蒸汽壓力波動的影響。 這樣,就充分發揮了副回路克服蒸汽壓力波動這一干擾的快速作用,提高了主變量的控制質量。
    2、串級控制系統中主控制器作用方向的選擇可按下述方法進行:當主、副變量在增加(或減小)時,如果由工藝分析得出,為使主、副變量減小(或增加),要求控制閥的動作方向是一致的時候,主調節器應選“反”作用;反之,則應選“正”作用。
    從上述方法可以看出,串級控制系統中主調節器作用方向的選擇完全由工藝情況確定,與執行器的氣開、氣關型式及外給定調節器的作用方向完全無關。因此,串級控制系統中主、 副調節器的選擇可以按先副后主的順序,即先確定執行器的開、關型式及外給定器的正、反作用,然后確定主調節器的作用方向;也可以按先主后副的順序, 即先按工藝過程特性的要求確定主調節器的作用方向,然后按一般單回路控制系統的方法再選定執行器的開、關型式及外給定調節器的作用方向。
    例如圖1所示的加熱爐串級控制系統,不論是主變量θ1或副變量θ2增加時,對控制閥動作方向的要求是一致的,都要求關小控制閥,減少供給的燃料量,才能使θ1或θ2降下來,所以此時主控制器T1C應確定為反作用方向。圖2所示的精餾塔塔釜溫度串級控制系統,由于蒸汽流量(副變量)增加時,需要關小控制閥,塔釜溫度(主變量)增加時,也需要關小控制閥,因此它們對控制閥的動作方向要求是一致的,所以主控制器也應為反作用方向。
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