化工廠復雜控制系統介紹

在單回路控制系統的基礎上，再增加計算環節，控制環節或者其他環節的控制系統稱為復雜控制系統，化工廠復雜控制回路主要有以下類型及應用。

1. 串級控制回路：

- 結構組成：包括主、副兩個控制回路。有兩個參數檢測儀表（分別測量主變量和副變量）、兩個控制器（主控制器和副控制器）以及一個執行機構。

- 工作原理：主控制器根據主變量的測量值與設定值的偏差產生控制信號，該信號作為副控制器的設定值，副控制器再根據副變量的測量值與主控制器輸出的設定值的偏差產生控制信號，去控制執行機構，從而調節被控對象，使主變量穩定在設定值上。

- 應用場景：適用于對象的容量滯后較大、干擾比較劇烈且頻繁的場合。例如，在化工生產中的加熱爐溫度控制，當燃料壓力或熱值波動較大時，采用串級控制，以爐膛溫度作為副變量，加熱爐出口溫度作為主變量，能夠有效克服燃料方面的干擾對出口溫度的影響，提高溫度控制的精度和穩定性。

2. 比值控制回路：

- 結構組成：一般由兩個參數檢測儀表（分別測量主、副物料的流量等參數）、一個或兩個控制器以及一個或兩個執行機構組成。根據不同的比值控制方案，結構會有所不同，如開環比值控制結構較簡單，只有一臺純比例控制器；單閉環比值控制有主、副兩個回路等。

- 工作原理：按照一定的比值關系來控制兩個或多個物料的流量，使它們的比例保持恒定。例如，根據主物料的流量變化，通過控制器調節副物料的流量，以滿足設定的比值要求。

- 應用場景：常用于需要按比例混合兩種或多種物料的生產過程，如化工生產中的反應原料配比控制。例如，在合成氨生產中，氫氣和氮氣的比例需要嚴格控制在 3:1，通過比值控制系統可以確保兩種氣體的流量比例始終符合要求，保證反應的順利進行和產品的質量。

3. 均勻控制回路：

- 結構組成：與簡單的單回路控制系統類似，但在參數整定和控制策略上有所不同，通常需要選擇合適的控制器參數和控制規律，以實現均勻控制的目的。

- 工作原理：其目的是使兩個相互關聯的被控變量在一定范圍內緩慢變化，以協調前后工序的供求矛盾，避免某個變量的大幅度波動。既不像定值控制那樣要求被控變量保持絕對不變，也不像隨動控制那樣要求被控變量完全跟蹤給定值的變化，而是介于兩者之間。

- 應用場景：適用于前后設備的物料傳輸和供需關系需要平衡的場合。例如，在兩個串聯的化工反應器之間，中間儲罐的液位和流出物料的流量需要進行均勻控制，以保證前一個反應器的出料能夠平穩地進入后一個反應器，避免對后一個反應器的操作產生過大的沖擊。

4. 分程控制回路：

- 結構組成：一個控制器的輸出信號分段控制兩個或多個執行機構，每個執行機構在控制器輸出信號的不同范圍內工作。

- 工作原理：根據生產過程的不同需求，將控制器的輸出信號劃分為不同的區間，每個區間對應一個執行機構的動作范圍。當控制器的輸出信號在某個區間內時，相應的執行機構動作，從而實現對被控對象的分段控制。

- 應用場景：一是用于擴大控制閥的可調范圍，當生產過程中負荷變化很大，單個控制閥的可調范圍無法滿足要求時，可采用分程控制，通過多個控制閥協同工作來實現對大流量范圍的控制；二是用于保證在不同工況下的安全生產，例如在某些接近事故狀態或某個參數達到極限值時，切換到備用的控制手段。

5. 選擇控制回路（又稱選擇性控制或超馳控制）：

- 結構組成：由一個或多個參數檢測儀表、一個或多個控制器、一個選擇器以及一個或多個執行機構組成。選擇器根據不同的條件選擇不同的控制信號輸出到執行機構。

- 工作原理：在生產過程中，根據不同的工況條件自動選擇不同的控制回路進行控制。當生產過程處于正常狀態時，選擇正常的控制回路；當出現異常情況或某些限制條件被觸發時，切換到備用的控制回路，以保證生產過程的安全和穩定。

- 應用場景：常用于對生產過程的安全性要求較高的場合，如化工生產中的壓力保護、溫度保護等。例如，當反應釜內的壓力超過設定的安全限值時，選擇控制回路會自動切換到泄壓控制回路，打開泄壓閥進行泄壓，以防止反應釜發生爆炸等危險情況。

6. 前饋控制回路：

- 結構組成：由前饋控制器、被控對象和反饋環節組成。前饋控制器根據擾動量的測量值直接產生控制作用，與反饋控制相結合，共同作用于被控對象。

- 工作原理：依據擾動或設定值的變化按補償原理工作，在擾動產生后、被控量還未變化之前，根據擾動的大小進行控制，以補償擾動對被控變量的影響。與反饋控制不同，前饋控制是一種開環控制，不依賴被控變量的反饋信息。

- 應用場景：適用于擾動可測且對被控變量影響較大的場合。例如，在化工生產中，如果某個反應過程對進料溫度的變化非常敏感，而進料溫度容易受到外界環境的影響而波動，此時可以采用前饋控制，根據進料溫度的測量值提前調整反應過程的操作參數，以減小進料溫度變化對反應結果的影響。