过程控制系统基本原理和结构介绍

在过程控制系统中，控制变量的选取既要考虑它的快速性和有效性，也要考虑它的合理性和经济性。双重控制或多重控制就是在综合考虑控制变量的快速性、有效性、经济性和合理性基础上，采用两个或两个以上的操作变量进行控制的系统。双重控制系统综合各自的优点，克服各自的弱点进行优化控制。

控制系统采用不止一个控制器，其中一个控制器的输出作为另一个控制器的测量信号，如图6-62所示。控制变量A从经济性和工艺的合理性考虑比较合适，但对克服干扰的影响不够及时和有效；而控制变量B的快速性、有效性较好，但经济性、合理性较差。两者综合控制形成双重控制系统。

图6-63所示为蒸气减压双重控制系统。在蒸气减压系统中，高压蒸气通过两种方式减压为低压蒸气：一种是直接通过减压阀V₁的减压方式，具有快速动态响应、控制效果好，但能量消耗在减压阀上，经济性较差；另一种通过蒸气透平减压，通过蒸气透平回收能量，同时具有较好的工艺合理性，蒸气能量得到回收，但动态响应迟缓。从操纵优化的观点出发，考虑两种减压的优点，将两种控制变量有机地结合，形成蒸气减压的双重控制系统。

图6-62 双重控制系统结构原理图

图6-63 蒸气减压系统的双重控制(www.xing528.com)

系统中VPC是阀位控制器，PC是低压侧压力控制器。正常工况下，大量蒸气经蒸气透平减压，既回收能量又达到减压的目的。控制阀V₁的开度处于快速响应条件下尽可能小的开度（10％开度）。当蒸气用量变化，在PC出现偏差的开始，主要通过动态响应快速的操纵变量（控制阀V₁）来迅速消除偏差。同时，通过阀位控制器VPC逐渐改变控制阀V₂的开度，使控制阀V₁平缓地恢复到原来的设定开度。双重控制系统既能迅速消除偏差，又能最终恢复到较好的静态性能指标。

双重控制系统的结构框图如图6-64所示。

双重控制系统使用一个变送器、两个控制器及两个控制阀。与串级控制系统相比，双重控制系统主控制器的输出作为副控制器的测量，串级控制系统主控制器的输出作为副控制器的设定。串级控制系统中两个控制回路是串联的，双重控制系统中两个控制回路是并联的。它们都具有“急则治标，缓则治本”的控制功能，但解决问题的方法不同。

图6-64 双重控制系统的结构框图