对象的滞后较大，干扰比较剧烈、频繁时，对主变量控制 要求比较高，简单控制系统满足不了工艺上的要求，这时，可 考虑采用串级控制系统。 主、副变量有明确的主次之分 副变量: 应服从主变量稳定需要, 先调粗调：快，允许在一定范围内变化，允许有余差。 主变量: 是控制的目的, 细调： 稳、快、准
主回路
副回路

上述控制方案对温度控制要求不高的场合是可行的、合理的。
例：原油外输
温度控制的目的是：降低粘度、降低管阻 控制要求低，可以采用简单温度控制系统
但是，对于常减压装置等石化生产过程 对温度控制要求高：稳、快、准。
原因？
如果采用简单温度控制系统
存在问题：当加热炉的燃料压力或燃料本身的热值有较大波动时， 上述简单控制系统的控制质量往往很差，原料油的出口温度波动较 大( 5~10℃) ，难以满足工艺控制要求高的生产要求( 1~2℃) .
4. 若只有D1存在
原料
TT TC 燃料
二、串级控制系统的特点
副回路
主回路
1. 两个控制回路。 副回路是随动控制系统：外给定 先调、粗调：快、可波动、可有余差; 主回路是定值控制系统：内给定 细调：稳、快、准
2. 具有很强的抗干扰能力。因副回路的引入，对进入副回路的 二次干扰具有很强的克服能力，使控制过程加快，具有超前控 制的作用，有效克服了滞后（包括纯滞后），提高了控制质量。 这是最大特点，也是设计串级控制 系统的目的所在。 3. 由于增加了副回路，改善了对象特性， 因此具有一定的自适应能力，可用于负 荷和操作条件有较大变化的场合。
副回路
主回路
有两个回路主变量：主回路、副回路 两个被控变量变量：主变量、副变量； 两个控制器：主控制器、副控制器；两个控制器串联， 主控制器的输出作为副控制器的给定值（一个输入） 副控制器的输出控制执行器 两个被控对象：拆分成主对象、副对象； 两个变送器：主、副测量变送器 一个执行器（调节阀） 常表示为：主变量-副变量串级控制系统。
控制想法：先对炉膛温度T2进行局部控制， Ts2=160 ℃
T2
T2
Байду номын сангаас原料
T1
TT TC 燃料
T1
串级控制系统：出口温度控制器T1C与炉 膛温度控制器T2C串联：T1C输出作为T2C给 定值，T2C输出直接控制调节阀。 即：炉出口温度-炉膛温度串级控制系统：
炉出口温度为主要被控变量：细调：稳、快、准 炉膛温度为辅助被控变量：粗调：快、可波动、可有余差
因控制通道时间常数大，出口温度对燃料量变化的反应 约15分钟左右，控制质量差。
调节阀 燃料油流量 炉膛 炉管 原料 t
影响炉出口温度的干扰因素： 燃料方面(组分/热值/压力) 15分钟
原料方面(入口流量/温度/组分) D1 D2
原料
鼓风、炉膛抽力和环境温度方面 D3
TT TC 燃料
2. 若主要干扰为D2燃料压力，无燃料热值/成 分干扰、无来自炉膛干扰 燃料压力控制回路（几秒钟）比炉膛 温度控制回路（几分钟）的控制通道 时间常数小很多，调节速度更快。
原料
T
TT PT TC PC
燃料 P
加热炉出口温度-燃 料压力串级控制
3. 若D1与D2、D3同时存在，都较强
T1C和T2C控制器共同作用： T2C 可快速直接克服D2、D3干扰，T2C 不能直接克服D1干扰； T1C 可克服D1干扰，但较慢； T2C 不能直接克服D1干扰，但炉膛温度控制回路的引入， 增强了控制作用，t1偏差比简单回路减小2～5倍。
原料
T2T T1T
T2C T1C
燃料
三、系统副回路的设计 1. 应使副回路包含较多主要干扰。
越多越好?
包含干扰↑→控制通道加长→滞后↑→克服干扰能力↓
主回路
TC TT
FT
FC
蒸汽
精馏塔塔釜温度-蒸汽流量串级控制系统
干扰来源：
原料方面(入口流量/温度/组分) D1
燃料方面(组分/热值/压力)
D2
T2T T1T T2C T1C
鼓风、炉膛抽力和环境温度方面 D3
对于不同的加热炉工艺，各种干扰出 现的几率不同，需根据主要干扰确定 不同的副回路（副变量）。
第十五章
复杂控制系统
串级控制系统
均匀控制系统
比值控制系统 分程控制系统
小结
简 单 控 制 系 统
一个被控对象 一个变送器 一个控制器 一个执行器
复 杂 控 制 系 统
其中一种控制仪表多于一个．
简单控制系统：最简单，最基本，应用最广泛，解决大多数 参数定值控制问题, 占80%以上。
但是也有另外一些情况： 1.工艺对产品的质量提出更高的要求，对过渡过程的性能指 标要求也更高，而简单控制系统不能满足需要。

甲醇精馏塔的温度：偏离不允许超过10C 石油裂解气的深冷分离中，乙烯纯度要求达到99.99%。
2 工艺有特殊要求，如配比控制、分程控制等。
第一节 串级控制系统
一、基本概念 以管式加热炉为例。 控制目的：控制原料出口温度恒定 最简单的控制方案：简单控制系统 被控变量:原料出口温度 操纵变量:燃料油流量
副回路
主回路
T2T T1T
T2C T1C
原料
要求：会画工艺管道及控制流程图 方块图（方框图） （1）首先画副回路（同简单控制） （2）将整个副回路当作主回路的“执行 器”，画出主回路的其他部分。
燃料
副回路
主回路
原料 T
TT PT TC PC
燃料 P
加热炉出口温度-燃 料压力串级控制
主对象
副回路
原料
燃料
1. 若干扰D1不存在，仅有干扰D2、 D3存在 炉膛温度控制回路因控制通道时间常数小，调节及时 迅速，先调、粗调、快调； 然后出口温度控制回路慢调、细调，偏差很快会消除。 若两个控制器参数设置合适，在同样D2、D3干扰下， t1的波动（偏差）比简单回路减小10～100倍。
干扰来源：
原料方面(入口流量/温度/组分) D1 燃料方面(组分/热值/压力) D2 鼓风、炉膛抽力和环境温度方面 D3
加热炉出口简单温度控制系统
调节阀 燃料油流量 炉膛 t 2 ３分钟
D2、D3首先反应 在炉膛，且D2使炉 膛温度变化仅需3分 钟左右，反应快。
例：假设在无干扰作用时，简单控制系统已稳定：
T1=Ts1=150 ℃
T2=160 ℃
干扰：燃料热值↑ → 炉膛温度T2 ↑ （ 168 ℃ ） →出口温度T2 ↑ （ 157 ℃ ） 3分钟 12分钟