在單回路控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，再增加計(jì)算環(huán)節(jié)，控制環(huán)節(jié)或者其他環(huán)節(jié)的控制系統(tǒng)稱為復(fù)雜控制系統(tǒng)，化工廠復(fù)雜控制回路主要有以下類型及應(yīng)用。

1. 串級(jí)控制回路：

- 結(jié)構(gòu)組成：包括主、副兩個(gè)控制回路。有兩個(gè)參數(shù)檢測(cè)儀表（分別測(cè)量主變量和副變量）、兩個(gè)控制器（主控制器和副控制器）以及一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

- 工作原理：主控制器根據(jù)主變量的測(cè)量值與設(shè)定值的偏差產(chǎn)生控制信號(hào)，該信號(hào)作為副控制器的設(shè)定值，副控制器再根據(jù)副變量的測(cè)量值與主控制器輸出的設(shè)定值的偏差產(chǎn)生控制信號(hào)，去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而調(diào)節(jié)被控對(duì)象，使主變量穩(wěn)定在設(shè)定值上。

- 應(yīng)用場(chǎng)景：適用于對(duì)象的容量滯后較大、干擾比較劇烈且頻繁的場(chǎng)合。例如，在化工生產(chǎn)中的加熱爐溫度控制，當(dāng)燃料壓力或熱值波動(dòng)較大時(shí)，采用串級(jí)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(duì)出口溫度的影響，提高溫度控制的精度和穩(wěn)定性。

2. 比值控制回路：

- 結(jié)構(gòu)組成：一般由兩個(gè)參數(shù)檢測(cè)儀表（分別測(cè)量主、副物料的流量等參數(shù)）、一個(gè)或兩個(gè)控制器以及一個(gè)或兩個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。根據(jù)不同的比值控制方案，結(jié)構(gòu)會(huì)有所不同，如開環(huán)比值控制結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，只有一臺(tái)純比例控制器；單閉環(huán)比值控制有主、副兩個(gè)回路等。

- 工作原理：按照一定的比值關(guān)系來(lái)控制兩個(gè)或多個(gè)物料的流量，使它們的比例保持恒定。例如，根據(jù)主物料的流量變化，通過(guò)控制器調(diào)節(jié)副物料的流量，以滿足設(shè)定的比值要求。

- 應(yīng)用場(chǎng)景：常用于需要按比例混合兩種或多種物料的生產(chǎn)過(guò)程，如化工生產(chǎn)中的反應(yīng)原料配比控制。例如，在合成氨生產(chǎn)中，氫氣和氮?dú)獾谋壤枰獓?yán)格控制在 3:1，通過(guò)比值控制系統(tǒng)可以確保兩種氣體的流量比例始終符合要求，保證反應(yīng)的順利進(jìn)行和產(chǎn)品的質(zhì)量。

3. 均勻控制回路：

- 結(jié)構(gòu)組成：與簡(jiǎn)單的單回路控制系統(tǒng)類似，但在參數(shù)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(shù)和控制規(guī)律，以實(shí)現(xiàn)均勻控制的目的。

- 工作原理：其目的是使兩個(gè)相互關(guān)聯(lián)的被控變量在一定范圍內(nèi)緩慢變化，以協(xié)調(diào)前后工序的供求矛盾，避免某個(gè)變量的大幅度波動(dòng)。既不像定值控制那樣要求被控變量保持絕對(duì)不變，也不像隨動(dòng)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(yīng)用場(chǎng)景：適用于前后設(shè)備的物料傳輸和供需關(guān)系需要平衡的場(chǎng)合。例如，在兩個(gè)串聯(lián)的化工反應(yīng)器之間，中間儲(chǔ)罐的液位和流出物料的流量需要進(jìn)行均勻控制，以保證前一個(gè)反應(yīng)器的出料能夠平穩(wěn)地進(jìn)入后一個(gè)反應(yīng)器，避免對(duì)后一個(gè)反應(yīng)器的操作產(chǎn)生過(guò)大的沖擊。

4. 分程控制回路：

- 結(jié)構(gòu)組成：一個(gè)控制器的輸出信號(hào)分段控制兩個(gè)或多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，每個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在控制器輸出信號(hào)的不同范圍內(nèi)工作。

- 工作原理：根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程的不同需求，將控制器的輸出信號(hào)劃分為不同的區(qū)間，每個(gè)區(qū)間對(duì)應(yīng)一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作范圍。當(dāng)控制器的輸出信號(hào)在某個(gè)區(qū)間內(nèi)時(shí)，相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的分段控制。

- 應(yīng)用場(chǎng)景：一是用于擴(kuò)大控制閥的可調(diào)范圍，當(dāng)生產(chǎn)過(guò)程中負(fù)荷變化很大，單個(gè)控制閥的可調(diào)范圍無(wú)法滿足要求時(shí)，可采用分程控制，通過(guò)多個(gè)控制閥協(xié)同工作來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)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(chǎn)，例如在某些接近事故狀態(tài)或某個(gè)參數(shù)達(dá)到極限值時(shí)，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(jié)構(gòu)組成：由一個(gè)或多個(gè)參數(shù)檢測(cè)儀表、一個(gè)或多個(gè)控制器、一個(gè)選擇器以及一個(gè)或多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。選擇器根據(jù)不同的條件選擇不同的控制信號(hào)輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

- 工作原理：在生產(chǎn)過(guò)程中，根據(jù)不同的工況條件自動(dòng)選擇不同的控制回路進(jìn)行控制。當(dāng)生產(chǎn)過(guò)程處于正常狀態(tài)時(shí)，選擇正常的控制回路；當(dāng)出現(xiàn)異常情況或某些限制條件被觸發(fā)時(shí)，切換到備用的控制回路，以保證生產(chǎn)過(guò)程的安全和穩(wěn)定。

- 應(yīng)用場(chǎng)景：常用于對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的安全性要求較高的場(chǎng)合，如化工生產(chǎn)中的壓力保護(hù)、溫度保護(hù)等。例如，當(dāng)反應(yīng)釜內(nèi)的壓力超過(guò)設(shè)定的安全限值時(shí)，選擇控制回路會(huì)自動(dòng)切換到泄壓控制回路，打開泄壓閥進(jìn)行泄壓，以防止反應(yīng)釜發(fā)生爆炸等危險(xiǎn)情況。

6. 前饋控制回路：

- 結(jié)構(gòu)組成：由前饋控制器、被控對(duì)象和反饋環(huán)節(jié)組成。前饋控制器根據(jù)擾動(dòng)量的測(cè)量值直接產(chǎn)生控制作用，與反饋控制相結(jié)合，共同作用于被控對(duì)象。

- 工作原理：依據(jù)擾動(dòng)或設(shè)定值的變化按補(bǔ)償原理工作，在擾動(dòng)產(chǎn)生后、被控量還未變化之前，根據(jù)擾動(dòng)的大小進(jìn)行控制，以補(bǔ)償擾動(dòng)對(duì)被控變量的影響。與反饋控制不同，前饋控制是一種開環(huán)控制，不依賴被控變量的反饋信息。

- 應(yīng)用場(chǎng)景：適用于擾動(dòng)可測(cè)且對(duì)被控變量影響較大的場(chǎng)合。例如，在化工生產(chǎn)中，如果某個(gè)反應(yīng)過(guò)程對(duì)進(jìn)料溫度的變化非常敏感，而進(jìn)料溫度容易受到外界環(huán)境的影響而波動(dòng)，此時(shí)可以采用前饋控制，根據(jù)進(jìn)料溫度的測(cè)量值提前調(diào)整反應(yīng)過(guò)程的操作參數(shù)，以減小進(jìn)料溫度變化對(duì)反應(yīng)結(jié)果的影響。