過程控制

ProcessControl

上篇過程控制系統第8章其他控制系統本章要點

均勻控制系統的基本概念、工作原理及特點

分程控制系統的概念、設計和應用

閥位控制系統的結構、工作原理、設計方法及應用本章學習目標

掌握均勻控制的原理、特點及參數整定原則

掌握分程及閥位控制系統的結構、原理及特點

理解均勻、分程及閥位控制系統的設計、應用及整定方法第8章其他控制系統8.1均勻控制系統8.2分程控制系統8.3閥位控制系統在連續生產過程中,前一設備的出料往往是后一設備的進料,而且隨著生產的進一步強化,前后生產過程的聯系更加緊密，此時設計自動控制系統應該從全局來考慮。化工生產中,總是幾個塔串聯運行。為了保證相互串聯的塔能正常地連續生產，每一個塔都要求進入塔的流量保持在一定的范圍內，同時也要求塔底液位不能過高或過低。8.1均勻控制系統8.1.1均勻控制的原理及特點第8章其他控制系統8.1均勻控制系統兩個串聯的精餾塔孤立設置控制系統。精餾塔甲的出料直接作為乙塔的進料，為了保證甲塔液位穩定在一定范圍內，故而設有液位控制系統；根據乙塔入料穩定的要求，又設置了流量控制系統。兩個控制系統工作起來互相矛盾，以致無法工作。第8章其他控制系統8.1均勻控制系統

均勻控制系統把液位、流量統一在一個控制系統中，從系統內部解決工藝參數間的矛盾。具體來說，就是讓甲塔的液位在允許的限度內波動，與此同時讓流量作平穩緩慢的變化。為了解決前后兩塔供求之間的矛盾，可設置均勻控制系統。第8章其他控制系統8.1均勻控制系統假如只設置一個液位控制系統，此時可有三種情況出現：（a）液位控制系統具有較強的控制作用（b）液位控制系統的控制作用減弱（c）液位調節器作用基本上消除均勻控制—液位、流量緩慢變化第8章其他控制系統8.1均勻控制系統（a）Kc較大（b）Kc較小（c）Kc→0均勻控制系統的名稱來自系統所能完成的特殊控制任務，它使前后設備在物料供求上相互均勻、協調，統籌兼顧。均勻控制系統歸納起來有如下三個特點：(1)結構上無特殊性一個普通結構形式的控制系統，能否實現均勻控制的目的，主要在于調節器的參數整定如何。可以說，均勻控制是通過降低控制回路靈敏度來獲得的,而不是靠結構變化得到的。(2)參數應變化，而且應緩慢地變化(3)參數應限定在允許范圍內變化在均勻控制系統中被調參數是非單一、定值的，允許它在給定值附近一個范圍內變化。即根據供求矛盾，兩個參數的給定值不是定點而是定范圍。第8章其他控制系統8.1均勻控制系統8.1.2均勻控制系統的設計1.控制方案的選擇（1）簡單均勻控制調節器一般選用比例作用。但有時為了防止連續出現同向擾動時被調參數超出工藝規定的上下限范圍,可適當引入積分作用。通常，均勻控制系統的調節器整定在較大的比例度和積分時間上,通常比例度要大于100%，以較弱的控制作用達到均勻控制的目的。優點:結構簡單，投運方便，成本低。缺點:控制效果較差，只適用于干擾不大，要求不高的場合。第8章其他控制系統8.1均勻控制系統（2）串級均勻控制采用串級形式并不是為了提高主參數液位的控制質量，流量副回路的引入主要是為了克服調節閥壓力波動及自衡作用對流量的影響，使采出流量變化平緩。

串級均勻控制系統適用于系統前后壓力波動較大的場合。它能克服較大的干擾，使主、副參數變化均勻緩慢平穩，提高控制質量，因而在生產過程自動化中得到較多的應用。第8章其他控制系統8.1均勻控制系統氣體壓力與流量的均勻控制對于氣相物料，前后設備間物料的均勻控制不是液位和流量之間的均勻。例如，脫乙烷塔塔頂分離器內壓力是用來穩定精餾塔塔頂壓力的，而從分離器出來的氣體是加氫反應器的進料，因此也需盡量平穩，為此設計圖示的壓力與流量的串級均勻控制。第8章其他控制系統8.1均勻控制系統（3）雙沖量均勻控制以液位和流量兩個測量信號之差作為被控參數的系統。

從結構上看，它相當于以兩個信號之差作為被控參數的單回路控制系統，參數整定可按簡單均勻來考慮。因此，雙沖量均勻控制即具有簡單均勻控制的參數整定方便的特點，同時由于加法器綜合考慮液位和流量信號變化的情況，故又有串級均勻的優點。第8章其他控制系統8.1均勻控制系統2.均勻控制規律的選擇

（1）簡單均勻控制一般采用P作用，有時也可采用PI控制規律。（2）串級均勻控制主調節器一般用P作用，有時也可采用PI控制規律。副調節器一般用P作用，如果為了照顧流量副參數，使其變化更穩定，也可選用PI控制規律。

（3）雙沖量均勻控制調節器一般應采用PI控制規律。

第8章其他控制系統8.1均勻控制系統8.1.3均勻控制系統的整定

串級均勻控制中的流量副調節器參數整定與普通流量調節器整定差不多，而均勻控制系統的其他幾種形式的調節器都需按均勻控制的要求來進行參數整定。整定的主要原則是一個“慢”字，即過渡過程不允許出現明顯的振蕩，可以采用憑經驗整定，看曲線調參數的方法來進行。它的具體整定原則和方法如下。1.整定原則①保證液位不超出允許的波動范圍，先設置好調節器參數。②修正調節器參數，充分利用容器的緩沖作用，使液位在最大允許的范圍內波動，輸出流量盡量平穩。③根據工藝對流量和液位兩個參數的要求，適當調整調節器的參數。第8章其他控制系統8.1均勻控制系統2.方法步驟第8章其他控制系統8.1均勻控制系統串級均勻控制系統的整定方法（1）經驗法根據經驗，按照“先副后主”的原則，流量副調節器參數整定與普通流量調節器整定差不多。把主、副調節器的比例度δ調到某一適當值，然后由大到小進行調節,觀察記錄曲線，反復調整比例度，使系統的過渡過程呈現緩慢的非周期衰減變化，直到液位、流量曲線都滿足工藝提出的均勻要求為止。第8章其他控制系統8.1均勻控制系統（2）停留時間法停留時間法是指被調參數在允許變化的范圍內，依據控制介質流過被控過程所需要的時間（稱為停留時間）整定調節器參數的方法。停留時間t大約等于被控對象時間常數T的一半，即t≈T/2。因此，按停留時間整定調節器參數，實際上是按被控對象特性進行參數整定。當沒有對被控對象特性進行試驗測定，而不知道時間常數T時，可根據被控對象的結構和液位控制范圍進行計算確定。停留時間t的計算公式為

式中，q——正常工況下的介質流量；V——容器的有效容量。第8章其他控制系統8.1均勻控制系統表8.1停留時間與調節器參數關系表具體的整定步驟：①副調節器按簡單均勻控制系統的方法整定。②計算停留時間t，然后根據表8.1確定液位調節器的整定參數。若照顧流量，選用數值較大的一組參數；若要照顧液位，選用數值較小的一組參數；如兩者都需兼顧，則在兩組參數范圍內細心調整。③根據工藝要求，適當調整主、副調節器的參數。直到液位與流量曲線都滿足生產要求為止。反饋控制系統:分程控制系統:調節器(0.02~0.06MPa)(0.06~0.10MPa)A閥門定位器B閥門定位器(0.02~0.10MPa)(0.02~0.10MPa)A閥B閥(0~100%)(0~100%)調節器調節閥(0.02~0.10MPa)(0~100%)

8.2分程控制系統

第8章其他控制系統8.2分程控制系統

8.2.1分程控制系統概述

分程控制系統方框圖:第8章其他控制系統8.2分程控制系統擴大控制閥的可調范圍，以便改善控制系統的品質，使系統更為合理可靠；滿足某些工藝操作的特殊需要。

分程控制系統設置的目的:兩個調節閥同向動作兩個調節閥異向動作

分程控制系統的分類氣開氣開氣閉氣閉氣開氣開氣閉氣閉兩個調節閥同向動作兩個調節閥異向動作第8章其他控制系統8.2分程控制系統8.2.2分程控制系統的設計1.調節器輸出信號的分程第8章其他控制系統8.2分程控制系統調節器輸出信號分程的基本原則是：首先，根據工藝原理，從確保安全生產角度出發，確定各個調節閥的開、閉形式；然后再確定調節器的正、反作用方式；最后根據上述結果確定各個閥的分程區間。2.調節閥流量特性的選擇在分程控制中，若把兩個調節閥作為一個調節閥使用并要求分程點處的流量特性平滑時，就需要對調節閥的流量特性進行仔細的選擇，選擇不好會影響分程點處流量特性的平滑性。第8章其他控制系統8.2分程控制系統如果用兩只流通能力不相同的調節閥組合起來構成分程控制，從組合后的總流量特性來看，兩閥分程信號的交接處流量的變化并不是平滑的。轉折點第8章其他控制系統8.2分程控制系統①選擇流量特性合適的調節閥，如選用兩個流通能力相等的線性閥，使兩閥的流量特性銜接成直線。②使兩個閥在分程點附近有一段重疊的調節器輸出信號，這樣不等到小閥全開，大閥就已經開始啟動，從而使兩閥特性銜接平滑。改善流量特性平滑性的方法：調節器(0.02~0.062MPa)(0.058~0.10MPa)A閥門定位器B閥門定位器(0.02~0.10MPa)(0.02~0.10MPa)A閥B閥(0~100%)(0~100%)第8章其他控制系統8.2分程控制系統3.調節閥的泄漏量在分程控制系統中，必須保證在調節閥全關時無泄漏或泄漏量極小。尤其是當大閥全關時的泄漏量接近或大于小閥的正常調節量時，小閥就不能發揮其應有的調節作用，甚至不起調節作用。第8章其他控制系統8.2分程控制系統4.調節器控制規律的選擇與參數整定分程控制系統屬于單回路控制系統，有關調節器控制規律的選擇與參數整定可參照單回路控制系統處理。但是，在分程控制系統中，如果兩個控制通道的特性不同，則調節器的參數就不能同時兼顧兩個不同對象的特性要求，此時，應抓住主要矛盾，按正常情況下整定調節器的參數，而對于另一臺調節器，只要能在工藝允許的范圍內工作即可。第8章其他控制系統8.2分程控制系統8.2.3分程控制的工業應用及實例1）擴大調節閥的可調范圍,改善控制品質2）用于控制兩種不同的介質,以滿足工藝生產的要求3）用作生產安全的防護措施第8章其他控制系統8.2分程控制系統4）用于節能1）擴大調節閥可調范圍,改善控制品質蒸汽減壓系統分程控制方案第8章其他控制系統8.2分程控制系統蒸汽減壓分程閥特性曲線在正常情況下,即小負荷時,A閥起控制作用,B閥關閉;當大負荷時,A閥已全開仍滿足不了蒸汽量的需要,這時B閥也開始打開,以彌補A閥全開時蒸汽供應量的不足。第8章其他控制系統8.2分程控制系統蒸汽減壓系統分程控制方案設A、B閥的最大流通能力Cmax均為100，可調范圍R為30。當采用兩只閥組成分程控制時，最大流通能力為：兩閥組合后的可調范圍應為：由于調節閥可調范圍擴大了，可以滿足不同生產負荷的要求，而且控制的精度也可以獲得提高，控制質量得以改善。同時生產的穩定性和安全性也可進一步得以提高。第8章其他控制系統8.2分程控制系統間歇式化學反應器分程控制系統2）用于控制兩種不同的介質,以滿足工藝生產的特殊要求當反應物投入設備后反應前：預熱反應中：及時移走反應熱反作用A.CA.Oθ第8章其他控制系統8.2分程控制系統反作用A.CA.Oθ反應前升溫階段反應中及時移走反應熱第8章其他控制系統8.2分程控制系統第8章其他控制系統8.2分程控制系統廢液中和過程分程控制系統在工業廢液中和過程中，由于廢液來源的不同，有時呈酸性，有時呈堿性，這就需要根據廢液的酸堿度，決定加堿或加酸，以保證排放的廢液維持中性。氣開氣閉廢液呈堿性時廢液呈酸性時3）用作生產安全的防護措施為防止油品氧化,常常在油品儲罐液位以上空間充以惰性氣體氮,以使油品與空氣隔絕。稱為氮封。一般要求氮氣壓力保持為微正壓。反作用氣閉氣開第8章其他控制系統8.2分程控制系統當向儲罐內注油時：當從儲罐內抽油時：反作用不靈敏區：防止p在pr附近變化時，A、B閥頻繁動作第8章其他控制系統8.2分程控制系統4）用于節能在某些生產過程中，為了節能降耗，通常采用工業廢熱水作為熱源對冷物料進行加熱，而當所用工業廢熱水提供的熱量不能滿足物料出口溫度要求時，則同時使用蒸汽進行加熱。第8章其他控制系統8.2分程控制系統A.OA.O反作用AB換熱器溫度分程控制系統在設計控制系統時，選擇控制變量既要考慮經濟性和合理性，又要考慮快速性和有效性。但在有些情況下，很難做到兩者兼顧。閥位控制系統就是在綜合考慮控制變量的快速性、有效性和經濟性、合理性基礎上發展起來的一種控制系統。閥位控制系統根據一個被控參數去控制兩個控制參數，但其系統結構和控制目的與分程控制系統完全不同。第8章其他控制系統8.3閥位控制系統

8.3閥位控制系統

8.3.1問題的提出及系統特點

控制參數A：經濟性和合理性較好，但不夠及時有效；控制參數B：快速性和有效性較好，但是經濟性、合理性較差。8.3.2閥位控制系統的結構及工作原理第8章其他控制系統8.3閥位控制系統經濟、合理但不及時快速、及時但不經濟主調節器閥位調節器B閥位設定值BA閥位調節器C2調節控制參數A，r為閥位調節器的給定值，閥位調節器的測量值與控制參數B的調節閥開度相對應，因而稱為閥位控制系統。1.管式加熱爐熱油出口溫度控制克服干擾的快速性和有效性比較差及時有效經濟合理A.OA.O正作用反作用第8章其他控制系統8.3閥位控制系統控制過程分析：

及時有效經濟合理A.OA.O正作用反作用穩定情況：被控參數=設定溫度RVB開度=r干擾使θ↑時：

VA

、VB兩只閥控制的結果會使溫度上升的趨勢降低，VB開度逐漸減小，VA開度逐漸加大，直至重新平衡。第8章其他控制系統8.3閥位控制系統θ2.蒸汽減壓系統的壓力控制穩定情況：被控參數=設定溫度RVB開度=r干擾使P↓時：

隨著低壓總管壓力的回升，VB開度逐漸減小，VA開度逐漸加大，壓力控制的任務轉移到閥VA，直至重新平衡。第8章其他控制系統8.3閥位控制系統反作用正作用蒸汽減壓閥位控制系統1.控制參數的選擇8.3.3閥位控制系統的設計要從經濟性、合理性和快速性、有效性兩個不同角度考慮選擇A