《過程控制工程》教案20150830

1、過程控制工程教案第一章 簡單控制系統(tǒng) 組成：方塊圖簡單控制系統(tǒng)方案的分析設計：1） 分析被控對象的特點2） 選擇被控變量、操縱變量3） 選擇測量、變送裝置、控制器、執(zhí)行器4） 分析各個控制系統(tǒng)之間的相互關聯(lián)和影響第一節(jié) 被控變量的選擇選擇原則：、 直接選用質(zhì)量指標工藝上要求控制的質(zhì)量指標、參數(shù)（可測）如、 采用間接指標）直接參數(shù)不可測）直接參數(shù)雖可測，但信號微弱條件：間接指標與直接指標之間的單值對應關系且有足夠大小的信號。、 考慮工藝的合理性及儀表的可行性例：精餾塔調(diào)節(jié)的被調(diào)參數(shù)的選擇（苯甲苯二元精餾）工藝要求：XD（塔頂產(chǎn)品濃度）一定測量XD有困難，被調(diào)參數(shù)選用間接指標到底選P還是T應考慮工

2、藝的合理性工藝上，只有將塔操作在規(guī)定的壓力下，才易于保證塔的分離純度、效率和經(jīng)濟性選溫度為被調(diào)參數(shù)第二節(jié) 對象特性對控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇對象 干擾作用 調(diào)節(jié)作用 被調(diào)參數(shù)一、 對象靜態(tài)特性分析（特征參數(shù)：放大系數(shù)K）方塊圖： 求余差 f（t）=A F（S）=A/S 若為液位簡單調(diào)節(jié)系 Hm=1采用比例調(diào)節(jié) GC=KC1、 Kf對控制質(zhì)量的影響從靜態(tài)質(zhì)量指標考慮：Kf小好（余差小，控制質(zhì)量提高）從系統(tǒng)的動態(tài)過程質(zhì)量指標考慮：最大偏差 希望Kf 盡可能小2、對控制質(zhì)量的影響從系統(tǒng)的余差、最大偏差這兩個主要的質(zhì)量指標可見：希望K0值大一些，K0越大，控制作用靈敏，抑制擾動的能力強，控制及時

3、。 二、對象動態(tài)特性分析 1、干擾通道Tf、f對控制質(zhì)量的影響 1）Tf的影響 輸入、輸出曲線：Tf越大，曲線越平滑（干擾通道對擾動信號的濾波能力）干擾對被控變量的影響也就越緩和另：Tf越大，系統(tǒng)過渡過程的超調(diào)量越小，控制質(zhì)量高。（通過根軌跡分析法得到）希望Tf越大越好 2）f的影響當對象受到干擾作用后，輸出信號要經(jīng)過一段時間再變化，此時間即為f f t y t f被控變量的過渡過程僅在時間上平移了一個f距離，不影響控制系統(tǒng)的質(zhì)量 f的大小不影響控制系統(tǒng)的質(zhì)量3）干擾作用位置對控制質(zhì)量的影響例：P7圖1-9多容量液位控制系統(tǒng)原理圖可見，干擾輸入離被控液位參數(shù)越遠，對象干擾通道慣性環(huán)節(jié)的階數(shù)越高

4、，濾波效果越好，被控變量受干擾的影響越弱，控制質(zhì)量高。 希望干擾輸入離被控變量越遠越好2、控制通道T0、0對控制質(zhì)量的影響1） T0的影響輸入、輸出曲線：T0太大，操作反應遲鈍，控制作用受到削弱，但系統(tǒng)穩(wěn)定性好T0太小，控制作用過于靈敏，操作頻繁，易引起振蕩，系統(tǒng)穩(wěn)定性差 一般希望：T0適當小一些，有利于快速克服干擾，縮短過渡時間2）0的影響 用0/ T0 反映0對系統(tǒng)質(zhì)量相對影響的程度T0較大時，0的值可以相對大些，雖過渡過程慢，但易穩(wěn)定T0較小時，即使0的值不大，但對系統(tǒng)的影響卻很大，易產(chǎn)生劇烈振蕩輸入、輸出變化曲線：0越大，最大偏差、過渡過程時間越大，控制質(zhì)量變差 0越小越好三、負荷變化

5、對控制質(zhì)量的影響負荷對象的生產(chǎn)能力或運轉能力負荷變化會影響對象的相關特性（靜、動特性）負荷應盡量穩(wěn)定 克服負荷變化對控制質(zhì)量的影響采取的措施： 1）建立自適應控制系統(tǒng) 2）設計串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)（付環(huán)為隨動系統(tǒng)，提高變負 荷的自適應能力 3）合理選擇控制閥的流量特性（利用KV進行補償，使變負荷對象具有一定的自適應能力）一、 測量元件和變送器的動態(tài)特性測量元件是指熱電偶、熱電阻、孔板、膜盒、波紋管、PH電極等檢測元件。變送器： T、 很小，可忽略 ，視為放大環(huán)節(jié)1、 測量元件特性測量元件的靜特性、動特性對調(diào)節(jié)質(zhì)量影響都很大。調(diào)節(jié)系統(tǒng)失靈，不少是因測量元件的問題所致。對于測量元件的要求是準確可靠、重復再

6、現(xiàn)性好、靈敏度高、變差小。在整個量程內(nèi)希望儀表的放大系數(shù)保持常數(shù)。第三章 簡單調(diào)節(jié)系統(tǒng)的分析和設計第一節(jié) 系統(tǒng)被調(diào)參數(shù)的選擇選擇原則：具體P182第二節(jié) 系統(tǒng)調(diào)節(jié)參數(shù)的選擇一、 按靜態(tài)特性選擇調(diào)節(jié)參數(shù)定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)余差Kf要小 K0要大原則：K0KfKf、K0可按工藝關系求取也可通過實驗測得二、 按動態(tài)特性選擇調(diào)節(jié)參數(shù)、 時間常數(shù)對調(diào)節(jié)質(zhì)量的影響Tf 大， 干擾對y的影響小，Tf要求大好T0 大， 則反應慢，不及時，T0過小，太靈敏， 不穩(wěn)定，T0要適當小些。基本原則：T0 Tf、 純滯后時間對調(diào)節(jié)質(zhì)量的影響 0增大，對系統(tǒng)穩(wěn)定性不利（超調(diào)量增加，調(diào)節(jié)質(zhì)量下降）f增加，對過渡過程的影響只是平移了

7、一段時間，對調(diào)節(jié)質(zhì)量無影響。基本原則：0要小，f無關、 干擾進入系統(tǒng)的位置對調(diào)節(jié)質(zhì)量的影響如系統(tǒng)的對象是由幾個獨立的單容量環(huán)節(jié)串聯(lián)組成，靜態(tài)放大倍數(shù)相同，干擾進入位置應靠近調(diào)節(jié)閥。、 如系統(tǒng)的廣義對象是由幾個T組成，應盡量避免相同或相近，以免引起“共振”。小結：被調(diào)參數(shù)的選擇原則調(diào)節(jié)參數(shù)的選擇原則作業(yè)：被調(diào)參數(shù)的選擇原則是什么？按靜態(tài)特性選調(diào)節(jié)參數(shù)要求如何選？按動態(tài)特性選調(diào)節(jié)參數(shù)有哪些要求提問：1）選擇被調(diào)參數(shù)的原則是什么？2）選擇調(diào)節(jié)參數(shù)時對K0、Kf、T0、Tf、0、f有何要求？第三節(jié) 調(diào)節(jié)閥的選擇一、 負荷變化對調(diào)節(jié)質(zhì)量的影響負荷變化會直接影響調(diào)節(jié)對象的特性，即會影響K、T、為了保證系統(tǒng)

8、的調(diào)節(jié)質(zhì)量要求：系統(tǒng)廣義對象特性不變（K0 K V Km）解決辦法：負荷變化所造成的影響由改變調(diào)節(jié)閥特性來補償二、 調(diào)節(jié)閥特性調(diào)節(jié)閥 執(zhí)行機構 調(diào)節(jié)機構氣動薄膜調(diào)節(jié)閥：價兼，結構簡單，維修方便，使用較廣泛。（一） 調(diào)節(jié)閥的流量特性（重點）流量特性-流體通過閥門的相對流量與閥門的相對開度之間的關系、 理想流量特性調(diào)節(jié)閥前后壓差恒定的條件下相對流量與相對開度之間的關系1） 線性特性（直線流量特性）-調(diào)節(jié)閥的相對開度與相對流量成正比關系閥的單位行程變化引起的流量變化相同，但對于不同的行程位置，流量相對變化值不同小開度時，調(diào)節(jié)作用強。大開度時，調(diào)節(jié)作用弱2） 等百分比流量特性（對數(shù)流量特性）-單位行程

9、的變化所引起的流量變化與此點的流量成正比 同一閥門，只要它的行程變化量相同，則不管閥芯原來在什么位置，但流量變化量與它原來的流量的比值，即流量變化的相對百分數(shù)是相等的。開度小時，流量相對變化量小（穩(wěn)定）開度大時，流量相對變化量大（及時、靈敏）3）快開流量特性在閥開度小時，流量就較大，即稍微開一點，流量變化大，隨著行程的增加，流量很快達到最大，開度再增加時，流量變化就不大了。這種閥的有效行程很小，一般為D/4，當大于此值時，調(diào)節(jié)不起作用4）拋物線流量特性-相對流量與相對行程的二次方成比例關系特性介于直線與等百分比之間、 閥的工作流量特性調(diào)節(jié)閥能否起調(diào)節(jié)作用，關鍵在于要使閥在全開情況下其壓降占整個

10、管線的較大比例，否則將使閥可調(diào)范圍縮小，工作特性發(fā)生畸變。閥門全開時的壓降 管路系統(tǒng)總壓降S=1，理想流量特性S06 閥的特性（理想）=所需特性S0. 6 根據(jù)實際特性的畸變來選例：所需特性 所選特性 線性 對數(shù) 快開 線性 對數(shù) 對數(shù)（拋物線）一般 流量調(diào)節(jié)系統(tǒng) 無開方器 線性 有開方器 對數(shù) 液位、壓力 對數(shù) 溫度 對數(shù)2） 從自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)質(zhì)量來考慮要求：系統(tǒng)的廣義對象特性無變化廣義對象放大倍數(shù)保持為常數(shù)對象特性為非線性，可通過閥的特性來補償（三） 調(diào)節(jié)閥氣開、氣關的選擇調(diào)節(jié)閥 執(zhí)行機構 正作用 反作用 閥芯 正裝 反裝選擇原則：從安全角度考慮，當信號中斷時，閥位置對工藝生產(chǎn)造成的危害

11、要小（四） 閥門定位器氣動閥門定位器電/氣閥門定位器（含電氣轉換器的作用） 作用：、 改善閥的動、靜態(tài)特性調(diào)節(jié)器與閥距離遠 ，加大輸出功率 KV大調(diào)節(jié)閥膜頭空間大，TV大時，可使TV減小閥前后差壓大，不平衡力、阻力大，改善特性，使閥正確定位。、 改變調(diào)節(jié)閥的工作流量特性KV1為閥門定位器的放大倍數(shù)KV2為閥（理想）的放大倍數(shù)當更換不同形狀的反饋凸輪時，其KV1即改變，也即閥的工作流量特性就改變。P199圖加以說明、 提高執(zhí)行機構的輸出力若采用無彈簧執(zhí)行機構 ，需配用、 用在分程調(diào)節(jié)系統(tǒng)中小結：閥的流量特性的概念理想及實際流量特性流量特性的選擇閥的作用方式的選擇閥門定位器的作用作業(yè)：1、什么是閥

12、的流量特性？其有哪幾種？特性曲線如何？2、閥的作用方式有哪幾種？其選擇原則是什么？ 3、閥門定位器的作用是什么？提問：1、什么是閥的流量特性？其有哪幾種？2、閥的作用方式有哪幾種？其選擇原則是什么？第四節(jié) 測量滯后對調(diào)節(jié)質(zhì)量的影響及克服測量滯后的方法一、 純滯后在參數(shù)的測量中，易引入純滯后（測量元件安裝位置）此純滯后不可避免，但應盡量縮小。二、 測量滯后測量元件本身特性所引起的動態(tài)誤差（Tm）例如：液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)測量出來的值要比真實值小得多，且存在滯后，測量變送的時間常數(shù)越大，其越明顯?？朔y量滯后的方法：、 選擇快速測量元件（測量元件的時間常數(shù)為對象時間常數(shù)的十分之一）。、 正確選擇測量元件的

13、安裝位置，避免純滯后、 正確選用微分單元TdS+1微分可克服測量滯后，但不能克服純滯后 如TD=Tm，可克服測量滯后選用微分單元可通過調(diào)節(jié)器中加微分調(diào)節(jié)來實現(xiàn)三、 傳送滯后氣信號管線太長，氣動脈沖管線的動態(tài)性能就不能忽視。措施：1）盡可能縮短氣信號的傳送距離。2）當調(diào)節(jié)器是氣信號時，可在傳送線上加氣動繼動器或氣動閥門定位器，增大輸出功率，減少傳送滯后。四、 脈動信號的測量與變送 測量滯后一般來說對調(diào)節(jié)不利，但在脈動信號的測量與變送中，可采用加大測量滯后的辦法來提高調(diào)節(jié)質(zhì)量。例：周期性的脈動信號壓縮機出口壓力的調(diào)節(jié)，由于壓縮機的往復運動，出口壓力出現(xiàn)脈動性周期變化措施：增加阻尼（加閥、加氣容）。

14、不能加微分作用，必要時加反微分。第五節(jié) 工業(yè)用常規(guī)調(diào)節(jié)器的選擇及調(diào)節(jié)器正、反作用的確定一、 調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇、 比例調(diào)節(jié)器特點：及時，不能消除余差比例作用當負荷變化幅度大，純滯后大的系統(tǒng)，如比例度大，余差就大，超調(diào)量大，調(diào)節(jié)時間加長。適用場合：純滯后、慣性滯后小，負荷變化不顯著，工藝對調(diào)節(jié)質(zhì)量要求不高的場合。、 比例、積分調(diào)節(jié)器特點：能消除余差，但積分作用使系統(tǒng)穩(wěn)定性變差，且出現(xiàn)積分飽和現(xiàn)象。適用場合：工藝要求克服余差，純滯后、慣性滯后小，負荷變化較大但變化較緩慢的場合。、 比例、微分調(diào)節(jié)器特點：具有超前調(diào)節(jié)作用，減少超調(diào)量，過渡時間縮短。適用場合：對象具有較大慣性滯后，測量元件的T較大，

15、純滯后較小，多時間常數(shù)的對象。、 比例、積分、微分調(diào)節(jié)器適用場合：對象動態(tài)響應緩慢的過程（純滯后小，負荷變化小，無差）一般 溫度、成份調(diào)節(jié)二、 調(diào)節(jié)器正、反作用的選擇原則：保證系統(tǒng)實現(xiàn)負反饋第六節(jié) 調(diào)節(jié)系統(tǒng)間的相互關聯(lián)及對調(diào)節(jié)質(zhì)量的影響相關聯(lián)-在一個生產(chǎn)裝置上設置兩個或兩個以上的控制系統(tǒng)，控制回路之間就會產(chǎn)生相互影響。如三個并聯(lián)運行的吸收塔 P211設置三個液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)，產(chǎn)生“共振”克服方法：工藝上：更換總管，擴大管徑，使P1、P2相等，GG就不存在了。一套改為手控以減少對另一套的影響控制方案上：1）通過調(diào)節(jié)器參數(shù)整定（弱）2）設計解耦調(diào)節(jié)相關參數(shù)的不相關調(diào)節(jié)對象滯后大，反應緩慢提高調(diào)節(jié)質(zhì)量對

16、象滯后較小，反應靈敏相關（減）相互制約，防止過調(diào)。第七節(jié) 簡單調(diào)節(jié)系統(tǒng)的操作和調(diào)節(jié)器參數(shù)的工程整定一、 簡單調(diào)節(jié)系統(tǒng)的投運投運-自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)投入生產(chǎn)運行，實現(xiàn)自動控制的過程。投運步驟：、 變送器三閥組件的操作、 調(diào)節(jié)閥的換閥操作、 手動遙控、 調(diào)節(jié)器的手/自動切換調(diào)節(jié)器手/自動切換的原則：手動輸出=自動輸出二、 調(diào)節(jié)器參數(shù)的工程整定對于一個方案既定的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其調(diào)節(jié)過程的品質(zhì)主要取決于調(diào)節(jié)器的各個參數(shù)值，適當?shù)倪x擇、TI、Td等調(diào)節(jié)參數(shù)是保證和提高調(diào)節(jié)質(zhì)量的主要途徑。（一） 、TI、Td對過渡過程的影響小，K大，作用強，余差小，過程不穩(wěn)定TI小，作用強，穩(wěn)定性差，余差消除得快Td大，作用強，使

17、過程的最大偏差減小，余差小，調(diào)節(jié)時間短，但系統(tǒng)的穩(wěn)定性差。（二） 、調(diào)節(jié)質(zhì)量的評定指標過渡過程有較好的穩(wěn)定性與快速性衰減比大，超調(diào)量小，調(diào)節(jié)時間短一般，衰減比4：110：1，兼顧其它指標（三）、參數(shù)工程整定方法、 經(jīng)驗湊試法步驟：（略）注意：1）調(diào)節(jié)作用強弱加入的次序：由弱到強。 2）調(diào)節(jié)作用加入的次序：先比例后積分再微 分。3）看曲線，調(diào)參數(shù)。固要能區(qū)分、TI 、Td對過渡過程的影響。、 臨界比例度法整定步驟：1）、TI ，Td 0，在純比例作用下，進行閉環(huán)調(diào)整，從大到小調(diào)，直至出現(xiàn)等幅振蕩（45個等幅波），得到K、Tk2）根據(jù)經(jīng)驗公式及K、Tk，求取數(shù)據(jù)。3）先P后I再D，把參數(shù)加上，觀察

18、運行，參數(shù)作適當調(diào)整。注意：1）K過小，不能采用此法，否則接近雙位調(diào)節(jié)，對工藝不利。2）調(diào)整時要小心，如10，相當于付回路克服的干擾少，付回路調(diào)節(jié)不穩(wěn)定，系統(tǒng)穩(wěn)定性受影響。b. 如T02選得大，T01/T023，付回路滯后加大，另由于T01、T02接近，在干擾作用下一個參數(shù)波動必引起另一參數(shù)的波動，即“共振動”。3） 付參數(shù)的選擇應注意使付參數(shù)變化方向與主參數(shù)變化之間具有一定的單向聯(lián)系。4） 付參數(shù)的選擇應考慮工藝的合理性及儀表實現(xiàn)的可能性。5） 付參數(shù)的選擇應考慮其經(jīng)濟性如付回路存在不止一個可供選擇的參數(shù)時，可考慮其經(jīng)濟性。例：液氨蒸發(fā)器物料出口溫度調(diào)節(jié)前一種：調(diào)節(jié)反應滯后，但經(jīng)濟后一種：調(diào)

19、節(jié)靈敏及時，但得用一套液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)來保證蒸發(fā)壓力有一定的調(diào)節(jié)范圍，不經(jīng)濟。5)、付回路的設計，應考慮把調(diào)節(jié)通道非線性部分包括在付回路內(nèi)。主參數(shù)的調(diào)節(jié)質(zhì)量不受負荷變化的影響。注意：測量變送部分的特性須保證為線性，否則付回路等效對象亦不是線性的。2、調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律及主、付調(diào)節(jié)器正、反作用的選擇1） 主、付調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇一般 主調(diào)節(jié)器 PI或PID 付調(diào)節(jié)器 P（一般不加I，流量加弱積分， 溫 度滯后大，加D）2） 調(diào)節(jié)器作用方式的選擇條件（原則）：必須使主環(huán)、付環(huán)均實現(xiàn)負反饋方法：付調(diào)主調(diào) 規(guī)定：例：加熱爐出口溫度對閥后壓力的串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)四、 串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)的投運和主、付調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定、 串

20、級調(diào)節(jié)系統(tǒng)的投運一步投運法（付環(huán)直接閉合，主環(huán)上進行手自動切換。用在付參數(shù)允許波動較大的場合）二步投運法（先付后主。用在主、付參數(shù)均要求波動較小的場合）例：二步投運法P242（逐步解釋）、 串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)的參數(shù)整定原則：“先付后主”一步整定法（付調(diào)按經(jīng)驗數(shù)據(jù)給，整定主調(diào)）二步整定法（先付后主。主調(diào)放在100%上，整定付調(diào)，然后再整定主調(diào)）小結：1）串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)主、付參數(shù)的選擇 2）串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)主、付調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律、正反作用的選擇3）串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)的投運及參數(shù)整定作業(yè)：1）付參數(shù)的選擇應遵守什么原則？2）主、付調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇如何？3）分析P240精餾塔串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)主、付調(diào)節(jié)器的作用方式。4）

21、串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)投運法有哪幾種？各用在什么場合？提問：1）付參數(shù)的選擇應遵守什么原則？2）主、付調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇如何？第二節(jié) 均勻調(diào)節(jié)系統(tǒng)一、 均勻調(diào)節(jié)系統(tǒng)的目的與要求、 均勻調(diào)節(jié)的由來在化工連續(xù)性生產(chǎn)中，一個設備的出料往往是后一個設備的進料，每個設備都需用自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)來保證工藝要求，這樣，前后兩設備的物料聯(lián)系就會出現(xiàn)矛盾。例：L 閥1開大F2 閥2關小出現(xiàn)矛盾加緩沖器 又增加成本折衷：兩者調(diào)節(jié)精度放寬，允許兩參數(shù)有一些緩慢的變化。均勻調(diào)節(jié)系統(tǒng)-使兩個工藝參數(shù)在規(guī)定范圍內(nèi)緩慢、均勻的變化，使前后設備在物料供求上相互兼顧，均勻協(xié)調(diào)。注意：“均勻”不是指“平均”，而應根據(jù)工藝要求來確定均勻的主次

22、。、 均勻調(diào)節(jié)的特點1） 兩參數(shù)都應是變化的，且變化是緩慢的2） 兩參數(shù)應保持在所允許的范圍內(nèi)波動3） 均勻調(diào)節(jié)的名稱不是指系統(tǒng)的結構特征，而是指系統(tǒng)要達到的目的和所起的作用。它可由不同結構的調(diào)節(jié)系統(tǒng)來構成。二、 均勻調(diào)節(jié)方案、 采用大比例度、弱積分的簡單調(diào)節(jié)系統(tǒng)的形式來實現(xiàn)均勻調(diào)節(jié)結構：簡單目的：均勻調(diào)節(jié)規(guī)律：P（PI）注意：絕對不能加微分，必要時可加反微分 積分作用可根據(jù)具體情況而定，當連續(xù)出現(xiàn)同向干擾時，可適當加積分。特點；簡單易行，但如后一設備壓力變化，即使調(diào)節(jié)閥開度不變，輸出流量也會相應變化。適用場合： 干擾不大，對流量的定值要求不高的場合。、 串級均勻調(diào)節(jié)液位于 主參數(shù) 流量 付參

23、數(shù)結構：串級目的：均勻調(diào)節(jié)規(guī)律：付調(diào)：P（PI） 主調(diào)：P（PI） =100200%，TI=0.11分適用場合：調(diào)節(jié)閥前后干擾和自衡作用較顯著，對流量要求較平穩(wěn)的場合。三、 調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定1） 調(diào)節(jié)規(guī)律：P（PI）2） 作用強弱：由強到弱3） 過渡過程：單調(diào)過程或緩慢的衰減過程。第三節(jié) 比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)一、 比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)的概述在化工生產(chǎn)中，工藝上經(jīng)常需要兩種及兩種以上的物料按一定的比例混合或參加化學反應。若比例失調(diào)，有可能造成生產(chǎn)事故或發(fā)生危險。例：生產(chǎn)合成氨n=氧：重油=Kn太大，溫度升高，易燒壞爐子n太小，燃燒不完全，炭黑多，易堵塞 比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)-實現(xiàn)兩種物料成比值關系的系統(tǒng) 主物料（主流量

24、）-在需要保持比值關系的兩物料中，處于主導地位的稱為主物料。（F1） 從動物料（付流量）-跟隨主物料（主流量）變化而變化的稱從動物料。（F2）比值關系 K=F2/F1二、 比值調(diào)節(jié)方案、 開環(huán)比值調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)規(guī)律：比例（KP即比值系數(shù)）特點：簡單，所用儀表少，但不能克服付流量干擾對比值的影響。適用場合：適用于從動物料的流量波動較小的場合。、 單閉環(huán)比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作過程：穩(wěn)態(tài) F2/F1=K 動態(tài)：1）當主流量改變，通過K成比例的改變付調(diào)的給定值（付回路為隨動系統(tǒng)），使付參數(shù)跟著主參數(shù)變化，以保持比值關系。2）當付流量改變時，付調(diào)的測量值改變，付回路為定值調(diào)節(jié)，使付流量調(diào)回原位，以保持比值關系。調(diào)節(jié)

25、規(guī)律：主調(diào)：比例付調(diào)：比例、積分特點：實現(xiàn)兩物料的比值較精確，實施起來較容易，但主物料的流量不固定（負荷變化）適用場合：一般適用于負荷變化不大的場合及適用于兩種物料需保持比值關系，并對其中一種物料不允許調(diào)節(jié)的場合。、 雙閉環(huán)比值調(diào)節(jié)-主、付物料均為閉環(huán)的比值調(diào)節(jié)工作過程：穩(wěn)態(tài)：主、付流量穩(wěn)定并保持一定的比值關系動態(tài)：1）干擾作用于主參數(shù)，主回路一方面克服干擾，實現(xiàn)定值調(diào)節(jié)，同時通過比值器改變付調(diào)的給定值，使從動物料始終與主物料保持一定的比值關系。2）干擾作用于從動物料，付回路克服干擾，實現(xiàn)定值調(diào)節(jié)。特點：系統(tǒng)復雜，所用設備多，成本高。適用場合：適用于負荷變化大，既要求兩物料成比值，又要求各自的

26、流量較穩(wěn)定的場合。小結：均勻調(diào)節(jié)的特點及方案均勻調(diào)節(jié)的參數(shù)整定比值調(diào)節(jié)的定義開環(huán)、單閉環(huán)、雙閉環(huán)比值調(diào)節(jié)作業(yè)：1）均勻調(diào)節(jié)的定義、特點是什么？2）均勻調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)規(guī)律發(fā)如何設定？調(diào)節(jié)器參數(shù)整定有哪些注意事項？3）比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)的定義是什么？4）畫出單閉環(huán)、雙閉環(huán)比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)的原理圖、方塊圖，并說明其工作過程。提問：1）何為均勻調(diào)節(jié)系統(tǒng)、比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)。2）請學員上黑板畫出單閉環(huán)、雙閉環(huán)比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)的原理圖。、 變比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)在有些化學反應過程中需要兩種物料的比值根據(jù)第三參數(shù)的需要而不斷校正，即兩物料的比值是變化的。例：硝酸生產(chǎn)中，氧化爐爐溫與氨氣/空氣比值所組成的串級調(diào)節(jié)原料：氨氣與空氣工藝要求：反

27、應溫度恒定（氧化爐穩(wěn)定生產(chǎn)）原理圖（幻燈片）主要干擾：氨空比一般干擾：氨氣、空氣初始溫度、壓力、負荷變化、觸媒活性的變化、大氣溫度、壓力的變化、空氣中水蒸汽含量的變化。分析：不能用定比值來保證反應溫度恒定方塊圖：工作過程：1）主參數(shù)變化，改變比值，即改變付調(diào)的給定值，從而改變氨氣量。 2）主參數(shù)不變時即為定值調(diào)節(jié)二、比值調(diào)節(jié)方案中比值系數(shù)的計算、 相乘方案1） 采用開方器，即流量與測量信號成線性關系變送器輸出為420mA2）采用差壓法測量流量（不用開方器），即流量與測量信號為非線性關系孔板輸出的差壓信號與被測流量之間的關系：三、 比值控制系統(tǒng)設計中的幾個問題、 主、從動物料流量的選擇1） 從工

28、藝角度考慮，生產(chǎn)中占主導地位的物料為主物料（雙閉環(huán)）2） 從安全角度考慮，當某一物料發(fā)生擾動能及時進行比值調(diào)節(jié)，否則易出事故的即為主物料（單閉環(huán)）、 關于開方器的選用是否用開方器對K值的實現(xiàn)無影響，但不用開方器影響調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、 比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)中氣體流量的溫度、壓力校正為了提高控制精度，對氣體流量進行溫度、壓力校正。四、 比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)的投運及參觀者數(shù)整定、 投運 付回路手動遙控，待X=Z，投自動、 參數(shù)整定雙閉環(huán)主回路 4：1衰減過程 （過程要快，n=4：1）付回路 隨動系統(tǒng)過渡過程：振蕩與不振蕩的邊界第五章 其它調(diào)節(jié)系統(tǒng)第一節(jié) 前饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)一、 概述、 什么是前饋調(diào)節(jié)-根據(jù)干擾作用大小而進

29、行的調(diào)節(jié)前提：此干擾能測量例：熱交換器出口溫度前饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)干擾：進料量的波動干擾對被調(diào)參數(shù)的影響 干擾作用 前饋調(diào)節(jié)作用反應曲線：系統(tǒng)對干擾實現(xiàn)完全補償?shù)臈l件：、 前饋與反饋的區(qū)別反饋前饋檢測信號被調(diào)參數(shù)干擾調(diào)節(jié)的依據(jù)偏差干擾克服干擾的能力多個干擾一個干擾調(diào)節(jié)質(zhì)量被調(diào)參數(shù)波動被調(diào)參數(shù)不變系統(tǒng)形式閉環(huán)開環(huán)小結：變比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)比值系數(shù)的計算比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)的投運及整定前饋調(diào)節(jié)的定義、特點、與反饋的區(qū)別前饋實現(xiàn)完全補償?shù)臈l件作業(yè)：1）2）前饋調(diào)節(jié)的定義、特點是什么？它與反饋有何區(qū)別？提問：1）什么是前饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)？它有何特點？2）前饋調(diào)節(jié)與反饋調(diào)節(jié)有何區(qū)別？、 前饋控制調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律靜態(tài)前饋模型動態(tài)前饋

30、模型1） 靜態(tài)前饋模型生產(chǎn)實際中只要求在規(guī)定工況下，實現(xiàn)對擾動量的補償通過乘法器或比值器來實現(xiàn)2） 動態(tài)前饋模型、 前饋反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng) 前饋克服主要干擾 反饋克服其它干擾例：換熱器出口溫度前饋-反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要干擾進料量的波動由前饋克服其它干擾由反饋克服二、 前饋調(diào)節(jié)的適用場合、 當系統(tǒng)中干擾變化幅度大、頻率高時。、 系統(tǒng)中的干擾是可測不可控的、 在系統(tǒng)中存在著對被調(diào)參數(shù)影響顯著，反饋調(diào)節(jié)又難以克服的干擾，而工藝對調(diào)節(jié)精度要求又高時、 當系統(tǒng)中對象調(diào)節(jié)通道滯后大（T大，大）或干擾通道時間常數(shù)小時。三、 簡單前饋控制方案舉例（鍋爐多沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)）例：鍋爐汽包液位控制工藝要求：液位恒定干擾：蒸汽負荷

31、變化，給水量的波動干擾分析：蒸汽負荷汽包壓力 水蒸發(fā)量 液位 而實際上：汽化速度 V汽包 V液 液位出現(xiàn)“假液位”給水總管壓力給水量液位1、單沖量液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理圖：當蒸汽負荷變化激烈，“假液位”現(xiàn)象嚴重時，會使閥產(chǎn)生誤動作。適用場合：適用于小型鍋爐（蒸發(fā)量10T/h），負荷波動不太激烈的場合。2、雙沖量液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)為了消除“假液位”，引入前饋信號：蒸汽量原理圖：借助于輔助沖量的前饋作用，可避免“假液位”影響的誤動作。缺點：給水量的波動不能及時克服3、三沖量液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)引入給水量這一前饋信號原理圖：工作過程： 穩(wěn)態(tài)： 液位測量信號=給定水位 加法器輸出：P0=C1PC-C2PF+C3PWC0

32、設計：C2PF = C3PW 動態(tài)：1） 蒸汽流量PFP0閥開 克服”假液位” 假液位PCP0假液位消除液位PCP0閥開2)給水量PWP0閥關結構形式：1）調(diào)節(jié)器在加法器之前特點：前饋作用強，可減小被調(diào)參數(shù)的最大偏差；加法器輸出易出現(xiàn)飽和現(xiàn)象 2）調(diào)節(jié)器位于加法器之后特點：被調(diào)參數(shù)作為幾個參數(shù)之和，可按單回路系統(tǒng)來整定，能起到均勻調(diào)節(jié)的作用小結：前饋調(diào)節(jié)的靜態(tài)、動態(tài)模型及前饋-反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)鍋爐汽包液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)作業(yè)：1）實現(xiàn)靜態(tài)前饋完全補償?shù)臈l件是什么？2） 設計一套加熱爐出口溫度（反饋）-物料量（前饋）調(diào)節(jié)系統(tǒng)。畫出其原理圖、方塊圖，并判別閥及調(diào)節(jié)器的作用方式。提問：1）前饋反饋調(diào)節(jié)有何特點？

33、 2）實現(xiàn)靜態(tài)前饋完全補償?shù)臈l件是什么？第二節(jié) 自動保護系統(tǒng) 當生產(chǎn)或設備運行狀態(tài)發(fā)生異常時，采取信號報警及信號聯(lián)鎖動作，防止事故的發(fā)生，但這樣會造成一些不必要的停車，影響生產(chǎn)。一、 自動選擇性調(diào)節(jié)系統(tǒng)（取代調(diào)節(jié)、超馳調(diào)節(jié)）、 概述-當工程趨于限制條件時，用控制不安全生產(chǎn)的調(diào)節(jié)器自動代替正常生產(chǎn)的調(diào)節(jié)器工作，直到過程回到安全的范圍之后，正常生產(chǎn)的調(diào)節(jié)器又開始工作。作用：既起自動保護又起不停車的安全軟限控制例：液氨蒸發(fā)量的選擇調(diào)節(jié)系統(tǒng)工藝要求：被冷卻物料的出口溫度恒定存在的問題：如蒸發(fā)器中的液氨達到一定高度時，因液氨蒸發(fā)空間太小，液氨蒸發(fā)量無從增加，并且如液面繼續(xù)升高,因為回收重復使用的氣氨夾帶

34、部分液氨而進入壓縮機，影響壓縮機的正常運行，嚴重時造成事故。限制條件：為了使蒸發(fā)器保持足夠的氣化空間，必須限制液面不得高于某一最高限值。設計選擇調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作過程：正常工況下，HH上，PL ，再燒燃料氣原理圖：幻燈片（P280）工作過程：1） 當PRC的輸出 F3max，低選F3max，F(xiàn)3RC實現(xiàn)定值調(diào)節(jié)，使馳放氣穩(wěn)定在F3max，減法器輸出為PRC的輸出F3max，F(xiàn)4C根據(jù)此給定值調(diào)節(jié)，打開燃料氣。、 積分飽和現(xiàn)象和防止措施1） 積分飽和現(xiàn)象選擇性調(diào)節(jié)系統(tǒng)中有兩個調(diào)節(jié)器只有一個能被選上處于閉環(huán)運行狀態(tài)。而另一個未被選上的調(diào)節(jié)器就處于開環(huán)狀態(tài)。當未被選上的調(diào)節(jié)器具有積分作用時，只要有偏差存在

35、，調(diào)節(jié)器的輸出就會不斷的增加，最終超出信號范圍，進入過飽和區(qū)域。當該調(diào)節(jié)器被選上后，在過飽和區(qū)域內(nèi)該信號所對應的調(diào)節(jié)論著靜止不動，由此所造成的控制作用不能及時產(chǎn)生的現(xiàn)象稱為積分飽和。2） 防止措施A 積分外反饋（氣動儀表）B 高/低限幅器C 采用PI-P調(diào)節(jié)規(guī)律D 調(diào)節(jié)器初始化（DCS中）第三節(jié) 精餾塔的自動調(diào)節(jié)一、 精餾過程簡介精餾塔示意圖：幻燈片精餾過程-將沸點不同的互溶的液體混合物分離成純組份的操作過程。（傳質(zhì)傳熱過程）工藝要求：1）質(zhì)量指標 XD或XB保證一定的純度2）保證物料平衡及能量平衡（以保證塔的平穩(wěn)操作）如塔內(nèi)汽化速度、塔本身的壓力、再沸器的加熱限制等（兩側溫差不能太大），否則

36、被沸騰汽化的液體量愈多，塔內(nèi)上升的氣相速度越大。二、精餾塔主要擾動因素分析、 塔壓波動的影響產(chǎn)生原因：塔本身的操作擾動和前后工序的操作擾動塔的工作條件：塔壓力恒定（塔壓力與汽液平衡有關）P恒定，T與X才能一一對應、 進料方面的干擾1） 進料量的波動A 全部為液相進料 進料F提餾塔溫度B中的XD精餾段溫度XD(產(chǎn)品下降)提餾段最先受影響,溫度調(diào)節(jié)方案應在提餾段B.全部為氣相進料進料F精餾塔上升蒸汽量D塔頂溫度D中的XB提餾段溫度B中的XB(產(chǎn)量下降)由于氣相進料,溫度調(diào)節(jié)應在精餾段C.氣液兩相混合進料其影響介于上二種之間，D中的XB 上升，B中的XD上升,控制手段上二種亦可。2）2） 進料溫度波動的影響引起塔溫變化，影響產(chǎn)品含量（上例溫控可以克服）注：如波動太大，可采用進料溫度定值調(diào)節(jié)小結：1）自動選擇調(diào)節(jié)方案2）精餾塔及擾動因素分析作業(yè)：1）自動選擇調(diào)節(jié)系統(tǒng)的定義2）克服積分飽和現(xiàn)象可采取哪些措施？3）何為精餾過程？塔壓和進料方面有何擾動？提問：1）自動選擇調(diào)節(jié)系統(tǒng)的定義2）克服積分飽和現(xiàn)象可采取哪些措施？、 塔內(nèi)蒸汽速度和加熱波動的影響蒸汽速度