分程控制系統(tǒng)

1、2.5.1分程控制系統(tǒng)的基本概念1.分程調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般來說，一臺調(diào)節(jié)器的輸出僅操縱一只調(diào)節(jié)閥，若一只調(diào)節(jié)器去控制兩個以上的閥并且是按輸出信號的不同區(qū)間去操作不同的閥門，這種控制方式習(xí)慣上稱為分程控制。統(tǒng)的簡 兩只調(diào) 調(diào)節(jié)閥 能。例如圖2.5-1表示了分程控制系 圖。圖中表示一臺調(diào)節(jié)器去操縱 節(jié)閥，實施（動作過程）是借助 上的閥門定位器對信號的轉(zhuǎn)換功 圖中的A、B兩閥，要求A閥在調(diào)節(jié)器輸出信號壓力為 0.020.06MPa變化時，作閥得 全行程動作，則要求附在 A閥上的閥門定位器，對輸入信號 0.020.06MPa時，相應(yīng)輸出為0.020.1MPa,而B閥上的閥門定位器，應(yīng)調(diào)整成在輸入信號為0.0

2、60.1圖2.5-1 分程控制系統(tǒng)示意圖MPa寸，相應(yīng)輸出為0.020.1MPa。按照這些條件，當(dāng)調(diào)節(jié)器（包括電/氣轉(zhuǎn)換器） 輸出信號小于0.06MPa時A閥動作，B閥不動；當(dāng)輸出信號大于 0.06MP0時，而B閥動 作，A閥已動至極限；由此實現(xiàn)分程控制過程。分程控制系統(tǒng)中，閥的幵閉形式，可分同向和異向兩種，見圖2.5-2和圖2.5-3 o圖2.5-2 調(diào)節(jié)閥分程動作（同向）圖2.5-3調(diào)節(jié)閥分程動作（異向）一般調(diào)節(jié)閥分程動作采用同向規(guī)律的是為了滿足工藝上擴大可調(diào)比的要求；反向規(guī)律的選擇是為了滿足工藝的特殊要求。2.分程控制系統(tǒng)的應(yīng)用1）為擴大調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍調(diào)節(jié)閥有一個重要指標，即閥的可調(diào)范

3、圍R。它是一項靜態(tài)指標，表明調(diào)節(jié)閥執(zhí)行規(guī)定特性（線性特性或等百分比特性）運行的有效范圍。可調(diào)范圍可用下式表 示：CminCmax(2.5-1)式中 Cmax閥的最大流通能力，流量單位Cmin閥的最小流通能力，流量單位。國產(chǎn)柱塞型閥固有可調(diào)范圍R=30,所以Cmin 30%Cmax。須指出閥的最小流通能力不等于閥關(guān)閉時的泄漏量。一般柱塞型閥的泄漏量Cs僅為最大流通能力的0.10.01%。對于過程控制的絕大部分場合， 采用R=30的控制閥已足夠滿足生產(chǎn)要求了。 但有極少數(shù)場合，可調(diào)范圍要求特別大，如果不能提供足夠的可調(diào)范圍，其結(jié)果將 是或在高負荷下供應(yīng)不足，或在低負荷下低于可調(diào)范圍時產(chǎn)生極限環(huán)。例

4、如蒸汽壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，設(shè)鍋爐產(chǎn)生的是壓力為10MP的高壓蒸汽，而生產(chǎn)上需 要的是4MP平穩(wěn)的中壓蒸汽。為此，需要通過節(jié)流減壓的方法將10MPO!勺高壓蒸汽節(jié)流減壓成4Mpa勺中壓蒸汽。在選擇調(diào)節(jié)閥口徑時，如果選用一個調(diào)節(jié)閥，為了適 應(yīng)大負荷下蒸汽供應(yīng)量的需要，調(diào)節(jié)閥的口徑要選擇得很大，而正常情況下蒸汽量 卻不需要哪么大，這就需要將閥關(guān)的小一些。也就是說，正常情況下調(diào)節(jié)閥只是在 小幵度工作，因為大閥在小幵度下工作時，除了閥的特性會發(fā)生畸變外，還容易產(chǎn) 生噪聲和震蕩，這樣控制會使控制效果變差控制質(zhì)量降低。為了解決這一矛盾，可 選用兩只同向動作的調(diào)節(jié)閥構(gòu)成分程控制系統(tǒng)，如圖2.5-2所示的分程控制系統(tǒng)

5、采用了 A、B兩只同向動作的調(diào)節(jié)閥（根據(jù)工藝要求均選為氣幵式）其中A閥得在調(diào)節(jié)器輸出信號412mA（氣壓信號為0.020.06MPa）時由全閉到全幵，B閥得在調(diào)節(jié)器輸出信號1220mA(氣壓信號為0.06O.IMPa)時由全閉到全幵，這樣，在正常情況下，即小負荷時，B閥處于全關(guān)，只通過A閥幵度的變化來進行控制；當(dāng)大負荷 時，A閥已全幵仍滿足不了蒸汽量的需求，這是B閥也幵始打幵，以補足 A閥全幵時蒸汽供應(yīng)量的不足。圖2.5-4 蒸汽減壓分程控制系統(tǒng)原理圖假定系統(tǒng)中所采用的 A、B兩只調(diào)節(jié)閥的最大流通能力Cmax均為100,可調(diào)范圍R=30。由于調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍為：maxC min(2.5-2)據(jù)

6、上式可求得CminCmax 30 = 100 30 3.33(2.5-3)當(dāng)采用兩支閥構(gòu)成分程控制系統(tǒng)時，最小流通能力不變，而最大流通能力為兩閥最大流通能力之和2Cmax=200，因此A B兩閥組合后的可調(diào)范圍應(yīng)是：這就是說采用兩支流通能力相同的調(diào)節(jié)閥構(gòu)成分程控制系統(tǒng)后，其調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍比單只調(diào)節(jié)閥增大一倍。2)滿足工藝操作的特殊要求。在某些間歇式生產(chǎn)化學(xué)反應(yīng)過程中，當(dāng)反應(yīng)物投入設(shè)備后，為了使其達到反應(yīng)溫度，往往在反應(yīng)幵始前需要給它提供一定的熱量。一旦達到反應(yīng)溫度后，就會隨這些熱 烈，以致 式化學(xué) 又要考為此設(shè)計了如圖2.5-5所示的分程控制系統(tǒng)。著化學(xué)反應(yīng)的進行不斷釋放出熱量， 量如不及時

7、移走，反應(yīng)就會越來越激 會有爆炸的危險。因此對于這種間歇 反應(yīng)器既要考慮反應(yīng)前的預(yù)熱問題， 慮反應(yīng)過程中及時移走反應(yīng)熱的問題。圖中溫度調(diào)節(jié)器選擇反作用，冷水調(diào)節(jié)閥選擇氣關(guān)式（A閥），熱水調(diào)節(jié)閥選擇氣幵式（B閥）。該系統(tǒng)工作過程如下:在進行化學(xué)反應(yīng)前的升溫階段，由于溫度測 量值小于給定值，因此調(diào)節(jié)器輸出增大，B閥幵大，A閥關(guān)閉，即蒸汽閥幵、冷水閥關(guān)，以便使反應(yīng)器溫度升高。當(dāng)溫度達到反應(yīng)溫度時，化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，于是就有熱 量放出，反應(yīng)物的溫度逐漸提高。當(dāng)溫升使測量值大于給定值時，調(diào)節(jié)器輸出將減 小（由于調(diào)節(jié)器是反作用），隨著調(diào)節(jié)器的輸出的減小，B閥將逐漸關(guān)小乃至完全關(guān) 閉，而A閥則逐漸打幵。這時反應(yīng)

8、器夾套中流過的將不再是熱水而是冷水。這樣一 來，反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量就被冷水所帶走，從而達到維持反應(yīng)溫度的目的。2.5.2 分程控制系統(tǒng)的方案實施1分程區(qū)間的決定 分程控制系統(tǒng)設(shè)計主要是多個閥之間的分程區(qū)間問題，設(shè)計原則： 先確定閥的開關(guān)作用形式（以安全生產(chǎn)為主） ； 再決定調(diào)節(jié)器的正反作用； 最后決定各個閥的分程區(qū)間。2分程閥總流量特性的改善 當(dāng)調(diào)節(jié)閥采用分程控制，如果它們得流通能力不同，組合后的總流通特性，在 信號交接處流量的變化并不是光滑的。例如選用Cmax 4和Cmin 100這兩只調(diào)節(jié)閥構(gòu)成分程控制，兩閥特性及它們的組合總流量特性如圖 2.5-6 所示。圖 2.5-6 分程系統(tǒng)大、小閥連

9、接組合特性圖由圖2.5-6 可以看出，原來線性特性很好的兩只控制閥，當(dāng)組合在一起構(gòu)成分程 控制時， 其總流量特性已不再呈現(xiàn)線性關(guān)系， 而變成非線性關(guān)系了。 特別是在分程點， 總流量特性出現(xiàn)了一個轉(zhuǎn)折點。由于轉(zhuǎn)折點的存在，導(dǎo)致了總流量特性的不平滑。這 對系統(tǒng)的平穩(wěn)運行是不利的，為了使總流量特性達到平滑過渡，可采用如下方法。解決在0.06處出現(xiàn)了大的轉(zhuǎn)折，呈嚴重的非線性方法選用等百分比閥此時可自然解決； 線性閥則可通過添加非線性補償調(diào)節(jié)的方法將等百分比特性校正為線2.5.3閥位控制系統(tǒng)1.概述一個控制系統(tǒng)在受到外界干擾時， 被控變量將偏離原先的給定值， 而發(fā)生變化, 為了克服干擾的影響，將被控變量

10、拉回到給定值，需要對控制變量進行調(diào)整。對一變量的可 慮它的經(jīng) 速性和有 選擇的控 控制系統(tǒng) 性、有效個系統(tǒng)來說，可供選擇作為控制 能是多個，選擇控制變量既要考 濟性和合理性，又要考慮它的快 效性。但是，在有些情況下，所 制變量很難做到兩者兼顧。閥門 就是在綜合考慮控制變量的快速 性、經(jīng)濟性和合理性基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種控制系統(tǒng)閥位控制系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)如圖2.5-7所示。在閥位控制系統(tǒng)中選用了兩個控制變量蒸汽量Gs和物料量Q，其中控制變量Gs從經(jīng)濟性和工藝的合理性考慮比較合 適，但是對克服干擾的影響不夠及時有效。控制變量Q卻正好相反，快速性、有效性較好，但經(jīng)濟性、工藝的合理性較差。圖2.5-7閥位控

11、制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖這兩個控制變量分別由兩支控制器來控制。其中控制變量Q的為主控制器TC,控制變量Gs的為閥位控制器VPC主控制器的給定值即產(chǎn)品的質(zhì)量指標，閥門控制器的 給定值是控制變量管線上控制閥的閥位，閥位控制系統(tǒng)也因此而得名。2.閥位控制系統(tǒng)的工作原理如圖2.5-8的閥位控制系統(tǒng)，假定 A閥、B閥均選為氣幵閥，主控制器 TC （溫度調(diào)節(jié)器）為正作用，閥位控制器 VPC為反作用。系統(tǒng)穩(wěn)定情況下，被控變量等 于主控制器的設(shè)定值 R, A閥處于某一幵度，控制 B閥處于閥位調(diào)節(jié)器 VPC所設(shè)置 的小幵度r。當(dāng)系統(tǒng)受到外界干擾使原油出口溫度上升時，溫度調(diào)節(jié)器的輸出將增 大，這一增大的信號送往兩處：其一

12、去B閥；其二去VPC送往B閥的信號將使B閥的幵度增大，這會將原油 出口溫度拉下來；送往 VPC的信號是作為后者的測量值，在 r不變的情況下，測量 值增大，VPC的輸出將減小，A閥的幵度將減小，燃料量則隨之減小，出口溫度也 將因此而下降。這樣 A、B 兩只閥動作的結(jié)果都將會使溫度上升的趨勢減低。隨著 出口溫度上升趨勢的下降，溫度調(diào)節(jié)器的輸出逐漸減小， 于是B閥的幵度逐漸減小， A 閥的開度逐漸加大。這一過程一直進行到溫度調(diào)節(jié)器及閥位調(diào)節(jié)器的偏差都等于 0 時為止。溫度調(diào)節(jié)器偏差等于 0，意味著出口溫度等于給定值，即閥位調(diào)節(jié)器偏 差等于零，意味著調(diào)節(jié)閥 B的閥壓與閥位調(diào)節(jié)器 VPC的設(shè)定值r相等，

13、而B的幵度 與閥壓是有著一一對應(yīng)的關(guān)系的， 也就是說閥B最終會回到設(shè)定值r所對應(yīng)的幵度。由上面的分析可以看到：本系統(tǒng)利用控制變量Q的有效性和快速性，在干擾一旦 出現(xiàn)影響到被控變量偏離給定值時，先行通過對控制變量Q的調(diào)整來克服干擾的影響。隨著時間的增長，對控制變量 Q的調(diào)整逐漸減弱，而控制出口溫度的任務(wù)逐漸 轉(zhuǎn)讓給控制變量Gs來擔(dān)當(dāng)。最終閥B停止在一個很小的幵度（由設(shè)定值r來決定）上, 而維持控制的合理性和經(jīng)濟性。2.6 選擇性控制系統(tǒng)2.6.1 概述選擇性控制系統(tǒng)又叫取代控制，也稱超馳控制。通常自動控制系統(tǒng)只能在生產(chǎn)工藝處于正常情況下進行工作， 一旦生產(chǎn)出現(xiàn)事 故狀態(tài)，控制器就要改為手動，待事

14、故排除后，控制系統(tǒng)再重新投入工作。在大型 生產(chǎn)工藝過程中，除了要求控制系統(tǒng)在生產(chǎn)在正常情況下能夠克服外界的干擾，平 穩(wěn)操作外，還必須考慮事故狀態(tài)下安全生產(chǎn)。即當(dāng)生產(chǎn)操作達到安全極限時，應(yīng)有 保護性措施。屬于生產(chǎn)保護性措施的有兩類：一類是硬保護措施；一類是軟保護措施。所謂硬保護措施就是當(dāng)生產(chǎn)操作達到安全極限時，有聲、光報警產(chǎn)生。此時有 操作工將控制器切換到手動，進行手動操作、處理；或是通過專門設(shè)置的聯(lián)鎖保護 線路實現(xiàn)自動停車，達到保護生產(chǎn)的目的。對于連續(xù)生產(chǎn)過程來說，即使短暫的設(shè) 備停車，也會造成巨大的經(jīng)濟損失。因此這種硬保護措施已逐漸不為人們所歡迎， 相應(yīng)地出現(xiàn)了軟保護措施。所謂軟保護措施，就

15、是通過一個特定設(shè)計的選擇性控制系統(tǒng)，在生產(chǎn)短期內(nèi)處 于不正常情況時，生產(chǎn)設(shè)備不須停車，由選擇性控制系統(tǒng)自動改變操作方式，使參 數(shù)脫離極限值。并且當(dāng)參數(shù)恢復(fù)正常時原控制系統(tǒng)自動恢復(fù)，避免停車而且無需人 的參入與。2.6.2 超馳控制設(shè)計應(yīng)用如圖（2.6-1 ） （a）、（b）可用來說明氨蒸發(fā)器是如何從一個能夠滿足正常生產(chǎn)情況下的控制方案，演變成為烤爐極限條件下的超馳控制的實例。圖 2.6-1 液氨蒸發(fā)器的控制方案液氨蒸發(fā)器是一個換熱設(shè)備，它是利用液氨的汽化需要大量的熱量，以此來冷 卻流經(jīng)管內(nèi)的被冷物料。在生產(chǎn)中，往往要求物料的出口溫度穩(wěn)定，即構(gòu)成一個以 被冷物料的出口溫度為被控變量，以液氨流量為

16、操縱變量的控制方案。見圖2.6-1（a）,這一控制方案用的是改變傳熱面積來調(diào)節(jié)傳熱量的方法。因液位高度會影響熱交換器的浸潤傳熱面積，因此液位高度反應(yīng)傳熱面積的變化。由此可見液氨蒸發(fā) 器實質(zhì)上是一個單輸入（液氨流量）兩輸出（溫度和液位）系統(tǒng)。通過工藝合適設(shè)計，正常情況下溫度得到控制以后，液位也應(yīng)該在一定允許區(qū)間超限現(xiàn)象是因為出現(xiàn)了非正常工況的緣故。不妨假設(shè)有雜質(zhì)油漏入被冷物料管 線，使傳熱系數(shù)猛降，為了取走同樣的熱量，就要大大增加傳熱面積。但當(dāng)液位淹 沒了換熱器的所有列管時，傳熱面積的增加已達極限，如果繼續(xù)增加氨蒸發(fā)器內(nèi)的 液氨量，并不會提高傳熱量。但是液位的繼續(xù)升高，卻可能帶來生產(chǎn)事故。這是因

17、 為氣化的氨是要回收重復(fù)使用的，氣氨將進入壓縮機入口，若氣氨帶液，液滴會損 壞壓縮機葉片，因而液氨蒸發(fā)器上部必須留有足夠的氣化空間，所以就要限制液位 不要超過某一限高。為此就必須在原有溫度控制的基礎(chǔ)上加一個防液位超限的控制 系統(tǒng)。兩個控制系統(tǒng)的工作規(guī)律如下： 正常情況下， 由溫度控制器操縱閥門進行溫度控制； 當(dāng)出現(xiàn)非正常 工況， 引起氨液位達到高限時， 被冷卻物料的溫度即使仍偏高， 此時溫度的偏離給定值暫時成為次要因 素，而保護氨壓縮機已經(jīng)上升為主要矛盾， 于是液位控制器取代溫度控制器工作。 等引起不正常的因素 消失，液位恢復(fù)到正常區(qū)域，此時又應(yīng)恢復(fù)溫度控制的閉環(huán)運行。實現(xiàn)上述功能的防超限控制

18、方案如圖 2.6-1(b),它具有兩臺控制器，通過選擇器對兩個輸出信號的選擇來實現(xiàn)對控制閥的兩種控制方式。 正常情況下應(yīng)該選溫 度控制器輸出信號， 當(dāng)液位達到極限時， 則應(yīng)選上液位控制器輸出。 這種控制方式， 習(xí)慣上稱為“超馳控制” ?？傊?，選擇性控制系統(tǒng)工作過程是： ( 1 )在正常情況下，溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)進行調(diào) 節(jié)工作(2)當(dāng)液面達到高限時，LC調(diào)節(jié)器搶奪(3)當(dāng)液面恢復(fù)正常值時，TC溫度調(diào)節(jié)的 恢復(fù)正常工作。選擇性控制系統(tǒng)的特點是： (1)實現(xiàn)工藝要求的邏輯關(guān)系或極值條件( 2)系 統(tǒng)中具體實現(xiàn)邏輯功能的選擇器( 3)保護性系統(tǒng)必須是短時的( 4)“救急”的控 制系統(tǒng)。選擇性調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計：

19、 ( 1)被調(diào)節(jié)參數(shù)的選擇( 2)調(diào)節(jié)器的選型及參數(shù)整定（ 3）選擇器的選擇步驟，先確定閥的開、關(guān)形式；再確定出調(diào)節(jié)器的正反作用； 最后看超馳系統(tǒng)參數(shù)的極限輸出，是高選擇器選為高選。是低為低選。正常回路參 數(shù)變化與選擇器選擇無關(guān)。2.6.3 關(guān)于防積分飽和的方法由于選擇性控制系統(tǒng)中，總有一臺控制器處于開環(huán)狀態(tài)，因此易產(chǎn)生積分飽和。 防積分飽和的三種方法： 限幅法：用高低值限幅器 , 控制器積分反饋信號限定在某個區(qū)域。 外反饋法：在控制器開環(huán)狀態(tài)下，不再使它自身的信號做積分反饋，而是 采用合適的外部信號作為積分反饋信號。從而也切斷了積分正反饋，防止了進一步 的偏差積分作用。 積分切除法：它是從控

20、制器本身的線路結(jié)構(gòu)上想辦法。使控制器積分線路 在開環(huán)情況下，會暫時自動切除，使之僅具有比例作用。所以這類控制器稱為 PI-P 控制器。因為積分切除法，主要是涉及儀表內(nèi)部線路設(shè)計，在這里不作進一步的討論。 關(guān)于限幅器與外反饋方法，因為它們的防積分飽和原理不一致，功能亦有差別，在 應(yīng)用中應(yīng)注意它們各自的適用場合。對于選擇性控制系統(tǒng)的防積分飽和，應(yīng)選擇外 反饋法。其積分外反饋信號取自選擇器的輸出信號，如圖 2.6-2 所示。當(dāng)控制器 1處 于工作狀態(tài)時，選擇器輸出信號等于它自身的輸出信號，而對控制器2來說，這信號就成為外部積分反饋信號了。反之，亦相同。值得注意的是，在這里防積分飽和要解決的問題，并非

21、僅僅是在于使開環(huán)工作 的控制器輸出信號不超出有效區(qū)間，而且要求當(dāng)該控制器的偏差為 0時瞬間，其輸 出信號與當(dāng)時工作的控制器輸出信號相同，以以便及時替換。圖 2.6-2 的外反饋法 能滿足這種要求的因為對一般PI控制器，存在下式因此控制器1工作時，控制器2的輸*«1£l.1T2s 1U1式中：e2偏差,統(tǒng)防積分飽和示意圖Kc2控制器2的比例出算式0(2.6-1 )增益,圖2.6-2 選T2為積分反饋時間常數(shù)。若e2為0,且系統(tǒng)處于較平穩(wěn)階段時，上式為:u2 u1(2.6-2 )從而實現(xiàn)了跟蹤，一旦偏差 e2反向，控制器2的輸出信號立即會被選上，顯然，若在這里選用限幅法防積分飽

22、和，則無法起到信號跟蹤功能。2.6.2其他選擇控制系統(tǒng)選擇性控制系統(tǒng)除用于軟保護外，還有很多用途，茲舉一下數(shù)例。1. 用于被控變量測量值的選擇固定床反應(yīng)器中熱點溫度的控制就是一個例子。熱點溫度（即最高點溫度）的 位置可能會隨催化劑的老化，變質(zhì)和流動等原因而有所移動。反應(yīng)器各處溫度都應(yīng) 參加比較，擇其高者用于溫度控制。其控制方案見圖 2.6-3。類似的一種情況是使用復(fù)份檢測儀表時的控制問題。成分分析儀一般比其它儀 表的可靠性差。在圖2.6-4所示的系統(tǒng)中，采用兩臺分析儀，用高值選擇器來決定 儀表信號的選取，所以萬一哪一臺分析儀出現(xiàn)刻度偏高故障時，仍然可以維持正常 的控制作用。圖中方案當(dāng)然可能會造

23、成刻度偏高故障的影響，但這里假定它不至于 造成過大危害。假若刻度偏高、偏低的故障都不太允許，則應(yīng)配置三個分析儀，它們的輸出送至中值選擇器，將其中最高和最低信號均舍棄。 因而在分析儀產(chǎn)生任一方向故障時,設(shè)備都能受到保護有時在系統(tǒng)達到某一約束區(qū)將調(diào)節(jié)器的輸出從一個閥門切換到另一個統(tǒng)即屬于部分。來后，需要2. 用于“變結(jié)構(gòu)控制”閥上去。圖2.6-5的冷凝器控制系 這種情況。圖中系統(tǒng)是精餾塔控制的一 于精餾塔頂?shù)奈锪险羝谶M入冷凝器后，被冷凝為液體。冷凝液流入冷凝液貯罐, 并用泵輸送回塔。正常運行條件下，全部蒸汽都是可凝的。塔頂蒸汽的壓力可以通過改變回流量 來進行控制。這里改變回流量的目的是為了調(diào)整冷

24、凝器中冷凝液液位。圖2.6-5精餾過程中冷凝器控制系統(tǒng)如回流量減少，則液位升高，減小冷凝器中暴露于蒸汽中的傳熱表面積使冷凝量 減小 蒸汽壓力上升。在此期間，回流罐液位升高，液位控制器產(chǎn)生高輸出信號，但是這 個信號不會被低值選擇器選中，此時，送給減法器的兩個信號相等，減法器輸出至 排氣閥的信號為零，相應(yīng)地排氣閥應(yīng)處于全關(guān)狀態(tài)。如有不凝氣體在冷凝器中積累起來，壓力就會升高。壓力控制器將加大回流量, 但可能冷凝器中的液體抽完，壓力仍然降不下來。這時為了避免抽空冷凝貯罐和氣 蝕回泵，液位控制器必須接替壓力控制器控制回流量。對于已經(jīng)空了的冷凝器，只 能依靠排出不凝氣體來減低壓力。在圖2.6-5系統(tǒng)中，當(dāng)

25、選擇液位控制器控制回流量時，壓力控制就被平穩(wěn)地切 換到排氣閥上。在切換點，送給減法器的兩個輸入信號幵始有所不同，產(chǎn)生一個打開排氣閥的信號。壓力控制器的輸出以排氣閥代替了控制回流閥。壓力控制器參數(shù)應(yīng)當(dāng)在它控制回流量時進行整定。當(dāng)它控制排氣閥時，可以通過調(diào)整減法器通道系 數(shù) K 的方法重新加以調(diào)整。液位控制器需要有外部反饋以防積分飽和，但壓力控制器沒有這個必要，因為 不論通過哪一個閥門進行控制，它的回路總是閉合的。2.7 按計算指標的控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)過程中，對于某些特殊生產(chǎn)工藝，采用能直接測量的變量作為操縱 指標不能滿足工藝要求，而可以作為操作指標的一些變量，由于種種原因又不能直 接測量出來。這

26、時可以通過測量與此控制指標有關(guān)的某些變量，按一定的物料或能 量換算關(guān)系，由計算指來獲得控制指標，進行控制。這一類由測量變量經(jīng)計算得到 的控制指標作為被控變量的控制系統(tǒng)即稱之按計算指標的控制系統(tǒng)。常見按計算指標控制系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)來分，可有兩種情況：一類是由輔助輸出變量 推算出的控制指標，直接作為被控變量的測量值；另一類是以某輔助輸出變量為被 控變量， 而它的設(shè)定值則由控制指標算式推算來得出。 這兩種情況本質(zhì)上是一致的 主要應(yīng)用在精餾塔的內(nèi)回流控制系統(tǒng)，和氣液混相進料下熱焓控制系統(tǒng)等 2.7 1 精餾塔的內(nèi)回流控制1內(nèi)回流及其對精餾操作的影響內(nèi)回流是精餾塔平穩(wěn)操作的一個重要因素， 內(nèi)回流通常是指精餾塔

27、的精餾段內(nèi) 上一層塔盤向下一層塔盤流下的液體流量。它與精餾操作一般所說的回流量（即外 回流量）是既有關(guān)系，又有區(qū)別的兩個概念。從精餾操作的原理看：當(dāng)塔的進料流量、溫度、和成分都比較平穩(wěn)時，內(nèi)回流 穩(wěn)定是保證塔操作良好的一個重要因素。內(nèi)回流的變化會影響塔盤上氣液平衡工 況，導(dǎo)致塔頂、 塔底產(chǎn)品可能不合格。 所以要使工況穩(wěn)定， 需保持內(nèi)回流量的恒定。如果進料流量不能保證恒定時，從精餾操作 要保證產(chǎn)品合格，應(yīng)使內(nèi)回流量隨塔的進料量按 例變化，同時，再沸器的汽化量也要做相應(yīng)的增 此根據(jù)精餾塔的工藝情況，希望塔的內(nèi)回流穩(wěn)定 律(如與進料量成比例)變化?？芍欢ū葴p。因或按規(guī)內(nèi)回流與外回流之間的關(guān)系如圖

28、2.7-1所示。外回流是塔頂蒸汽經(jīng)冷凝器冷凝2.內(nèi)回流和外回流的關(guān)系后，從塔外再送回精餾塔的回流液量Lo，因為外回流往往處于過冷狀態(tài)，所以外回流液的溫度To因為回流量不能直接測得通常要比回流層塔盤的溫度低，這樣在這一層塔盤上，除了正常精餾過程的汽化和冷凝外，尚需把外回流液加熱到，而這一部分熱能只能有這一層塔盤的一部分上升蒸汽冷凝所釋放的汽化潛熱來提供。因此從這一層塔盤向下流的內(nèi)回流量應(yīng)等于外回流流量與這部分冷凝液量之和，即：L! LoL(2.7-1 )式中 L!內(nèi)回流；Lo外回流； L 冷凝液量。由式(2.7-1 )可看出內(nèi)回流與外回流的關(guān)系。(1) 若To T!則厶 L=0，L! Lo ；(

29、2) 若To T1 則厶 L 工0，L1 Lo。一般塔頂蒸汽采用風(fēng)冷式冷凝器冷卻，所以To T1，這樣L1不能用Lo代替，而需要采用內(nèi)回流控制3. 實現(xiàn)內(nèi)回流控制的方法因為內(nèi)回流難于測量和控制，必須通過測量與其有關(guān)的一些其它變量，經(jīng)過計 算得到內(nèi)回流作為被控變量，方可實現(xiàn)內(nèi)回流控制。1）內(nèi)回流運算的數(shù)學(xué)模型內(nèi)回流運算的數(shù)學(xué)模型可以通過列寫回流層的物料和能量平衡關(guān)系得到。物料平衡關(guān)系式如式（2.7-1 ）所示:Lo L熱平衡關(guān)系式為：LLoCp 仃！ To）（2.7-2）式中一一冷凝液的汽化潛熱；Cp 外回流液的比熱容；一一回流層塔板溫度；To外流層塔板溫度。將式（2.7-2 ）代入式（2.7-

30、1 ）可得：cpL! Lo1 丄（T。） = Lo（1 K T）（2.7-3）式中 K Cp， T T1 To。式（2.7-3）即內(nèi)回流的計算式。因為Cp值可查有關(guān)物性數(shù)據(jù)表得到，外回流Lo及 差厶T可以直接測量得，這樣通過式（2.7-3 ）即可間接算得內(nèi)回流量L1 o內(nèi)回流控制系統(tǒng)的原理圖如圖2.7-2TnLi = L0iT)圈己7-2內(nèi)回就扯制節(jié)贅2）實現(xiàn)內(nèi)回流控制的示意圖示。由圖可知，內(nèi)回流計算裝置可以由幵方器、乘法器和加法器組成，通過它們完 成式（2.7-3 ）的運算。由于內(nèi)回流控制在石油、化工等生產(chǎn)過程中較為廣泛，因 此人們已設(shè)計出內(nèi)回流計算的專用儀表，以便于使用。圖2.7-2所示方

31、案是通過改變外回流量 Lo來保證內(nèi)回流量Li的，從理論上講也可以通過改變外回流液的溫度 To來實現(xiàn)。此外，如果精餾工藝中需要內(nèi)回流按其他 變量如進料量作一定比例變化時，只要把上述方案中的流量調(diào)節(jié)器的給定值由其他 變量來決定就可以了。3）儀表的信號匹配問題在“按計算指標控制系統(tǒng)中”，總需要有一個運算裝置來實現(xiàn)關(guān)于“計算指標”得推算。當(dāng)用幾只模擬儀表或可編程調(diào)節(jié)器來實現(xiàn)這種運算時，必須注意采用合適 的設(shè)計步驟。一般不宜按照工藝算式來構(gòu)筑運算裝置的框圖，而應(yīng)該先將工藝算式 轉(zhuǎn)化為信號算式，再由信號算式去構(gòu)筑運算裝置。（1）根據(jù)工藝關(guān)系式設(shè)計運算裝置步驟步驟1:選定信號變送器型號及變送范圍，并求得信號變送算式（設(shè)選用電川型組合單元儀 表）:1 L1LiL1量程(20-4)+4mA(2.7-4