藍(lán)星儀表及自動(dòng)控制基礎(chǔ)知識(shí)

1、化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制儀表及自動(dòng)控制基礎(chǔ)知識(shí)儀表及自動(dòng)控制基礎(chǔ)知識(shí)化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制1.1 1.1 控制的基本概念控制的基本概念 煉油化工生產(chǎn)過程中的各種參數(shù)和變量都是通過各種儀表來測(cè)量，并以此來進(jìn)行工藝操作和穩(wěn)定生產(chǎn)。測(cè)量的準(zhǔn)確性關(guān)系到工藝操作的平穩(wěn)和生產(chǎn)人員、設(shè)備的安全。 學(xué)習(xí)并掌握儀表的相關(guān)知識(shí)對(duì)成為一名合格的操作人員非常有必要。 第一節(jié)第一節(jié) 儀表基本儀表基本概念概念化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制1.1.11.1.1 儀表誤差的概念儀表誤差的概念 任何先進(jìn)的測(cè)量方法，任何準(zhǔn)確的測(cè)量儀器，均不可能使測(cè)量的誤差等于零。誤差自始自終存在于一切科學(xué)實(shí)驗(yàn)和測(cè)

2、量的過程之中。 1.測(cè)量誤差的定義：測(cè)量誤差是指測(cè)量值與被測(cè)量的真值之差。它有絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差兩種表達(dá)方式： 第一節(jié)第一節(jié) 儀表基本儀表基本概念概念化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制（1）絕對(duì)誤差：絕對(duì)誤差 x是測(cè)量值x與其真值x0 之差，即： x=x - x0 絕對(duì)誤差是帶符號(hào)的變量。(可正可負(fù)）（2）相對(duì)誤差：相對(duì)誤差 是絕對(duì)誤差 x與其真值x0 之比： 即：第一節(jié)第一節(jié) 儀表基本儀表基本概念概念x000 xxxxxx化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制（3）引用誤差：它指絕對(duì)誤差與測(cè)量范圍的上下限值或量程之比， 即 引用誤差也稱為相對(duì)百分誤差，用來表示儀表的準(zhǔn)確度。第一節(jié)第一節(jié) 儀表

3、基本儀表基本概念概念%100minmaxxxxx化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制 2 2、測(cè)量誤差的來源：、測(cè)量誤差的來源：（1）測(cè)量器具（儀器儀表）本身的結(jié)構(gòu)、工藝、調(diào)整以及磨損、老化引起的誤差。（2）測(cè)量方法（或理論)不完善，采用近似測(cè)量方法和近似計(jì)算方法所引起的誤差。（3）測(cè)量環(huán)境的各種條件、如溫度、濕度、氣壓、電場(chǎng)、磁場(chǎng)與振動(dòng)引起的誤差。（4）由于觀測(cè)者的主觀因素和實(shí)際操作引起的誤差。 第一節(jié)第一節(jié) 儀表基本儀表基本概念概念化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制 3.3.測(cè)量誤差的分類測(cè)量誤差的分類 分為三類：系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和粗大誤差。 4. 4.儀表的主要性能指標(biāo)儀表的主要性能

4、指標(biāo) （1）精確度：就是儀表測(cè)量值接近真值的準(zhǔn)確程度通常用引用誤差表示。儀表精確度不僅和絕對(duì)誤差有關(guān)，還和儀表的量程有關(guān)。 精確度是儀表很重要的一個(gè)質(zhì)量指標(biāo)，常用精度等級(jí)來規(guī)范和表示。精度等級(jí)就是最大引用誤差精度等級(jí)就是最大引用誤差去掉正負(fù)符號(hào)和百分比去掉正負(fù)符號(hào)和百分比。 第一節(jié)第一節(jié) 儀表基本儀表基本概念概念化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制 按國家統(tǒng)一規(guī)定劃分的等級(jí)有0.005、0.02、0.05、0.1、0.2、0.35、0.5、1.0、1.5、2.5、4等。數(shù)值越小，說明儀表的精確度越高。 （2）變差：指儀表被測(cè)變量多次從不同方向達(dá)到同一數(shù)值時(shí)儀表指示值之間的最大差值。變差大小取決

5、于最大絕對(duì)誤差與儀表標(biāo)尺范圍之比的百分比。 第一節(jié)第一節(jié) 儀表基本儀表基本概念概念%100max標(biāo)尺下限-標(biāo)尺上限變差化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制（3）靈敏度:指儀表對(duì)被測(cè)變量的靈敏程度。定義為輸出變化增量對(duì)輸入變化增量的比值 即： （4）穩(wěn)定性：在規(guī)定工作條件內(nèi)，儀表某些性能隨時(shí)間保持不變的能力。通常用儀表的零點(diǎn)漂移來衡量儀表的穩(wěn)定性。 第一節(jié)第一節(jié) 儀表基本概念儀表基本概念xLs化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制1.1.2 1.1.2 常規(guī)控制的概念常規(guī)控制的概念第一節(jié)第一節(jié) 儀表的基本概念儀表的基本概念鍋爐汽包水位控制示意圖鍋爐汽包水位控制示意圖化工儀表及過程控制化工儀表及過程

6、控制 1.1.控制系統(tǒng)的工作原理及組成控制系統(tǒng)的工作原理及組成 上圖的鍋爐水位控制系統(tǒng)中，檢測(cè)元件及變送器（LT)是用來檢測(cè)水位高低，當(dāng)水位高度與給定水位之間出現(xiàn)偏差時(shí)，控制器（LC)就會(huì)立刻根據(jù)偏差的大小、正負(fù)及變化速率去控制給水調(diào)節(jié)閥的開度，使水位保持在工藝所規(guī)定的范圍之內(nèi)。從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化控制。 自動(dòng)控制系統(tǒng)由被控對(duì)象、檢測(cè)元件及變送器、調(diào)節(jié)器和調(diào)節(jié)閥四個(gè)部分所組成。 第一節(jié)第一節(jié) 儀表的基本概念儀表的基本概念化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制第一節(jié)第一節(jié) 儀表的基本概念儀表的基本概念控制控制 系統(tǒng)的方塊圖系統(tǒng)的方塊圖操縱變量操縱變量（給水流量）（給水流量） 被控變量被控變量（

7、水位）（水位）測(cè)量值測(cè)量值設(shè)定值設(shè)定值比較機(jī)構(gòu)比較機(jī)構(gòu)擾動(dòng)擾動(dòng)調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) 閥閥對(duì)象（汽包）對(duì)象（汽包）液位變送器液位變送器控制作用控制作用偏差偏差e=Ys-Ym名詞解釋名詞解釋化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制2 2、自動(dòng)控制系統(tǒng)的方塊圖、自動(dòng)控制系統(tǒng)的方塊圖 方塊圖用來表示控制系統(tǒng)的組成和作用。圖中的每一個(gè)方塊代表系統(tǒng)中的一個(gè)組成部分，稱做“環(huán)節(jié)”，兩個(gè)方塊之間用一條帶箭頭的線段相聯(lián)系表示信號(hào)的流向。作用于方塊的信號(hào)稱為該環(huán)節(jié)的輸入信號(hào)，它送出的信號(hào)稱為該環(huán)節(jié)的輸出信號(hào)。第一節(jié)第一節(jié) 儀表的基本概念儀表的基本概念化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制 方塊圖上的每一個(gè)環(huán)節(jié)代表著一個(gè)

8、實(shí)物。方塊之間帶箭頭的線段表示它們之間信號(hào)的聯(lián)系及流向。 任何一個(gè)信號(hào)只要沿著箭頭方向前進(jìn)，最后都會(huì)回到原來的起點(diǎn)。這種把系統(tǒng)的輸出信號(hào)重新返回到系統(tǒng)輸入端的做法稱為“反饋”。一個(gè)穩(wěn)定的控制系統(tǒng)采用的一定是“負(fù)反饋”。（反饋信號(hào)相對(duì)于設(shè)定值取負(fù)值）第一節(jié)第一節(jié) 儀表的基本概念儀表的基本概念化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制3.3. 控制系統(tǒng)的分類控制系統(tǒng)的分類 按控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)分類，可以分為閉環(huán)控制系統(tǒng)和開環(huán)控制系統(tǒng)。（1）閉環(huán)控制系統(tǒng)：系統(tǒng)的輸出信號(hào)返回到系統(tǒng)的輸入端（反饋），對(duì)系統(tǒng)起控制作用，整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成了一個(gè)閉合的反饋回路，也稱為反饋控制系統(tǒng)。第一節(jié)第一節(jié) 儀表的基本概念儀表的基本

9、概念化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制（2） 開環(huán)控制系統(tǒng)：系統(tǒng)的輸出信號(hào)沒有反饋到系統(tǒng)的輸入端，因而也不對(duì)控制作用產(chǎn)生影響的系統(tǒng)。 4.4.閉環(huán)控制系統(tǒng)的過渡過程及其品質(zhì)指標(biāo)閉環(huán)控制系統(tǒng)的過渡過程及其品質(zhì)指標(biāo) （1）閉環(huán)控制系統(tǒng)的過渡過程 一個(gè)控制系統(tǒng)在外界干擾作用下，從原有穩(wěn)定狀態(tài)過渡到新的穩(wěn)定狀態(tài)的整個(gè)過程，稱為控制系統(tǒng)的過渡過程。控制系統(tǒng)的過渡過程是衡量控制系統(tǒng)品質(zhì)優(yōu)劣的重要依據(jù)。第一節(jié)第一節(jié) 儀表的基本概念儀表的基本概念化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制 （2）過渡過程的質(zhì)量指標(biāo)包括衰減比（B/B)、余差(C)、最大偏差(A)、過渡過程時(shí)間和振蕩周期第一節(jié)第一節(jié) 儀表的基本概念儀

10、表的基本概念化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制 衰減比（n）：它是衡量系統(tǒng)穩(wěn)定程度的指標(biāo)。有n1;n=1和n1三種情況。一般希望n在4-10范圍內(nèi)較為理想。 最大偏差A(yù)：它是描述被控變量偏離設(shè)定值最大程度的指標(biāo)。 余差C:它是控制系統(tǒng)過渡過程結(jié)束時(shí)，被控變量的新穩(wěn)態(tài)值與設(shè)定值之間的偏差。 過渡時(shí)間：指被控變量從原有穩(wěn)態(tài)值到新穩(wěn)態(tài)值的5%或3%所需時(shí)間。 振蕩周期：過渡過程同向兩波峰之間的時(shí)間間隔。在衰減比相同時(shí)，周期與過渡時(shí)間成正比。第一節(jié)第一節(jié) 儀表的基本概念儀表的基本概念化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制 調(diào)節(jié)器是自動(dòng)控制系統(tǒng)的重要組成部分。它將生產(chǎn)過程被控變量的測(cè)量值與設(shè)定值進(jìn)行比較

11、，得出偏差，根據(jù)偏差的正負(fù)、大小和變化趨勢(shì)，按照一定的運(yùn)算規(guī)律輸出控制信號(hào)，送往執(zhí)行器，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制。第二節(jié)第二節(jié) 調(diào)節(jié)器及基本調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)器及基本調(diào)節(jié)規(guī)律 1、常用的基本調(diào)節(jié)規(guī)律有： 比例（P)、積分（I）、微分（D）。化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制1.1 1.1 比例控制（比例控制（P P） 它的控制規(guī)律是：調(diào)節(jié)器的輸出變化量與輸入變化量成比例。起數(shù)學(xué)表達(dá)式為： 從該表達(dá)式看出：比例控制克服偏差及時(shí)、有力。要使調(diào)節(jié)器有輸出就必須要有偏差存在，因此比例控制始終是有偏差存在的。 第二節(jié)第二節(jié) 調(diào)節(jié)器及基本調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)器及基本調(diào)節(jié)規(guī)律eKCP化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制

12、1.2 1.2 積分控制（積分控制（I I） 它的控制規(guī)律是：調(diào)節(jié)器的輸出變化量與輸入偏差隨時(shí)間的積分成正比，數(shù)學(xué)表達(dá)式為： 或或 從該表達(dá)式看出：其輸出信號(hào)的大小，不僅與偏差的大小有關(guān)，還與偏差存在的時(shí)間長短有關(guān)。所以，積分控制是一種沒有偏差的控制（理想情況下）。 第二節(jié)第二節(jié) 調(diào)節(jié)器及基本調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)器及基本調(diào)節(jié)規(guī)律edtKCIedtTCI1化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制1.3 1.3 微分控制（微分控制（D D） 它的控制規(guī)律是：調(diào)節(jié)器的輸出變化量與輸入偏差隨時(shí)間的微分成正比，數(shù)學(xué)表達(dá)式為： 從該表達(dá)式看出：其輸出信號(hào)的大小，只與偏差變化的速度有關(guān)，而與偏差的大小無關(guān)。當(dāng)偏差很大而

13、無變化時(shí)，該調(diào)節(jié)器的輸出也為零。第二節(jié)第二節(jié) 調(diào)節(jié)器及基本調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)器及基本調(diào)節(jié)規(guī)律dtdeTCD化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制1.4 1.4 幾種基本控制規(guī)律的組合幾種基本控制規(guī)律的組合PIDPID 根據(jù)實(shí)際情況，把三種基本控制規(guī)律進(jìn)行適當(dāng)組合，可以得到更好的控制效果。 這種組合控制規(guī)律稱為比例積分微分控制（PID)。這里有三個(gè)可以調(diào)整的參數(shù)：放大倍數(shù)KP、積分時(shí)間TI、微分時(shí)間TD 。第二節(jié)第二節(jié) 調(diào)節(jié)器及基本調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)器及基本調(diào)節(jié)規(guī)律)1(dtdeTedtTeKCDIP化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制第二節(jié)第二節(jié) 調(diào)節(jié)器及基本調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)器及基本調(diào)節(jié)規(guī)律各種控制作用過渡過程

14、的比較各種控制作用過渡過程的比較化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制1.5 PID1.5 PID調(diào)節(jié)器的應(yīng)用調(diào)節(jié)器的應(yīng)用 PID調(diào)節(jié)器綜合了各種控制規(guī)律的優(yōu)點(diǎn)，具有較好的控制性能，應(yīng)用范圍廣。 各種化工過程常用的控制規(guī)律如下： 液位：一般控制要求不高，用P或PI控制作用。 流量：一般用PI控制作用。 壓力：用P或PI控制作用。 溫度：用PID控制作用。第二節(jié)第二節(jié) 調(diào)節(jié)器及基本調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)器及基本調(diào)節(jié)規(guī)律化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制2 2、調(diào)節(jié)器的類型、調(diào)節(jié)器的類型 按結(jié)構(gòu)和組成的形式分有基地式調(diào)節(jié)器、單元組合式調(diào)節(jié)器、組合式電子控制裝置、可編程調(diào)節(jié)器和集中分散型控制裝置五種。我廠現(xiàn)在

15、主要使用的是可編程調(diào)節(jié)器和集中分散型控制裝置。3.3.調(diào)節(jié)器的正反作用形式調(diào)節(jié)器的正反作用形式 若調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào)增加，其輸出信號(hào)也增加，稱為正作用；反之稱為反作用。 第二節(jié)第二節(jié) 調(diào)節(jié)器及基本調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)器及基本調(diào)節(jié)規(guī)律化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制 2.1 2.1 集中分散型控制裝置（集散型控制系統(tǒng)集中分散型控制裝置（集散型控制系統(tǒng)DCSDCS） 集中分散型控制是把整個(gè)控制系統(tǒng)分成若干級(jí)，最基層的是直接數(shù)字控制，上一級(jí)是優(yōu)化控制，這樣既能發(fā)揮計(jì)算機(jī)多功能控制的特點(diǎn)，滿足現(xiàn)代化工生產(chǎn)集中操作、顯示和報(bào)警的要求，又能避免危險(xiǎn)過分集中，整個(gè)控制系統(tǒng)安全可靠。 第二節(jié)第二節(jié) 調(diào)節(jié)器及基本調(diào)節(jié)

16、規(guī)律調(diào)節(jié)器及基本調(diào)節(jié)規(guī)律化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制 集散型控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上是由下位機(jī)操作站和上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)組成。每個(gè)操作站可以控制十幾個(gè)到幾十個(gè)回路，有專用微處理機(jī)進(jìn)行有效地控制，各操作站與上位機(jī)之間用網(wǎng)絡(luò)相連接，構(gòu)成各種各樣的、能適應(yīng)不同過程的、積木式的分級(jí)控制結(jié)構(gòu)，并通過屏幕和操作臺(tái)，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)視、集中操作和集中管理，分散控制。它適用于大中型企業(yè)的大型生產(chǎn)裝置。 第二節(jié)第二節(jié) 調(diào)節(jié)器及基本調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)器及基本調(diào)節(jié)規(guī)律化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制 執(zhí)行器在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的作用是接受調(diào)節(jié)器的控制信號(hào)，改變操縱變量，使生產(chǎn)過程按

17、預(yù)定要求正常進(jìn)行。執(zhí)行器一般安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，直接與工藝介質(zhì)接觸，常常在高溫、高壓、深冷、易漏、易堵、強(qiáng)腐蝕等惡劣環(huán)境下工作。1 1、氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥 在化工生產(chǎn)過程中使用的最多的執(zhí)行器是氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥。第三節(jié)第三節(jié) 執(zhí)行器執(zhí)行器氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制第三節(jié)第三節(jié) 執(zhí)行器執(zhí)行器氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥圖圖1-3 1-3 氣動(dòng)執(zhí)行器外形圖氣動(dòng)執(zhí)行器外形圖 圖圖1-4 1-4 氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)示意圖氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)示意圖化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制第三節(jié)第三節(jié) 執(zhí)行器執(zhí)行器氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥圖圖1-5 1-5 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的

18、正反作用示意圖執(zhí)行機(jī)構(gòu)的正反作用示意圖圖圖1-6 1-6 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)示意圖調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)示意圖化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制 氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)由波紋膜片、上下膜蓋、 平衡彈簧等部件組成。它接收20100KP的標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成推力。其動(dòng)作的形式有正作用和反作用兩種。 1.1 1.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的正反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)的正反作用 當(dāng)信號(hào)壓力增加，推桿向下移動(dòng)的叫正作用；信號(hào)壓力增加，推桿向上移動(dòng)的叫反作用。第三節(jié)第三節(jié) 執(zhí)行器執(zhí)行器氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制1.2 1.2 調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式。調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式。 調(diào)節(jié)閥接受的控制信號(hào)是氣壓信號(hào)，當(dāng)

19、膜頭輸入信號(hào)增大，調(diào)節(jié)閥開度也增大時(shí)，稱為氣開閥，反之，膜頭輸入壓力增大，調(diào)節(jié)閥開度減小，則稱為氣關(guān)閥。第三節(jié)第三節(jié) 執(zhí)行器執(zhí)行器氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制第三節(jié)第三節(jié) 執(zhí)行器執(zhí)行器氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥圖圖1-7 1-7 調(diào)節(jié)閥氣開、氣關(guān)組合方式圖調(diào)節(jié)閥氣開、氣關(guān)組合方式圖化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制1.3 1.3 調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式的選擇。調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式的選擇。 氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥有氣開和氣關(guān)兩種形式。選擇氣開或氣關(guān)，主要是從工藝生產(chǎn)的安全要求出發(fā)，其選擇可以依據(jù)四條原則： （1）首先從生產(chǎn)安全出發(fā)。當(dāng)控制信號(hào)消失，閥位的自然位置

20、應(yīng)能夠保證生產(chǎn)人員和工藝設(shè)備的安全不致于發(fā)生事故。 （2）從保證產(chǎn)品質(zhì)量出發(fā)，不發(fā)生或盡量少發(fā)生產(chǎn)品質(zhì)量事故。（精餾塔回流控制閥）第三節(jié)第三節(jié) 執(zhí)行器執(zhí)行器氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制（3）從降低原料、成品動(dòng)力損耗考慮。（精餾塔的進(jìn)料閥應(yīng)采用氣開閥，避免原料的浪費(fèi)）（4）從介質(zhì)的特點(diǎn)考慮。（若塔釜液是易凝、易聚合、易結(jié)晶的物料時(shí)，調(diào)節(jié)閥應(yīng)該選用氣關(guān)閥） 第三節(jié)第三節(jié) 執(zhí)行器執(zhí)行器氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制 例題：控制加熱爐燃料氣的調(diào)節(jié)閥，如何選擇？控制鍋爐給水流量的調(diào)節(jié)閥應(yīng)該如何選擇？第三節(jié)第三節(jié) 執(zhí)行器執(zhí)行器氣動(dòng)薄膜調(diào)

21、節(jié)閥氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥圖1-8 加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)圖1-9 鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制 控制進(jìn)入加熱爐燃料氣流量的調(diào)節(jié)閥，應(yīng)該選用氣開式，當(dāng)氣壓信號(hào)中斷時(shí)，應(yīng)該切斷進(jìn)爐的燃料，以避免爐溫過高而出事故；而控制鍋爐給水流量的調(diào)節(jié)閥應(yīng)該選用氣關(guān)式，當(dāng)氣壓信號(hào)中斷時(shí)，閥門處于全開狀態(tài)，給水繼續(xù)流入鍋爐，以保證鍋爐不致燒干。第三節(jié)第三節(jié) 執(zhí)行器執(zhí)行器氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制1 1、單回路控制系統(tǒng)、單回路控制系統(tǒng) 只有一個(gè)被控過程、一個(gè)檢測(cè)變送器、一個(gè)調(diào)節(jié)器和一個(gè)調(diào)節(jié)閥所組成的單閉環(huán)系統(tǒng)稱為單回路控制系統(tǒng)。 第四節(jié)第四節(jié) 單回路控制系統(tǒng)

22、單回路控制系統(tǒng)圖圖1-10 1-10 單回路控制系統(tǒng)方塊圖單回路控制系統(tǒng)方塊圖調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) 閥閥調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) 器器化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制2 2、如何選擇控制回路中調(diào)節(jié)器的正反作用、如何選擇控制回路中調(diào)節(jié)器的正反作用 （1）首先分析控制回路中每一個(gè)環(huán)節(jié)的輸入、輸出特性，確定每一個(gè)環(huán)節(jié)的正反作用形式 （2）根據(jù)構(gòu)成反饋必須為負(fù)反饋的原則選擇調(diào)節(jié)器的正反作用。 （3）有些對(duì)象的正反作用特性是不變的，如：檢測(cè)變送器、氣開閥為正作用；氣關(guān)閥為反作用，被控對(duì)象則要具體分析。 第四節(jié)第四節(jié) 單回路控制系統(tǒng)單回路控制系統(tǒng)化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制第四節(jié)第四節(jié) 單回路控制系統(tǒng)單回路控制系統(tǒng)圖圖1

23、-11 1-11 鍋爐水位控制系統(tǒng)鍋爐水位控制系統(tǒng)圖圖1-12 1-12 換熱器出口溫度控制換熱器出口溫度控制化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制第四節(jié)第四節(jié) 單回路控制系統(tǒng)單回路控制系統(tǒng)圖圖1-13 1-13 流量控制系統(tǒng)流量控制系統(tǒng)圖圖1-14 1-14 換熱器溫度控制系統(tǒng)換熱器溫度控制系統(tǒng)化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制第四節(jié)第四節(jié) 單回路控制系統(tǒng)單回路控制系統(tǒng)圖圖1-15 1-15 塔釜液位控制系統(tǒng)塔釜液位控制系統(tǒng)圖圖1-16 1-16 加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制 所謂“復(fù)雜”是相對(duì)于“簡單”而言。通常指由兩個(gè)或兩個(gè)以上的檢測(cè)變

24、送器、調(diào)節(jié)器和執(zhí)行器所組成的多回路的，或控制要求特殊的；或控制規(guī)律不同于PID的控制系統(tǒng)。復(fù)雜控制系統(tǒng)的種類較多，常使用的有串級(jí)、均勻、比值、前饋、分程、選擇性控制系統(tǒng)等。 第五節(jié)第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制 1 1、串級(jí)控制系統(tǒng)、串級(jí)控制系統(tǒng) 第五節(jié)第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)圖圖 1-17 1-17 管式加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)管式加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制影響加熱爐出口溫度的干擾因素： (1)、燃?xì)獾牧髁亢蜏囟龋╢1)； (2)、燃?xì)獾膲毫统煞郑╢2)； (3)、煙囪的抽力(f3)， 采用單回路控制系統(tǒng)的控制作用

25、不及時(shí)，致使最大偏差大，過渡時(shí)間長，抗擾動(dòng)能力差，控制精度低，難以滿足工藝要求，需要尋求別的控制方案。 第五節(jié)第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng) 通過分析可以看出，f2 和f3的影響可以通過爐膛溫度較快的反應(yīng)出來，而穩(wěn)定爐膛溫度可以有效地減小f2和f3對(duì)爐出口溫度影響?；x表及過程控制化工儀表及過程控制 所以選定爐膛溫度為副變量，由副變送器、副調(diào)節(jié)器、副過程（爐膛）、執(zhí)行機(jī)構(gòu)（調(diào)節(jié)閥）構(gòu)成副回路；以爐出口溫度為主變量，由主變送器、主調(diào)節(jié)器、主過程（爐出口管）構(gòu)成主回路，主調(diào)節(jié)器的輸出作為副調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，由副調(diào)節(jié)器的輸出控制調(diào)節(jié)閥，這就是加熱爐出口溫度串級(jí)控制系統(tǒng)。 第五節(jié)第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng)

26、復(fù)雜控制系統(tǒng)化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制第五節(jié)第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)圖圖1-18 1-18 加熱爐出口溫度串級(jí)控制系統(tǒng)加熱爐出口溫度串級(jí)控制系統(tǒng)化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制串級(jí)控制系統(tǒng)的構(gòu)成及方塊圖： 串級(jí)控制系統(tǒng)是由兩個(gè)檢測(cè)變送器、兩個(gè)調(diào)節(jié)器、一個(gè)調(diào)節(jié)閥組成。兩個(gè)調(diào)節(jié)器是串聯(lián)工作的，其中主調(diào)節(jié)器的輸出作為副調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，副調(diào)節(jié)器輸出控制調(diào)節(jié)閥。 第五節(jié)第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制 串級(jí)控制系統(tǒng)方塊圖： 第五節(jié)第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)圖圖1-19 1-19 串級(jí)控制系統(tǒng)方塊圖串級(jí)控制系統(tǒng)方塊圖化工儀表及過程控制化工儀表

27、及過程控制第五節(jié)第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)圖圖1-20 1-20 加熱爐出口溫度與燃料流量串級(jí)控制系統(tǒng)加熱爐出口溫度與燃料流量串級(jí)控制系統(tǒng)化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制第五節(jié)第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)圖圖1-21 1-21 加熱爐出口溫度與閥后燃料壓力的串級(jí)控制系統(tǒng)加熱爐出口溫度與閥后燃料壓力的串級(jí)控制系統(tǒng)化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制第五節(jié)第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)圖圖1-22 1-22 聚合釜串級(jí)控制系統(tǒng)聚合釜串級(jí)控制系統(tǒng)化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制 2、均勻控制系統(tǒng)、均勻控制系統(tǒng) 第五節(jié)第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)圖圖1-23 1-23 兩串聯(lián)塔

28、間的不協(xié)調(diào)控制方案兩串聯(lián)塔間的不協(xié)調(diào)控制方案化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制 為了解決前后工序的供求矛盾，做到統(tǒng)籌兼顧，協(xié)調(diào)操作，使兩個(gè)變量在規(guī)定的范圍內(nèi)緩慢變化的系統(tǒng)，稱為均勻控制系統(tǒng)。 特點(diǎn)： (1)、表征前后兩個(gè)供求矛盾的兩個(gè)變量，在控制過程中應(yīng)該是緩慢變化的。 (2)、前后互相聯(lián)系又互相矛盾的兩個(gè)變量應(yīng)該在工藝所允許的范圍內(nèi)變化。 第五節(jié)第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制第五節(jié)第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)圖圖1-24 1-24 前后塔液位、流量變化曲線前后塔液位、流量變化曲線1 1液位液位 2 2流量流量化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制第五

29、節(jié)第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)圖圖1-25 1-25 液位液位流量串級(jí)均勻控制系統(tǒng)流量串級(jí)均勻控制系統(tǒng)化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制第五節(jié)第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)3、比值控制系統(tǒng)、比值控制系統(tǒng) 使兩個(gè)或兩個(gè)以上物料量保持一定比值關(guān)系以達(dá)到某種控制要求的控制系統(tǒng)，稱為比值控制系統(tǒng)。 化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制第五節(jié)第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)圖圖1-26 1-26 單閉環(huán)比值控制原理單閉環(huán)比值控制原理圖圖1-27 1-27 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng) 化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制第五節(jié)第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)4 4、前饋控制系統(tǒng)、前饋控制

30、系統(tǒng) 前饋控制是改善和克服反饋控制不及時(shí)的另一種控制方法。它是利用補(bǔ)償原理，采用開環(huán)結(jié)采用開環(huán)結(jié)構(gòu)構(gòu)，按擾動(dòng)作用的大小進(jìn)行控制。 前饋控制相對(duì)于反饋控制來說，控制作用及時(shí)，對(duì)擾動(dòng)的影響理論上可以完全補(bǔ)償，使用恰當(dāng)可大大提高控制質(zhì)量。 化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制第五節(jié)第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)圖圖1-28 1-28 換熱器的反饋控制系統(tǒng)換熱器的反饋控制系統(tǒng)圖圖1-29 1-29 換熱器的前饋控制系統(tǒng)換熱器的前饋控制系統(tǒng)化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制第五節(jié)第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)前饋控制與反饋控制的幾點(diǎn)不同： (1)、系統(tǒng)檢測(cè)信號(hào)的不同:反饋控制檢測(cè)的是被控變量；前饋

31、控制檢測(cè)的是擾動(dòng)量。 (2)、系統(tǒng)控制的依據(jù)不同：反饋控制依據(jù)是偏差大?。磺梆伩刂频囊罁?jù)是擾動(dòng)量的大小。 (3)、控制模式不同：反饋控制采用常規(guī)的PID控制調(diào)節(jié)器；前饋控制采用的是引入補(bǔ)償裝置對(duì)擾動(dòng)量進(jìn)行補(bǔ)償校正。補(bǔ)償效果不通過反饋進(jìn)行檢驗(yàn)。 化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制第五節(jié)第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)圖圖1-30 1-30 加熱器的前饋加熱器的前饋- -反饋控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng)圖圖1-31 1-31 加熱爐的前饋加熱爐的前饋- -反饋控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng)化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制第五節(jié)第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)5 5、選擇性控制系統(tǒng)、選擇性控制系統(tǒng) 凡是在自動(dòng)控

32、制系統(tǒng)中引入了選擇器并按照工藝過程限制條件的邏輯關(guān)系工作的系統(tǒng)，都稱為選擇性控制系統(tǒng)。其工作狀況是：當(dāng)生產(chǎn)過程趨向限制條件時(shí)，選擇器自動(dòng)選擇一個(gè)取代調(diào)節(jié)器取代正常工作狀況下的調(diào)節(jié)器，通過取代調(diào)節(jié)器的控制作用，使生產(chǎn)過程脫離危險(xiǎn)狀態(tài)，生產(chǎn)操作重新回到安全范圍后，取代調(diào)節(jié)器自動(dòng)退出，轉(zhuǎn)為備用狀態(tài)，正常調(diào)節(jié)器恢復(fù)工作。 化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制第五節(jié)第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)圖圖1-32 1-32 鍋爐蒸汽壓力選擇性控制系統(tǒng)鍋爐蒸汽壓力選擇性控制系統(tǒng)化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制第五節(jié)第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng) 鍋爐蒸汽壓力選擇性控制系統(tǒng)的工作過程： 上圖中的LS為低值

33、選擇器，正常情況下ba，LS連通b，由蒸汽壓力調(diào)節(jié)器控制燃料調(diào)節(jié)閥的開度，控制蒸汽管網(wǎng)的壓力在工藝規(guī)定的范圍。 燃料調(diào)節(jié)閥的閥后壓力過大會(huì)發(fā)生“脫火”事故；而閥后壓力過低會(huì)發(fā)生“回火”事故。 化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制第五節(jié)第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng) 當(dāng)蒸汽壓力大幅降低，調(diào)節(jié)閥開度過大，閥后壓力接近“脫火”壓力時(shí)，此時(shí)ab，LS選中a，即由調(diào)節(jié)器P2C去取代P1C控制調(diào)節(jié)閥，使調(diào)節(jié)閥關(guān)小，起到自動(dòng)保護(hù)作用。當(dāng)蒸汽壓力恢復(fù)正常后，達(dá)到ba時(shí)，調(diào)節(jié)閥P1C被選中，恢復(fù)正常工況控制。 化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制第五節(jié)第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)圖圖1-33 1-33 反

34、應(yīng)器熱點(diǎn)極值選擇性控制系統(tǒng)反應(yīng)器熱點(diǎn)極值選擇性控制系統(tǒng)化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制第五節(jié)第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng) 上圖為反應(yīng)器熱點(diǎn)極值選擇性控制系統(tǒng)。在固定床反應(yīng)器中，為了防止溫度過高燒壞觸媒，在反應(yīng)器的四個(gè)不同部位設(shè)置了溫度檢測(cè)點(diǎn)。各溫度變送器的輸出端引入高值選擇器，選出其中最高的信號(hào)值作為調(diào)節(jié)器控制冷卻劑調(diào)節(jié)閥的依據(jù)。這樣，系統(tǒng)將按反應(yīng)器的最高溫度控制冷卻劑流量，從而保證了反應(yīng)器觸媒層的安全。化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制第五節(jié)第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)6、分程控制系統(tǒng)、分程控制系統(tǒng) 一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出同時(shí)送往兩個(gè)或更多個(gè)調(diào)節(jié)閥，每個(gè)調(diào)節(jié)閥在調(diào)節(jié)其輸出信號(hào)的某段范

35、圍內(nèi)做全行程動(dòng)作，以滿足工藝生產(chǎn)的特殊要求，這樣的控制系統(tǒng)稱為分程控制系統(tǒng)。 化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制第五節(jié)第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)圖圖1-34 1-34 分程控制方塊圖分程控制方塊圖化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制第五節(jié)第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)應(yīng)用的場(chǎng)合： (1)、適應(yīng)生產(chǎn)中需用多種物料或多種手段控制的場(chǎng)合。 (2)、擴(kuò)大調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍，滿足不同負(fù)荷下的控制要求。 化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制第五節(jié)第五節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)圖圖1-35 1-35 換熱器溫度分程控制系統(tǒng)換熱器溫度分程控制系統(tǒng)圖圖 1-36 1-36 調(diào)節(jié)閥分程動(dòng)作示意圖調(diào)節(jié)閥分程動(dòng)作示意圖化工儀表及過程控制化工儀表及過程控制第