過程控制及自動化儀表課件 第七章 實現(xiàn)特殊工藝要求的過程控制系統(tǒng)

1、 第第7 7章章 實現(xiàn)特殊要求過程控制系統(tǒng)實現(xiàn)特殊要求過程控制系統(tǒng)1 1）了解比值控制的工業(yè)應(yīng)用背景，熟悉比值控）了解比值控制的工業(yè)應(yīng)用背景，熟悉比值控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)類型；制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)類型；2 2）掌握比值控制系統(tǒng)中比值器參數(shù)計算方法；）掌握比值控制系統(tǒng)中比值器參數(shù)計算方法；3 3）了解比值控制系統(tǒng)中的非線性補償、動態(tài)補）了解比值控制系統(tǒng)中的非線性補償、動態(tài)補償以及實施方案等；償以及實施方案等；4 4）掌握均勻控制的特點及設(shè)計方法；）掌握均勻控制的特點及設(shè)計方法；5 5）掌握分程控制的特點及應(yīng)用場合；）掌握分程控制的特點及應(yīng)用場合；6 6）掌握自動選擇性控制的特點及應(yīng)用場合。）掌握自動選擇性控制

2、的特點及應(yīng)用場合。 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，常常要求兩種或兩種以上的物料流量成在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，常常要求兩種或兩種以上的物料流量成一定比例關(guān)系。如果比例失調(diào)，則會影響生產(chǎn)的正常進行，或者影響一定比例關(guān)系。如果比例失調(diào)，則會影響生產(chǎn)的正常進行，或者影響產(chǎn)品的產(chǎn)量與質(zhì)量，浪費原材料，造成環(huán)境污染，甚至發(fā)生生產(chǎn)事故。產(chǎn)品的產(chǎn)量與質(zhì)量，浪費原材料，造成環(huán)境污染，甚至發(fā)生生產(chǎn)事故。 在鍋爐的燃燒過程中，需要自動保持燃料量和空氣量按一定比例在鍋爐的燃燒過程中，需要自動保持燃料量和空氣量按一定比例混合后送入爐膛，以確保燃燒的效率。在重油氣化的造氣生產(chǎn)過程中，混合后送入爐膛，以確保燃燒的效率。在重油氣化的造

3、氣生產(chǎn)過程中，進入氧化爐的氧氣和重油量應(yīng)保持一定的比例，若氧油比過高，會因進入氧化爐的氧氣和重油量應(yīng)保持一定的比例，若氧油比過高，會因爐溫過高而使噴嘴和耐火磚燒壞，嚴(yán)重時會引起爐子爆炸；如果氧量爐溫過高而使噴嘴和耐火磚燒壞，嚴(yán)重時會引起爐子爆炸；如果氧量過低，則會生成的炭黑增多，會發(fā)生堵塞現(xiàn)象。過低，則會生成的炭黑增多，會發(fā)生堵塞現(xiàn)象。 比值控制系統(tǒng)即是：使一種物料隨另一種物料按一定比例變化的比值控制系統(tǒng)即是：使一種物料隨另一種物料按一定比例變化的控制系統(tǒng)。其中處于主導(dǎo)地位的物料為主物料或主流量，用控制系統(tǒng)。其中處于主導(dǎo)地位的物料為主物料或主流量，用q q1 1表示；表示；其他物料稱為從物料或

4、副流量，用其他物料稱為從物料或副流量，用q q2 2表示。表示。q2/q1=k1 1、開環(huán)比值控制系統(tǒng)、開環(huán)比值控制系統(tǒng)2 2、單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)、單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)只有當(dāng)副流量沒有干擾的情況下才適用，然而副流量的干擾不可避免只有當(dāng)副流量沒有干擾的情況下才適用，然而副流量的干擾不可避免 問題：問題：可以精確的控制可以精確的控制q1與與q2的比值關(guān)系，但的比值關(guān)系，但q1的值不可控，主的值不可控，主流量可以因干擾作用或負荷的升降而任意變化。適用于負荷變化不流量可以因干擾作用或負荷的升降而任意變化。適用于負荷變化不大的場合。大的場合。 丁烯洗滌塔的任務(wù)是除去丁烯餾分中所夾帶的乙腈，為了保證洗丁烯洗

5、滌塔的任務(wù)是除去丁烯餾分中所夾帶的乙腈，為了保證洗滌質(zhì)量，要求根據(jù)進料流量配以一定比例的洗滌水量。滌質(zhì)量，要求根據(jù)進料流量配以一定比例的洗滌水量。FTKFCFT帶乙腈的丁烯餾分丁烯帶乙腈的洗滌水洗滌水丁烯洗滌塔進料量與洗滌水量的比值控制系統(tǒng)洗滌塔3 3、雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)、雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)問題：問題：該控制方案所用儀表較多，投資較高。該控制方案所用儀表較多，投資較高。 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)大大克服了主流量的干擾，使主流量變得比雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)大大克服了主流量的干擾，使主流量變得比較平穩(wěn)。另一個優(yōu)點是升降負荷比較方便，只要改變主流量的設(shè)定值較平穩(wěn)。另一個優(yōu)點是升降負荷比較方便，只要改變主流量的

6、設(shè)定值即可。雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)常用在主流量干擾頻繁或工藝上經(jīng)常需要即可。雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)常用在主流量干擾頻繁或工藝上經(jīng)常需要升降負荷的場合。升降負荷的場合。 圖示烷基化裝置中的雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)。進入反應(yīng)器的異丁烷-丁烯餾分要求按比例配以催化劑硫酸，同時又要求各自的流量比較穩(wěn)定。反應(yīng)器FCFCK異丁烷-丁烯出料硫酸異丁烷-丁烯餾分與硫酸的雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)4 4、變比值控制系統(tǒng)、變比值控制系統(tǒng)基于除法器的變比值控制 應(yīng)該注意應(yīng)該注意: : 在變比值控制系統(tǒng)中，比值通常只是一種控制手段不是在變比值控制系統(tǒng)中，比值通常只是一種控制手段不是最終目的，而第三參數(shù)最終目的，而第三參數(shù)y(s)y(s)往

7、往往往是產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)。是產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)。 在有些生產(chǎn)過程中，要求兩種物料的流量比隨第三個工藝參數(shù)的要在有些生產(chǎn)過程中，要求兩種物料的流量比隨第三個工藝參數(shù)的要求而變化，也就是比值系數(shù)不是固定的而是隨工況而變化的，這就是求而變化，也就是比值系數(shù)不是固定的而是隨工況而變化的，這就是變變比值比值控制?？刂?。硝酸生產(chǎn)控制系統(tǒng)硝酸生產(chǎn)控制系統(tǒng)氧化爐溫度串級比值控制流程圖氧化爐溫度串級比值控制流程圖 在變換爐生產(chǎn)過程中，半水煤氣與水蒸氣的量需保持一定的比值，但其比值系數(shù)要隨一段觸媒層的溫度變化而變化，才能在較大負荷變化下保持良好的控制質(zhì)量。在這里，蒸汽與半水煤氣的流量經(jīng)測量變送后，送往除法器，計算得到它們的

8、實際比值，作為流量比值控制器FC的測量值。而FC的給定值來自溫度控制器TC，最后通過調(diào)整蒸汽量（實際上是調(diào)整了蒸汽與半水煤氣的比值）來使變換爐觸媒層的溫度恒定在規(guī)定的數(shù)值上。TCFC蒸汽煤氣噴射泵觸媒層變換爐變換爐的半水煤氣與水蒸氣的變值控制系統(tǒng) 比值控制是解決不同物料流量之間的比例關(guān)系問題。當(dāng)使用比值控制是解決不同物料流量之間的比例關(guān)系問題。當(dāng)使用單元組合儀表時，因輸入輸出參數(shù)均為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號，所以，單元組合儀表時，因輸入輸出參數(shù)均為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號，所以，比值器參數(shù)必須由實際物料流量的比值系數(shù)折算成儀表的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)比值器參數(shù)必須由實際物料流量的比值系數(shù)折算成儀表的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號。一信號。（1 1）流

9、量與檢測信號呈非線性關(guān)系）流量與檢測信號呈非線性關(guān)系 1 1、比值器參數(shù)的計算、比值器參數(shù)的計算 21max2max2144qKKqII 當(dāng)物料流量的比值一定、流量與其檢測信號呈平方關(guān)系時，當(dāng)物料流量的比值一定、流量與其檢測信號呈平方關(guān)系時，比值器的參數(shù)與物料流量的實際比值和最大值之比的乘積也呈平比值器的參數(shù)與物料流量的實際比值和最大值之比的乘積也呈平方關(guān)系。方關(guān)系。 （2 2）流量與檢測信號呈線性關(guān)系）流量與檢測信號呈線性關(guān)系 1max22max144qIKKqI 當(dāng)物料流量的比值一定、流量與其測量信號呈線性關(guān)系當(dāng)物料流量的比值一定、流量與其測量信號呈線性關(guān)系時，比值器的參數(shù)與物料流量的實際

10、比值和最大值之比的乘時，比值器的參數(shù)與物料流量的實際比值和最大值之比的乘積也呈線性關(guān)系。積也呈線性關(guān)系。 例：已知某流量比值系統(tǒng)采用差壓式流量計測量主副流量，例：已知某流量比值系統(tǒng)采用差壓式流量計測量主副流量，其最大量程分別為：其最大量程分別為：hmQhmQ/20/5.123max23max1工藝要求工藝要求4.112QQK試計算不加開方器與加開方器后儀表的比值系數(shù)試計算不加開方器與加開方器后儀表的比值系數(shù)KK不加開方器時不加開方器時: 766.0205.124.1222max22max212QQKK解解:加開方器后加開方器后:875. 0205 .124 . 1K2 2、比值控制系統(tǒng)中的非線

11、性補償、比值控制系統(tǒng)中的非線性補償 比值控制系統(tǒng)中的非線性特性是指被控過程的靜態(tài)放大系數(shù)隨比值控制系統(tǒng)中的非線性特性是指被控過程的靜態(tài)放大系數(shù)隨負荷變化而變化的特性，在設(shè)計比值控制系統(tǒng)時必須要加以注意。負荷變化而變化的特性，在設(shè)計比值控制系統(tǒng)時必須要加以注意。（1 1）測量變送環(huán)節(jié)的非線性特性）測量變送環(huán)節(jié)的非線性特性 流量與測量信號無論是呈線性關(guān)系還是呈非線性關(guān)系，其比流量與測量信號無論是呈線性關(guān)系還是呈非線性關(guān)系，其比值系數(shù)與負荷的大小無關(guān)，均保持其為常數(shù)。但是，當(dāng)流量與測值系數(shù)與負荷的大小無關(guān)，均保持其為常數(shù)。但是，當(dāng)流量與測量信號呈非線性關(guān)系時對過程的動態(tài)特性卻是有影響的。量信號呈非線

12、性關(guān)系時對過程的動態(tài)特性卻是有影響的。 其輸入輸出關(guān)系有：其輸入輸出關(guān)系有：2max2max2222kqpkqp采用采用DDZDDZ型儀表將差壓信號線性地轉(zhuǎn)換為電流信號：型儀表將差壓信號線性地轉(zhuǎn)換為電流信號：4)420(max222ppI測量變送環(huán)節(jié)是非線性的，其靜態(tài)放大系數(shù)為：測量變送環(huán)節(jié)是非線性的，其靜態(tài)放大系數(shù)為：202max222232202qqqIKqq問題：當(dāng)負荷增大時，調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)如果不能隨之改變，則當(dāng)負荷增大時，調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)如果不能隨之改變，則系統(tǒng)的運行質(zhì)量就會下降系統(tǒng)的運行質(zhì)量就會下降 。（2 2）非線性補償）非線性補償 為了克服這一不利影響，通常用開方器進行補償，即

13、在差壓變送器后串接一個開方器，使流量與測量信號之間呈現(xiàn)線性關(guān)系。 差壓變送器的輸出電流信號與開方器的輸出電流信號之間的關(guān)系差壓變送器的輸出電流信號與開方器的輸出電流信號之間的關(guān)系為為：2244II測量變送環(huán)節(jié)和開方器串接后總的靜態(tài)放大系數(shù)為：測量變送環(huán)節(jié)和開方器串接后總的靜態(tài)放大系數(shù)為： 2202222max4IKqqq q常量，它已不再受負荷變化的影響3 3、比值控制系統(tǒng)中的動態(tài)補償、比值控制系統(tǒng)中的動態(tài)補償 在某些特殊的生產(chǎn)工藝中，對比值控制的要求非常高，即不僅在靜態(tài)工況下要求兩種物料流量的比值一定，而且在動態(tài)情況下也要求兩種物料流量的比值一定。為實現(xiàn)動態(tài)比值一定，必須滿足為實現(xiàn)動態(tài)比值一

14、定，必須滿足 4 4、比值控制系統(tǒng)的實現(xiàn)、比值控制系統(tǒng)的實現(xiàn) 二、二、把一個流量的測量值乘以比值把一個流量的測量值乘以比值系數(shù)，其乘積作為副調(diào)節(jié)器的設(shè)定系數(shù)，其乘積作為副調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，稱為相乘控制方案。值，稱為相乘控制方案。 在工程上，具體實現(xiàn)比值控制時，通常有比值器、乘法器或除法器等單元儀表可供選用，相當(dāng)方便。一、一、把兩個流量的測量值相除，其把兩個流量的測量值相除，其商作為調(diào)節(jié)器的反饋值，稱為相除商作為調(diào)節(jié)器的反饋值，稱為相除控制方案。控制方案。5 5、比值控制系統(tǒng)的參數(shù)整定、比值控制系統(tǒng)的參數(shù)整定 在比值控制系統(tǒng)中，雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的主流量回路可按單回路控制系統(tǒng)進行整定；變比值控制系

15、統(tǒng)因結(jié)構(gòu)上屬串級控制系統(tǒng)，所以主調(diào)節(jié)器可按串級控制系統(tǒng)的整定方法進行。這樣，比值控制系統(tǒng)的參數(shù)整定，主要是討論單回路、雙閉環(huán)的副回路、變比值控制的變比回路的整定問題。由于這些回路本質(zhì)上都是隨動系統(tǒng)，因此要求其快速、正確跟隨主流量變化，而且不宜有超調(diào)，最好整定在振蕩與不振蕩的臨界為宜。具體步驟如下： 在滿足工藝生產(chǎn)流量比的條件下，計算比值系數(shù)K,將比值控制系統(tǒng)投入自動運行。 將積分時間置于最大，并由小到大逐漸調(diào)節(jié)比例度，使系統(tǒng)響應(yīng)迅速，并處于振蕩與不振蕩的臨界過程。 若投入積分作用，則先適當(dāng)放寬比例度，再投入積分作用，逐步減小積分時間，直到系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩與不振蕩或稍有超調(diào)過程為止。21113QKQ

16、合成氨生產(chǎn)某段轉(zhuǎn)化反應(yīng)中，為保證轉(zhuǎn)化率，必須保持天然氣、水蒸氣和空氣之間成一定比值（1：3：1.4）。流量測量都采用差壓變送器，未使用開方器。水蒸氣流量最大值 Q1max = 32000m3/h，天然氣流量的最大值Q 2max = 12500m3/h ，空氣流量的最大值Q 3max = 16000m3/h ，其中水蒸氣為主流量。采用相乘方案，試計算該比值控制系統(tǒng)的比值系數(shù)K1、 K222221 max112222max1320000.728312500QKKQ解：3211.43QKQ22221 max222223max1.4320000.87316000QKKQ1 1、均勻控制的提出、均勻控制

17、的提出 均勻控制系統(tǒng)具有使控制量與被控制量均勻緩慢地在一定范均勻控制系統(tǒng)具有使控制量與被控制量均勻緩慢地在一定范圍內(nèi)變化的特殊功能。圍內(nèi)變化的特殊功能。 1 1、穩(wěn)定塔、穩(wěn)定塔A A的液位的液位 解決的方法：增加中間儲存容器 2 2、穩(wěn)定塔、穩(wěn)定塔B B的進料流量的進料流量 解決的方法：采用均勻控制采用均勻控制 圖圖a a圖圖c c是普通的單回路控制系統(tǒng)的控制結(jié)果，只有圖是普通的單回路控制系統(tǒng)的控制結(jié)果，只有圖b b才體才體現(xiàn)了均勻控制的思想，即現(xiàn)了均勻控制的思想，即L L和和F F都緩慢波動且都穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)都緩慢波動且都穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。 將液位控制與流量控制統(tǒng)一在一個控制系統(tǒng)中，從系統(tǒng)

18、內(nèi)部解決將液位控制與流量控制統(tǒng)一在一個控制系統(tǒng)中，從系統(tǒng)內(nèi)部解決兩種工藝參數(shù)供求之間的矛盾，即使兩種工藝參數(shù)供求之間的矛盾，即使A A塔的液位在允許的范圍內(nèi)波動塔的液位在允許的范圍內(nèi)波動的同時，也使流量平穩(wěn)緩慢地變化。的同時，也使流量平穩(wěn)緩慢地變化。 均勻控制的設(shè)計思想：均勻控制的設(shè)計思想：液位控制時前后設(shè)備的液位、流量關(guān)系液位控制時前后設(shè)備的液位、流量關(guān)系 2. 2. 均勻控制的特點均勻控制的特點 1 1、結(jié)構(gòu)上無特殊性、結(jié)構(gòu)上無特殊性 同樣一個單回路液位控制系統(tǒng)，由于控制作用強弱不一，既同樣一個單回路液位控制系統(tǒng)，由于控制作用強弱不一，既可以是單回路定值控制系統(tǒng)，也可以是均勻控制系統(tǒng)。因此

19、均勻可以是單回路定值控制系統(tǒng)，也可以是均勻控制系統(tǒng)。因此均勻控制是靠降低控制回路的靈敏度而不是靠結(jié)構(gòu)變化獲得的?？刂剖强拷档涂刂苹芈返撵`敏度而不是靠結(jié)構(gòu)變化獲得的。 2 2、參數(shù)有變化，而且是緩慢地變化、參數(shù)有變化，而且是緩慢地變化 因為均勻控制是前后設(shè)備物料供求之間的均勻，所以表征因為均勻控制是前后設(shè)備物料供求之間的均勻，所以表征兩個物料的參數(shù)都不應(yīng)是某一固定值。那種試圖把兩個參數(shù)都兩個物料的參數(shù)都不應(yīng)是某一固定值。那種試圖把兩個參數(shù)都穩(wěn)定不變的想法絕非均勻控制的目的。無需將兩個參數(shù)平均分穩(wěn)定不變的想法絕非均勻控制的目的。無需將兩個參數(shù)平均分配，而是視前后設(shè)備的特性及重要件等因素來確定其主次

20、。配，而是視前后設(shè)備的特性及重要件等因素來確定其主次。 3 3、參數(shù)應(yīng)在限定范圍內(nèi)變化、參數(shù)應(yīng)在限定范圍內(nèi)變化 在均勻控制系統(tǒng)中，被控變量是非單一、非定值的，允許它在均勻控制系統(tǒng)中，被控變量是非單一、非定值的，允許它們在一定的范圍內(nèi)變化，但前塔的液位變化有一個規(guī)定的上、下們在一定的范圍內(nèi)變化，但前塔的液位變化有一個規(guī)定的上、下限。同樣，后塔的進料流量也不能超過它所能承受的最大負荷和限。同樣，后塔的進料流量也不能超過它所能承受的最大負荷和最低處理量，否則不能保證反應(yīng)塔的正常工作。最低處理量，否則不能保證反應(yīng)塔的正常工作。 均勻控制系統(tǒng)的設(shè)計主要包括：控制方案的選擇，調(diào)節(jié)規(guī)律的選均勻控制系統(tǒng)的設(shè)計

21、主要包括：控制方案的選擇，調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇擇 ，調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定 1.1.控制方案的選擇控制方案的選擇（1 1）簡單均勻控制系統(tǒng)）簡單均勻控制系統(tǒng) 注意：注意：當(dāng)調(diào)節(jié)閥兩端的壓差變化較大時，流量大小不僅取決于調(diào)當(dāng)調(diào)節(jié)閥兩端的壓差變化較大時，流量大小不僅取決于調(diào)節(jié)閥開度的大小，還將受到壓差波動的影響。需采用串級均勻。節(jié)閥開度的大小，還將受到壓差波動的影響。需采用串級均勻。 通常需設(shè)置較大的通常需設(shè)置較大的比例度和較長的積分時比例度和較長的積分時間，以較弱的控制作用間，以較弱的控制作用達到均勻控制的目的。達到均勻控制的目的。（2 2）串級均勻控制系統(tǒng)）串級均勻控制系統(tǒng) 為了克服調(diào)節(jié)閥

22、前后壓力波動和被控過程的自平衡待性對流量的影為了克服調(diào)節(jié)閥前后壓力波動和被控過程的自平衡待性對流量的影響，設(shè)計了以流量為副參數(shù)、以液位為主參數(shù)的串級均勻控制系統(tǒng)。響，設(shè)計了以流量為副參數(shù)、以液位為主參數(shù)的串級均勻控制系統(tǒng)。 從結(jié)構(gòu)上看，從結(jié)構(gòu)上看，它與一般的液位和流量串級控制系統(tǒng)是一致的。它與一般的液位和流量串級控制系統(tǒng)是一致的。但這里采用串級形式的目的并不是為了提高主參數(shù)液位的控制精但這里采用串級形式的目的并不是為了提高主參數(shù)液位的控制精度，而是為了克服閥前壓力波動及自平衡特性對流量的影響，使度，而是為了克服閥前壓力波動及自平衡特性對流量的影響，使流量變化平緩。流量變化平緩。2 2、調(diào)節(jié)規(guī)律

23、的選擇、調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇 3 3、調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定、調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定 (1) (1) 在所有的均勻控制系統(tǒng)中，不應(yīng)加微分控制在所有的均勻控制系統(tǒng)中，不應(yīng)加微分控制。 (2)(2) 主調(diào)節(jié)器一般采用比例控制或比例積分控制，而在串級控制中，主調(diào)節(jié)器一般采用比例控制或比例積分控制，而在串級控制中，副調(diào)節(jié)器一般采用比例控制，特殊情況下，也可采用比例積分副調(diào)節(jié)器一般采用比例控制，特殊情況下，也可采用比例積分控制?？刂?。 （1 1） 經(jīng)驗法經(jīng)驗法 即根據(jù)經(jīng)驗，按照即根據(jù)經(jīng)驗，按照“先副后主先副后主” ” ，把主、副調(diào)節(jié)，把主、副調(diào)節(jié)器的比例度器的比例度調(diào)節(jié)到某一適當(dāng)值；然后由小到大進行調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)的調(diào)節(jié)到某

24、一適當(dāng)值；然后由小到大進行調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)的過渡過程緩慢地、非周期衰減變化，最后再根據(jù)過程的具體情況，給過渡過程緩慢地、非周期衰減變化，最后再根據(jù)過程的具體情況，給主調(diào)節(jié)器加上積分作用。需要注意的是，主調(diào)節(jié)器的積分時間要調(diào)得主調(diào)節(jié)器加上積分作用。需要注意的是，主調(diào)節(jié)器的積分時間要調(diào)得大一些。大一些。 （2 2）停留時間法）停留時間法 即依據(jù)控制介質(zhì)流過被控過程所需要的時間整即依據(jù)控制介質(zhì)流過被控過程所需要的時間整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)，使被控參數(shù)在允許的范圍內(nèi)變化。定調(diào)節(jié)器的參數(shù)，使被控參數(shù)在允許的范圍內(nèi)變化。minVqt (1) 所有均勻控制中，所有均勻控制中， 均比定值控制要大。均比定值控制要大。IT

25、與(2) 對串級均勻控制可采用停留時法進行整定對串級均勻控制可采用停留時法進行整定。停留時間停留時間tmin20204040比例度比例度（%）100150150200200250積分時間積分時間Timin51015整定參數(shù)與停留時間整定參數(shù)與停留時間t t的關(guān)系的關(guān)系 最后還需指出的是：例：圖示為一精餾塔的塔釜液位與流出流量的串級均勻控制系統(tǒng)。如果塔釜液體不允許被抽空，試確定調(diào)節(jié)閥和控制器的作用方式。調(diào)節(jié)閥為氣開形式；液位調(diào)節(jié)器：正作用；流量調(diào)節(jié)器：反作用。 間歇式化學(xué)反應(yīng)器分程控制系統(tǒng) 在一般的控制系統(tǒng)中，在一般的控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器的輸出只控制一個調(diào)調(diào)節(jié)器的輸出只控制一個調(diào)節(jié)閥，但在某些工業(yè)

26、生產(chǎn)中，節(jié)閥，但在某些工業(yè)生產(chǎn)中，根據(jù)工藝要求，需將調(diào)節(jié)器根據(jù)工藝要求，需將調(diào)節(jié)器的輸出信號分段，去分別控的輸出信號分段，去分別控制兩個或兩個以上的調(diào)節(jié)閥。制兩個或兩個以上的調(diào)節(jié)閥。這種控制系統(tǒng)通常稱為：這種控制系統(tǒng)通常稱為：分分程控制系統(tǒng)程控制系統(tǒng)。分程控制系統(tǒng)的信號分段 蒸汽閥為氣開，冷水閥為氣關(guān)1 1、調(diào)節(jié)閥同向動作、調(diào)節(jié)閥同向動作分程控制系統(tǒng)有兩種類型分程控制系統(tǒng)有兩種類型: : 2 2、調(diào)節(jié)閥異向動作、調(diào)節(jié)閥異向動作 a)閥閥A氣開、閥氣開、閥B氣關(guān)氣關(guān) b)閥閥A氣關(guān)、閥氣關(guān)、閥B氣開氣開 分程控制系統(tǒng)本質(zhì)上是屬于單回路控制系統(tǒng)。 由于調(diào)節(jié)器的輸出信號要進行分程而且所用調(diào)節(jié)閥較多，

27、所以在系統(tǒng)設(shè)計上也有一些特殊之處。 即將調(diào)節(jié)器輸出分成幾個區(qū)段即將調(diào)節(jié)器輸出分成幾個區(qū)段, ,一段信號控制一個調(diào)節(jié)閥。一段信號控制一個調(diào)節(jié)閥。1 1、調(diào)節(jié)器輸出信號的分程、調(diào)節(jié)器輸出信號的分程 2 2、調(diào)節(jié)閥的選擇及注意的問題、調(diào)節(jié)閥的選擇及注意的問題 （1）調(diào)節(jié)閥類型的選擇）調(diào)節(jié)閥類型的選擇 根據(jù)工藝要求選擇同向工作或異向工作的調(diào)節(jié)閥。 （2 2）調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇）調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇 在分程控制中，當(dāng)把兩個調(diào)節(jié)閥作為一個調(diào)節(jié)閥使用時，要求分程點處的流量特性平滑。（3 3）調(diào)節(jié)閥的泄漏量）調(diào)節(jié)閥的泄漏量 在分程控制系統(tǒng)中，必須保證在調(diào)節(jié)閥全關(guān)時無泄漏或泄漏量極小。 1 1、用于節(jié)能、用于

28、節(jié)能 2 2、用于擴大調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍、用于擴大調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍 由于我國目前統(tǒng)一設(shè)計的調(diào)節(jié)閥，其可調(diào)范圍為30，因而不能滿足需要調(diào)節(jié)閥可調(diào)范圍大的生產(chǎn)過程。解決這一問題的辦法之一是采用分程控制，將流通能力不同、可調(diào)范圍相同的兩個調(diào)節(jié)閥當(dāng)一個調(diào)節(jié)閥使用，擴大其可調(diào)節(jié)范圍，以滿足特殊工藝的要求。 由此可見，分程控制中調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍與單個調(diào)節(jié)閥由此可見，分程控制中調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍與單個調(diào)節(jié)閥相比，擴大了相比，擴大了2626倍，從而滿足了工藝上的特殊要求。倍，從而滿足了工藝上的特殊要求。 調(diào)節(jié)閥的最大流通能力分別為調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥的最大流通能力分別為調(diào)節(jié)閥1max2max1min109.2 0.147

29、80RCCC分1min2min0.143.5CC和而可調(diào)范圍均為而可調(diào)范圍均為1230RR1max2max4.2105CC和若將兩個調(diào)節(jié)閥當(dāng)成一個調(diào)節(jié)閥當(dāng)成一個調(diào)節(jié)閥使用，則若將兩個調(diào)節(jié)閥當(dāng)成一個調(diào)節(jié)閥當(dāng)成一個調(diào)節(jié)閥使用，則最小流通能力為最小流通能力為0.140.14，最大流通能力為，最大流通能力為109.2109.2，由此可算出，由此可算出分程控制調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍為分程控制調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍為 例：某一分程控制系統(tǒng)的兩個調(diào)節(jié)閥，其最小流通能力分別為例：某一分程控制系統(tǒng)的兩個調(diào)節(jié)閥，其最小流通能力分別為此時，此時，3 3、用于兩個不同控制介質(zhì)的生產(chǎn)過程、用于兩個不同控制介質(zhì)的生產(chǎn)過程 廢液中和過

30、程分程控制廢液中和過程分程控制7PH7PH7PH酸性酸性堿性堿性中性中性7.4.1 7.4.1 自動選擇性控制概述自動選擇性控制概述 一般的過程控制系統(tǒng)是在正常工況下，為保證生產(chǎn)過程的物一般的過程控制系統(tǒng)是在正常工況下，為保證生產(chǎn)過程的物料平衡、能量平衡和生產(chǎn)安全而設(shè)計的，它們沒有該考慮到在事料平衡、能量平衡和生產(chǎn)安全而設(shè)計的，它們沒有該考慮到在事故狀態(tài)下的安全生產(chǎn)問題，即當(dāng)操作條件到達安全極限時，應(yīng)有故狀態(tài)下的安全生產(chǎn)問題，即當(dāng)操作條件到達安全極限時，應(yīng)有保護性措施。如大型透平壓縮機的防喘振，化學(xué)反應(yīng)器的安全操保護性措施。如大型透平壓縮機的防喘振，化學(xué)反應(yīng)器的安全操作及鍋爐燃燒系統(tǒng)的防脫火、

31、防回火等。作及鍋爐燃燒系統(tǒng)的防脫火、防回火等。 事故狀態(tài)的保護性措施大致可分成兩類：事故狀態(tài)的保護性措施大致可分成兩類： 一種是自動報警，然后由人工進行處理，或采用自動連鎖、一種是自動報警，然后由人工進行處理，或采用自動連鎖、自動停機的方法進行保護，稱為自動停機的方法進行保護，稱為“硬保護硬保護”。 另一種措施稱為另一種措施稱為“軟保護軟保護”，即所謂選擇性控制系統(tǒng)。選擇，即所謂選擇性控制系統(tǒng)。選擇性系統(tǒng)是指將工業(yè)生產(chǎn)過程的限制條件所構(gòu)成的邏輯關(guān)系疊加到性系統(tǒng)是指將工業(yè)生產(chǎn)過程的限制條件所構(gòu)成的邏輯關(guān)系疊加到正常自動控制系統(tǒng)上而形成的一種控制方法。正常自動控制系統(tǒng)上而形成的一種控制方法。 7.

32、4.2 7.4.2 系統(tǒng)的類型及工作過程系統(tǒng)的類型及工作過程1 1、選擇調(diào)節(jié)器的輸出信號、選擇調(diào)節(jié)器的輸出信號對調(diào)節(jié)器輸出信號進行選擇的系統(tǒng)框圖為：對調(diào)節(jié)器輸出信號進行選擇的系統(tǒng)框圖為： 在控制過程中，當(dāng)天然氣壓力過高時會發(fā)生脫火，而壓力過低時會發(fā)生回火，P1C為正常時使用的調(diào)節(jié)器，P2C為壓力過高時使用的調(diào)節(jié)器， PC為帶下限節(jié)點的壓力調(diào)節(jié)器，它與三通電磁閥構(gòu)成自動聯(lián)鎖硬保護裝置。2 2、選擇變送器的輸出信號、選擇變送器的輸出信號 這種系統(tǒng)至少采用兩個或兩個以上的變送器。變送器的輸出這種系統(tǒng)至少采用兩個或兩個以上的變送器。變送器的輸出信號均送入選擇器，選擇器選擇符合工藝要求的信號反饋至調(diào)節(jié)信

33、號均送入選擇器，選擇器選擇符合工藝要求的信號反饋至調(diào)節(jié)器。器。 化學(xué)反應(yīng)過程峰值溫度自動選擇性控制系統(tǒng)流程圖 反應(yīng)器峰值溫度自動選擇性控制系統(tǒng)框圖 7.4.3 7.4.3 自動選擇性控制系統(tǒng)的設(shè)計自動選擇性控制系統(tǒng)的設(shè)計 自動選擇性控制系統(tǒng)的設(shè)計與簡單控制系統(tǒng)設(shè)計的不同之處在于調(diào)節(jié)自動選擇性控制系統(tǒng)的設(shè)計與簡單控制系統(tǒng)設(shè)計的不同之處在于調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的確定及調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定、選擇器的選型、防積分飽和等。器調(diào)節(jié)規(guī)律的確定及調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定、選擇器的選型、防積分飽和等。 在自動選擇性控制系統(tǒng)中，若采用兩個調(diào)節(jié)器，其中必有一個為在自動選擇性控制系統(tǒng)中，若采用兩個調(diào)節(jié)器，其中必有一個為正常調(diào)節(jié)器，另一

34、個為取代調(diào)節(jié)器。對于正常調(diào)節(jié)器，由于有較高的正常調(diào)節(jié)器，另一個為取代調(diào)節(jié)器。對于正常調(diào)節(jié)器，由于有較高的控制精度而應(yīng)選用控制精度而應(yīng)選用PI或或PID調(diào)節(jié)規(guī)律；對于取代調(diào)節(jié)器，由于在正常調(diào)節(jié)規(guī)律；對于取代調(diào)節(jié)器，由于在正常生產(chǎn)中開環(huán)備用，僅在生產(chǎn)將要出現(xiàn)事故時，才迅速動作，以防事故生產(chǎn)中開環(huán)備用，僅在生產(chǎn)將要出現(xiàn)事故時，才迅速動作，以防事故發(fā)生，故一般選用發(fā)生，故一般選用P調(diào)節(jié)規(guī)律即可。調(diào)節(jié)規(guī)律即可。1 1調(diào)節(jié)規(guī)律的確定及其參數(shù)整定調(diào)節(jié)規(guī)律的確定及其參數(shù)整定2 2選擇器的選型選擇器的選型 在確定選擇器的選型時，先要根據(jù)調(diào)節(jié)閥的選用原則，確定在確定選擇器的選型時，先要根據(jù)調(diào)節(jié)閥的選用原則，確定調(diào)

35、節(jié)調(diào)節(jié)閥的閥的氣開、氣關(guān)形式，進而確定調(diào)節(jié)器的正、反作用方式，最后確定氣開、氣關(guān)形式，進而確定調(diào)節(jié)器的正、反作用方式，最后確定選擇器的選型。確定的原則是：如果取代調(diào)節(jié)器的輸出信號為高值時，選擇器的選型。確定的原則是：如果取代調(diào)節(jié)器的輸出信號為高值時，則選擇高值選擇器；反之，則選擇低值選擇器。則選擇高值選擇器；反之，則選擇低值選擇器。例：例： 液氨蒸發(fā)器是一個換熱設(shè)備，它利用液氨的汽化需要吸收大量液氨蒸發(fā)器是一個換熱設(shè)備，它利用液氨的汽化需要吸收大量的熱來冷卻流經(jīng)管內(nèi)的熱物料。在生產(chǎn)上，要求被冷卻物料的出的熱來冷卻流經(jīng)管內(nèi)的熱物料。在生產(chǎn)上，要求被冷卻物料的出口溫度穩(wěn)定。為了防止不正常工況的發(fā)生

36、，蒸發(fā)器中液氨的液位不口溫度穩(wěn)定。為了防止不正常工況的發(fā)生，蒸發(fā)器中液氨的液位不得過某一最高限值。得過某一最高限值。TC氣氨液氨熱物料冷物料LC液氨氣氨熱物料冷物料 為使蒸發(fā)器的液位不致過高而滿溢，調(diào)節(jié)閥應(yīng)選氣開式。相為使蒸發(fā)器的液位不致過高而滿溢，調(diào)節(jié)閥應(yīng)選氣開式。相應(yīng)地，溫度調(diào)節(jié)器應(yīng)選正作用方式，而液位調(diào)節(jié)器應(yīng)選反作用方應(yīng)地，溫度調(diào)節(jié)器應(yīng)選正作用方式，而液位調(diào)節(jié)器應(yīng)選反作用方式。當(dāng)液位的測量值超過設(shè)定值時，調(diào)節(jié)器的輸出信號減小，要式。當(dāng)液位的測量值超過設(shè)定值時，調(diào)節(jié)器的輸出信號減小，要求選中。顯而易見，該選擇器應(yīng)為低值選擇器。求選中。顯而易見，該選擇器應(yīng)為低值選擇器。若選擇器為低選，設(shè)若選擇器為低