制冷過程自動(dòng)控制設(shè)計(jì)

制冷過程自動(dòng)控制設(shè)計(jì)制冷過程自動(dòng)控制設(shè)計(jì)萬花樓大學(xué)（）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）制冷過程自動(dòng)控制設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：學(xué)生學(xué)號(hào)：院（系）：年級(jí)專業(yè)：指導(dǎo)教師：助理指導(dǎo)教師：摘要制冷過程自動(dòng)控制是熱工對象自動(dòng)化的一種，實(shí)現(xiàn)對降溫的自動(dòng)控制。而在制冷技術(shù)中，液氨制冷是工業(yè)生產(chǎn)中非常常用的制冷方式之一，通常是利用液氨蒸發(fā)成氣氨帶走熱量來制冷。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，制冷技術(shù)的正在向自動(dòng)化、智能化發(fā)展，對制冷過程自動(dòng)控制也提出了新的要求。本文主要針對液制冷的選擇性控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，選擇性控制系統(tǒng)對液氨的蒸發(fā)制冷進(jìn)行選擇性控制，能夠很好的做到液位、溫度等參數(shù)的合理分配。它在結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)是兩個(gè)調(diào)節(jié)器共用一個(gè)調(diào)節(jié)閥。其中一個(gè)調(diào)節(jié)器在正常工況下工作，另一個(gè)處于待命備用狀態(tài)，遇到工藝情況不正常時(shí)，就由它取而代之，一直到工況恢復(fù)正常，再由原來的調(diào)節(jié)器來控制。此系統(tǒng)是一個(gè)能夠穩(wěn)定工作的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在無人直接參與下，也能使被控參數(shù)達(dá)到給定值或預(yù)先給定的規(guī)律變化的系統(tǒng)。關(guān)鍵詞制冷，自動(dòng)化，液氨，選擇性控制ABSTRACTTheautomaticcontrolofcoolingisatypeoftheautomaticcontroloftemperature.Inrefrigerationtechnology,onewayofrefrigerationinindustrialproductionistheliquidammoniaforevaporativecooling.Usuallybyliquidammoniatheevaporationofammoniagasintotheheatawaytoachievetheobjectiveofloweringthetemperature.Withthedevelopmentofscienceandtechnology,therefrigerationtechnologyisdevelopingtoautomaticandintelligent;thenewrequestisbringoutwiththedevelopmentoftheautomaticcontrolofrefrigeration.Thisarticlemainlyaimsatdesigningasystemofselectivecontrollingtheliquidammoniaforevaporativecooling.Theselectivecontrolsystemforevaporativecoolingtemperatureofliquidammoniaselectivecontrol，canbeverywelltoreasonabledistributionparameters,suchasthelevelofliquidammoniaandthetemperaturedistribution.Itsstructureischaracterizedbythetworegulatorstoshareacontrolvalve.Oneregulatorinnormalworkingconditionandtheotherinastandby,theencounterofthesituationisnotnormal,theyreplaceitby,untilconditionsreturntonormal,andthenfromtheregulatortocontrol.Thissystemisastableautomaticcontrolsystem,evenwithoutparticipationbypeople，canbecontrolledparameterreachedagivenvalueorregularchanges.KeywordsRefrigeration,Automation,Liquidammonia,Theselectivecontrol目錄摘要 IABSTRACT II1緒論 11.1課題研究的意義 11.2國內(nèi)外的現(xiàn)狀 11.2.1過程控制的發(fā)展 11.2.2制冷技術(shù)的發(fā)展 31.3制冷技術(shù)的應(yīng)用 41.4課題的研究目標(biāo)和內(nèi)容 62制冷工藝系統(tǒng)及控制要求 72.1選擇氨作為制冷工質(zhì)原因 72.2液氨制冷的工藝系統(tǒng) 72.2.1理想的制冷循環(huán) 82.2.2實(shí)際的制冷循環(huán) 82.2.3液氨制冷工藝特點(diǎn) 82.3液氨制冷控制要求 92.3.1過程控制的要求 92.3.2出口溫度的要求 92.3.3液氨蒸發(fā)的要求 103制冷過程自動(dòng)控制方案 113.1生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的組成 113.2被控參數(shù)的選擇 123.3控制參數(shù)的選擇 133.4控制方案分析 133.4.1單回路制冷控制系統(tǒng) 133.4.2串級(jí)制冷控制系統(tǒng) 153.4.3自動(dòng)選擇性控制系統(tǒng) 174制冷過程自動(dòng)控制方案確定 204.1控制系統(tǒng)的選擇 204.2控制方案的控制流程 204.3控制系統(tǒng)介紹 224.3.1功能介紹 224.3.2工作原理 224.4制冷系統(tǒng)在工程中的應(yīng)用 224.4.1系統(tǒng)部件 224.4.2工程中液氨制冷系統(tǒng)圖 234.4.3工作過程 245控制方案的設(shè)備選型 255.1選擇器的選型 255.2調(diào)節(jié)器的選型 265.2.1調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的確定 265.2.2調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定 265.2.3調(diào)節(jié)器的抗積分飽和 265.3控制器的選型 275.3.1控制器控制規(guī)律的確定 275.3.2控制器參數(shù)的整定 27結(jié)論 29參考文獻(xiàn) 30致謝 311緒論1.1課題研究的意義目前工業(yè)自動(dòng)化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志。同時(shí)，控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個(gè)階段。隨著工業(yè)自動(dòng)化水平的迅速提高，工業(yè)制冷過程的自動(dòng)控制在工業(yè)領(lǐng)域廣泛運(yùn)用。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，溫度是工業(yè)生產(chǎn)中的一個(gè)重要控制參數(shù)，在很多的工業(yè)生產(chǎn)中，都包含得有對溫度的控制。液氨蒸發(fā)制冷是工業(yè)生產(chǎn)中對工業(yè)物料作降溫處理的常用手段。因此提出了制冷過程自動(dòng)控制設(shè)計(jì)課題。我國在上個(gè)世紀(jì)50年代以前,為食品冷凍冷藏配置的氨制冷系統(tǒng)多為直接膨脹供液,由于自控系統(tǒng)落后,一般采用人工調(diào)節(jié),因勞動(dòng)強(qiáng)度過大、不安全因素極多;從70年代開始,隨著我國自行研制的制冷自控元件的問世以及引進(jìn)國外自控元件,直接膨脹供液逐步被重力供液和氨泵強(qiáng)制供液所取代；80年代后,隨著計(jì)算機(jī)微電子控制技術(shù)的不斷發(fā)展,國內(nèi)出現(xiàn)了以可編程序控制器及用PLC組成的集散式控制系統(tǒng)(DCS控制系統(tǒng))控制的采用氨泵強(qiáng)制供液方式的全自動(dòng)或半自動(dòng)氨制冷系統(tǒng)。到現(xiàn)在，我國在大連的一座水產(chǎn)品加工廠的氨制冷系統(tǒng)中第一次采用了DANFOSS公司的氨電子膨脹閥,從而再次實(shí)現(xiàn)了直接膨脹供液,與50年代前期的制冷膨脹供液相比,系統(tǒng)的安全性和控制方式及自動(dòng)化程度得到了極大的提高。但由于尚無與氨互溶的合成潤滑油,制冷系統(tǒng)仍配置的油分離系統(tǒng),未能實(shí)現(xiàn)制冷系統(tǒng)的完全簡化。即使如此,也使系統(tǒng)的用氨量大大的降低。氨制冷系統(tǒng)應(yīng)用在化工、大型空調(diào)系統(tǒng)、啤酒廠、制藥廠中多為間接制冷系統(tǒng)。因此，提出制冷過程自動(dòng)控制具有有深遠(yuǎn)的意義。1.2國內(nèi)外的現(xiàn)狀1.2.1過程控制的發(fā)展自20世紀(jì)90年代以來，計(jì)算機(jī)技術(shù)產(chǎn)生了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，并以計(jì)算機(jī)為工具產(chǎn)生了信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。它在自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域中產(chǎn)生極大的影響和推動(dòng)作用，自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展很快，并獲得了驚人的成就，逐步形成了以網(wǎng)絡(luò)集成化系統(tǒng)為基礎(chǔ)的企業(yè)信息控制管理系統(tǒng)。而自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)工具也由集散控制系統(tǒng)(DistributedControlSystems，DCS)發(fā)展到了現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FieldbusControlSystem，F(xiàn)CS)。自動(dòng)化技術(shù)已在工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)技術(shù)和人們生活的各個(gè)領(lǐng)域中起到了關(guān)鍵的作用。已成為我國高科技的重要組成部分，在工業(yè)生產(chǎn)和國民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)發(fā)揮著重要的作用。自動(dòng)化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平高低的一個(gè)重要標(biāo)志。自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展首先從工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域開始，而工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展又與工業(yè)生產(chǎn)過程本身的發(fā)展有著密切的聯(lián)系。隨著生產(chǎn)從簡單到復(fù)雜，從局部到全局，從低級(jí)到智能的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化也經(jīng)歷了一個(gè)不斷發(fā)展的過程。20世紀(jì)50年代以前。這個(gè)階段以經(jīng)典控制理論為基本方法，以傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)，采用根軌跡法和頻率法對系統(tǒng)進(jìn)行分析。經(jīng)典控制理論最輝煌的成果之一便是PID控制規(guī)律。PID控制規(guī)律原理簡單，易于實(shí)現(xiàn)，對沒有時(shí)間延遲的單回路控制系統(tǒng)極為有效。到目前為止，在工業(yè)過程控制中，很多系統(tǒng)仍使用PID控制規(guī)律。在這個(gè)階段，對系統(tǒng)的一般處理方法是將一個(gè)復(fù)雜過程分解為若干個(gè)簡單的過程，然后采用單輸入、單輸出的控制系統(tǒng)，完成既定任務(wù)。自動(dòng)化水平處于比較低級(jí)的階段，理論上也尚不完整，從而促進(jìn)了現(xiàn)代控制理論的發(fā)展。實(shí)現(xiàn)控制的手段主要是單個(gè)傳感器、控制器和執(zhí)行器。20世紀(jì)60年代以后，由于生產(chǎn)的發(fā)展，生產(chǎn)過程向著大型化、連續(xù)性方向發(fā)展，而控制對象的要求也日趨復(fù)雜，原有簡單控制的模式已不能滿足要求，為適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)控制的要求，一些復(fù)雜的控制系統(tǒng)得到開發(fā)，并在實(shí)踐中獲得了良好的控制效果。而在這個(gè)階段，人們研究出了現(xiàn)代控制理論，這為新的控制技術(shù)提供了理論基礎(chǔ)。它以狀態(tài)空間為分析基礎(chǔ)，包括以最小二乘法為基礎(chǔ)的系統(tǒng)辨識(shí)，以極小值原理和動(dòng)態(tài)規(guī)劃為基礎(chǔ)的優(yōu)化控制和以卡爾曼濾波理論為核心的最優(yōu)估計(jì)三個(gè)部分。因此使分析系統(tǒng)的方法從外部現(xiàn)象深入到揭示系統(tǒng)的內(nèi)在規(guī)律，從局部控制發(fā)展到了全局最優(yōu)控制。現(xiàn)代控制理論在航天、航空和制導(dǎo)等領(lǐng)域取得了輝煌的成果。而自動(dòng)控制的工具也產(chǎn)生了直接數(shù)字控制(DirectDigitalControl，DDC)和監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制(SupervisoryComputerControl，SCC)。但是，在工業(yè)生產(chǎn)過程控制領(lǐng)域，現(xiàn)代控制理論卻并未能發(fā)揮作用。20世紀(jì)70年代以后，為解決大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)的優(yōu)化與控制問題，現(xiàn)代控制理論和系統(tǒng)理論相結(jié)合，逐步形成了大系統(tǒng)理論(Mohammad，1983)。其核心思想是系統(tǒng)的分解與協(xié)調(diào)，多級(jí)遞階優(yōu)化與控制時(shí)應(yīng)用大系統(tǒng)的典范。實(shí)際上，除了高維線性系統(tǒng)外，大系統(tǒng)理論仍未突破現(xiàn)代控制理論的基本思想與框架，對其他復(fù)雜系統(tǒng)仍然束手無策。同時(shí)，基于專家知識(shí)的專家系統(tǒng)、模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、學(xué)習(xí)控制和基于信息論的智能控制應(yīng)運(yùn)而生，并在很多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。這個(gè)階段工業(yè)領(lǐng)域的一個(gè)最大成就是大規(guī)模集成電路和微處理器的產(chǎn)生，這大大加速了工業(yè)計(jì)算機(jī)的商品化和計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及和發(fā)展。為了滿足工業(yè)計(jì)算機(jī)可靠性和靈活性的需要，作為一種全新的工業(yè)控制工具，DCS產(chǎn)生了。它是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)和圖形顯示技術(shù)于一體的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。而另一方面，控制理論和其他學(xué)科相互滲透，從而形成了以大系統(tǒng)理論和智能控制理論為代表的所謂第三代控制理論。直到現(xiàn)在，盡管它還處于發(fā)展和完善過程中，但已受到極大的重視和關(guān)注，也取得了很大的進(jìn)展。因此研究制冷過程自動(dòng)控制技術(shù)是具有深遠(yuǎn)意義的一門科學(xué)，它的發(fā)展將對我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展起著非常巨大的推動(dòng)作用。1.2.2制冷技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)代的制冷技術(shù)，是18世紀(jì)后期發(fā)展起來的。在此之前，人們很早已懂得冷的利用。我國古代就有人用天然冰冷藏食品和防暑降溫。馬可·波羅在他的著作《馬可·波羅游記》中，對中國制冷和造冰窖的方法有詳細(xì)的記述。1755年愛丁堡的化學(xué)教師庫侖利用乙醚蒸發(fā)使水結(jié)冰。他的學(xué)生布拉克從本質(zhì)上解釋了融化和氣化現(xiàn)象，提出了潛熱的概念，并發(fā)明了冰量熱器，標(biāo)志著現(xiàn)代制冷技術(shù)的開始。在普冷方面，1834年發(fā)明家波爾金斯造出了第一臺(tái)以乙醚為工質(zhì)的蒸氣壓縮式制冷機(jī)，并正式申請了英國第6662號(hào)專利。這是后來所有蒸氣壓縮式制冷機(jī)的雛型，但使用的工質(zhì)是乙醚，容易燃燒。到1875年卡利和林德用氨作制冷劑，從此蒸氣壓縮式制冷機(jī)開始占有統(tǒng)治地位。在此期間，空氣絕熱膨脹會(huì)顯著降低空氣溫度的現(xiàn)象開始用于制冷。1844年，醫(yī)生高里用封閉循環(huán)的空氣制冷機(jī)為患者建立了一座空調(diào)站，空氣制冷機(jī)使他一舉成名。威廉·西門斯在空氣制冷機(jī)中引入了回?zé)崞?，提高了制冷機(jī)的性能。1859年，卡列發(fā)明了氨水吸收式制冷系統(tǒng)，申請了原理專利。1910年左右，馬利斯·萊蘭克發(fā)明了蒸氣噴射式制冷系統(tǒng)。到20世紀(jì)，制冷技術(shù)有了更大發(fā)展。全封閉制冷壓縮機(jī)的研制成功（美國通用電器公司）；米里杰發(fā)現(xiàn)氟里昂制冷劑并用于蒸氣壓縮式制冷循環(huán)以及混合制冷劑的應(yīng)用；伯寧頓發(fā)明回?zé)崾匠凉衿餮h(huán)以及熱泵的出現(xiàn)，均推動(dòng)了制冷技術(shù)的發(fā)展。在低溫方面，1877年卡里捷液化了氧氣；1895年林德液化了空氣，建立了空氣分離設(shè)備；1898年杜瓦用液態(tài)空氣預(yù)冷氫氣，然后用絕熱節(jié)流使氫氣成為液體，溫度降至20.4K；1908年卡末林·昂納斯用液態(tài)空氣和液態(tài)氫預(yù)冷氦氣，再用絕熱節(jié)流將氦液化，獲得4.2K的低溫。杜瓦于1892年發(fā)明的杜瓦瓶，用于貯存低溫液體，為低溫領(lǐng)域的研究提供了重要條件。1934年，卡皮查發(fā)明了先用膨脹機(jī)將氦氣降溫，再用絕熱節(jié)流使其液化的氦液化器；1947年柯林斯采用雙膨脹機(jī)于氦的預(yù)冷。大部分的氦液化器現(xiàn)已采用膨脹機(jī)，在制冷技術(shù)的開發(fā)和實(shí)際使用中獲得廣泛的應(yīng)用。新的降低溫度方法的發(fā)明，擴(kuò)大了低溫的范圍，并進(jìn)入了超低溫領(lǐng)域。德拜和焦克分別在1926年和1927年提出了用順磁鹽絕熱退磁的方法獲取低溫，應(yīng)用此方法獲得的低溫現(xiàn)已達(dá)到K；由庫提和西蒙等提出的核子絕熱去磁的方法可將溫度降至更低，庫提用此法于1956年獲得了K。1951年倫敦提出并于1965年研制出的3He-4He混合液稀釋制冷法，可達(dá)到K；1950年泡墨朗切克提出的方法，利用壓縮液態(tài)3He的絕熱固化，達(dá)到K。更近期的制冷技術(shù)發(fā)展主要緣于世界范圍內(nèi)對食品、舒適和健康方面，以及在空間技術(shù)、國防建設(shè)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)方面的需要，從而使這門技術(shù)在20世紀(jì)的后半期得到飛速發(fā)展。受微電子、計(jì)算機(jī)、新型原材料和其它相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步的滲透和促進(jìn)，制冷技術(shù)取得了一些突破性的進(jìn)展，同時(shí)也面臨一場新的挑戰(zhàn)。1.3制冷技術(shù)的應(yīng)用制冷技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展是由于社會(huì)生產(chǎn)和人民生活的需求而產(chǎn)生的。自改革開放以來，冰箱和空調(diào)的生產(chǎn)和普及大大促進(jìn)了我國制冷技術(shù)的發(fā)展。制冷技術(shù)是一門研究人工制取低溫的原理、設(shè)備及應(yīng)用的科學(xué)技術(shù)。在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中。通常把制冷分為“普冷”和“深冷”（也叫低溫）。通常以-120℃為界，制冷溫度高于-120℃稱為“普冷”，低于-120℃的稱為“制冷的方法很多，常見的有以下幾種：蒸氣壓縮式、吸收式、蒸氣噴射式和吸附式制冷，它們的共同特點(diǎn)都是利用液體汽化時(shí)需耍吸收大量的潛熱來進(jìn)行制冷的。除了上面利用液體汽化制冷的方法以外，還有以下幾種制冷方法：氣體膨脹制冷、渦流管制冷和熱電制冷。制冷技術(shù)的應(yīng)用范圍非常廣泛。從工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)到我們的日常生活。應(yīng)用范圍一般可分為三個(gè)溫區(qū)：低溫區(qū)（約-120℃中溫區(qū)（-120℃～5高溫區(qū)（5℃～80℃）主要用于空調(diào)、除濕、熱泵蒸發(fā)和熱泵干燥制冷技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門及人們的日常生活中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①冷藏制冷技術(shù)在冷凍與冷藏上的應(yīng)用主要是對易腐食品〔如魚、肉、蛋、果類。蔬菜等食品）進(jìn)行冷加工、冷藏及冷藏運(yùn)輸。以減少生產(chǎn)和分配中的食品損耗，保證備個(gè)季節(jié)市場的合理分配。采用的制冷裝置有冷庫、冷藏汽車、冷藏船、冷藏列車、冷藏商品陳列柜、冷柜和家用冰箱等。②空氣凋節(jié)隨著人們生活水平的提高，為了滿足人們舒適的生活和工作環(huán)境，空調(diào)技術(shù)的使用得到了很大的發(fā)展。例如賓館、商場、劇場、大型公共建筑、汽車、飛機(jī)座艙、辦公室、居民住宅等的空調(diào)設(shè)備，為人們提供了適宜的生活和工作環(huán)境。不僅有益于身心健康，而且可以提高生產(chǎn)和工作效率。大型集中式空調(diào)系統(tǒng)供冷。例如我國的首都機(jī)場、擁有空調(diào)冷量1.2萬kW；美國的“世界貿(mào)易中心大樓”，樓高410m，總建筑面積120萬㎡。擁有空調(diào)冷量17萬kW；日本大阪的“國際博覽會(huì)”，建筑面積80萬㎡。擁有空調(diào)冷量10萬kw；法國某居民住宅的空調(diào)系統(tǒng)，擁有空調(diào)冷量7萬kW③除濕高溫生產(chǎn)車間、紡織廠、造紙廠、印刷廠、膠片廠、機(jī)器設(shè)備的操作控制房，精密儀器車間，精密機(jī)床加工車間，精密計(jì)量室，計(jì)算機(jī)房等的環(huán)境除了對溫度要求調(diào)節(jié)外，往往對環(huán)境的濕度也有較高的要求，這時(shí)通常使用冷凍除濕機(jī)進(jìn)行除濕，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量或機(jī)器、儀表的精度或精密設(shè)備的正常特性。④工業(yè)生產(chǎn)在工業(yè)生產(chǎn)中，倡助于制冷，可使氣體液化、氣體分離，帶走化學(xué)反應(yīng)中的反應(yīng)熱。鹽類結(jié)晶、燃料、化肥的生產(chǎn)，天然氣的液化、貯運(yùn)也需要制冷。利用制冷可以對鋼進(jìn)行低溫處理(-70℃～-90在機(jī)器的裝配過程中，利用低溫能方便地實(shí)現(xiàn)過盈配合。在鋼鐵工業(yè)中．高爐鼓風(fēng)需要用制冷的方法先將其除濕，然后再送入高爐，以降低焦化比，保證鐵水質(zhì)量，一般大型高爐需幾千千瓦冷量。⑤農(nóng)牧業(yè)利用制冷對農(nóng)作物種子進(jìn)行低溫處理，創(chuàng)造人工氣候室育秧，保存動(dòng)物良種精液等，對農(nóng)牧業(yè)的幫助非常大。⑥建筑工程利同制冷可實(shí)現(xiàn)凍土法開采土方。在挖掘礦井、隧道、建筑江河堤壩時(shí)。或在泥沼、砂水處掘井時(shí)，可采用凍土法使工作面不坍塌，保證施工安全。拌和混凝土?xí)r，用冰代替水．借冰的熔化熱補(bǔ)償水泥的固化反應(yīng)熱，可以制出大型混凝土構(gòu)件，有效地避免了大型構(gòu)件因?yàn)榈貌坏匠浞稚岫a(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力和裂縫等缺陷。⑦國防工業(yè)高寒條件下工作的發(fā)動(dòng)機(jī)、汽車、坦克、大炮等常規(guī)武器的性能。在研制和生產(chǎn)過程中往往需要進(jìn)行環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn);航空儀表、火箭、導(dǎo)彈中的控制儀器．也需要在地面模擬高空低溫條件進(jìn)行性能實(shí)驗(yàn)，這些都需要利用制冷為其提供低溫和低壓環(huán)境試驗(yàn)條件。原子能反應(yīng)堆的控制也需要制冷、人防與地下工程需要進(jìn)行除濕。⑧醫(yī)療除了低溫保存疫苗、藥品、血液及皮膚外，冷凍手術(shù)如心臟、外科、腫瘤、白內(nèi)障、扁桃腺的切除手術(shù)、皮膚和眼球的移植手術(shù)及低溫麻醉等，均需要制冷技術(shù)。生物化學(xué)產(chǎn)品、藥品需要利用真空冷凍干燥。此外，電子技術(shù)、能源、新型原材料。宇宙開發(fā)、生物技術(shù)等尖端科學(xué)領(lǐng)域中，制冷技術(shù)也起著重要的作用。1.4課題的研究目標(biāo)和內(nèi)容溫度是工業(yè)生產(chǎn)中的一個(gè)重要控制參數(shù)，在很多的工業(yè)生產(chǎn)中，都包含得有對溫度的控制，而自動(dòng)控制系統(tǒng)在溫度控制方面有著很重要的作用。課題的研究目標(biāo)主要是針對液氨制冷，要求設(shè)計(jì)制冷過程的自動(dòng)控制系統(tǒng)，并能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的最優(yōu)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、節(jié)約能源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境和安全穩(wěn)定的運(yùn)行等要求。研究的主要內(nèi)容包括采集分析工業(yè)生產(chǎn)過程控制的特點(diǎn)及要求、分析制冷的工藝特點(diǎn)、制冷的控制方案分析及確定、各個(gè)控制部位設(shè)備的選擇和各種控制規(guī)律的分析等。通過以上內(nèi)容的研究，要求設(shè)計(jì)出的控制系統(tǒng)對制冷的工藝流程進(jìn)行最優(yōu)控制，既可提高制冷過程的質(zhì)量和效率，又可節(jié)約生產(chǎn)投入的人力資源。2制冷工藝系統(tǒng)及控制要求2.1選擇氨作為制冷工質(zhì)原因氨是一種應(yīng)用比較廣泛的制冷工質(zhì)，原因如下：在制冷方面，現(xiàn)目前我們國家冷庫制冷系統(tǒng)有氨系統(tǒng)和氟系統(tǒng)兩種。在小型冷庫中一般使用氟系統(tǒng)，它能比較容易地實(shí)現(xiàn)自控；大中型冷庫用的則是氨系統(tǒng)，這種系統(tǒng)的設(shè)備投資較少，操作方便。有因?yàn)榘庇袕?qiáng)烈的刺激性臭味，所以當(dāng)出現(xiàn)泄露時(shí)容易發(fā)現(xiàn)。而且不易發(fā)生爆炸。這對于化工裝置是十分有利的。而且氨作為制冷劑容易獲得，價(jià)格便宜，又對大氣臭氧層不發(fā)生影響，所以將來會(huì)更多的使用以氨作為冷媒的工業(yè)及民用制冷中。故此，本文制冷系統(tǒng)中使用冷媒選擇氨。2.2液氨制冷的工藝系統(tǒng)制冷系統(tǒng)通過使液體制冷劑降壓降溫，然后吸熱蒸發(fā)制冷，再進(jìn)過一次壓縮和冷卻使蒸汽液化，并使之進(jìn)行周而復(fù)始的循環(huán)流動(dòng)。如圖2.1，是液氨蒸發(fā)器的溫度控制裝置。圖2.1液氨蒸發(fā)器溫度控制裝置2.2.1理想的制冷循環(huán)理想的制冷循環(huán)蒸發(fā)過程，制冷劑不斷地吸收熱量，但其溫度不變，壓力不變，此時(shí)制冷工質(zhì)吸收的熱量全部轉(zhuǎn)換為工質(zhì)的能量，然后進(jìn)入壓縮機(jī)。氣體的制冷能力是在等溫壓縮時(shí)獲得。2.2.2實(shí)際的制冷循環(huán)在實(shí)際的制冷循環(huán)過程中，由于存在能量的損失，所以上面的幾個(gè)過程均是不可逆的其能量的損失主要由以下幾個(gè)方面：=1\*GB3①溫度損失蒸氣吸入壓縮機(jī)氣缸后遇熱膨脹，比容增大，使吸氣量減少,功耗增大。=2\*GB3②壓力損失壓縮機(jī)吸入的蒸氣由于閥門的阻力使壓力降低，而排除的壓力又必須高出冷凝壓力，使壓縮機(jī)功耗增大。=3\*GB3③泄露損失在壓縮和排氣過程中，由于存在壓差，高壓氣體通過活塞、活塞環(huán)與氣缸的間隔會(huì)發(fā)生泄露，使壓縮機(jī)的輸氣量減少。=4\*GB3④摩擦損失機(jī)器相對運(yùn)動(dòng)的零部件間有摩擦阻力，制冷劑（液氨）在管道中流動(dòng)時(shí)，也會(huì)遇到摩擦阻力，壓力降低，流量減小，使壓縮機(jī)功耗增大。2.2.3液氨制冷工藝特點(diǎn)由于氨制冷對安全性要求較高，而以前氨的自控元器件不過關(guān)、控制技術(shù)不成熟，搞自動(dòng)化的較少?，F(xiàn)在，隨著技術(shù)進(jìn)步和計(jì)算機(jī)的發(fā)展，利用信息技術(shù)改造傳統(tǒng)的制冷工業(yè)已經(jīng)成為可能。利用設(shè)備實(shí)現(xiàn)氨系統(tǒng)冷庫全自動(dòng)控制的冷庫。采用自動(dòng)控制制冷與配套動(dòng)力系統(tǒng)，可以保證制冷設(shè)備和系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行，達(dá)到高效、節(jié)能、安全的目的。自動(dòng)化冷庫較傳統(tǒng)冷庫可節(jié)約大量的電能。自動(dòng)運(yùn)行情況良好，對于出現(xiàn)的一些問題，只要及時(shí)作出適當(dāng)?shù)匦拚湍軌蚴棺詣?dòng)控制系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行下去。在液氨蒸發(fā)制冷的生產(chǎn)工藝中，也采用過程控制技術(shù)來對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。如圖2.1所示，液氨蒸發(fā)器實(shí)際上是一個(gè)換熱設(shè)備，它的特點(diǎn)是利用液氨蒸發(fā)為氣氨這一吸熱過程來冷卻其他物料，再將氣氨作為被冷卻物料(主物料)送到制冷壓縮機(jī)進(jìn)行液化，并經(jīng)冷卻水進(jìn)一步冷卻液化后重復(fù)使用。為防止制冷壓縮機(jī)損壞，嚴(yán)禁氣氨中夾帶液氨。工藝操作上，以被冷卻物料的出口溫度為被控變量，液氨流量為操縱變量組成溫度簡單控制系統(tǒng)。當(dāng)被冷卻物料出口溫度升高時(shí)，溫度控制器輸出增加(正作用控制器)，控制閥開度增加(氣開閥)，使液氨冷凍量增加，這樣使更多的液氨汽化吸收熱量，使出口溫度降低。2.3液氨制冷控制要求2.3.1過程控制的要求過程控制涉及工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，不同的工藝過程控制有不同的要求。但總的歸納起來有三個(gè)方面的要求：安全性、經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性。=1\*GB3①安全性安全性指的是在生產(chǎn)的整個(gè)過程中，確保人身安全和設(shè)備的安全，這是最重要的要求。特別是對于發(fā)電、化工、煉油等生產(chǎn)企業(yè)特別要注意系統(tǒng)的安全問題。因此在這樣的系統(tǒng)中都要采用參數(shù)越限報(bào)警、事故報(bào)警和連鎖保護(hù)等措施加以保證。在化工等易燃易爆環(huán)境中使用的儀表都必須是防爆儀表。為了保護(hù)大型設(shè)備的安全，系統(tǒng)可設(shè)計(jì)在線故障預(yù)測和診斷系統(tǒng)、容錯(cuò)控制系統(tǒng)等，以進(jìn)一步提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性=2\*GB3②經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性旨在使過程控制系統(tǒng)在生產(chǎn)相同質(zhì)量和產(chǎn)量的條件下，所消耗的能源和材料最，做到生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)效率高。隨著市場競爭的日益加劇和我國加入WTO 以后所面臨的國際市場競爭，經(jīng)濟(jì)性受到了極大的重視。=3\*GB3③穩(wěn)定性穩(wěn)定性即要求系統(tǒng)具有抑制外部干擾，保持生產(chǎn)過程長期穩(wěn)定運(yùn)行的能力。工業(yè)生產(chǎn)過程的生產(chǎn)條件不可能完全不變，例如生產(chǎn)工況的變化、原料的改變或生產(chǎn)量的起落、設(shè)備的老化和污染都會(huì)對生產(chǎn)造成一定的影響。特別是大型的復(fù)雜的系統(tǒng)，其影響因素就更多，這就要求過程控制系統(tǒng)在諸多因素干擾的情況下仍能保持系統(tǒng)的穩(wěn)定。過程控制系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)有兩種狀態(tài)：一種稱為穩(wěn)態(tài)，系統(tǒng)的設(shè)定值保持不變，也沒有受到整個(gè)外來的任何干擾，因此被控變量也保持不變，整個(gè)系統(tǒng)處于平衡穩(wěn)定狀態(tài)；而另一種為動(dòng)態(tài)，系統(tǒng)的設(shè)定值發(fā)生了變化，或者是系統(tǒng)受到了外擾，原來的穩(wěn)態(tài)遭到了破壞，系統(tǒng)的各部分也將作出相應(yīng)的調(diào)整，改變操縱變量的大小，使被控變量重新回復(fù)到設(shè)定值，使系統(tǒng)穩(wěn)定下來。這種從前一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)的過程稱為過渡過程。實(shí)際上大多數(shù)系統(tǒng)被控對象總是不斷地受到各種外來的干擾影響，系統(tǒng)經(jīng)常處于動(dòng)態(tài)過程中。因此評(píng)價(jià)一個(gè)系統(tǒng)的品質(zhì)，不能單純評(píng)價(jià)其穩(wěn)態(tài)，更重要的是應(yīng)該考慮它在動(dòng)態(tài)過程中被控變量隨時(shí)間變化的情況。對于液氨蒸發(fā)冷卻這個(gè)生產(chǎn)工藝過程而言，過程控制要求盡量減少制冷循環(huán)中的功耗，但最重要的控制要求就是保證冷物料的出口溫度保持恒定和保證蒸發(fā)出去的氣氨中不能夾帶有液氨，引起氨壓縮機(jī)的操作事故。2.3.2出口溫度的要求出口溫度要求保持恒定。液氨蒸發(fā)冷卻的工業(yè)生產(chǎn)過程中，由于是由液氨的蒸發(fā)變成氣氨帶走熱量，從而達(dá)到降低物料溫度的目的，故在生產(chǎn)過程中要隨時(shí)監(jiān)測冷物料的出口溫度，使之達(dá)到一個(gè)相對恒定的值，從而來控制進(jìn)入氨蒸發(fā)器的液氨的進(jìn)量。2.3.3液氨蒸發(fā)的要求液氨的蒸發(fā)需要一定的蒸發(fā)空間，蒸發(fā)器內(nèi)液氨液位正常時(shí)，有正常的蒸發(fā)空間，當(dāng)液位上升，蒸發(fā)空間減少時(shí)，大量液氨在蒸發(fā)汽化過程中，會(huì)使氣氨中挾帶部分液氨進(jìn)入制冷壓縮機(jī)，從而影響壓縮機(jī)的安全運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)將損壞壓縮機(jī)造成事故。若液位繼續(xù)上升導(dǎo)致無蒸發(fā)空間時(shí)，液氨不能再汽化而失去制冷效果，液氨直接進(jìn)入壓縮機(jī)，產(chǎn)生嚴(yán)重事故。所以在整個(gè)過程中氣氨中不能帶有液氨。3制冷過程自動(dòng)控制方案在過程控制自動(dòng)化技術(shù)中，控制方案主要分簡單控制系統(tǒng)和復(fù)雜控制系統(tǒng)。簡單控制系統(tǒng)是只對一個(gè)被控參數(shù)進(jìn)行控制的單回路閉環(huán)系統(tǒng)；而復(fù)雜控制系統(tǒng)，它們的輸入和輸出變量至少兩個(gè)或里兩個(gè)以上，而且變量之間還存在相互耦合和相互影響的控制系統(tǒng)。本節(jié)分別利用簡單控制系統(tǒng)和復(fù)雜控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)制冷過程自動(dòng)化控制系統(tǒng)方案。3.1生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的組成過程控制系統(tǒng)主要由被控過程和自動(dòng)化儀表（包括計(jì)算機(jī)）兩部分組成，其中自動(dòng)化儀表負(fù)責(zé)對被控過程的工藝參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)測量、自動(dòng)監(jiān)視和自動(dòng)控制等。如圖3.1為常規(guī)過程控制系統(tǒng)的方框圖。圖3.1過程控制系統(tǒng)框圖=1\*GB3①被控對象被控對象是指被控制的生產(chǎn)設(shè)備或裝置，常見的被控對象有加熱爐、鍋爐、分餾塔、反應(yīng)釜、干燥爐、壓縮機(jī)等生產(chǎn)設(shè)備，或儲(chǔ)存物料的槽、罐以及傳送物料的管段等。當(dāng)生產(chǎn)工藝過程中需要控制的參數(shù)只有一個(gè)，如鍋爐的水位控制，則生產(chǎn)設(shè)備與被控對象是一致的；當(dāng)生產(chǎn)設(shè)備的被控參數(shù)不止一個(gè)，如果鍋爐的水位控制實(shí)際上取決于給水量、壓力和蒸汽流量等參數(shù)，其特性互不相同，應(yīng)各有一套可能是互相關(guān)聯(lián)的控制系統(tǒng)，此類生產(chǎn)設(shè)備被控對象就不止一個(gè)，應(yīng)對其中的不同過程分別作不同的分析及處理。=2\*GB3②傳感器和變送器反映生產(chǎn)過程的工藝參數(shù)大多不止一個(gè)，一般都需用不同的傳感器進(jìn)行自動(dòng)檢測以獲得可靠的信息，才能了解生產(chǎn)過程進(jìn)行的狀態(tài)，需要進(jìn)行自動(dòng)控制的參數(shù)稱為被控變量被控變量往往就是對象的輸出變量，其一般為非電量物理量，被控變量由傳感器進(jìn)行檢測，將其變成相應(yīng)的電信號(hào)，而變送器會(huì)將此信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)。=3\*GB3③控制器控制器也稱調(diào)節(jié)器，它接收傳感器或變送器的輸出信號(hào)——被控變量。當(dāng)其符合工藝要求時(shí)，控制器的輸出保持不變，否則，控制器的輸出發(fā)生變化，對系統(tǒng)施加控制作用。=4\*GB3④執(zhí)行器被控變量的測量值z與設(shè)定值r在控制器內(nèi)進(jìn)行比較后得到的偏差e的大小，控制器根據(jù)偏差e的大小按控制器規(guī)定的控制算法(如PID控制等)進(jìn)行運(yùn)算后，發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)u經(jīng)變化和放大后去推動(dòng)執(zhí)行器。目前采用的執(zhí)行器有電動(dòng)執(zhí)行器與氣動(dòng)執(zhí)行器兩大類，應(yīng)用較多的是氣動(dòng)薄膜控制閥。如果控制器是電動(dòng)的，而執(zhí)行器是氣動(dòng)的，就應(yīng)在控制器與執(zhí)行器之間加入電/氣轉(zhuǎn)換器。如果采用的是電動(dòng)執(zhí)行器，則電動(dòng)控制器的輸出信號(hào)需經(jīng)伺服放大器放大后才能驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器，以推動(dòng)控制閥啟閉。=5\*GB3⑤控制閥由控制器發(fā)出的控制信號(hào)u，通過電動(dòng)或氣動(dòng)執(zhí)行器產(chǎn)生的位移量驅(qū)動(dòng)控制閥門，以改變輸入對象的操縱變量q，使被控變量受到控制。控制閥是控制系統(tǒng)的終端部件，閥門的輸出特性決定于閥門本身的結(jié)構(gòu)，有的與輸入信號(hào)呈線性關(guān)系，有的則呈對數(shù)或其他曲線關(guān)系。3.2被控參數(shù)的選擇被控參數(shù)的選取對于提高產(chǎn)品質(zhì)量、安全生產(chǎn)以及生產(chǎn)過程的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等都具有決定性意義。在一個(gè)生產(chǎn)過程中，影響設(shè)備正常運(yùn)行的因素很多，但是并非所有因素都要加以自動(dòng)控制，而且也不可能都加以控制。因此，必須深入分析生產(chǎn)過程，找出對產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量以及安全生產(chǎn)和節(jié)能諸方面具有決定性作用的，而且是直接可測量的或通過間接計(jì)算可得到的變量作為被控變量。所以，在合理選擇被控變量時(shí)，必須遵循和考慮如下幾方面的原則：①必須盡可能尋找表征生產(chǎn)過程的質(zhì)量指標(biāo)作為被控變量。就目前來講，按質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行直接控制并不多見，因?yàn)槟壳皩Τ煞譁y量還有一定困難、即使能測量但信號(hào)微弱，而且還存在著較大的測量滯后。因而一般都采用溫度、壓力等作為間接指標(biāo)，此時(shí)要注意間接指標(biāo)與質(zhì)量指標(biāo)之間必須具有單值對應(yīng)的數(shù)學(xué)關(guān)系和足夠大小的間接指標(biāo)測量信號(hào)。②必須確定表征生產(chǎn)過程的獨(dú)立變量數(shù)目。工藝變量必須是獨(dú)立變量，一般可根據(jù)物理化學(xué)中的相律關(guān)系進(jìn)行鑒別。③必須注意控制系統(tǒng)之間的相互影響，亦即所謂相互關(guān)聯(lián)問題。當(dāng)一個(gè)裝置或設(shè)備具有兩個(gè)以上的獨(dú)立變量，而且又分別組成控制系統(tǒng)時(shí)，則往往容易產(chǎn)生系統(tǒng)間的相互關(guān)聯(lián)。這種關(guān)聯(lián)會(huì)使控制系統(tǒng)無法運(yùn)行。如要消除這種系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)影響，通?？赏ㄟ^整定調(diào)節(jié)器參數(shù)，使兩個(gè)系統(tǒng)的控制作用強(qiáng)弱拉開，錯(cuò)開兩個(gè)系統(tǒng)的相互聯(lián)系，使兩個(gè)關(guān)聯(lián)的控制系統(tǒng)仍能正常工作。選擇被控量是控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)中最重要的一環(huán)，它直接關(guān)系到生產(chǎn)是否穩(wěn)定，產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量能否得到保證、生產(chǎn)安全和勞動(dòng)條件是否得到改善等關(guān)鍵問題。影響生產(chǎn)正常運(yùn)行的因素很多，但并非對各個(gè)影響因素都要加以控制，這就要求設(shè)計(jì)者深入生產(chǎn)實(shí)際，充分了解那些影響產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量、人身和設(shè)備安全都具有決定意義，能較好地反映工業(yè)生產(chǎn)變化的參數(shù)。被控量一般選擇能直接反映生產(chǎn)過程產(chǎn)量和質(zhì)量，并能保證安全運(yùn)行的參數(shù)用作控制量。在液氨制冷過程自動(dòng)控制系統(tǒng)中，影響它最直接的參數(shù)是制冷劑液位和出口溫度，但是制冷劑液位高低是由工作人員決定的，盡管它直接影響到參數(shù)，但是并不能選作被控參數(shù)，而出口溫度選作被控參數(shù)是最適宜的。3.3控制參數(shù)的選擇在系統(tǒng)被控變量確定以后，下一步就要選擇控制參數(shù)，以克服擾動(dòng)對被控變量影響。一般情況下，操作量都是由工藝規(guī)定的，在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中沒有太多的選擇余地。但是在多個(gè)操作量和多個(gè)被控量的情況下，用哪個(gè)操作量去控制哪個(gè)被控量還是要認(rèn)真的加以選擇。能控制被控量變化的因素很多，但并不是任何一個(gè)因素都可選為操縱量而組成可控性能良好的控制系統(tǒng)，同時(shí)也需要考慮到生產(chǎn)工藝上的合理和方便性。一般來說，生產(chǎn)負(fù)荷與產(chǎn)品的產(chǎn)量有著直接的關(guān)系，不適宜經(jīng)常變動(dòng)，不要選擇生產(chǎn)負(fù)荷作為操縱參數(shù)。在制冷過程的自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，它的被控參數(shù)是溫度，操縱參數(shù)是制冷劑進(jìn)量。所以在制冷過程自動(dòng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)中選擇制冷劑的進(jìn)量為操縱參數(shù)最為適宜。3.4控制方案分析控制方案的選擇是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，選擇的控制方案要求能實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程中的各種最優(yōu)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境等條件。本節(jié)主要介紹3種控制方案供分析選擇。3.4.1單回路制冷控制系統(tǒng)單回路控制系統(tǒng)是由被控對象，一個(gè)測量元件及變送器，一個(gè)控制器和一個(gè)執(zhí)行器所組成的單回路負(fù)反饋控制系統(tǒng)。簡單控制系統(tǒng)是最基本、最常見、應(yīng)用最廣泛的控制系統(tǒng)，占控制回路的80%以上。簡單控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)，適應(yīng)性強(qiáng)。在簡單控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，發(fā)展起各種復(fù)雜控制系統(tǒng)。在工業(yè)過程計(jì)算機(jī)集成控制系統(tǒng)中，也往往把它作為最底層的控制系統(tǒng)。如圖3.2是簡單控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)，液氨蒸發(fā)制冷的單回路控制系統(tǒng)。它由液氨蒸發(fā)器、溫度變送器（TT）、溫度控制器（TC）和液氨控制流量閥組成?？刂颇繕?biāo)是通過液氨蒸發(fā)降低溫度。當(dāng)進(jìn)口液氨的流量和溫度等因素的變化引起周圍溫度變化變化時(shí)，通過溫度變送器(TT)測得溫度的變化，并將其信號(hào)送至溫度控制器(TC)與給定值進(jìn)行比較，溫度控制器(TC)根據(jù)其偏差信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算后將控制命令送至控制閥，以改變液氨流量來控制液氨液面高度來維持散熱片的溫度。其方框圖如圖3.3所示。圖3.2液氨蒸發(fā)制冷自動(dòng)控制系統(tǒng)圖3.3液氨蒸發(fā)制冷單回路控制系統(tǒng)方框圖這是一個(gè)溫度單回路控制方案，這一控制方案實(shí)際上是用改變傳熱面積來控制傳熱量的方法，即改變液氨液面的高度去影響換熱器的浸潤傳熱面積。因此，液面的高度就間接反映了傳熱面積的變化情況。若液氨蒸發(fā)器的容量較大，液氨在容器內(nèi)停留時(shí)間較大，即對象的時(shí)間常數(shù)較大，則必然使控制作用不及時(shí)，液面波動(dòng)較大，控制品質(zhì)不高。更重要的是，當(dāng)液氨的液面淹沒了換熱器的全部列管時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)溢罐，液氨會(huì)隨著氣氨而流失，浪費(fèi)了資源，若出口溫度仍偏高，要求繼續(xù)增大氨量，則一方面此時(shí)傳熱面積已達(dá)極限。氨的蒸發(fā)量以無從在增加，使出口溫度降不下來；而另一方面還可能帶來生產(chǎn)事故。因?yàn)闅饣陌表氝M(jìn)入氨壓縮機(jī)后回收重復(fù)使用，當(dāng)氨液面太高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致汽氨中夾帶液氨而進(jìn)入壓縮機(jī)，影響壓縮機(jī)的正常運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)可能造成事故。但是它也有它的優(yōu)點(diǎn)，就是成本低，方法簡單。3.4.2串級(jí)制冷控制系統(tǒng)單回路控制系統(tǒng)能解決工業(yè)過程自動(dòng)化過程的大量參數(shù)定值控制問題。對于多數(shù)復(fù)雜控制系統(tǒng)，如多輸入多輸出系統(tǒng)、大滯后系統(tǒng)和擾動(dòng)較大的系統(tǒng)等簡單控制系統(tǒng)就很難控制，無法滿足控制系統(tǒng)的控制要求。串級(jí)控制系統(tǒng)在改善復(fù)雜控制系統(tǒng)的控制指標(biāo)方面具有較大的優(yōu)勢。圖3.4液氨蒸發(fā)制冷的溫度—液位串級(jí)控制系統(tǒng)圖3.5液氨蒸發(fā)制冷的溫度—液位串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖圖3.4是液氨蒸發(fā)制冷的一個(gè)溫度—液位串級(jí)控制系統(tǒng)，它針對于上一小節(jié)的單回路控制系統(tǒng)中所提及的液位問題做出的相應(yīng)解決。在單回路系統(tǒng)中，如果進(jìn)入冷卻器的液氨量超過其蒸發(fā)能力，可以導(dǎo)致冷卻器內(nèi)的液位上升，汽化空間將減小，過高的液位會(huì)導(dǎo)致汽化空間不足，輕則使控制質(zhì)量下降，重則會(huì)因汽氨中夾帶大量液氨引起氨壓縮機(jī)的損壞，既然問題出現(xiàn)在液位上，那么就把液位也控制起來，預(yù)防在單回路系統(tǒng)中出現(xiàn)的情況再次出現(xiàn)。如圖3.4所示是工業(yè)生產(chǎn)過程中常用的液氨蒸發(fā)制冷串級(jí)控制系統(tǒng)圖。串級(jí)控制系統(tǒng)仍然以液氨流量作為操縱變量，以被控介質(zhì)出口溫度作為主變量，增加了冷卻器內(nèi)的液位作為副變量進(jìn)行控制。它把引起液位變化的一些干擾(如液氨壓力等)包含在副回路中，從而提高了控制質(zhì)量。另一個(gè)重要問題，冷卻劑的汽化溫度是與汽化壓力直接相關(guān)的。在上述控制方案中，如果汽化壓力出現(xiàn)較大的波動(dòng)，必將造成冷卻器內(nèi)的溫度發(fā)生很大的變化，使控制品質(zhì)下降，甚至因局部過冷造成工藝設(shè)備的凍結(jié)。在這種情況之下，我們將它的氣化壓力也控制起來。如下圖：圖3.6用汽化壓力控制溫度的系統(tǒng)圖3.6所示系統(tǒng)，當(dāng)蒸發(fā)器中的汽化壓力升高，導(dǎo)致溫度變化，溫度傳送器TT就檢測到溫度的變化信號(hào)，并將信號(hào)傳遞給溫度控制器TC，溫度控制器便控制閥門的開度增大，使蒸發(fā)器中的汽化壓力減小，從而保持系統(tǒng)的正常工作。此外，還有另一種控制方式，即利用汽化壓力的單獨(dú)控制系統(tǒng)。如圖3.7圖3.7汽化壓力的單獨(dú)控制系統(tǒng)由圖3.5液氨蒸發(fā)制冷的溫度—液位串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖可知，串級(jí)控制系統(tǒng)與簡單控制系統(tǒng)的主要區(qū)別是，串級(jí)控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上增加了一個(gè)測量變送器和一個(gè)調(diào)節(jié)器，形成了兩個(gè)閉合回路，其中一個(gè)稱為副回路，一個(gè)稱為主回路。由于副回路的存在，是控制效果得到了顯著改善。3.4.3自動(dòng)選擇性控制系統(tǒng)選擇性控制系統(tǒng)是把生產(chǎn)過程中的限制條件所構(gòu)成的邏輯關(guān)系，疊加到正常的自動(dòng)控制系統(tǒng)上去的一種組合控制方法。也就是系統(tǒng)中設(shè)有兩個(gè)控制器(調(diào)節(jié)器或兩個(gè)以上的變送器)，通過(高、低值)選擇器選出能適應(yīng)生產(chǎn)安全狀況的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制。正常情況下當(dāng)生產(chǎn)過程趨近于危險(xiǎn)極限區(qū)，但還未進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)時(shí)，一個(gè)用于控制不安全情況的控制方案通過高、低值選擇器將取代正常生產(chǎn)情況下工作的控制方案(正常調(diào)節(jié)器處于開環(huán)狀態(tài))，用取代調(diào)節(jié)器代替正常調(diào)節(jié)器，直至使生產(chǎn)過程重新恢復(fù)正常。然后，又通過選擇器使原來的控制方案重新恢復(fù)工作，用正常調(diào)節(jié)器代替取代調(diào)節(jié)器。因而這種選擇性控制系統(tǒng)又被稱為自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)，或稱為軟保護(hù)系統(tǒng)。從上述過程可見，設(shè)計(jì)選擇性控制系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是采用了選擇器。選擇器可以接在兩個(gè)或多個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出端，對控制信號(hào)進(jìn)行選擇；或者接在幾個(gè)變送器的輸出端，對測量信號(hào)進(jìn)行選擇，以適應(yīng)不同生產(chǎn)過程的需要。根據(jù)選擇器在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的位置不同，選擇性控制系統(tǒng)有以下兩種類型：①選擇器裝在調(diào)節(jié)器與調(diào)節(jié)閥之間(選擇被控變量)這種類型的選擇性控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是幾個(gè)調(diào)節(jié)器公用一個(gè)調(diào)節(jié)閥。通常是兩個(gè)調(diào)節(jié)器合用一個(gè)調(diào)節(jié)閥，其中一個(gè)調(diào)節(jié)器在正常工況下工作，另一個(gè)處于待命備用狀態(tài)，遇到工藝情況不正常時(shí)，就由它取而代之，一直到工況恢復(fù)正常，再由原來的調(diào)節(jié)器來控制。這是使用最為廣泛的一類選擇性控制系統(tǒng)。圖3.8液氨蒸發(fā)器的選擇性控制系統(tǒng)上圖所示即為的液氨蒸發(fā)器選擇性控制系統(tǒng)。液氨蒸發(fā)器的控制方案是依據(jù)冷物料溫度來控制液氨的進(jìn)量。但是當(dāng)熱物料溫度很高時(shí)，液氨量也相應(yīng)增加很多，因此氨冷器內(nèi)液位高度會(huì)超過規(guī)定圍。這樣不僅使液氨的蒸發(fā)空間不足，而且會(huì)使氣氨中夾帶大量液氨，引起氨壓縮機(jī)的操作事故。為此，也要求液位不能超出一定高度。這里可用選擇性控制系統(tǒng)來達(dá)到既控制冷物料溫度又控制液位的目的。正常操作時(shí)，液位低于設(shè)定液位，反作用的液位調(diào)節(jié)器輸出很大，因此低值選擇器TY就選擇正作用溫度調(diào)節(jié)器TC的輸出去控制氣開調(diào)節(jié)閥，而實(shí)現(xiàn)溫度控制。當(dāng)熱物料溫度很高時(shí)，液氨進(jìn)量加大，于是液位超出設(shè)定液位，液位調(diào)節(jié)器輸出下降，當(dāng)下降到低于溫度調(diào)節(jié)器輸出時(shí)，低值選擇器使液位調(diào)節(jié)器取代溫度調(diào)節(jié)器去控制閥門，使液氨進(jìn)量減少，直到液位回到規(guī)定范圍之內(nèi)，此時(shí)相當(dāng)于最大的冷卻量。然后，當(dāng)進(jìn)口熱物料溫度開始下降時(shí)，溫度調(diào)節(jié)器輸出也隨著下降，當(dāng)降到低于液位調(diào)節(jié)器輸出時(shí)，系統(tǒng)又重新切回到溫度控制系統(tǒng)。由于此時(shí)熱物料溫度已下降，不需要那么多的冷卻量，所以溫度調(diào)節(jié)器的輸出也減小，調(diào)節(jié)閥開始關(guān)小，液位又重新低于設(shè)定液位，這樣，就起到了軟限控制保護(hù)作用。②選擇器裝在變送器與調(diào)節(jié)器之間(選擇測量信號(hào))選擇器位于調(diào)節(jié)器之前，對變送器輸出信號(hào)進(jìn)行選擇的系統(tǒng)，如圖3.9所示。該選擇性系統(tǒng)的特點(diǎn)是幾個(gè)變送器合用一個(gè)調(diào)節(jié)器。通常選擇的目的有兩個(gè)，其一是選出最高或最低測量值；其二是選出可靠測量值。如固定床反應(yīng)器中，為了防止溫度過高燒壞催化劑，在反應(yīng)器的固定催化劑床層內(nèi)的不同位置上，裝設(shè)了幾個(gè)溫度檢測點(diǎn)，各點(diǎn)溫度檢測信號(hào)通過高值選擇器，選出其中最高的溫度檢測信號(hào)作為測量值，進(jìn)行溫度自動(dòng)控制，從而保證了反應(yīng)器催化劑層的安全。圖3.9選擇器位于調(diào)節(jié)器之前的選擇系統(tǒng)框圖4制冷過程自動(dòng)控制方案確定4.1控制系統(tǒng)的選擇在液氨制冷系統(tǒng)中，所使用的蒸發(fā)器通常是滿液式滿殼式蒸發(fā)器，采用下進(jìn)上出的供液，即下進(jìn)液上部回氣。工業(yè)生產(chǎn)中，液氮蒸發(fā)器有著廣泛的應(yīng)用，液氮蒸發(fā)器實(shí)際上是一個(gè)換熱設(shè)備，它利用液氨蒸發(fā)為氣氨這一吸熱過程來冷卻其他物料，再將氣氨作為被冷卻物料(主物料)送到制冷壓縮機(jī)進(jìn)行液化，并經(jīng)冷卻水進(jìn)一步冷卻液化后重復(fù)使用。為防止制冷壓縮機(jī)損壞，嚴(yán)禁氣氨中夾帶液氨。工藝操作上，以被冷卻物料的出口溫度為被控變量，液氮流量為操縱變量組成溫度簡單控制系統(tǒng)。當(dāng)被冷卻物料出口溫度升高時(shí)，溫度控制器輸出增加(正作用控制器)，控制閥開度增加(氣開閥)，使液氨冷凍量增加，這樣使更多的液氨汽化吸收熱量，使出口溫度降低。液氨的蒸發(fā)需要一定的蒸發(fā)空間，蒸發(fā)器內(nèi)液氨液位正常時(shí)，有正常的蒸發(fā)空間，當(dāng)液位上升，蒸發(fā)空間減少時(shí)，大量液氨在蒸發(fā)汽化過程中，會(huì)使氣氨中挾帶部分液氨進(jìn)入制冷壓縮機(jī)，從而影響壓縮機(jī)的安全運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)將損壞壓縮機(jī)造成事故。若液位繼續(xù)上升導(dǎo)致無蒸發(fā)空間時(shí)，液氨不能再汽化而失去制冷效果，液氨直接進(jìn)入壓縮機(jī)，產(chǎn)生嚴(yán)重事故。顯然，簡單控制系統(tǒng)的控制方案存在問題，需要改進(jìn)，改進(jìn)方法有以下兩種。①用液位控制系統(tǒng)取代溫度控制系統(tǒng)。但這樣一來，主物料出口溫度變化與液位間無對應(yīng)關(guān)系，不能控制出口溫度。②采用液位測量報(bào)警或設(shè)置聯(lián)鎖系統(tǒng)。當(dāng)液位超出某一高度時(shí)系統(tǒng)報(bào)警，由操作人員處理。當(dāng)液位繼續(xù)上升到達(dá)某一極限高度時(shí)，通過聯(lián)鎖切斷液氨進(jìn)料，待液氨蒸發(fā)器內(nèi)液位恢復(fù)正常時(shí)，報(bào)警停止，打開液氨進(jìn)料，恢復(fù)溫度控制系統(tǒng)的正常工作。但此方案也會(huì)給操作帶來較大的麻煩，尤其是在大規(guī)模生產(chǎn)過程中，容易影響整個(gè)生產(chǎn)的進(jìn)行。綜合上述情況，對液氨蒸發(fā)器的溫度控制可作如下考慮：液位正常時(shí)，溫度控制系統(tǒng)正常工作；液位偏高時(shí)，控制閥的動(dòng)作改為備用的液位控制系統(tǒng)控制，即液位控制系統(tǒng)自動(dòng)取代溫度控制系統(tǒng)投入工作，形成選擇性控制系統(tǒng)。故液氨蒸發(fā)制冷控制系統(tǒng)宜使用對被控變量進(jìn)行選擇的選擇性系統(tǒng)。4.2控制方案的控制流程下面是液氨蒸發(fā)制冷的選擇性控制系統(tǒng)的流程圖、方框圖：圖4.1液氨蒸發(fā)的選擇性溫度控制系統(tǒng)圖4.2液氨蒸發(fā)的選擇性溫度控制系統(tǒng)方框圖4.3控制系統(tǒng)介紹4.3.1功能介紹如圖4.1所示，當(dāng)液面正常時(shí)，溫度調(diào)節(jié)器進(jìn)行工作，當(dāng)液面將要把列管全部淹沒時(shí)，液面調(diào)節(jié)器在低選擇器的作用下馬上將溫度調(diào)節(jié)器切除，并代其執(zhí)行控制調(diào)節(jié)閥的任務(wù)，待液面下降后又將控制調(diào)節(jié)閥的任務(wù)交給溫度調(diào)節(jié)器，這就避免了氣氨帶液的嚴(yán)重事故。液面調(diào)節(jié)器稱為取代調(diào)節(jié)器，低值選擇器就是自動(dòng)切換裝置。從這里就可以看出取代調(diào)節(jié)器是為了防止事故而設(shè)置的在正常情況下它不起作用時(shí)，但在關(guān)鍵時(shí)候卻起了決定性的作用。選擇性控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)是在組成系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)中必包含有選擇性功能的選擇器，根據(jù)選擇器在正?？刂葡到y(tǒng)中接入的位置可分為兩大類：一類是選擇器接在變送器的輸出端，一般應(yīng)用于測量信號(hào)的選擇，另一類是選擇器接在控制器的輸出端，被選擇的參數(shù)可以是被控量，也可以是操縱量。從圖可以看出，在這種類型中有兩個(gè)調(diào)節(jié)器，即正常調(diào)節(jié)器和取代調(diào)節(jié)器，兩者的輸出信號(hào)都到選擇器，通過選擇器的選擇，選取較低（或較高）的信號(hào)作用于調(diào)節(jié)閥，這種類型的選擇性控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，效果顯著，應(yīng)用較廣。在本系統(tǒng)中,選擇器是按以下步驟確定的。①首先確定控制閥的氣開、氣關(guān)形式，本方案中采用氣開閥。②確定溫度控制器和液位控制器的正、反作用形式，經(jīng)選擇，溫度控制器采用正作用控制器，液位控制器采用反作用控制器。③由分析確定選擇器為低值選擇器，即溫度控制器和液位控制器兩者輸出信號(hào)較小者作為選擇對象。4.3.2工作原理正常工作時(shí)，氨液位低于安全軟限的氨液位H上，液位控制器的測量值小于給定值，產(chǎn)生負(fù)偏差。液位控制器輸出高值信號(hào)，該信號(hào)大于溫度控制器的輸出信號(hào)，經(jīng)低選器的作用，溫度控制器的輸出通過低選器控制控制閥的開閉，正?？刂破?溫度控制器)控制系統(tǒng)工作。當(dāng)出現(xiàn)不正常的工況時(shí)，液氨蒸發(fā)器中的氨液位高于H上，液位控制器輸出減少，它和溫度控制器相比后，將溫度控制器的輸出信號(hào)切斷，此時(shí)液位控制器控制系統(tǒng)的工作，關(guān)小控制閥開度，使液位下降。當(dāng)液位下降低于H上時(shí)，液位控制器的輸出信號(hào)高于溫度控制器的輸出，此時(shí)，通過低選器的作用，將系統(tǒng)控制權(quán)交給溫度控制器，正?？刂破髦匦峦度牍ぷ鳌?.4制冷系統(tǒng)在工程中的應(yīng)用4.4.1系統(tǒng)部件在實(shí)際的液氨制冷循環(huán)中，除了理論上的壓縮機(jī)、蒸發(fā)機(jī)、冷凝器、節(jié)流閥4個(gè)主要部件外，還有一些輔助設(shè)備如貯氨器、氨液分離器、集油器、空氣分離器等。他們在整個(gè)循環(huán)過程中對提高制冷效率，保證設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)安全等起到不同的作用。制冷的四大要件：壓縮機(jī)：與空氣壓縮機(jī)原理一樣。冷凝器：可以理解為熱水汀或做酒業(yè)的蒸餾器（錫鍋）。蒸發(fā)器：可以理解為上面所講的水壺或鍋爐。節(jié)流閥:可以理解為從樓上高位的熱水汀到鍋爐之間，加一只閥，開小一點(diǎn)，讓蒸餾下來的水流進(jìn)鍋爐繼續(xù)使用，不讓熱水汀中的水流光了使鍋爐中的蒸汽反沖回?zé)崴?，這一點(diǎn)與我們制冷不同，因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)是均壓的，而制冷系統(tǒng)冷凝部分是高壓的，節(jié)流閥是控制制冷劑合理分配給蒸發(fā)器，讓蒸發(fā)器處于正常的制冷工作狀態(tài)。其他部件：貯氨器：用于貯存氨。氨液分離器：將液氨和氣液分離出來。集油器：分離和排出循環(huán)系統(tǒng)中的冷凍油?？諝夥蛛x器：主要是將循環(huán)系統(tǒng)中的不凝性氣體和空氣分離出去。4.4.2工程中液氨制冷系統(tǒng)圖下圖就是工程中的液氨制冷系統(tǒng)簡化控制圖：圖4.4工程中液氨制冷自動(dòng)控制系統(tǒng)簡化圖如圖4.4中的液氨蒸發(fā)器的控制系統(tǒng)為自動(dòng)選擇性控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)能很好的控制制冷溫度。其控制系統(tǒng)在前面中已經(jīng)介紹。4.4.3工作過程此系統(tǒng)為重力供液系統(tǒng)，即高壓液態(tài)氨經(jīng)過節(jié)流閥節(jié)流之后，壓力溫度均降低之后進(jìn)入液氨分離器，進(jìn)行氣液分離之后，閃蒸的氣體被壓縮機(jī)吸入，而液體則依靠自身重力進(jìn)入蒸發(fā)器進(jìn)行蒸發(fā)換熱。另外，從蒸發(fā)器出來的回氣也要經(jīng)過氨液分離器將氣態(tài)和液態(tài)分離，同樣氣體被壓縮機(jī)吸入，而液體又靠自身重力進(jìn)入蒸發(fā)器。這樣通過氣液分離避免了節(jié)流后的閃蒸氣體進(jìn)入蒸發(fā)器，保證了蒸發(fā)器的傳熱效率和壓縮機(jī)的制冷量免受到影響，同時(shí)也盡可能避免了壓縮機(jī)的濕行程的發(fā)生。同時(shí)由壓縮機(jī)排出的過熱蒸氣從進(jìn)氣管進(jìn)入冷凝器的殼體與冷卻管簇內(nèi)的冷卻水進(jìn)行熱交換后，即在水管的外表面凝結(jié)成液膜，在自重力和流速下迅速下滴，最后從殼體下部的出液管引出。在制冷循環(huán)系統(tǒng)中，空氣分離器主要是將循環(huán)系統(tǒng)中的不凝性氣體和空氣分離出去，否則在冷凝器中混有空氣之后，就提高了冷凝器內(nèi)的壓力和壓縮機(jī)的排氣壓力，對制冷工況和機(jī)器運(yùn)行不利，同時(shí)影響換熱效果，所以要及時(shí)地分離排出空氣。由于潤滑油在氨中很難溶解，因此在系統(tǒng)管道換熱換熱設(shè)備內(nèi)容易積結(jié)油和油膜，造成換熱效率降低。因此，為了提高制冷效率在適當(dāng)?shù)牡胤皆O(shè)置了集油器循環(huán)系統(tǒng)中的冷凍機(jī)油分離出來并派出去，這樣就減少了制冷循環(huán)中的不利因素。5控制方案的設(shè)備選型在液氨蒸發(fā)冷卻溫度的自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，本文使用的是選擇性控制系統(tǒng)，選擇性控制系統(tǒng)在一定條件下可以等效成為兩個(gè)(或者多個(gè))常規(guī)控制系統(tǒng)的組合。選擇性控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是選擇器的設(shè)計(jì)選型和多個(gè)調(diào)節(jié)器規(guī)律的確定。其他的例如調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式的選擇，調(diào)節(jié)器的正、反作用方式的確定與常規(guī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本相同。5.1選擇器的選型選擇器是選擇性控制系統(tǒng)中一個(gè)重要的組成環(huán)節(jié)。選擇器分為高值選擇器與低值選擇器兩種。前者允許高值型號(hào)通過，后者允許低值信號(hào)通過。如下圖所示：HSHSLS圖5.1高值選擇器和低值選擇器的功能對于高值選擇器有：式(5.1)對于低值選擇器有：式(5.2)選型時(shí)可按照使系統(tǒng)脫離“危險(xiǎn)”區(qū)域的手段以及調(diào)節(jié)閥的開、關(guān)形式來選擇。如有可能，應(yīng)盡量選用低值選擇器，可以更加可靠安全。因?yàn)閷φ{(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)的選擇，我們考慮的是在沒有氣壓信號(hào)輸入閥門的情況下，閥門處在開的為之安全，還是關(guān)的位置安全，所以，當(dāng)選擇器送出信號(hào)時(shí)，往往比較安全，萬一發(fā)生故障，其危險(xiǎn)性也會(huì)相對較小。5.2調(diào)節(jié)器的選型5.2.1調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的確定對于正常工況下運(yùn)行的調(diào)節(jié)器，由于有較高的控制精度要求，同時(shí)要保證產(chǎn)品的質(zhì)量，應(yīng)該選用PI調(diào)節(jié)，如果過程的容量滯后較大、控制精度要求高，可以選用PID調(diào)節(jié)；對于取代調(diào)節(jié)器，由于在正常生產(chǎn)中處于開環(huán)備用狀態(tài)，僅僅要求其在生產(chǎn)過程的參數(shù)趨近極限、將要出問題時(shí)短時(shí)間運(yùn)行，要求其能夠迅速、及時(shí)的發(fā)揮作用，以防止事故的發(fā)生，一般選用P調(diào)節(jié)。5.2.2調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定選擇性控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定時(shí)，正常工作調(diào)節(jié)器的要求與常規(guī)控制系統(tǒng)相同，可以按照常規(guī)控制系統(tǒng)的整定方法進(jìn)行整定。對于取代常規(guī)調(diào)節(jié)器工作的取代調(diào)節(jié)器，其要求不同，希望取代系統(tǒng)投入工作時(shí)，取代調(diào)節(jié)器能夠輸出較強(qiáng)的控制信號(hào)，及時(shí)產(chǎn)生自動(dòng)保護(hù)作用，其比例度P應(yīng)整定得小一些。如果有積分作用時(shí)，積分作用也應(yīng)當(dāng)整定得弱一點(diǎn)。5.2.3調(diào)節(jié)器的抗積分飽和在選擇性控制系統(tǒng)的兩個(gè)調(diào)節(jié)器中，總有一個(gè)處于開環(huán)狀態(tài)，不論哪一個(gè)調(diào)節(jié)器處于開環(huán)狀態(tài)，只要有積分作用都有可能產(chǎn)生積分飽利現(xiàn)象，這是由于長時(shí)間存在偏差，致使調(diào)節(jié)器的輸出將達(dá)到最大或最小的極限值的緣故。積分飽和現(xiàn)象使調(diào)節(jié)器不能及時(shí)反向動(dòng)作而暫時(shí)喪失控制功能，而且必須經(jīng)過—段時(shí)間后才能恢復(fù)控制功能。這將給安全生產(chǎn)帶來嚴(yán)重影響。一般而言，積分飽和產(chǎn)生的條件是調(diào)節(jié)器具有積分控制規(guī)律；二是調(diào)節(jié)器輸入偏差長期得不到校正。針對上述情況，為防止積分飽和，通常采用下列方法：①外反饋法外反饋法是指調(diào)節(jié)器在開環(huán)狀態(tài)下不選用調(diào)節(jié)器自身的輸出作反饋，而是用其他相應(yīng)的信號(hào)作反饋以限制其積分作用的方法。圖5.2所示為外反饋原理示意圖：圖5.2積分外反饋原理示意圖在選擇性控制系統(tǒng)中，兩臺(tái)PI調(diào)節(jié)器輸出分別為P1、P2。選擇器選中之一送至調(diào)節(jié)閥，同時(shí)又引回到兩個(gè)調(diào)節(jié)器的積分環(huán)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)積分外反饋。若選擇器為低選時(shí)，設(shè)P1<P2，調(diào)節(jié)器1被選中工作，其輸出為