《化工過(guò)程自動(dòng)控制》課件

第8章化工流程的自動(dòng)控制儀表和計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)在化工過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。強(qiáng)化化工流程的自動(dòng)控制，是化工生產(chǎn)過(guò)程的發(fā)展趨勢(shì)和方向?；ち鞒套詣?dòng)化控制的優(yōu)點(diǎn)：①、提高關(guān)鍵工藝參數(shù)的操作精度，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量或收率；②、保證化工流程安全、穩(wěn)定的運(yùn)行；③、對(duì)間歇過(guò)程，還可減少批間差異，保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和重復(fù)性；④、降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少人為因素對(duì)化工生產(chǎn)過(guò)程的影響；“CAC”－－－ComputerAidedControl“CAO”－－－ComputerAidedOperation1精選課件ppt化工流程中經(jīng)常需要控制的部分工藝變量（參數(shù)）：溫度壓力流量液位攪拌轉(zhuǎn)速PH值濁度、粘度、各種組份濃度對(duì)一個(gè)化工流程進(jìn)行控制人工控制儀表和計(jì)算機(jī)控制（自動(dòng)控制）自動(dòng)控制是在人工控制的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，由檢測(cè)儀表、計(jì)算機(jī)裝置、自控閥門(mén)組成的自動(dòng)控制系統(tǒng)分別代替人的眼睛觀察、大腦判斷決策、手動(dòng)操作。2精選課件ppt計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)示意圖化工過(guò)程（或化工設(shè)備）一次儀表二次儀表（物理量）（變送器）計(jì)算機(jī)控制裝置4～20mA0～5V執(zhí)行機(jī)構(gòu)（自控閥門(mén)）計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)儀表（一次和二次儀表）計(jì)算機(jī)控制裝置動(dòng)作機(jī)構(gòu)（自控閥門(mén)）計(jì)算機(jī)主機(jī)（硬件、軟件）A/D、D/A（模入、模出）控制軟件（平臺(tái)軟件及二次開(kāi)發(fā)的控制應(yīng)用軟件）3精選課件ppt序號(hào)名稱符號(hào)序號(hào)名稱符號(hào)1變送器4控制室儀表2就地安裝儀表5孔板流量計(jì)3機(jī)組盤(pán)裝儀表6轉(zhuǎn)子流量計(jì)化工流程自控儀表的一些圖形符號(hào)：自控參量代號(hào)：T——溫度F——流量P——壓力或真空度L——物位C——濃度pH——?dú)潆x子濃度A——分析V——黏度M——攪拌轉(zhuǎn)速4精選課件ppt自控功能代號(hào)：I——指示 C——控制 Q——累積J——記錄X——信號(hào) T——調(diào)節(jié)L——聯(lián)鎖A——報(bào)警R——人工遙控

表示將位號(hào)為101的流量信號(hào)引入計(jì)算機(jī)自控系統(tǒng)，顯示并控制該值。表示在設(shè)備附近就地加裝儀表顯示溫度101，而不引入計(jì)算機(jī)自控系統(tǒng)。FIC101TI101例如：5精選課件ppt8.1化工流程自控控制的一些基本概念一、自動(dòng)控制術(shù)語(yǔ)TIC換熱器冷流股熱流股加熱蒸汽冷凝水要求：熱流股溫度控制在80±1℃6精選課件ppt1、被控對(duì)象（被控過(guò)程、被控設(shè)備）TIC換熱器冷流股熱流股加熱蒸汽冷凝水定義：需要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的生產(chǎn)流程（過(guò)程）或設(shè)備。上述例子中，被控對(duì)象就是換熱器。2、被控變量（被控參數(shù)）定義：被控對(duì)象中需要保持規(guī)定數(shù)值的物理量。上述例子中，熱流股的溫度。7精選課件pptTIC換熱器冷流股熱流股加熱蒸汽冷凝水3、控制變量（操縱變量）定義：受執(zhí)行裝置（自控閥門(mén)）操縱，用來(lái)使被控變量保持在設(shè)定值的某個(gè)物理量。上述例子中，加熱蒸汽的流量。4、干擾變量（擾動(dòng)變量）定義：除控制變量以外，作用于被控對(duì)象，并可能引起被控變量發(fā)生變化的一些物理量。上述例子中，加熱蒸汽的壓力（溫度）、冷流股的流量及溫度。8精選課件pptTIC換熱器冷流股熱流股加熱蒸汽冷凝水5、設(shè)定值與控制精度設(shè)定值－－－被控變量的工藝規(guī)定值。（注意：對(duì)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，控制變量也可以有設(shè)定值。）控制精度－－－設(shè)定值允許的波動(dòng)范圍。上述例子中，熱流股的溫度要求控制在80±1℃。80℃就是被控變量的設(shè)定值，±1℃就是對(duì)熱流股溫度的控制精度要求。9精選課件ppt對(duì)連續(xù)過(guò)程，設(shè)定值是一個(gè)定值溫度（℃）時(shí)間80溫度（℃）時(shí)間對(duì)間歇過(guò)程，設(shè)定值也可以是一個(gè)隨時(shí)間而變的曲線（時(shí)變曲線）10精選課件pptTIC換熱器冷流股熱流股加熱蒸汽冷凝水6、控制偏差控制偏差－－－被控變量的設(shè)定值與其實(shí)際測(cè)量值之差。上述例子中，熱流股的溫度要求控制在80±1℃。如果實(shí)際檢測(cè)為80.6℃，那么0.6℃就是控制偏差。偏差在控制精度以內(nèi)－－－控制有效（成功控制），如80.9℃偏差在控制精度以外－－－控制失控，如81.2℃控制失效的原因有多種。11精選課件ppt二、控制系統(tǒng)類型計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)TI換熱器冷流股熱流股加熱蒸汽冷凝水1、開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)人工預(yù)先給定蒸汽流量值計(jì)算機(jī)控制裝置12精選課件pptTI換熱器冷流股熱流股加熱蒸汽冷凝水FI13精選課件ppt2、閉環(huán)控制系統(tǒng)TIC換熱器冷流股熱流股加熱蒸汽冷凝水閉環(huán)控制系統(tǒng)作用原理：通過(guò)被控變量的檢測(cè)值與其設(shè)定值的偏差（包括偏差正負(fù)方向），反過(guò)來(lái)通過(guò)計(jì)算機(jī)控制裝置對(duì)控制變量進(jìn)行操縱調(diào)節(jié)。14精選課件ppt開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)的幾點(diǎn)顯著區(qū)別：①、閉環(huán)控制系統(tǒng)是按被控變量的檢測(cè)值與其設(shè)定值的偏差去操縱（影響）控制變量；而開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)是按照控制變量本身的設(shè)定值或干擾變量的大小去操縱（影響）控制變量。②、閉環(huán)控制系統(tǒng)在被控變量控制裝置控制變量之間形成了相互影響的回路。即：控制變量可以改變到被控變量，反過(guò)來(lái)，被控變量的信息有可以指導(dǎo)控制變量的調(diào)節(jié)。而開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)不存在此相互影響的回路。③、閉環(huán)控制系統(tǒng)必須有被控變量的檢測(cè)，而開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)可以沒(méi)有被控變量的檢測(cè)?；ち鞒痰目刂葡到y(tǒng)類型，絕大多數(shù)為閉合控制系統(tǒng)。15精選課件ppt關(guān)于化工流程控制回路的控制算法（控制器算法）◆普通固定PID算法；◆自校正PID算法；◆自適應(yīng)控制算法；◆自校正控制算法；◆模糊（FUZZY）控制算法；◆專家控制系統(tǒng)算法；在化工流程的實(shí)際控制中，經(jīng)常遇到一些干擾變量多、大滯后等問(wèn)題，對(duì)控制回路的控制算法提出了挑戰(zhàn)?！簟?6精選課件ppt8.2化工單元操作常見(jiàn)的控制方案一、離心泵出口流量控制1、離心泵出口單路流量控制FICFIC情形1情形217精選課件ppt2、離心泵出口多支路流量控制FICFIC注意：◆所有調(diào)節(jié)閥均應(yīng)該水平安裝，并保證其前后直管段長(zhǎng)度；◆18精選課件ppt二、容器（釜）內(nèi)液相溫度控制TIC蒸汽冷凝水疏水器19精選課件ppt三、容器（釜）內(nèi)壓力控制PIC蒸汽冷凝水K情形1，釜內(nèi)真空度控制去真空泵20精選課件pptPIC蒸汽冷凝水情形2，釜內(nèi)正壓控制放空壓力氣體21精選課件ppt蒸汽冷凝水PHIC堿酸四、容器（釜）內(nèi)液相PH值控制22精選課件pptLIC蒸汽冷凝水進(jìn)料五、容器（釜）內(nèi)液體的液位控制通過(guò)進(jìn)料流股流率來(lái)控制容器內(nèi)液體的液位23精選課件ppt六、復(fù)雜的串級(jí)控制TIC換熱器冷流股熱流股加熱蒸汽冷凝水換熱器復(fù)雜串級(jí)控制示意圖TITIFI24精選課件ppt七、化工流程中的間接測(cè)量與控制問(wèn)題描述：一個(gè)真空蒸發(fā)結(jié)晶的間歇過(guò)程，蒸發(fā)結(jié)晶釜內(nèi)（釜總體積為6m3）為正丁醇－水－帕羅西丁物系，釜外夾套采用1.3kgf/cm2的飽和蒸汽加熱，系統(tǒng)真空度要求控制在720±10mmHg，開(kāi)始真空蒸發(fā)結(jié)晶前，首先一次性向釜內(nèi)壓入3m3的正丁醇－水－帕羅西盯均相物料（溶劑基水份含量質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為23％，起始溫度為室溫。），開(kāi)啟真空泵，待真空度穩(wěn)定后，開(kāi)始控制加熱蒸汽流量進(jìn)行升溫蒸發(fā)，隨著正丁醇－水的餾出，釜內(nèi)液位將下降，要求采用補(bǔ)加正丁醇的方式維持結(jié)晶釜內(nèi)液位基本不變。當(dāng)釜內(nèi)水份含量降低到一定數(shù)值時(shí)，帕羅西盯開(kāi)始結(jié)晶出來(lái)。整個(gè)過(guò)程為了保證晶體的成核與生長(zhǎng)，還要求控制蒸發(fā)過(guò)程的蒸發(fā)速度，而且在出晶點(diǎn)時(shí)蒸發(fā)出的冷凝液要部分回流到結(jié)晶釜。為了防止帕羅西盯的熱降解，整個(gè)蒸發(fā)過(guò)程溫度不能超過(guò)50℃。蒸發(fā)結(jié)晶終點(diǎn)控制在結(jié)晶釜內(nèi)物料溶劑基水份含量質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.6％，然后泄掉系統(tǒng)真空，進(jìn)行過(guò)濾