工业过程控制系统讲座

工业过程控制系统讲座主讲老师：刘遥生单位：深圳职业技术学院电话Q：1132373680工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第1页!内容一、工业过程控制概述二、几种典型的工业过程控制介绍三、过程控制系统的工程化设计

工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第2页!过程控制－是为达到规定的目标而对影响过程状况的变量所进行的操纵。

一、工业过程控制概述工业过程控制－是指以温度、压力、流量、液位和成分等工艺参数作为被控变量的自动控制。1.1所谓过程控制（ProcessControl）是指根据工业生产过程的特点，采用测量仪表、执行机构和计算机等自动化工具，应用控制理论，设计工业生产过程控制系统，实现工业生产过程自动化。工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第3页!随着生产过程的连续化﹑大型化和不断强化,随着对过程内在规律的进一步了解,以及仪表﹑计算机技术的不断发展,生产过程控制技术近年来发展异常迅速。所谓生产过程自动化,一般指工业生产中(如石油﹑化工﹑冶金﹑炼焦﹑造纸﹑建材﹑陶瓷及热力发电等)连续的或按一定程序周期进行的生产过程的自动控制

一、工业过程控制概述凡是采用模拟或数字控制方式对生产过程的某一或某些物理参数(如温度﹑压力﹑流量等)进行的自动控制，统称为过程控制。生产过程的自动控制,一般要求保持过程进行中的有关参数为一定值或按一定规律变化。由于被控参数不但受内﹑外界各种条件的影响,而且各参数之间也会相互影响,这就给对某些参数进行自动控制增加了复杂性和困难性.

1.2

过程控制的特点工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第4页!一、工业过程控制概述过程控制尚有如下一些特点:(3)被控对象一般具有非线性特点当被控对象具有的非线性特性较明显而不能忽略不计时,系统为非线性系统,必需用非线性理论来设计控制系统,设计的难度较高。如将具有明显的非线性特性的被控对象经线性化处理后近似成线性对象,用线性理论来设计控制系统,由于被控对象的动态特性有明显的差别,难以达到理想的控制目的。(4)控制系统比较复杂控制系统的复杂性表现之一是其运行现场具有较多的干扰因素。基于生产安全上的考虑,应使控制系统具有很高的可靠性。

由于以上特点,要完全通过理论计算进行系统设计与控制器的参数整定至今乃存在相当的困难,一般是通过理论计算与现场调整的方法,达到过程控制的目的。工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第5页!一、工业过程控制概述1.4过程控制系统的分类按系统的结构特点来分(1)反馈控制系统;(2)前馈控制系统;(3)复合控制系统（前馈-反馈控制系统）按给定值信号的特点来分(1)定值控制系统;(2)随动控制系统工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第6页!一、工业过程控制概述1.4过程控制系统的分类

(4).定值控制系统定值控制系统是工业生产过程中应用最多的一种过程控制系统。在运行时，系统被控量（温度、压力、流量、液位、成份等）的给定值是固定不变的。有时在规定的小范围附近不变。

(5).随动控制系统随动控制系统是一种被控量的给定值随时间任意变化的控制系统。如锅炉燃烧控制系统中，要求空气量随燃料量的变化而变化，以保证燃烧的经济性。它的主要作用是克服一切扰动，使被控量随时跟踪给定值。一般意义上的随动控制系统是指位置随动系统，如火炮、导弹的位置跟踪等。工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第7页!一、工业过程控制概述图2热力系统的自动反馈控制闭环控制系统反馈是控制的核心！只有通过反馈才能实现对被控参数的闭环控制。闭环控制系统在过程控制中使用最为普遍。

工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第8页!一、工业过程控制概述在上述的例子中，请说出如下的解释：（1）控制任务——（2）被控对象——（3）被控量——（4）扰动量——（5）测量元件——图3热力系统的人工反馈控制图2热力系统的自动反馈控制工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第9页!一、工业过程控制概述1.6过程控制的任务

工业过程自动化其目标应该是使生产过程达到安全、平稳、优质、高效（高产、低耗）。作为自动化的初级阶段能够达到的目标主要是使生产过程安全（仅限于越限报警和联锁）与平稳地进行。工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第10页!一、工业过程控制概述1.7过程控制系统设计由于工业生产过程各种各样而且非常复杂，因此，在设计工业生产过程控制系统时，必须花大量的时间和精力了解该工业生产过程的基本原理、操作过程和过程特性，这是设计和实现一个工业生产过程控制系统的首要条件。这就要求从事过程控制的技术人员必须与工艺人员充分交流。控制方案设计的基本原则包括合理选择被控参数和控制参数、被控参数的测量变送、控制规律的选取以及执行机构的选择等等。工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第11页!

重点以锅炉汽包水位控制、过热蒸汽温度控制、锅炉燃烧控制为例讨论它们的控制方案。1－汽轮机高压缸；2－汽轮机中、低压缸；3－汽包；4－炉膛；5－烟道；6－发电机；7－冷凝器；8－补充水；9－凝结水泵；10－循环水泵；11－低压加热器；12－除氧器；13－给水泵；14－高压加热器；15－给水调节机构；16－省媒器；17－过热器；18－减温器；19－汽机高压调汽门；20－再热器；21－再热器减温器；22－汽机中压调汽门；23－媒粉仓；24－燃料量控制机构；25－喷燃器；26－送风机；27－空气预热器；28－调风门；29－水冷壁管；30－引风机；31－烟道挡板。2.1.2单元机组生产流程示意图工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第12页!（2）双冲量水位控制方案

如果根据蒸汽流量的变化来校正虚假水位的误动作，就能使调节阀动作准确及时，减少水位的波动，改善控制质量。也就是说，若将蒸汽流量作为前馈信号，就构成了双冲量控制系统。FT流量变送器；FC流量控制TT温度变送器；TC温度控制

PT压力变送；PC压力控制；LT液位变送；LC液位控制；AT成分变送器

；AC成分控制器LS液位开关联锁工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第13页!2.1.4

过热蒸汽温度控制1．控制要求与过程特性

过热蒸汽温度是影响安全和经济的重要参数，要求保持在±5℃的范围内。

过热蒸汽温度控制系统的控制任务是使过热器出口温度维持在允许范围内。影响过热蒸汽温度的外界因素很多，例如蒸汽流量、减温水量、流经过热器的烟气温度和流速等的变化都会影响过热蒸汽的温度。各种阶跃干扰对过热蒸汽温度的阶跃响应曲线如左图所示。不同干扰对过热蒸汽温度对象的阶跃响应曲线由左图可知，在各种阶跃干扰作用下，其动态特性都有时延和惯性，只是时延和惯性的大小不同而已。工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第14页!过热蒸汽温度串级控制为进一步提高控制质量，还可以考虑将负荷干扰作为前馈信号，构成前馈－反馈串级控制系统。工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第15页!2．蒸汽压力控制方案影响蒸汽压力的外界因素主要是蒸汽负荷的变化与燃料量的波动。当蒸汽负荷及燃料量波动较小、对燃烧的经济性要求不高时，可以采用调节燃料量以控制蒸汽压力的简单控制方案；而当燃料量波动较大、对燃烧的经济性又有较高要求时，则需采用燃料量/空气量对蒸汽压力的串级/比值控制方案。下图为燃烧过程的两种基本控制方案。在串级/比值控制方案中，由于燃料量是随蒸汽负荷而变化的，所以为主动量，它与空气量（从动量）组成单闭环比值控制系统，使燃料量与空气量保持一定比例，以确保燃烧的充分性。工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第16页!下图为燃烧过程的改进型控制方案

该控制方案在蒸汽负荷减小、压力增大时，可通过低值选择器LS先减少燃料量，后减少空气量；而当蒸汽负荷增加、压力减小时，可通过高值选择器HS先加大空气量，再加大燃料量，从而可使两种情况下的燃烧均较为充分。燃烧过程的改进型控制方案

工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第17页!过剩空气量常用过剩空气率来表示，为实际空气量和理论空气量之比，一般情况下，

。由此可知，

是衡量经济燃烧的一种直接指标。但由于很难直接测量，因而可用

与烟气中含氧量存在的近似关系，计算出的最优值，即例如，当

的最优值为1.08～1.15时，可得

的最优值为1.6%～2.9%。因此，烟气中的含氧量

可作为一种衡量经济燃烧的间接指标。工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第18页!蒸汽流量与烟气中最优含氧量之间呈一非线性曲线关系，在实际使用时可用下图所示的折线来近似。由图可知，当负荷下降时，烟气中最优含氧量增大，也即意味着过剩空气量增大，反之亦然。蒸汽流量与最优含氧量近似关系

工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第19页!4．炉膛负压控制与安全保护控制方案

下图所示为锅炉燃烧过程炉膛负压及安全保护控制系统。由图可知，该控制系统又由三个子系统构成。（1）炉膛负压控制：一般可通过控制引风量来实现。（2）防“脱火”控制：通常可以采用自动选择性控制方案。（3）防“回火”控制：是一个连锁保护控制系统。炉膛负压控制与安全保护控制系统

引风档板空气预热器工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第20页!

2．变量分析

精馏塔的进、出料流程图

（1）不可控干扰：进料流量及进料成分的变化是精馏过程中的主要干扰量。其它干扰如进料温度、进料热焓等，可以通过各自的控制系统使它们保持相对稳定。（2）被控量与控制量：在精馏塔控制中，控制变量与被控变量之间的配对关系共有24种选择。（3）变量配对原则：在变量配对时首先要解决产品成分的变量配对问题。工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第21页!蒸气阀门根据变量配对的要求，通常采用的控制方案是：用塔顶产品流量控制塔顶产品成分；用回流量控制回流罐液位；用塔底产品流量控制塔底液位；蒸汽的热釜（再沸器）进行自身流量的控制，如下图所示选用塔顶产品流量作为控制量。在图中，调节器的输出均通过电/气转换后变成气压信号，经气动阀门定位器进行功率放大，进而推动气动薄膜调节阀。

塔顶产品成分控制方案

FT流量变送器；FC流量控制TT温度变送器；TC温度控制

PT压力变送；PC压力控制；LT液位变送；LC液位控制；AT成分变送器

；AC成分控制器LS液位开关联锁工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第22页!2．两端产品质量均需控制

当塔顶及塔底产品分别需要满足一定质量指标时，则需要对塔的两端产品质量同时进行控制。在该控制方案中，用回流量控制塔顶产品成分，用塔底流量控制塔底产品成分，其目的是保证两端产品的控制质量；用塔顶流量控制回流罐液位，用蒸汽流量控制再沸器液位，使精馏操作能正常进行。两端产品质量控制方案

工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第23页!

该控制方案的设计思想是：为使回流量的变化只影响塔顶组分而不影响塔底组分，设计了解耦装置，使蒸汽阀门预先动作，予以补偿；同样，为使蒸汽量的变化只影响塔底组分而不影响塔顶组分，设计了另一个解耦装置，使回流阀预先动作，予以补偿，从而实现了两端产品质量的解耦控制。两端产品质量的解耦控制方案

工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第24页!2.3加热炉的过程控制图5加热电炉2.3.1加热炉的控制问题：被控变量：工艺介质的出口温度。控制变量：燃料油或燃料气的流量。主要干扰：工艺介质的进料温度、流量、组分；燃料油/燃料气的压力、流量、成分（或热值）；燃料油的雾化情况；空气充分情况；火嘴的阻力，炉膛压力等。对象特性建模方法：定性分析+实验测试，通常可用一阶加纯滞后环节来近似。工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第25页!管式加热炉的串级控制系统工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第26页!2.4.1换热器的控制方案问题：若上述单回路控制方案仍未能满足工艺要求，如何改进控制方案，以进一步提高控制质量？工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第27页!2.5.1反应器种类2.5反应器的过程控制工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第28页!2.5.4反应温度的串级与分程控制反应温度的分段控制与优化工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第29页!聚合釜反应温度控制方案一工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第30页!聚合釜反应温度-压力串级控制工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第31页!催化裂化反应再生系统的控制工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第32页!2．主要内容

①在熟悉工艺流程、确定控制方案的基础上，完成工艺流程图和控制流程图的绘制；

②在仪表选型的基础上完成有关仪表信息的文件编制；

③完成控制室的设计及其相关条件的设计；

④完成信号连锁系统的设计；

⑤完成仪表供电、供气系统图及管线平面图的绘制以及控制室与现场之间水、电、气（汽）的管线布置图的绘制；

⑥完成与过程控制有关的其它设备、材料的选用情况统计及安装材料表的编制；

⑦完成抗干扰和安全设施的设计；

⑧完成设计文件的目录编写等。工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第33页!2．立项报告的设计1）系统控制方案的论证与确定；2）说明采用了哪种技术标准与技术规范作为设计的依据；3）说明设计的分工范围；4）说明所设计的控制系统在同行业中的自动化水平以及新工艺、新技术的采用情况等;5）提供仪表设备汇总表、材料清单以及主要的供货厂家、供货时间与相应的价格，并和概算专业人员共同做出经费预算及使用情况的说明;6）提出参加该项工作的有关人员和完成该项工作所需时间以及存在的问题及解决的办法等；7）预测所设计的控制系统投入正常运行后所产生的经济效益.工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第34页!2．集散控制系统（DCS）施工图的设计集散控制系统（DCS）施工图的设计内容主要有：

（1）文件目录;

（2）集散控制系统技术规格说明书;

（3）集散控制系统I/O表;

（4）连锁系统逻辑图;

（5）仪表回路图;

（6）控制室布置图;

（7）端子配线图;

（8）电缆布置图;

（9）仪表接地系统图;

（10）集散控制系统监控数据表;

（11）集散控制系统配置图;

（12）端子（安全栅）柜布置图;

（13）机房设计;

（14）集散控制系统组态文件的设计;

工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第35页!3.2.4.2抗干扰措施针对上述种种干扰，通常采用如下抗干扰措施：

1．隔离;4．避雷保护;

3.2.5

接地系统及其设计在上述种种抗干扰措施中，有相当部分是和接地系统有关的。1．接地系统的作用及类型接地系统的主要作用是保护人身与设备的安全和抑制干扰。不良的接地系统，轻者使仪表或系统不能正常工作，重者则会造成严重后果。2．屏蔽;3．滤波;工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第36页!2．接地系统的设计

接地系统的设计内容主要有以下几个方面：（1）接地系统图的绘制

接地系统示例图

1－仪表，2－表盘，3－接地支线，4－接地汇流盘，5－接地分干线，6－公用连接板，7－接地总干线，8－接地体由图可知，它一般由接地线（包括接地支线、接地分干线、接地总干线）、接地汇流排、公用连接板、接地体等几部分组成。

工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第37页!接地线的选择方法：①接地线应使用多股铜芯绝缘电线或电缆。②工作接地的接地线应接到接地端子或接地汇流排。接地汇流排宜采用25×6的铜条，并设置绝缘支架支撑。为了满足系统接地电阻的要求，可将多个接地体用干线连接成接地网。接地体和干线一般用钢材，其规格可按下表选用。当接地电阻要求较高时，可选用铜材。对安装在腐蚀性较强场所的接地体和干线，应采取防腐措施或加大截面积。名称

扁钢

圆钢

角钢

钢管

规格/

mm接地体和接地网干线所用钢材规格表

工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第38页!(1)被控对象的多样性对生产过程进行有效的控制,首先得认识被控对象的行为特征,并用数学模型给以表征,这叫对象特性的辨识。由于被控对象多样性这一特点,就给辨识对象特性带来一定的困难。一、工业过程控制概述(2)被控对象存在滞后由于生产过程大多在比较庞大的设备内进行,对象的储存能力大,惯性也大。在热工生产过程中,内部介质的流动和热量转移都存在一定的阻力,因此对象一般均存在滞后性。由自动控制理论可知,如系统中某一环节具有较大的滞后特性,将对系统的稳定性和动态质量指标带来不利的影响,增加控制的难度。除此之外,过程控制尚有如下一些特点:工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第39页!一、工业过程控制概述1.3过程控制系统的组成过程控制系统的组成,一般可用如下框图表示

被控参数（变量）y(t);控制（操纵）参数（变量）q(t);扰动量f(t);给定值r(t);当前值z(t);

偏差e(t);控制作用u(t)

工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第40页!一、工业过程控制概述1.4过程控制系统的分类

(1)反馈控制系统偏差值是控制的依据，最后达到减小或消除偏差的目的。反馈信号可能有多个，从而可以构成多回路控制系统（如串级控制系统）。

(2)前馈控制系统扰动量的大小是控制的依据，控制“及时”。属于开环控制系统，在实际生产中不能单独采用。(3)闭环与开环控制系统反馈是控制的核心！只有通过反馈才能实现对被控参数的闭环控制！开环控制系统不能自动地“察觉”被控参数的变化情况，也不能判断控制参数的校正作用是否适合实际需要。闭环控制系统在过程控制中使用最为普遍。

工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第41页!一、工业过程控制概述1.4过程控制系统的分类

闭环控制系统反馈是控制的核心！只有通过反馈才能实现对被控参数的闭环控制。闭环控制系统在过程控制中使用最为普遍。

图1温度控制系统工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第42页!一、工业过程控制概述

开环控制系统不能自动地“察觉”被控参数的变化情况，也不能判断控制参数的校正作用是否适合实际需要。图3热力系统的人工反馈控制工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第43页!一、工业过程控制概述1.5性能指标的确定和分析方法控制系统性能指标应根据生产工艺过程的实际需要来确定。特别需要注意的是，不能不切实际地提出过高的控制性能指标要求。分析系统性能指标，通常采用：阶跃响应性能指标，系统工程整定时采用；偏差积分性能指标，计算机仿真或分析时采用。阶跃扰动作用下控制系统过渡过程曲线图5阶跃响应过度曲线图6阶跃响应特性曲线工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第44页!一、工业过程控制概述1.7过程控制系统设计要实现过程自动控制，首先要对整个工业生产过程的物料流、能源流和生产过程中的有关状态（如温度、压力、流量、物位、成分等）进行准确的测量和计量。根据测量到数据和信息，用生产过程工艺和控制理论的知识管理、控制该生产过程。一个完整的过程控制系统设计，应包括：（1）方案设计（2）工程设计（3）工程安装与仪表调校（4）控制器参数整定

以上主要内容，控制方案设计和控制器参数整定则是系统设计中的两个核心内容！工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第45页!二、典型生产过程控制图7火力发电厂外观在火力发电厂，最基本的工艺过程是用锅炉生产蒸汽，使汽轮机运转，进而带动发电机发电。图6汽轮发电机组锅炉控制是火力发电生产过程自动化的重要组成部分。它的主要任务是根据负荷设备（汽轮机）的需要，供应一定规格（压力、温度、流量和纯度）的蒸汽。2.1电厂锅炉的过程控制2.1.1火力发电厂生产流程工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第46页!2.1.3汽包水位控制1.汽包水位控制的重要性将锅炉的汽包水位控制在一个允许范围内，是锅炉运行的主要指标，也是锅炉能提供符合质量要求的蒸汽负荷的必要条件。2.汽包水位的控制方案一种可行的控制方案是以汽包水位为主被控参数、给水流量为副被控参数、蒸汽流量为前馈信号的三冲量前馈－反馈串级控制系统。采用这种控制方案的理由分析如下：

（1）单冲量水位控制方案

以汽包水位为被控参数、给水流量为控制参数构成的单回路控制系统称为单冲量控制系统。这种系统结构简单、设计方便，缺点是克服给水自发性干扰和负荷干扰的能力差（虚假水位问题。。。）。工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第47页!显而易见，该控制方案与单冲量水位控制相比，控制质量已有明显改善，但它对于给水系统的干扰仍不能有效克服，需要再引入给水流量信号构成三冲量串级控制系统。（3）三冲量串级控制方案

该控制系统由主、副两个调节器和三个冲量（汽包水位、蒸汽流量、给水流量）构成。其中，主调节器为水位调节器，副调节器为给水流量调节器，蒸汽流量为前馈信号。汽包水位三冲量串级控制系统流程图三冲量前馈－反馈串级控制系统在克服虚假水位的影响、维持水位稳定、提高给水控制质量等多方面都优于前述两种控制系统，是现场广泛采用的汽包水位控制方案。FT流量变送器；FC流量控制；

Kβ放大器；LT液位变送

LC液位控制；工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第48页!2．控制变量的选择与控制方案的确定由于蒸汽流量的变化是负荷干扰，因而不能作为控制变量；若采用烟气侧干扰作为控制变量，则会使锅炉的结构复杂，给设计制造带来困难，也不宜作为控制变量；若采用减温水流量作为控制变量则既简单又易行。但存在的问题是：①减温水流量与过热蒸汽温度之间存在较大的时延和惯性；②在工艺上，锅炉给水与减温水常常合用一根总管，这样会导致减温水自身波动频繁。针对上述存在的问题，如果设计简单控制系统则无法满足生产工艺的要求。为此，需要设计较为复杂的控制系统，以提高控制质量。

一种可行的控制方案是设计串级控制系统，如下图所示。工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第49页!2.1.5锅炉燃烧过程的控制1．锅炉燃烧过程的控制任务锅炉燃烧过程的控制任务是使燃料所产生的热量能够适应锅炉产汽的需要，同时还要保证锅炉的安全经济运行。其具体任务又可分为：①使锅炉出口蒸汽压力保持稳定；②保证燃烧过程的经济性和对环境保护的要求；③使炉膛负压保持恒定；④确保燃烧过程的安全性等。有三个可供选择的调节量，即燃料量、送风量和引风量。该控制系统的设计原则是：当生产负荷产生变化时，燃料量、送风量和引风量应同时协调动作，达到既要适应负荷变化、又要使燃料量和送风量成一定比例、还要使炉膛负压保持一定的效果；当生产负荷相对稳定时，应保持燃料量、送风量和引风量也相对稳定，并能迅速消除外界干扰对它们各自的影响。此外，为确保设备与人身安全，对因燃料的流速过快而导致烧嘴背压过高产生的“脱火”现象、或因烧嘴背压过低产生的“回火”现象，都应设计相应的安全保护系统，防止上述现象的产生。工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第50页!燃烧过程基本控制方案

图（a）所示的基本控制方案是将蒸汽压力调节器PC作为串级控制的主调节器，其输出同时作为燃料流量调节器和空气流量调节器FC的设定值，燃料流量调节器和空气流量调节器则构成各自的副回路用以迅速克服它们自身的干扰。图（b）所示的基本控制方案是将蒸汽压力与燃料流量构成串级控制，而送风量则随燃料量变化而变化，从而构成比值控制，这样可以确保燃料量与送风量的比例，但该控制方案的缺点是，当负荷发生变化时，送风量的变化必然落后于燃料量的变化，导致燃烧不充分。工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第51页!3．燃烧过程的最优化控制方案

液体燃料的过剩空气量与能量损失的关系图

工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第52页!在该控制系统中，只要把含氧量成分控制器的给定值按正常负荷下烟气含氧量的最优值设定，即可使过剩空气量稳定在最优值，从而保证锅炉燃烧最经济，热效率最高。根据以上分析可知，只要在上图控制方案上对进风量用烟气含氧量加以校正，就可构成如下图所示的烟气含氧量的闭环控制系统。烟气含氧量的闭环控制系统

要使不同负荷运行时的锅炉总是处于最佳燃烧状态，则烟气含氧量的最优值还需随之变化，这就需要对上图的闭环控制系统进一步加以改进。工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第53页!在烟气含氧量的闭环控制系统图所示的闭环控制系统中增加一折线函数发生器，对空气过剩量进行修正，构成如下图所示的最佳烟气含氧量锅炉燃烧控制系统。最佳烟气含氧量的锅炉燃烧控制系统

在该系统中，当蒸汽流量变化时，其变化的信号经函数发生器改变含氧量成分调节器的设定值，然后再由含氧量成分调节器校正过剩空气量，使锅炉燃烧过程在不同负荷下，始终处于最佳过剩空气量的状态。工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第54页!2.2精馏塔的过程控制

精馏过程的目的是利用混合液中各组分挥发度的不同，将各组分进行分离以达到规定的纯度。2.2.1精馏塔的控制目标及变量分析

1．控制目标

精馏塔的控制目标通常表现在产品质量、产品产量及能量消耗三个方面。（1）产品质量精馏操作的目的是将混合液中各组分分离为产品，产品质量必须符合规定的要求。（2）产品产量与经济效益任何产品都要求在确保质量的前提下，尽可能提高产品的产量和降低成本、最大限度地提高经济效益。工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第55页!2.2.2精馏塔的控制方案

1．一端产品质量控制

所谓一端产品质量控制，是指塔顶产品或塔底产品要达到规定的纯度，而对另一端的产品纯度只要保持在一定范围内即可。它分为塔顶产品成分控制和塔底产品成分控制两种（1）塔顶产品成分控制

例如，在对甲醇进行分离的精馏塔中，其进料为甲醇、甲醛和水的混合液，工艺要求把甲醇分离出来。因甲醇为轻组分，所以这是一个塔顶产品成分的控制问题。某甲醇分馏的参数表如下表所示。水的成分甲醛成分=0.0032=0.986

=0.046甲醇成分387.517.5400流量/kg/s塔底馏出物塔顶馏出物进料参数工况成分工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第56页!（2）塔底产品成分控制由图可知，用塔底产品流量控制塔底产品成分，以保证控制质量；对塔顶产品只进行流量控制；用回流量控制回流罐液位，用蒸汽量控制塔底液位，使精馏操作能正常进行。塔底产品成分控制方案

蒸气阀门工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第57页!当改变回流量时，不仅影响塔顶产品组分的变化，同时也引起塔底产品组分的变化；同理，当控制塔底的加热用蒸汽流量时，也将引起塔内温度的变化，从而不但使塔底产品组分产生变化，同时也将影响到塔顶产品组分的变化。可见，这是一个2×2的多变量耦合系统.精馏塔两端产品成分控制框图

显然，此时应进行解耦设计，两端产品成分解耦控制方案如图所示。工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第58页!

关于解耦装置数学模型、的取得，可根据不变性原理的前馈补偿法进行设计前馈补偿法解耦控制系统框图

工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第59页!2.3.2管式加热炉的单回路控制系统工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第60页!2.4换热器的过程控制被控变量

(1)被加热/冷却介质的出口温度（无相变）； (2)加热/冷却所需的热量（有相变），如精馏塔底再沸器的蒸发量。控制变量

(1)调载热体的流量；(2)调节传热平均温差； (3)调传热面积； (4)将工艺介质分路，一路经换热，另一路走旁路。工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第61页!2.5.1反应器种类2.5反应器的过程控制工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第62页!2.5.2反应器的入口温度控制2.5.3反应温度的单回路控制工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第63页!2.5.5反应温度分段控制与关联分析工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第64页!聚合釜反应温度控制方案二工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第65页!具有压力补偿的聚合釜内温控制工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第66页!三、过程控制系统的工程化设计

3.1工程化设计的目的和主要内容

1．目的

过程控制系统的工程化设计既是生产过程自动化项目建设中的一项极其重要的环节，也是自动化类专业的学生强化工程实际观念、运用《过程控制工程》的知识进行全面综合训练的重要实践过程。过程控制系统的工程化设计要求设计者既要掌握大量的专业知识，还要懂得设计工作的程序。过程控制系统的工程化设计，不管具体过程和控制方案如何，其基本的设计程序和方法则是相似的。工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第67页!3.

2工程化设计的具体步骤

在确定了过程控制系统工程化设计的主要内容以后，可分两步进行工程化设计，即立项报告设计和施工图的设计。3.2.1立项报告的设计

1．设计前的准备工作

（1）调查研究

（2）规划目标

（3）收集资料

为了使设计的立项报告科学合理、切实可行，能够比较顺利地被审批通过，必须认真做好设计前的准备工作。工业过程控制系统讲座共73页，您现在浏览的是第68页!3.2.2施工图的设计

当立项报告设计的审批文件下达后，即可进行施工图的设计。施工图是进行施工用的技术文件与图纸资料，必须从施工的角度解决设计中的