过程控制课件 - 第14节

第七章实现特殊工艺要求的过程控制系统2/7/20231史密斯预估控制单回路控制史密斯预估控制上次课：2/7/202327.1比值控制系统1、开环比值控制系统2、单闭环比值控制系统3、双闭环比值控制系统2/7/202334、变比值控制系统2/7/20234比值控制系统设计1）主流量、副流量的确定2）控制方案的选择3）比值器参数的计算2/7/20235已知某流量比值系统采用差压式流量计测量主副流量，其最大量程分别为：工艺要求试计算不加开方器与加开方器后仪表的比值器参数K’。不加开方器时:

解:加开方器后:2/7/202367.2均匀控制系统7.2.1均匀控制的提出与特点1．均匀控制的提出均匀控制系统具有使控制量与被控制量均匀缓慢地在一定范围内变化的特殊功能。控制目标：1、稳定塔A的液位解决的方法：增加中间储存容器2、稳定塔B的进料流量解决的方法：采用均匀控制2/7/20237将液位控制与流量控制统一在一个控制系统中，从系统内部解决两种工艺参数供求之间的矛盾，即使A塔的液位在允许的范围内波动的同时，也使流量平稳缓慢地变化。均匀控制的设计思想：2/7/202382.均匀控制的特点1、结构上无特殊性

2、参数有变化，而且是缓慢地变化3、参数应在限定范围内变化2/7/202397.2.2均匀控制系统的设计均匀控制系统的设计主要包括：控制方案的选择，调节规律的选择，调节器的参数整定

1.控制方案的选择（1）简单均匀控制系统

注意：当调节阀两端的压差变化较大时，流量大小不仅取决于调节阀开度的大小，还将受到压差波动的影响。

2/7/202310（2）串级均匀控制系统

为了克服调节阀前后压力波动和被控过程的自平衡待性对流量的影响，设计了以流量为副参数、以液位为主参数的串级均匀控制系统。如图所示。从结构上看，它与一般的液位和流量串级控制系统是一致的。但这里采用串级形式的目的并不是为了提高主参数液位的控制精度，而是为了克服阀前压力波动及自平衡特性对流量的影响，使流量变化平缓。2/7/2023112.调节规律的选择

(1)在所有的均匀控制系统中，不应加微分控制。

(2)主调节器一般采用比例控制或比例积分控制，而在串级控制中，副调节器一般采用比例控制，特殊情况下，也可采用比例积分控制。2/7/2023123.调节器的参数整定

根据经验，按照“先副后主”，把主、副调节器的比例度δ调节到某一适当值；然后由大到小进行调节，使系统的过渡过程缓慢地、非周期衰减变化，最后再根据过程的具体情况，给主调节器加上积分作用。需要注意的是，主调节器的积分时间要调得大一些。（1）经验法2/7/202313所有均匀控制中，均比定值控制要大。停留时间t／min＜2020～40＞40比例度δ／（%）100～150150～200200～250积分时间Ti／min51015整定参数与停留时间t的关系（2）停留时间法即依据控制介质流过被控过程所需要的时间整定调节器的参数2/7/2023147.3分程控制系统

7.3.1概述

间歇式化学反应器分程控制系统分程控制系统TT热水冷却水BTCA如某一间歇式生产的化学反应过程中，每次投料完毕后，需要先对其加热引发化学反应。一旦反应开始进行，就会持续产生大量的反应热，如果不及时降温，物料温度会越来越高，有发生爆炸的危险。因此，必须降温。调节器、调节阀的正反作用2/7/202315工作原理如下：当装料完成、化学反应开始前，温度测量值小于设定值。调节器TC输出气压大于0.06MPa，A（冷水）阀关闭，B（热水）阀开启，反应器夹套中进的热水使反应物料温度上升。TT热水冷却水BTCA热水阀为气开，冷水阀为气关调节阀分程关系曲线MPa0100%0.020.060.10A阀B阀2/7/202316反应开始后，反应物温度逐渐升高，调节器输出逐渐下降，热水阀逐渐关小；当反应物料温度达到并高于设定值时，调节器输出气压将小于0.06MPa，热水阀完全关闭，冷水阀逐渐打开，冷水进入夹套将反应热带走，使反应物料温度保持在设定值。TT热水冷却水BTCA热水阀为气开，冷水阀为气关MPa0100%0.020.060.10A阀B阀2/7/202317A、B均为正作用阀A、B均为反作用阀MPa0100%0.020.060.10A阀B阀MPa0100%0.020.060.10A阀B阀分程控制系统的类型按照调节阀的气开、气关形式和分程信号区段不同，可分为以下两种类型：①调节阀同向动作的分程控制系统例：两个调节阀同向动作2/7/202318MPa0100%0.020.060.10A阀B阀MPa0100%0.020.060.10A阀B阀②调节阀异向动作的分程控制系统例：两个调节阀异向动作在0.02-0.06MPa区间，B阀全开、A阀逐渐开大；在0.06-0.10MPa区间，A阀全开、B阀逐渐关小。在0.02-0.06MPa区间，B阀全关、A阀逐渐关小；在0.06-0.10MPa区间，A阀全关、B阀逐渐开大。2/7/202319给定－执行器1对象变送器控制器干扰执行器27.3.2分程控制系统的设计分程控制系统本质上属于单回路控制系统。二者的主要区别是：单回路控制系统中调节器输出控制一个调节阀，分程控制系统中调节器输出控制多个调节阀。因此，系统设计上有所不同2/7/2023201.控制信号的分段在分程控制中，调节器输出信号分段是由生产工艺要求决定的。调节器输出信号需要分成几段，哪一段信号控制哪一个调节阀，完全取决于工艺要求。TT热水冷却水BTCA此例中，为保证安全，热水阀采用气开式，冷水阀采用气关式。这就决定了两个调节阀异向工作。又因工艺要求一个阀打开时，另一个必须关闭。MPa0100%0.020.060.10A阀B阀2/7/2023212.流量特性的平滑衔接小负荷时只有1阀控制、2阀不开；负荷较大时1阀全开、2阀控制。两个同向特性的调节阀并联控制一种介质的流量时，总流量特性是两个阀流量特性的叠加组合。MPa0100%0.020.060.101阀2阀2/7/202322如果两个调节阀的增益差距较大，组合后的总流量特性有突变点，会影响调节品质。P（MPa）（a）二阀特性比较接近0流量Q（%）1000.020.060.10•45（b）二阀特性差距较大01000.020.060.10•45P（MPa）流量Q（%）如果两个调节阀都用直线特性，组合后的总流量特性有下列两种情况：2/7/202323（a）分程信号不重叠P（MPa）流量Q（%）01000.020.060.10•（b）分程信号重叠P（MPa）01000.020.060.10流量Q（%）如果调节阀是对数流量特性，其总流量特性衔接处必有突变点。可以通过两个调节阀分程信号部分重迭的办法，使调节阀流量特性实现平滑过渡。即将两个阀的工作范围扩大，形成一段重迭区。2/7/2023243.调节阀的泄漏量在分程控制中，调节阀的泄漏量太大会影响控制质量。尤其当大、小阀并联工作时，若大阀的泄漏量接近或大于小阀的正常的调节量，则小阀的调节能力大大降低。因为大阀的泄漏量相当于存在一个不受控制的旁路管道，所以要求大阀的泄漏量很小。2/7/202325分程控制的实现分程信号重叠P（MPa）01000.020.060.10流量Q（%）例如，使调节阀1在0.02-0.07MPa范围内作全行程动作；使调节阀2在0.05-0.10MPa范围内作全行程动作。TT热水冷却水BTCA分程控制要求调节阀的输入量程进行压缩。通过调整阀门定位器的输入信号零点和量程，使调节阀在规定的信号区段作全行程动作。2/7/202326阀门定位器意义气动调节阀中，阀杆的位移是由薄膜上气压推力与弹簧反作用力平衡确定的。为了防止阀杆处的泄漏要压紧填料，使阀杆摩擦力增大，且个体差异较大，这会影响输入信号P的执行