内蒙古科技大学8其他控制系统

过程控制

ProcessControl

上篇过程控制系统第8章其他控制系统本章要点

均匀控制系统的基本概念、工作原理及特点

分程控制系统的概念、设计和应用

阀位控制系统的结构、工作原理、设计方法及应用本章学习目标

掌握均匀控制的原理、特点及参数整定原则

掌握分程及阀位控制系统的结构、原理及特点

理解均匀、分程及阀位控制系统的设计、应用及整定方法第8章其他控制系统8.1均匀控制系统8.2分程控制系统8.3阀位控制系统在连续生产过程中,前一设备的出料往往是后一设备的进料,而且随着生产的进一步强化,前后生产过程的联系更加紧密，此时设计自动控制系统应该从全局来考虑。化工生产中,总是几个塔串联运行。为了保证相互串联的塔能正常地连续生产，每一个塔都要求进入塔的流量保持在一定的范围内，同时也要求塔底液位不能过高或过低。8.1均匀控制系统8.1.1均匀控制的原理及特点第8章其他控制系统8.1均匀控制系统两个串联的精馏塔孤立设置控制系统。精馏塔甲的出料直接作为乙塔的进料，为了保证甲塔液位稳定在一定范围内，故而设有液位控制系统；根据乙塔入料稳定的要求，又设置了流量控制系统。两个控制系统工作起来互相矛盾，以致无法工作。第8章其他控制系统8.1均匀控制系统

均匀控制系统把液位、流量统一在一个控制系统中，从系统内部解决工艺参数间的矛盾。具体来说，就是让甲塔的液位在允许的限度内波动，与此同时让流量作平稳缓慢的变化。为了解决前后两塔供求之间的矛盾，可设置均匀控制系统。第8章其他控制系统8.1均匀控制系统假如只设置一个液位控制系统，此时可有三种情况出现：（a）液位控制系统具有较强的控制作用（b）液位控制系统的控制作用减弱（c）液位调节器作用基本上消除均匀控制—液位、流量缓慢变化第8章其他控制系统8.1均匀控制系统（a）Kc较大（b）Kc较小（c）Kc→0均匀控制系统的名称来自系统所能完成的特殊控制任务，它使前后设备在物料供求上相互均匀、协调，统筹兼顾。均匀控制系统归纳起来有如下三个特点：(1)结构上无特殊性一个普通结构形式的控制系统，能否实现均匀控制的目的，主要在于调节器的参数整定如何。可以说，均匀控制是通过降低控制回路灵敏度来获得的,而不是靠结构变化得到的。(2)参数应变化，而且应缓慢地变化(3)参数应限定在允许范围内变化在均匀控制系统中被调参数是非单一、定值的，允许它在给定值附近一个范围内变化。即根据供求矛盾，两个参数的给定值不是定点而是定范围。第8章其他控制系统8.1均匀控制系统8.1.2均匀控制系统的设计1.控制方案的选择（1）简单均匀控制调节器一般选用比例作用。但有时为了防止连续出现同向扰动时被调参数超出工艺规定的上下限范围,可适当引入积分作用。通常，均匀控制系统的调节器整定在较大的比例度和积分时间上,通常比例度要大于100%，以较弱的控制作用达到均匀控制的目的。优点:结构简单，投运方便，成本低。缺点:控制效果较差，只适用于干扰不大，要求不高的场合。第8章其他控制系统8.1均匀控制系统（2）串级均匀控制采用串级形式并不是为了提高主参数液位的控制质量，流量副回路的引入主要是为了克服调节阀压力波动及自衡作用对流量的影响，使采出流量变化平缓。

串级均匀控制系统适用于系统前后压力波动较大的场合。它能克服较大的干扰，使主、副参数变化均匀缓慢平稳，提高控制质量，因而在生产过程自动化中得到较多的应用。第8章其他控制系统8.1均匀控制系统气体压力与流量的均匀控制对于气相物料，前后设备间物料的均匀控制不是液位和流量之间的均匀。例如，脱乙烷塔塔顶分离器内压力是用来稳定精馏塔塔顶压力的，而从分离器出来的气体是加氢反应器的进料，因此也需尽量平稳，为此设计图示的压力与流量的串级均匀控制。第8章其他控制系统8.1均匀控制系统（3）双冲量均匀控制以液位和流量两个测量信号之差作为被控参数的系统。

从结构上看，它相当于以两个信号之差作为被控参数的单回路控制系统，参数整定可按简单均匀来考虑。因此，双冲量均匀控制即具有简单均匀控制的参数整定方便的特点，同时由于加法器综合考虑液位和流量信号变化的情况，故又有串级均匀的优点。第8章其他控制系统8.1均匀控制系统2.均匀控制规律的选择

（1）简单均匀控制一般采用P作用，有时也可采用PI控制规律。（2）串级均匀控制主调节器一般用P作用，有时也可采用PI控制规律。副调节器一般用P作用，如果为了照顾流量副参数，使其变化更稳定，也可选用PI控制规律。

（3）双冲量均匀控制调节器一般应采用PI控制规律。

第8章其他控制系统8.1均匀控制系统8.1.3均匀控制系统的整定

串级均匀控制中的流量副调节器参数整定与普通流量调节器整定差不多，而均匀控制系统的其他几种形式的调节器都需按均匀控制的要求来进行参数整定。整定的主要原则是一个“慢”字，即过渡过程不允许出现明显的振荡，可以采用凭经验整定，看曲线调参数的方法来进行。它的具体整定原则和方法如下。1.整定原则①保证液位不超出允许的波动范围，先设置好调节器参数。②修正调节器参数，充分利用容器的缓冲作用，使液位在最大允许的范围内波动，输出流量尽量平稳。③根据工艺对流量和液位两个参数的要求，适当调整调节器的参数。第8章其他控制系统8.1均匀控制系统2.方法步骤第8章其他控制系统8.1均匀控制系统串级均匀控制系统的整定方法（1）经验法根据经验，按照“先副后主”的原则，流量副调节器参数整定与普通流量调节器整定差不多。把主、副调节器的比例度δ调到某一适当值，然后由大到小进行调节,观察记录曲线，反复调整比例度，使系统的过渡过程呈现缓慢的非周期衰减变化，直到液位、流量曲线都满足工艺提出的均匀要求为止。第8章其他控制系统8.1均匀控制系统（2）停留时间法停留时间法是指被调参数在允许变化的范围内，依据控制介质流过被控过程所需要的时间（称为停留时间）整定调节器参数的方法。停留时间t大约等于被控对象时间常数T的一半，即t≈T/2。因此，按停留时间整定调节器参数，实际上是按被控对象特性进行参数整定。当没有对被控对象特性进行试验测定，而不知道时间常数T时，可根据被控对象的结构和液位控制范围进行计算确定。停留时间t的计算公式为

式中，q——正常工况下的介质流量；V——容器的有效容量。第8章其他控制系统8.1均匀控制系统表8.1停留时间与调节器参数关系表具体的整定步骤：①副调节器按简单均匀控制系统的方法整定。②计算停留时间t，然后根据表8.1确定液位调节器的整定参数。若照顾流量，选用数值较大的一组参数；若要照顾液位，选用数值较小的一组参数；如两者都需兼顾，则在两组参数范围内细心调整。③根据工艺要求，适当调整主、副调节器的参数。直到液位与流量曲线都满足生产要求为止。反馈控制系统:分程控制系统:调节器(0.02~0.06MPa)(0.06~0.10MPa)A阀门定位器B阀门定位器(0.02~0.10MPa)(0.02~0.10MPa)A阀B阀(0~100%)(0~100%)调节器调节阀(0.02~0.10MPa)(0~100%)

8.2分程控制系统

第8章其他控制系统8.2分程控制系统

8.2.1分程控制系统概述

分程控制系统方框图:第8章其他控制系统8.2分程控制系统扩大控制阀的可调范围，以便改善控制系统的品质，使系统更为合理可靠；满足某些工艺操作的特殊需要。

分程控制系统设置的目的:两个调节阀同向动作两个调节阀异向动作

分程控制系统的分类气开气开气闭气闭气开气开气闭气闭两个调节阀同向动作两个调节阀异向动作第8章其他控制系统8.2分程控制系统8.2.2分程控制系统的设计1.调节器输出信号的分程第8章其他控制系统8.2分程控制系统调节器输出信号分程的基本原则是：首先，根据工艺原理，从确保安全生产角度出发，确定各个调节阀的开、闭形式；然后再确定调节器的正、反作用方式；最后根据上述结果确定各个阀的分程区间。2.调节阀流量特性的选择在分程控制中，若把两个调节阀作为一个调节阀使用并要求分程点处的流量特性平滑时，就需要对调节阀的流量特性进行仔细的选择，选择不好会影响分程点处流量特性的平滑性。第8章其他控制系统8.2分程控制系统如果用两只流通能力不相同的调节阀组合起来构成分程控制，从组合后的总流量特性来看，两阀分程信号的交接处流量的变化并不是平滑的。转折点第8章其他控制系统8.2分程控制系统①选择流量特性合适的调节阀，如选用两个流通能力相等的线性阀，使两阀的流量特性衔接成直线。②使两个阀在分程点附近有一段重叠的调节器输出信号，这样不等到小阀全开，大阀就已经开始启动，从而使两阀特性衔接平滑。改善流量特性平滑性的方法：调节器(0.02~0.062MPa)(0.058~0.10MPa)A阀门定位器B阀门定位器(0.02~0.10MPa)(0.02~0.10MPa)A阀B阀(0~100%)(0~100%)第8章其他控制系统8.2分程控制系统3.调节阀的泄漏量在分程控制系统中，必须保证在调节阀全关时无泄漏或泄漏量极小。尤其是当大阀全关时的泄漏量接近或大于小阀的正常调节量时，小阀就不能发挥其应有的调节作用，甚至不起调节作用。第8章其他控制系统8.2分程控制系统4.调节器控制规律的选择与参数整定分程控制系统属于单回路控制系统，有关调节器控制规律的选择与参数整定可参照单回路控制系统处理。但是，在分程控制系统中，如果两个控制通道的特性不同，则调节器的参数就不能同时兼顾两个不同对象的特性要求，此时，应抓住主要矛盾，按正常情况下整定调节器的参数，而对于另一台调节器，只要能在工艺允许的范围内工作即可。第8章其他控制系统8.2分程控制系统8.2.3分程控制的工业应用及实例1）扩大调节阀的可调范围,改善控制品质2）用于控制两种不同的介质,以满足工艺生产的要求3）用作生产安全的防护措施第8章其他控制系统8.2分程控制系统4）用于节能1）扩大调节阀可调范围,改善控制品质蒸汽减压系统分程控制方案第8章其他控制系统8.2分程控制系统蒸汽减压分程阀特性曲线在正常情况下,即小负荷时,A阀起控制作用,B阀关闭;当大负荷时,A阀已全开仍满足不了蒸汽量的需要,这时B阀也开始打开,以弥补A阀全开时蒸汽供应量的不足。第8章其他控制系统8.2分程控制系统蒸汽减压系统分程控制方案设A、B阀的最大流通能力Cmax均为100，可调范围R为30。当采用两只阀组成分程控制时，最大流通能力为：两阀组合后的可调范围应为：由于调节阀可调范围扩大了，可以满足不同生产负荷的要求，而且控制的精度也可以获得提高，控制质量得以改善。同时生产的稳定性和安全性也可进一步得以提高。第8章其他控制系统8.2分程控制系统间歇式化学反应器分程控制系统2）用于控制两种不同的介质,以满足工艺生产的特殊要求当反应物投入设备后反应前：预热反应中：及时移走反应热反作用A.CA.Oθ第8章其他控制系统8.2分程控制系统反作用A.CA.Oθ反应前升温阶段反应中及时移走反应热第8章其他控制系统8.2分程控制系统第8章其他控制系统8.2分程控制系统废液中和过程分程控制系统在工业废液中和过程中，由于废液来源的不同，有时呈酸性，有时呈碱性，这就需要根据废液的酸碱度，决定加碱或加酸，以保证排放的废液维持中性。气开气闭废液呈碱性时废液呈酸性时3）用作生产安全的防护措施为防止油品氧化,常常在油品储罐液位以上空间充以惰性气体氮,以使油品与空气隔绝。称为氮封。一般要求氮气压力保持为微正压。反作用气闭气开第8章其他控制系统8.2分程控制系统当向储罐内注油时：当从储罐内抽油时：反作用不灵敏区：防止p在pr附近变化时，A、B阀频繁动作第8章其他控制系统8.2分程控制系统4）用于节能在某些生产过程中，为了节能降耗，通常采用工业废热水作为热源对冷物料进行加热，而当所用工业废热水提供的热量不能满足物料出口温度要求时，则同时使用蒸汽进行加热。第8章其他控制系统8.2分程控制系统A.OA.O反作用AB换热器温度分程控制系统在设计控制系统时，选择控制变量既要考虑经济性和合理性，又要考虑快速性和有效性。但在有些情况下，很难做到两者兼顾。阀位控制系统就是在综合考虑控制变量的快速性、有效性和经济性、合理性基础上发展起来的一种控制系统。阀位控制系统根据一个被控参数去控制两个控制参数，但其系统结构和控制目的与分程控制系统完全不同。第8章其他控制系统8.3阀位控制系统

8.3阀位控制系统

8.3.1问题的提出及系统特点

控制参数A：经济性和合理性较好，但不够及时有效；控制参数B：快速性和有效性较好，但是经济性、合理性较差。8.3.2阀位控制系统的结构及工作原理第8章其他控制系统8.3阀位控制系统经济、合理但不及时快速、及时但不经济主调节器阀位调节器B阀位设定值BA阀位调节器C2调节控制参数A，r为阀位调节器的给定值，阀位调节器的测量值与控制参数B的调节阀开度相对应，因而称为阀位控制系统。1.管式加热炉热油出口温度控制克服干扰的快速性和有效性比较差及时有效经济合理A.OA.O正作用反作用第8章其他控制系统8.3阀位控制系统控制过程分析：

及时有效经济合理A.OA.O正作用反作用稳定情况：被控参数=设定温度RVB开度=r干扰使θ↑时：

VA

、VB两只阀控制的结果会使温度上升的趋势降低，VB开度逐渐减小，VA开度逐渐加大，直至重新平衡。第8章其他控制系统8.3阀位控制系统θ2.蒸汽减压系统的压力控制稳定情况：被控参数=设定温度RVB开度=r干扰使P↓时：

随着低压总管压力的回升，VB开度逐渐减小，VA开度逐渐加大，压力控制的任务转移到阀VA，直至重新平衡。第8章其他控制系统8.3阀位控制系统反作用正作用蒸汽减压阀位控制系统1.控制参数的选择8.3.3阀位控制系统的设计要从经济性、合理性和快速性、有效性两个不同角度考虑选择A