過程控制工程復(fù)習(xí)課件

1、過程控制工程復(fù)習(xí),過程控制工程復(fù)習(xí),按不同的 工藝介質(zhì) 選擇材質(zhì),一般情況下使用較多的是直通閥、角閥,有關(guān)各種閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可查閱相關(guān)的參考書,2、材質(zhì)上分： 鑄鋼、不銹鋼、 特殊合金或金屬、 高分子材料，無機(jī)材料等,因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)工藝要求、介質(zhì)情況、工作環(huán)境，選擇相應(yīng)的結(jié)構(gòu)類型和材質(zhì)類型,1.5.2 控制閥的流量特性,1、流量特性（理想流量特性,指流過閥的流量Q與閥桿行程L之的關(guān)系,無因次化后,過程控制工程復(fù)習(xí),2分類,線性型,對(duì)數(shù)型（等百分比型,快開型,拋物線型,控制器參數(shù)的整定方法 1、經(jīng)驗(yàn)法 2、臨界比例度法(Ziegler-Nichols法) 3、衰減振蕩法 4、響應(yīng)曲線法

2、,過程控制工程復(fù)習(xí),加熱爐溫度控制,2.1 串級(jí)控制系統(tǒng),可設(shè)計(jì)TO與GC的單回路PID控制,2.1.1 基本原理和結(jié)構(gòu),1、什么是串級(jí)控制系統(tǒng),操縱變量：燃料氣流量,分析 對(duì)象的特性,加熱爐內(nèi)管有數(shù)百米長(zhǎng)，熱容很大，是典型的一階加純滯后過程,當(dāng)輸入變化時(shí)，輸出要延遲一段時(shí)間，且變化緩慢,若溫度不變，T0 Gc的PID控制，則閥的開度不變,燃料氣閥上游壓力波動(dòng)時(shí)，雖閥的開度不變， 但流量變化，將影響溫度，溫度燃料量的單回 路PID對(duì)此特定的過程控制不及時(shí)，不能滿足工 藝要求,過程控制工程復(fù)習(xí),內(nèi)回路為副回路：包括副控制器、控制閥、副受控對(duì)象、 副變量測(cè)量變送器,串級(jí)控制系統(tǒng)是由兩個(gè)控制器的串接

3、組成，一個(gè)控制器的輸出做為 另一個(gè)控制器的設(shè)定值，兩個(gè)控制器有各自獨(dú)立的測(cè)量輸入，只有一個(gè)控制器的給定由外部設(shè)定,2、串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)框圖如下,系統(tǒng)由內(nèi)外兩個(gè)回路組成,過程控制工程復(fù)習(xí),外回路稱為主回路：主控制器、副回路、主變量測(cè)量變送器、 主受控對(duì)象,主變量：工藝要求的主要控制變量,副變量：維持主變量平穩(wěn)引出的中間變量,副對(duì)象：反映副變量與操縱變量之間的關(guān)系,主對(duì)象：反映主變量與副變量之間的關(guān)系,主控制器：接受主變量的偏差，去改變副控 制器的設(shè)定值,副控制器：接受副變量的偏差，去輸出給控 制閥,系統(tǒng)的特點(diǎn)：主控制器輸出改變副控制器的 設(shè)定值，故副回路構(gòu)成的是隨動(dòng)系統(tǒng)，設(shè)定值是變化的,

4、過程控制工程復(fù)習(xí),過程控制工程復(fù)習(xí),2)方塊圖法,控制閥: 輸入增大輸出也增大為“”，氣開為“”、氣關(guān)為“,先決定副控制器，后決定主控制器,過程控制工程復(fù)習(xí),串級(jí)控制系統(tǒng)主、副控制器正反作用的選擇應(yīng)滿足負(fù)反饋的控制要求。具體選擇步驟如下： 1.從安全角度選擇控制閥的氣開和氣關(guān)型式（氣開型，Kv0;氣關(guān)型， Kv0); 2.根據(jù)工藝條件確定副被控對(duì)象的特性； 3.根據(jù)副控制回路為負(fù)反饋的準(zhǔn)則，確定副控制器的正反作用； 4.根據(jù)工藝條件確定主被控對(duì)象的特性； 5.根據(jù)主控制回路為負(fù)反饋的準(zhǔn)則，確定主控制器的正反作用,過程控制工程復(fù)習(xí),2.1.4 系統(tǒng)投運(yùn)及參數(shù)整定,1、系統(tǒng)投運(yùn),原則：保證無擾動(dòng)切

5、換，先副后主,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)法初步設(shè)置主、副控制器的參數(shù),2、參數(shù)整定,原則：先副后主,由于副回路要求不高，可參照經(jīng)驗(yàn)法一次設(shè)置,主控制器參數(shù)整定與單回路類似,過程控制工程復(fù)習(xí),2) 如果聚合釜溫度不允 許過高，否則易發(fā)生事故， 試確定控制閥的氣開/氣關(guān)型式,下圖是一聚合釜溫度控制系統(tǒng),1) 這是一個(gè)什么類型的控 制系統(tǒng)？試畫出其方塊圖,3)確定主、副控制器的正/反作用方向,4)如果冷卻水的溫度是經(jīng)常波動(dòng)的，上述系統(tǒng)應(yīng)如何改進(jìn),5)如果選擇夾套內(nèi)的水溫作為副變量構(gòu)成串級(jí)控制系統(tǒng)，試畫出 其方塊圖，并確定主、副控制器的正/反作用方向,過程控制工程復(fù)習(xí),壓頭,轉(zhuǎn)速,旋轉(zhuǎn)葉輪作用在液體上的離心力,離心力,

6、壓頭,泵的特性：壓頭 與排量及轉(zhuǎn)速 之間的關(guān)系,經(jīng)驗(yàn)公式,泵與管路聯(lián)接在一起，它的排量與壓頭的關(guān) 系既與泵的特性有關(guān)，也與管路特性有關(guān),比例系數(shù),管路特性：指的是管路系統(tǒng)中的流體流量與管路 系統(tǒng)阻力之間的關(guān)系,如圖所示管路系統(tǒng)阻力包括,管路兩端靜壓差引起的壓頭,流體提升一定高度所需壓頭,克服管路摩擦損失所需壓頭hf,過程控制工程復(fù)習(xí),控制閥兩端的節(jié)流壓頭hv，閥的開度一定時(shí)，與流量的平方成反比,和 流量的關(guān)系稱為管路特性,當(dāng)系統(tǒng)平衡時(shí)， 如圖中的C(平衡 工作點(diǎn))點(diǎn)，即泵的特性曲線與管路特性曲線 的交點(diǎn),工作點(diǎn)應(yīng)滿足一定的工藝要求，通過改變 閥的開度(即 )改變工作點(diǎn),過程控制工程復(fù)習(xí),喘振是

7、離心式壓縮機(jī)的固有特性，事實(shí)上少數(shù)離心泵也可能喘振，并較易說明喘振原理,少數(shù)離心泵其HQ性能曲線呈駝 峰型，其與管路特性可能有兩個(gè)交點(diǎn)M 和M1,M1：當(dāng)干擾發(fā)生Q泵的揚(yáng)程管路 所需壓頭 Q 回M1點(diǎn),M ：當(dāng)干擾發(fā)生Q泵的揚(yáng)程管路 所需壓頭 Q 遠(yuǎn)離M 點(diǎn),當(dāng)交點(diǎn)處 管路特性的斜率大于泵特性的斜率時(shí)，是穩(wěn)定工作點(diǎn)；否則是不 穩(wěn)定工作點(diǎn),實(shí)際上，圖中所示的裝置特性中，由于泵啟動(dòng)后的關(guān)閉揚(yáng)程 H0小于管路的靜揚(yáng)程HM，管路中的流量建立不起來，根本無法工 作,理論上講都是工作點(diǎn)，但M1是穩(wěn) 定工作點(diǎn)，M是不穩(wěn)定工作點(diǎn),工作點(diǎn)穩(wěn)定與不穩(wěn)定的判別,過程控制工程復(fù)習(xí),工程上，為了安全，將極限線右旋一角度

8、，得安全線，作 為壓縮機(jī)允許工作的界限,安全操作線的表達(dá)式,經(jīng)驗(yàn)公式,吸入氣體的絕對(duì)溫度,吸入體積流量,吸入口、排出口的絕對(duì)壓力,為常數(shù)，由廠家給出,此經(jīng)驗(yàn)公式可針對(duì)不同的流量測(cè)量方法變?yōu)閷?shí)用公式,安全操作線,可用一拋物線方程近似,過程控制工程復(fù)習(xí),3.3.4 防喘振控制系統(tǒng),由上述分析可知，壓縮機(jī)喘振主要是負(fù)荷減小引起的，而負(fù)荷的升 降則是由工藝決定的，為使壓縮機(jī)不出現(xiàn)喘振，壓縮機(jī)在任何轉(zhuǎn)速下的 實(shí)際流量應(yīng)大于喘振極限所對(duì)應(yīng)的最小流量。根據(jù)這一思想，可采用循 環(huán)流量法來設(shè)計(jì)壓縮機(jī)的防喘振控制系統(tǒng)。有兩類,固定極限流量法和可變極限流量法,1、固定極限流量法,采用部分循環(huán)法，使壓縮機(jī)始終保持大于

9、某一定值流量，避免使工 作點(diǎn)進(jìn)入喘振區(qū),如圖,假設(shè) 為壓縮機(jī)達(dá)到最 高轉(zhuǎn)速所對(duì)應(yīng)的喘振極限流 量，只要滿足， 壓縮 機(jī)就不會(huì)出現(xiàn)喘振,打開旁路閥，返回部分氣體 旁路閥關(guān)閉,過程控制工程復(fù)習(xí),問題：流量檢測(cè)點(diǎn)的位置，匯合點(diǎn)之前還是匯合點(diǎn)之后？ 旁路控制閥采用什么型式閥？為什么,特點(diǎn)：可靠性高、投資少、方案簡(jiǎn)單、適用于固定轉(zhuǎn)速場(chǎng)合； 不過轉(zhuǎn)速較低時(shí)，能耗過大，負(fù)荷變動(dòng)經(jīng)常時(shí)不夠經(jīng)濟(jì),2、可變極限流量法,為了減小壓縮機(jī)的能量損耗，在壓縮機(jī)負(fù)荷波動(dòng)的場(chǎng)合，可采用調(diào) 轉(zhuǎn)速的辦法來保證壓縮機(jī)的負(fù)荷滿足工藝要求，但在不同的轉(zhuǎn)速下，其 極限流量不同，因此合理的方案應(yīng)是在整個(gè)壓縮機(jī)負(fù)荷變化范圍內(nèi)，工 作點(diǎn)沿如圖

10、所示的安全線變化，即保證,方案如下,根據(jù)壓縮機(jī)吸入口壓力和出口壓力計(jì)算入 口壓差，使其滿足上述條件,據(jù)此，可設(shè)計(jì)出可變極限流量法防喘振控制系統(tǒng),過程控制工程復(fù)習(xí),4.1.4 傳熱設(shè)備的自動(dòng)控制方案,煉油化工生產(chǎn)中，傳熱設(shè)備應(yīng)用極廣，傳熱的主要目的有四,使工藝介質(zhì)達(dá)到規(guī)定溫度，以使化學(xué)反應(yīng)或其它工藝過程能 正常進(jìn)行,在過程進(jìn)行中加入吸收的熱量或除去放出的熱量，使工藝過 程能在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。例如間歇式生產(chǎn)的化學(xué)反應(yīng),合成氨強(qiáng)吸熱反應(yīng)； 聚氯乙烯的聚合放熱反應(yīng),改變物料的相態(tài)。 汽化加熱；冷凝放熱,回收熱量,絕大多數(shù)的溫度控制系統(tǒng)都是為、兩個(gè)目的服務(wù)的。一般都 以反應(yīng)溫度或工藝介質(zhì)出口溫度為

11、受控變量；當(dāng)被加熱的工藝介質(zhì) 流量比較平穩(wěn)且對(duì)出口溫度要求一般時(shí)，可取載熱體流量為受控變 量，構(gòu)成流量或壓力單回路定值控制系統(tǒng),目的實(shí)際所需變量是熱量，一般可取載熱體的流量為受控變 量。對(duì)于目的，屬于一般熱量回收系統(tǒng)，一般無需自動(dòng)控制,過程控制工程復(fù)習(xí),為了保證溫度平穩(wěn)，滿足工藝生產(chǎn)的要求，必須對(duì)傳熱量進(jìn)行 調(diào)節(jié)。途徑有,調(diào)節(jié)載熱體的流量。實(shí)質(zhì)是改變傳 熱速率方程中的傳熱系數(shù)K(載熱體在傳熱 過程中不起相變)和平均溫差Tm(載熱體 在傳熱過程中起相變)最常用,調(diào)節(jié)傳熱平均溫差Tm。 滯后小、反應(yīng)迅速較廣泛,過程控制工程復(fù)習(xí),調(diào)節(jié)傳熱面積F。 滯后較大,只在必要場(chǎng)合采用,將工藝介質(zhì)分路。 實(shí)質(zhì)是

12、混合過程，即將部分工 藝介質(zhì)經(jīng)換熱，另一部分走旁路,反映迅速及時(shí)，但載熱體流量 一直處于高負(fù)荷下，在采用專用熱 劑或冷劑時(shí)不經(jīng)濟(jì),對(duì)于某些熱量回收系統(tǒng)，載熱體是某種工藝介質(zhì)，總流量本 來不好調(diào)節(jié)，便不成為缺點(diǎn)了,過程控制工程復(fù)習(xí),5、對(duì)工業(yè)鍋爐要求,任務(wù)：安全、合理的運(yùn)行條件下，提供一定溫度和壓力的蒸汽,要求,蒸汽量應(yīng)適合負(fù)荷變化的需要，或保持給定的負(fù)荷,蒸汽壓力保持一定的范圍,蒸汽溫度保持一定的范圍,汽包水位保持一定的范圍,爐膛負(fù)壓保持一定的范圍,保持燃燒的經(jīng)濟(jì)性和安全運(yùn)行,6、主要控制系統(tǒng),1) 汽包水位控制,受控變量：汽包水位(保證安全運(yùn)行的重要指標(biāo)之一,2) 燃燒系統(tǒng)控制,操縱變量：給

13、水流量,使給水適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量，保持水位在一定范圍內(nèi),目的：使燃燒產(chǎn)生的熱量適應(yīng)蒸汽負(fù)荷的變化,受控變量：蒸汽壓力、煙氣氧含量、爐膛負(fù)壓,操縱變量：燃料量、送風(fēng)量、引風(fēng)量,過程控制工程復(fù)習(xí),3) 過熱蒸汽系統(tǒng)控制,目的: 維持過熱器出口溫度、保證管壁溫度不超過允許的溫度,受控變量：蒸汽出口溫度,操縱變量：減溫水量,4.6.2 汽包水位控制,汽包水位：鍋爐運(yùn)行的主要指標(biāo),水位過低：負(fù)荷加大時(shí)，汽化速度加快，控制不及時(shí)會(huì)全部汽化,水位過高：影響汽水分離，產(chǎn)生汽帶液，影響后序設(shè)備的正常運(yùn)行,1、汽包水位的動(dòng)態(tài)特性,1) 蒸汽負(fù)荷對(duì)水位的影響（干擾通道,H：實(shí)際可視水位,H1：不考慮水下面汽泡容積變化時(shí)的水位,H2：只考慮水面下汽泡容積變化所引起的水位,在燃料量不變情況下，當(dāng)蒸