化工過(guò)程控制

1、1 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。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。 化工流程自動(dòng)化控制的優(yōu)點(diǎn)： 、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； 、保證化工流程安全、穩(wěn)定的運(yùn)行； 、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； 、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”Computer Aided Control “CAO”Computer Aided Operation 2 化工流程中經(jīng)常需要控制的部分工藝變量（參數(shù)）：化

2、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)行控制對(duì)一個(gè)化工流程進(jìn)行控制 人工控制人工控制 儀表和計(jì)算機(jī)控制（自動(dòng)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)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。決策、手動(dòng)操作。 3 計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)示意圖計(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

3、 二次儀表 （物理量） （變送器） 計(jì)算機(jī)控制裝置 420mA 05V 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） 4 化工流程自控儀表的一些圖形符號(hào)：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氫離子濃度 A分析 V黏度 M攪拌轉(zhuǎn)速 5 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

4、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)。 FIC 101 TI 101 例如：例如： 6 8.1 化工流程自控控制的一些基本概念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)一、自動(dòng)控制術(shù)語(yǔ) TI C 換熱器換熱器 冷流股 熱流股 加熱蒸汽 冷凝水 要求：熱流股溫度控制在801 7 1、被控對(duì)象（被控過(guò)程、被控設(shè)備） TI C 換熱器換熱器 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。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

5、中需要保持規(guī)定數(shù)值的物理量。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。 8 TI C 換熱器換熱器 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。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。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

6、流量及溫度。 9 TI C 換熱器換熱器 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。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。）（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?？刂凭仍O(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801。 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。 10 對(duì)連續(xù)過(guò)程，設(shè)定值是一個(gè)定值對(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）對(duì)間歇過(guò)程，

7、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） 11 TI C 換熱器換熱器 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?？刂破畋豢刈兞康脑O(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801。 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?xún)?nèi)控制有效（成功控制），如偏差在控制精度以?xún)?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?？刂剖У脑蛴卸喾N。 12 二、控制系統(tǒng)類(lèi)型二、控制系統(tǒng)類(lèi)型 計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)

8、 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng) 閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng) TI 換熱器換熱器 冷流股 熱流股 加熱蒸汽 冷凝水 1、開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)、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 13 TI 換熱器換熱器 冷流股 熱流股 加熱蒸汽 冷凝水 FI 14 2、閉環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng) TI C 換熱器換熱器 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：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），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)。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)。

9、 15 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： 、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。 、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。 、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)。 化工流程的控制系統(tǒng)類(lèi)型，絕大多數(shù)為閉合控制系統(tǒng)。化工流程的控制系統(tǒng)類(lèi)型，絕大多數(shù)為閉合控制系統(tǒng)。 16 關(guān)于化

10、工流程控制回路的控制算法（控制器算法）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(zhuān)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、大滯后干擾變量多、大滯后等問(wèn)題，等問(wèn)題， 對(duì)控制回路的控制算法提出了挑戰(zhàn)。對(duì)控制回路的控制算法提出了挑戰(zhàn)。 17 控制要求控制要求 為了達(dá)到設(shè)計(jì)的各項(xiàng)要求，必須對(duì)生產(chǎn)裝置進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)為了達(dá)到設(shè)計(jì)的各項(xiàng)要求，必須對(duì)生產(chǎn)裝置進(jìn)行連續(xù)的監(jiān) 視和控制。控制系統(tǒng)應(yīng)滿(mǎn)足兩項(xiàng)基本要求：視和控制。控制系統(tǒng)應(yīng)滿(mǎn)足兩項(xiàng)基本

11、要求： v 抑止外部擾動(dòng)的影響抑止外部擾動(dòng)的影響 v 使過(guò)程在優(yōu)化的工況下操作使過(guò)程在優(yōu)化的工況下操作 18 控制要求控制要求 為了達(dá)到設(shè)計(jì)的各項(xiàng)要求，必須對(duì)生產(chǎn)裝置進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)為了達(dá)到設(shè)計(jì)的各項(xiàng)要求，必須對(duì)生產(chǎn)裝置進(jìn)行連續(xù)的監(jiān) 視和控制?？刂葡到y(tǒng)應(yīng)滿(mǎn)足兩項(xiàng)基本要求：視和控制?？刂葡到y(tǒng)應(yīng)滿(mǎn)足兩項(xiàng)基本要求： v 抑止外部擾動(dòng)的影響抑止外部擾動(dòng)的影響 擾動(dòng)擾動(dòng)外界因素變化如原料和公用工程流量、溫度和壓力外界因素變化如原料和公用工程流量、溫度和壓力 的波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響。的波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響。 干擾不可避免干擾不可避免 19 過(guò)程變量過(guò)程變量 x x，如溫度、壓力、流量、濃度等，在受到外部，如溫度、壓力

12、、流量、濃度等，在受到外部 因素影響時(shí)，可能有兩種變化：因素影響時(shí)，可能有兩種變化： 變 量 時(shí)間 穩(wěn)定系統(tǒng)的響應(yīng)特性穩(wěn)定系統(tǒng)的響應(yīng)特性 （1 1）穩(wěn)定系統(tǒng)）穩(wěn)定系統(tǒng)在開(kāi)始時(shí)受到外界的影響而波動(dòng)，但在開(kāi)始時(shí)受到外界的影響而波動(dòng)，但 隨時(shí)間的變化，隨時(shí)間的變化，x x 無(wú)需外界干預(yù)就能穩(wěn)定，即不需要利用無(wú)需外界干預(yù)就能穩(wěn)定，即不需要利用 控制機(jī)構(gòu)就能回復(fù)到初值?？刂茩C(jī)構(gòu)就能回復(fù)到初值。 20 過(guò)程變量過(guò)程變量 x x，如溫度、壓力、流量、濃度等，在受到外部，如溫度、壓力、流量、濃度等，在受到外部 因素影響時(shí)，可能有兩種變化：因素影響時(shí)，可能有兩種變化： （1 1）穩(wěn)定系統(tǒng)）穩(wěn)定系統(tǒng)在開(kāi)始時(shí)受到外

13、界的影響而波動(dòng)，但在開(kāi)始時(shí)受到外界的影響而波動(dòng)，但 隨時(shí)間的變化，隨時(shí)間的變化，x x 無(wú)需外界干預(yù)就能穩(wěn)定，即不需要利用無(wú)需外界干預(yù)就能穩(wěn)定，即不需要利用 控制機(jī)構(gòu)就能回復(fù)到初值?？刂茩C(jī)構(gòu)就能回復(fù)到初值。 （2 2）不穩(wěn)定系統(tǒng)）不穩(wěn)定系統(tǒng)受到外界的影響不能隨著時(shí)間的變受到外界的影響不能隨著時(shí)間的變 化恢復(fù)原狀。化恢復(fù)原狀。 變 量 時(shí)間 不穩(wěn)定系統(tǒng)的一種響應(yīng)特性不穩(wěn)定系統(tǒng)的一種響應(yīng)特性 21 設(shè)在冷卻夾套的連續(xù)攪拌反應(yīng)釜中，進(jìn)行串聯(lián)反應(yīng)設(shè)在冷卻夾套的連續(xù)攪拌反應(yīng)釜中，進(jìn)行串聯(lián)反應(yīng): : CBA 副反應(yīng)為放熱反應(yīng)，其放熱量通過(guò)器壁傳給夾套中的冷劑。通過(guò)分副反應(yīng)為放熱反應(yīng)，其放熱量通過(guò)器壁傳給夾

14、套中的冷劑。通過(guò)分 析，可知反應(yīng)放熱量可用釜溫析，可知反應(yīng)放熱量可用釜溫T T的的S S 形函數(shù)形函數(shù)A A 來(lái)表示，而冷劑吸收來(lái)表示，而冷劑吸收 的熱量是釜溫的熱量是釜溫T T 的線性函數(shù)的線性函數(shù)B B。 T Q T1 P1 P2 P3 T2T3T2 Q2 Q2 A B 22 控制要求控制要求 為了達(dá)到設(shè)計(jì)的各項(xiàng)要求，必須對(duì)生產(chǎn)裝置進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)為了達(dá)到設(shè)計(jì)的各項(xiàng)要求，必須對(duì)生產(chǎn)裝置進(jìn)行連續(xù)的監(jiān) 視和控制?？刂葡到y(tǒng)應(yīng)滿(mǎn)足兩項(xiàng)基本要求：視和控制。控制系統(tǒng)應(yīng)滿(mǎn)足兩項(xiàng)基本要求： v 抑止外部擾動(dòng)的影響抑止外部擾動(dòng)的影響 v 使過(guò)程在優(yōu)化的工況下操作使過(guò)程在優(yōu)化的工況下操作 23 設(shè)在某氣固催化反應(yīng)

15、，其催化劑失活迅速，需定期切換，設(shè)在某氣固催化反應(yīng)，其催化劑失活迅速，需定期切換， 副反應(yīng)的活化能高于主反應(yīng)。反應(yīng)器全年利潤(rùn)：副反應(yīng)的活化能高于主反應(yīng)。反應(yīng)器全年利潤(rùn)： 折舊費(fèi)用人工費(fèi)用 再生費(fèi)用用公用工程費(fèi)用）產(chǎn)品銷(xiāo)售收入原料費(fèi)利潤(rùn) T dtN 0 ( N每年反應(yīng)器再生次數(shù)每年反應(yīng)器再生次數(shù) T操作周期操作周期 若反應(yīng)器高溫操作：若反應(yīng)器高溫操作： 反應(yīng)選擇性低，原料消耗費(fèi)用增加；反應(yīng)選擇性低，原料消耗費(fèi)用增加； 應(yīng)采用變溫操作，在操作周期內(nèi)逐步升溫。應(yīng)采用變溫操作，在操作周期內(nèi)逐步升溫。 反應(yīng)速度低，產(chǎn)率低；同樣產(chǎn)量，催反應(yīng)速度低，產(chǎn)率低；同樣產(chǎn)量，催 化劑再生費(fèi)用增加化劑再生費(fèi)用增加 若

16、反應(yīng)器低溫操作：若反應(yīng)器低溫操作： 最優(yōu)化控制最優(yōu)化控制 24 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及步驟控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及步驟 例如，苯（例如，苯（B) B) 和乙烯（和乙烯（E E）氣相烴化的反應(yīng)方程式如下：）氣相烴化的反應(yīng)方程式如下： 確定達(dá)到設(shè)計(jì)要求所需測(cè)量的參數(shù)確定達(dá)到設(shè)計(jì)要求所需測(cè)量的參數(shù) EBBE DEBEBE MBDMBEB2 乙苯乙苯 二乙苯二乙苯 二甲苯二甲苯 甲苯甲苯 反應(yīng)采用的催化劑較易失活，若苯過(guò)量能減緩催化劑的失反應(yīng)采用的催化劑較易失活，若苯過(guò)量能減緩催化劑的失 活并能提高反應(yīng)的選擇性。試決定需測(cè)量的參數(shù)?；畈⒛芴岣叻磻?yīng)的選擇性。試決定需測(cè)量的參數(shù)。 25 V101 乙烯 苯 P1

17、01 E101 R101 E102 T101 V102 E103 E104 T102 E106 E105 V103 苯和乙烯氣相烷基化流程圖苯和乙烯氣相烷基化流程圖 26 (1)(1)產(chǎn)品數(shù)量：產(chǎn)品數(shù)量： 生產(chǎn)過(guò)程的產(chǎn)品是乙苯，決定乙苯數(shù)量的控制因素是原料生產(chǎn)過(guò)程的產(chǎn)品是乙苯，決定乙苯數(shù)量的控制因素是原料 乙烯的流量。為了計(jì)量目的，應(yīng)測(cè)量乙苯的流量；為了控乙烯的流量。為了計(jì)量目的，應(yīng)測(cè)量乙苯的流量；為了控 制的目的應(yīng)測(cè)量乙烯的進(jìn)料量。制的目的應(yīng)測(cè)量乙烯的進(jìn)料量。 27 V101 C6H6 P101 E101 R101 E102 T101 V102 E103 E104 T102 E106 E10

18、5 V103 2 8 C2H4 苯苯 和乙烯氣相烷基化流程圖和乙烯氣相烷基化流程圖 28 (1)(1)產(chǎn)品數(shù)量：產(chǎn)品數(shù)量： 生產(chǎn)過(guò)程的產(chǎn)品是乙苯，決定乙苯數(shù)量的控制因素是原料生產(chǎn)過(guò)程的產(chǎn)品是乙苯，決定乙苯數(shù)量的控制因素是原料 苯的流量。為了計(jì)量目的，應(yīng)測(cè)量乙苯的流量；為了控制苯的流量。為了計(jì)量目的，應(yīng)測(cè)量乙苯的流量；為了控制 的目的應(yīng)測(cè)量乙烯的進(jìn)料量。的目的應(yīng)測(cè)量乙烯的進(jìn)料量。 (2)(2)產(chǎn)品質(zhì)量：產(chǎn)品質(zhì)量： 乙苯的質(zhì)量由乙苯精餾塔塔頂產(chǎn)品的組成決定。為確保該乙苯的質(zhì)量由乙苯精餾塔塔頂產(chǎn)品的組成決定。為確保該 組成為預(yù)期值，測(cè)量參數(shù)有以下三種方案：組成為預(yù)期值，測(cè)量參數(shù)有以下三種方案： 反饋

19、控制反饋控制 前饋控制前饋控制 推斷控制推斷控制 29 反饋控制反饋控制 乙苯精餾塔產(chǎn)品質(zhì)量反饋控制乙苯精餾塔產(chǎn)品質(zhì)量反饋控制 T102 8 7 AIC 9 10 E106 E105 -利用被控變量的直接測(cè)量值調(diào)節(jié)控制變量利用被控變量的直接測(cè)量值調(diào)節(jié)控制變量 30 前饋控制前饋控制 T102 8 7 FIC 9 10 E106 E105 乙苯精餾塔產(chǎn)品質(zhì)量前饋控制乙苯精餾塔產(chǎn)品質(zhì)量前饋控制 -利用直接測(cè)量的擾動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)被控制變量的方法利用直接測(cè)量的擾動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)被控制變量的方法 31 推斷控制推斷控制 T102 8 7 9 10 E106 E105 T1 T2 T3 乙苯精餾塔產(chǎn)品質(zhì)量推斷控制乙苯精

20、餾塔產(chǎn)品質(zhì)量推斷控制 -利用塔板溫度與餾出液組成的嚴(yán)格關(guān)系，控制精餾塔利用塔板溫度與餾出液組成的嚴(yán)格關(guān)系，控制精餾塔 塔頂出口組成塔頂出口組成 32 (3)(3)安全：安全： 為了防止燃燒與爆炸事故，應(yīng)防止設(shè)備的超溫和超壓。為了防止燃燒與爆炸事故，應(yīng)防止設(shè)備的超溫和超壓。 對(duì)于反應(yīng)器對(duì)于反應(yīng)器R101R101應(yīng)測(cè)量其進(jìn)出口溫度和床層溫度，并設(shè)應(yīng)測(cè)量其進(jìn)出口溫度和床層溫度，并設(shè) 置超溫報(bào)警及緊急情況下切斷乙烯進(jìn)料的裝置。置超溫報(bào)警及緊急情況下切斷乙烯進(jìn)料的裝置。 對(duì)于精餾塔應(yīng)測(cè)量其塔頂或塔釜的壓力。對(duì)于精餾塔應(yīng)測(cè)量其塔頂或塔釜的壓力。 (4)(4)可操作可操作 可操作的基本要求是滿(mǎn)足各個(gè)設(shè)備內(nèi)在

21、的約束條件?？刹僮鞯幕疽笫菨M(mǎn)足各個(gè)設(shè)備內(nèi)在的約束條件。 例如儲(chǔ)罐不應(yīng)溢流或抽空，精餾塔不應(yīng)液泛或漏液。因此，例如儲(chǔ)罐不應(yīng)溢流或抽空，精餾塔不應(yīng)液泛或漏液。因此， 應(yīng)設(shè)置儲(chǔ)罐應(yīng)設(shè)置儲(chǔ)罐V101V101，V102V102，V103V103的液面測(cè)量，精餾塔的液面測(cè)量，精餾塔T102T102， T103T103的壓降測(cè)量等措施。的壓降測(cè)量等措施。 33 (5)(5)經(jīng)濟(jì)：經(jīng)濟(jì)： 優(yōu)化控制設(shè)備：例如反應(yīng)器優(yōu)化控制設(shè)備：例如反應(yīng)器R101R101的優(yōu)化控制問(wèn)題，是否的優(yōu)化控制問(wèn)題，是否 采用優(yōu)化控制要根據(jù)可能性和經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)結(jié)論確定；采用優(yōu)化控制要根據(jù)可能性和經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)結(jié)論確定； 在乙烯、苯、乙基苯、冷卻

22、水總管、蒸汽總管等管道上在乙烯、苯、乙基苯、冷卻水總管、蒸汽總管等管道上 設(shè)置流量計(jì)，為計(jì)算車(chē)間成本提供所必須的產(chǎn)量和原料、設(shè)置流量計(jì)，為計(jì)算車(chē)間成本提供所必須的產(chǎn)量和原料、 輔助材料以及公用工程的消耗量。重要的流量計(jì)不僅能輔助材料以及公用工程的消耗量。重要的流量計(jì)不僅能 提供和顯示瞬間值，而且有累計(jì)功能。提供和顯示瞬間值，而且有累計(jì)功能。 34 V101 乙烯 苯 P101 E101 R101 E102 T101 V102 E103 E104 T102 E106 E105 V1031 2 7 6 5 4 3 8 13 12 11 10 9 15 14 苯和乙烯氣相烷基化流程圖苯和乙烯氣相烷基

23、化流程圖 35 2)2)選擇控制變量選擇控制變量 對(duì)于某個(gè)測(cè)量參數(shù)，可能有多個(gè)可任意調(diào)節(jié)的輸入變量，對(duì)于某個(gè)測(cè)量參數(shù)，可能有多個(gè)可任意調(diào)節(jié)的輸入變量， 需選擇一個(gè)或多個(gè)變量作為控制變量，即確定控制方案。需選擇一個(gè)或多個(gè)變量作為控制變量，即確定控制方案。 -該項(xiàng)工作是過(guò)程控制的核心內(nèi)容。該項(xiàng)工作是過(guò)程控制的核心內(nèi)容。 若有多個(gè)方案可供選擇而定性分析不能作出判斷時(shí)，則有若有多個(gè)方案可供選擇而定性分析不能作出判斷時(shí)，則有 必要進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬以得出定量的結(jié)論。必要進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬以得出定量的結(jié)論。 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及步驟控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及步驟 確定達(dá)到設(shè)計(jì)要求所需測(cè)量的參數(shù)確定達(dá)到設(shè)計(jì)要求所需測(cè)量的參數(shù)

24、 36 2)2)選擇控制變量選擇控制變量 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及步驟控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及步驟 確定達(dá)到設(shè)計(jì)要求所需測(cè)量的參數(shù)確定達(dá)到設(shè)計(jì)要求所需測(cè)量的參數(shù) 3)3)確定調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律確定調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律 目前廣泛應(yīng)用的調(diào)節(jié)規(guī)律有三種：目前廣泛應(yīng)用的調(diào)節(jié)規(guī)律有三種： 比例調(diào)節(jié)比例調(diào)節(jié) 比例積分調(diào)節(jié)比例積分調(diào)節(jié) 比例積分微分調(diào)節(jié)比例積分微分調(diào)節(jié) 37 3)3)確定調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律確定調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律 比例調(diào)節(jié)比例調(diào)節(jié) 按照被調(diào)參數(shù)值與給定值的偏差大小和方向，發(fā)出與偏差按照被調(diào)參數(shù)值與給定值的偏差大小和方向，發(fā)出與偏差 成比例的控制信號(hào)。成比例的控制信號(hào)。 例如：盤(pán)管加熱器處于穩(wěn)態(tài)工況下的熱量平衡式

25、為：例如：盤(pán)管加熱器處于穩(wěn)態(tài)工況下的熱量平衡式為： 0)( 0 2 0 1 0 TTCpFQ 式中式中F F、 、Cp Cp 、T T1 1和和T T2 2分別是物料的流量、密度、熱容、分別是物料的流量、密度、熱容、 進(jìn)口和槽內(nèi)溫度。進(jìn)口和槽內(nèi)溫度。Q Q為蒸汽傳遞給物料的熱量，上標(biāo)為蒸汽傳遞給物料的熱量，上標(biāo)0 0表示表示 穩(wěn)定狀態(tài)。穩(wěn)定狀態(tài)。 38 若有外界干擾若有外界干擾T T1 1升高，如果不改變升高，如果不改變Q Q，T T2 2將隨著時(shí)間將隨著時(shí)間 t t逐逐 漸升高。漸升高。 設(shè)儲(chǔ)槽內(nèi)液體體積穩(wěn)定為設(shè)儲(chǔ)槽內(nèi)液體體積穩(wěn)定為V V，則，則 )( 21 2 TTCpFQ dt dT C

26、pV )()()( )( 00 22 0 11 0 222 QQTTTTCpF dt TTd CpV dt dT CpV 0 0 00 22 )(QTTQ 要使偏差等于要使偏差等于0 0，需要按照，需要按照T T2 2與與T T2 20 0的偏差調(diào)節(jié)的偏差調(diào)節(jié)Q Q。設(shè)控制規(guī)。設(shè)控制規(guī) 律使律使Q Q的變化與偏差的變化與偏差T T2 2- T- T2 20 0成比例，即成比例，即 比例增益比例增益 39 )()()( )( 0 22 0 22 0 11 0 22 TTTTTTCpF dt TTd CpV t T2-T20 a = 1 a = 2 a = 0 比例反饋控制的溫度響應(yīng)曲線 比例調(diào)節(jié)

27、不比例調(diào)節(jié)不 適用于負(fù)荷適用于負(fù)荷 變化較大而變化較大而 又不允許有又不允許有 殘余偏差的殘余偏差的 系統(tǒng)。系統(tǒng)。 40 確定調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律確定調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律 目前廣泛應(yīng)用的調(diào)節(jié)規(guī)律有三種：目前廣泛應(yīng)用的調(diào)節(jié)規(guī)律有三種： 比例調(diào)節(jié)比例調(diào)節(jié) 比例積分調(diào)節(jié)比例積分調(diào)節(jié) 比例積分微分調(diào)節(jié)比例積分微分調(diào)節(jié) 41 比例積分調(diào)節(jié)比例積分調(diào)節(jié) 比例積分調(diào)節(jié)是指它的輸出不是與偏差保持比例關(guān)系，而比例積分調(diào)節(jié)是指它的輸出不是與偏差保持比例關(guān)系，而 與偏差對(duì)時(shí)間的積分保持比例關(guān)系。即：與偏差對(duì)時(shí)間的積分保持比例關(guān)系。即： 0 0 0 22 )(QdtTTQ t t dtTTTTTTCpF dt TTd CpV

28、 0 0 22 0 22 0 11 0 22 )()()( )( 42 t T2-T20 a = 1 a = 2 a = 0 a = 3 比例積分反饋控制的溫度響應(yīng)曲線比例積分反饋控制的溫度響應(yīng)曲線 比例積分調(diào)比例積分調(diào) 節(jié)不適用于節(jié)不適用于 純滯后和慣純滯后和慣 性滯后較大性滯后較大 的系統(tǒng)。的系統(tǒng)。 比例積分調(diào)比例積分調(diào) 節(jié)適用于負(fù)節(jié)適用于負(fù) 荷變化較大荷變化較大 而又不允許而又不允許 有殘余偏差有殘余偏差 的系統(tǒng)。的系統(tǒng)。 43 確定調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律確定調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律 目前廣泛應(yīng)用的調(diào)節(jié)規(guī)律有三種：目前廣泛應(yīng)用的調(diào)節(jié)規(guī)律有三種： 比例調(diào)節(jié)比例調(diào)節(jié) 比例積分調(diào)節(jié)比例積分調(diào)節(jié) 比例積分微分

29、調(diào)節(jié)比例積分微分調(diào)節(jié) 微分調(diào)節(jié)規(guī)律是：微分調(diào)節(jié)規(guī)律是： 0 0 22 )( Q dt TTd Q 與比例積分調(diào)節(jié)相結(jié)合，如果微分時(shí)間選擇恰當(dāng)，能提高與比例積分調(diào)節(jié)相結(jié)合，如果微分時(shí)間選擇恰當(dāng)，能提高 慣性滯后較大的對(duì)象的調(diào)節(jié)品質(zhì)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。慣性滯后較大的對(duì)象的調(diào)節(jié)品質(zhì)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 44 第七章第七章 過(guò)程控制過(guò)程控制 控制要求：控制要求： 簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)系統(tǒng)簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)系統(tǒng) 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及步驟控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及步驟 復(fù)雜調(diào)節(jié)系統(tǒng)復(fù)雜調(diào)節(jié)系統(tǒng) 抑制外部擾動(dòng)，使過(guò)程在優(yōu)化的狀態(tài)下操作抑制外部擾動(dòng)，使過(guò)程在優(yōu)化的狀態(tài)下操作 壓力控制壓力控制 液位控制液位控制 溫度控制溫度控制 流量控制

30、流量控制 串級(jí)控制串級(jí)控制 分程控制分程控制 超馳控制超馳控制 前饋控制前饋控制 45 簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)系統(tǒng)簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)系統(tǒng) 壓力控制壓力控制 液位控制液位控制 溫度控制溫度控制 流量控制流量控制 46 壓力控制壓力控制 PCPC G 有大量不凝氣體的精餾塔壓力控制有大量不凝氣體的精餾塔壓力控制 控制排放量控制排放量 調(diào)節(jié)下游壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)下游壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速 壓力控制的方式取決于過(guò)程特征壓力控制的方式取決于過(guò)程特征 47 壓力控制壓力控制 有少量不凝氣體的精餾塔壓力控制，可采用改變塔頂蒸汽有少量不凝氣體的精餾塔壓力控制，可采用改變塔頂蒸汽 冷凝量的方法：冷凝量的方法： 調(diào)節(jié)冷劑的流量；調(diào)節(jié)冷劑的流量； PC

31、冷媒 不凝氣 48 壓力控制壓力控制 有少量不凝氣體的精餾塔壓力控制，可采用改變塔頂蒸汽有少量不凝氣體的精餾塔壓力控制，可采用改變塔頂蒸汽 冷凝量的方法：冷凝量的方法： 調(diào)節(jié)冷劑的流量；調(diào)節(jié)冷劑的流量； 當(dāng)不允許調(diào)節(jié)冷劑流量時(shí)，可接三通使一部分冷劑不進(jìn)當(dāng)不允許調(diào)節(jié)冷劑流量時(shí)，可接三通使一部分冷劑不進(jìn) 入冷凝器；入冷凝器； PC 冷媒 不凝氣 49 簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)系統(tǒng)簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)系統(tǒng) 壓力控制壓力控制 液位控制液位控制 溫度控制溫度控制 流量控制流量控制 50 液位控制液位控制 氣液兩相的界面控制，通常有三種控制方案：氣液兩相的界面控制，通常有三種控制方案： 用溢流保持液面恒定；用溢流保持液面恒定； 51

32、 液位控制液位控制 氣液兩相的界面控制，通常有三種控制方案：氣液兩相的界面控制，通常有三種控制方案： 用溢流保持液面恒定；用溢流保持液面恒定； 用出料控制液面穩(wěn)定；用出料控制液面穩(wěn)定； LC 52 液位控制液位控制 氣液兩相的界面控制，通常有三種控制方案：氣液兩相的界面控制，通常有三種控制方案： 用溢流保持液面恒定；用溢流保持液面恒定； 用出料控制液面穩(wěn)定；用出料控制液面穩(wěn)定； 用進(jìn)料控制液面穩(wěn)定；用進(jìn)料控制液面穩(wěn)定； LC FC 53 液位控制液位控制 兩個(gè)液相的界面控制：兩個(gè)液相的界面控制： 對(duì)臥式容器對(duì)臥式容器 LdG LC 水油 54 液位控制液位控制 兩個(gè)液相的界面控制：兩個(gè)液相的界

33、面控制： 對(duì)立式容器對(duì)立式容器 LC LdC 水 油 55 液位控制液位控制 液相與其他參數(shù)的交叉控制：液相與其他參數(shù)的交叉控制： TC LC V1 V2 例如精餾塔塔釜液位受再沸器內(nèi)供熱影響較大，液位對(duì)塔例如精餾塔塔釜液位受再沸器內(nèi)供熱影響較大，液位對(duì)塔 釜排出量調(diào)節(jié)不靈敏時(shí)，應(yīng)采用交叉控制。釜排出量調(diào)節(jié)不靈敏時(shí)，應(yīng)采用交叉控制。 56 簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)系統(tǒng)簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)系統(tǒng) 壓力控制壓力控制 液位控制液位控制 溫度控制溫度控制 流量控制流量控制 57 溫度控制溫度控制 熱交換器溫度控制熱交換器溫度控制也即傳熱量也即傳熱量Q Q的控制的控制 ),(KTAFQ A傳熱面積；傳熱面積； T傳熱溫差；傳熱溫差；

34、 K傳熱系數(shù) 傳熱系數(shù)； 在正常的物流流量和溫度范圍內(nèi)變化很少在正常的物流流量和溫度范圍內(nèi)變化很少 傳熱量傳熱量Q Q的控制可通過(guò)調(diào)節(jié)換熱面積的控制可通過(guò)調(diào)節(jié)換熱面積 A A 和傳熱溫差和傳熱溫差 T T來(lái)實(shí)現(xiàn)。來(lái)實(shí)現(xiàn)。 58 溫度控制溫度控制 熱交換器溫度控制熱交換器溫度控制也即傳熱量也即傳熱量Q Q的控制的控制 無(wú)相變換熱器通過(guò)改變冷（熱）介質(zhì)或物料的流量調(diào)節(jié)物料出口溫度。無(wú)相變換熱器通過(guò)改變冷（熱）介質(zhì)或物料的流量調(diào)節(jié)物料出口溫度。 TC a) a) 控制冷熱媒流量控制冷熱媒流量 TC b) b) 冷熱媒流量旁通冷熱媒流量旁通 TC c) c) 改變物料流量改變物料流量 59 溫度控制溫

35、度控制 熱交換器溫度控制熱交換器溫度控制也即傳熱量也即傳熱量Q Q的控制的控制 有相變換熱器，若壓力不可調(diào)，則溫差一定，溫度調(diào)節(jié)可通過(guò)改變有相變換熱器，若壓力不可調(diào)，則溫差一定，溫度調(diào)節(jié)可通過(guò)改變 換熱面積實(shí)現(xiàn)；若壓力可調(diào)，如使用蒸汽加熱，可通過(guò)改變蒸汽壓換熱面積實(shí)現(xiàn)；若壓力可調(diào)，如使用蒸汽加熱，可通過(guò)改變蒸汽壓 力，即冷凝溫度的辦法來(lái)調(diào)節(jié)物料溫度。力，即冷凝溫度的辦法來(lái)調(diào)節(jié)物料溫度。 蒸汽 物料 TC a) a) 調(diào)節(jié)蒸汽壓力調(diào)節(jié)蒸汽壓力 60 溫度控制溫度控制 熱交換器溫度控制熱交換器溫度控制也即傳熱量也即傳熱量Q Q的控制的控制 有相變換熱器，如使用蒸汽加熱，若物料溫度低，且熱負(fù)荷低時(shí)，

36、有相變換熱器，如使用蒸汽加熱，若物料溫度低，且熱負(fù)荷低時(shí)， 蒸汽冷凝溫度低于蒸汽冷凝溫度低于1001000 0C, C, 壓力低于飽和蒸汽壓力，可將調(diào)節(jié)閥裝壓力低于飽和蒸汽壓力，可將調(diào)節(jié)閥裝 在凝液排出管道上，通過(guò)凝液排出量的變化，調(diào)節(jié)有效傳熱面積。在凝液排出管道上，通過(guò)凝液排出量的變化，調(diào)節(jié)有效傳熱面積。 TC 蒸汽 物料 b) b) 調(diào)節(jié)有效傳熱面調(diào)節(jié)有效傳熱面 61 溫度控制溫度控制 2 2）精餾塔的溫度控制）精餾塔的溫度控制若在線組分分析技術(shù)復(fù)雜，靠若在線組分分析技術(shù)復(fù)雜，靠 人工分析又不能及時(shí)得到控制信息，可用溫度控制代替人工分析又不能及時(shí)得到控制信息，可用溫度控制代替 質(zhì)量控制。質(zhì)量控制。 TC LC a)a)精餾段回流調(diào)節(jié)控制溫度精餾段回流調(diào)節(jié)控制溫度 蒸汽 物料 TC b)b)提餾段調(diào)節(jié)蒸汽量控制溫度提餾段調(diào)節(jié)蒸汽量控制溫度 62 溫度控制溫度控制 2 2）精餾塔的溫度控制）精餾塔的溫度控制若在線組分分析技術(shù)復(fù)雜，靠若在線組分分析技術(shù)復(fù)雜，靠 人工分析又不能及時(shí)得到控制信息，可用溫度控制代替人工分析又不能及時(shí)得到控制信息，可用溫度控制代替 質(zhì)量控制。質(zhì)量控制。 對(duì)于一個(gè)精餾塔，精餾段和提餾段兩者中只能采用一個(gè)溫度控制，對(duì)于一個(gè)精餾塔，精餾段和提餾段兩者中只能采用一個(gè)溫度控制， 下列情況可采用提餾段溫度控制：下列情況可采用提餾段溫度控制： 塔底產(chǎn)