第七章實(shí)現(xiàn)特定要求的過(guò)程控制

1、第七章第七章 實(shí)現(xiàn)特定要求的過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)特定要求的過(guò)程控制系統(tǒng) 第一節(jié)第一節(jié) 比值控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng) 比值控制系統(tǒng)是使一種物料隨另一種物料按比例而變化的系統(tǒng)。比值控制系統(tǒng)是使一種物料隨另一種物料按比例而變化的系統(tǒng)。 圖圖71所示為一開(kāi)環(huán)比值控制系統(tǒng)，圖中，所示為一開(kāi)環(huán)比值控制系統(tǒng)，圖中，Q1為主物料流量，為主物料流量，Q2為為 副物料流量。副物料流量。Q2以一定的比例隨以一定的比例隨Q1的變化而變化。在穩(wěn)定狀態(tài)下，的變化而變化。在穩(wěn)定狀態(tài)下， Q2Q1=K，其中，其中K為工藝指標(biāo)規(guī)定的體積或重量流量的比值為工藝指標(biāo)規(guī)定的體積或重量流量的比值. FT FC Q2 Q1 比值器比值器調(diào)節(jié)閥調(diào)

2、節(jié)閥 測(cè)量變送器測(cè)量變送器 Q2 Q1 常用的比值控制系統(tǒng)主要有以下幾種結(jié)構(gòu)形式常用的比值控制系統(tǒng)主要有以下幾種結(jié)構(gòu)形式: : 1.1.單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng) 開(kāi)環(huán)比值控制，不能確保主、副物料流量間的實(shí)際比值不變，為開(kāi)環(huán)比值控制，不能確保主、副物料流量間的實(shí)際比值不變，為 克服此不足，設(shè)計(jì)了單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)克服此不足，設(shè)計(jì)了單閉環(huán)比值控制系統(tǒng).它是在開(kāi)環(huán)比值控制它是在開(kāi)環(huán)比值控制 的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一個(gè)副物料流量閉環(huán)控制回路，如圖的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一個(gè)副物料流量閉環(huán)控制回路，如圖7-2所示所示. F1T F1C F2CF2T 爐爐 膛膛 煤氣煤氣Q1 空氣空氣Q2 單閉環(huán)比值控制單

3、閉環(huán)比值控制 系統(tǒng)，在穩(wěn)態(tài)時(shí)，系統(tǒng)，在穩(wěn)態(tài)時(shí)， 能滿(mǎn)足主、副流能滿(mǎn)足主、副流 量的工藝比值要量的工藝比值要 求，即求，即Q2/Q1=K。 W1(s)W2(s)Wv(s)W0(s) Wm2(s) Wm1(s) Q1 Q2 2.雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng) 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的主流量單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的主流量Q1是可變的，不受控制。在單閉是可變的，不受控制。在單閉 環(huán)控制的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，如圖環(huán)控制的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，如圖7-3所示所示. F1T K F1C F2C F2T Q2 Q1 圖圖7-3 雙閉環(huán)比值系統(tǒng)雙閉環(huán)比值系統(tǒng) (a) 控制流程圖控制流程圖

4、 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng) 是由一個(gè)定值控制的是由一個(gè)定值控制的 主流量回路和一個(gè)跟主流量回路和一個(gè)跟 隨主流量變化的副流隨主流量變化的副流 量控制回路組成。主量控制回路組成。主 流量控制回路能克服流量控制回路能克服 主流量擾動(dòng)主流量擾動(dòng),實(shí)現(xiàn)其定實(shí)現(xiàn)其定 值控制。副流量控制值控制。副流量控制 回路能抑制作用于副回路能抑制作用于副 回路中的擾動(dòng)。當(dāng)擾回路中的擾動(dòng)。當(dāng)擾 動(dòng)消除后動(dòng)消除后,主、副流量主、副流量 都回復(fù)到原設(shè)定值上，都回復(fù)到原設(shè)定值上， 其比值不變。其比值不變。 W1(s)Wv1(s)W01(s) Wm1(s) K W2(s)Wv2(s)W02(s) Wm2(s) Q2

5、 Q1 X1(s) 圖圖7-3 雙閉環(huán)比值系統(tǒng)雙閉環(huán)比值系統(tǒng) (b) 系統(tǒng)方框圖系統(tǒng)方框圖 單閉環(huán)比值控制和雙閉環(huán)比值控制是實(shí)觀兩種物料流量間的定單閉環(huán)比值控制和雙閉環(huán)比值控制是實(shí)觀兩種物料流量間的定 值控制，在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中其比值系數(shù)是不變的值控制，在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中其比值系數(shù)是不變的. .在有些生產(chǎn)在有些生產(chǎn) 過(guò)程中，要求兩種物料流量的比值過(guò)程中，要求兩種物料流量的比值, ,隨第三個(gè)參數(shù)的需要而變隨第三個(gè)參數(shù)的需要而變 化，為了滿(mǎn)足上述生產(chǎn)工藝要求，開(kāi)發(fā)并應(yīng)用變比值控制系統(tǒng)化，為了滿(mǎn)足上述生產(chǎn)工藝要求，開(kāi)發(fā)并應(yīng)用變比值控制系統(tǒng). . 圖圖7-47-4為用除法器構(gòu)成的變比值控制系統(tǒng)方框圖。為用

6、除法器構(gòu)成的變比值控制系統(tǒng)方框圖。 FCTC TT F1TF2T 氨氣氨氣Q1 空氣空氣Q2 混合器 混合器 氧化爐氧化爐 預(yù)熱器預(yù)熱器 (a) W1(s)W2(s)Wv(s)W02(s)W01(s) Wm2(s) Wm2(s) Wm1(s) Z1(s) X1(s) X2(s) Q2 Y(s) Q1 Z2(s) 圖圖7-4 變比值控制變比值控制 (b) 由圖由圖74所示，變比值控制系統(tǒng)是一個(gè)以第三參數(shù)或稱(chēng)主參數(shù)所示，變比值控制系統(tǒng)是一個(gè)以第三參數(shù)或稱(chēng)主參數(shù) (質(zhì)量指標(biāo)質(zhì)量指標(biāo))和以?xún)蓚€(gè)流量比為副參數(shù)所組成的串級(jí)控制系統(tǒng)。和以?xún)蓚€(gè)流量比為副參數(shù)所組成的串級(jí)控制系統(tǒng)。 系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時(shí)，主、副流量恒定

7、，分別經(jīng)測(cè)量變送器后送至除系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時(shí)，主、副流量恒定，分別經(jīng)測(cè)量變送器后送至除 法器，其輸出即為比值，作為法器，其輸出即為比值，作為W2(s)的測(cè)量信號(hào)，此時(shí)主參數(shù)的測(cè)量信號(hào)，此時(shí)主參數(shù) Y(s)也恒定。也恒定。W1(s)輸出信號(hào)輸出信號(hào)X2(s)穩(wěn)定，且穩(wěn)定，且X2(s)=Z2(s)，W2(s)輸輸 出穩(wěn)定，調(diào)節(jié)閥開(kāi)度一定，所以主參數(shù)出穩(wěn)定，調(diào)節(jié)閥開(kāi)度一定，所以主參數(shù)Y(s)符合工藝要求，產(chǎn)符合工藝要求，產(chǎn) 品質(zhì)量合格。品質(zhì)量合格。 當(dāng)當(dāng)Q1、Q2出現(xiàn)擾動(dòng)時(shí)，通過(guò)比值控制回路，保證比值一定，從出現(xiàn)擾動(dòng)時(shí)，通過(guò)比值控制回路，保證比值一定，從 而不影響而不影響(擾動(dòng)幅值不大時(shí)擾動(dòng)幅值不大時(shí))主

8、參數(shù)，或大大減小擾動(dòng)對(duì)主參數(shù)主參數(shù)，或大大減小擾動(dòng)對(duì)主參數(shù) Y(s)的影響。的影響。 對(duì)于某些物料流量對(duì)于某些物料流量(如氣體等如氣體等)，當(dāng)出現(xiàn)除流量擾動(dòng)外如溫度、，當(dāng)出現(xiàn)除流量擾動(dòng)外如溫度、 壓力、成分等變化時(shí)，雖然它們的流量比值不變，由于真實(shí)壓力、成分等變化時(shí)，雖然它們的流量比值不變，由于真實(shí) 流量與原來(lái)流量值不同，所以使流量與原來(lái)流量值不同，所以使Y(s)偏離了設(shè)定值，偏離了設(shè)定值，W1(s)的的 輸出輸出X2(s)產(chǎn)生變化產(chǎn)生變化,從而修正了從而修正了W2(s)的給定值，即修正了兩流的給定值，即修正了兩流 量的比值，使系統(tǒng)在新的比值上重新穩(wěn)定。量的比值，使系統(tǒng)在新的比值上重新穩(wěn)定。

9、在設(shè)計(jì)比值控制系統(tǒng)時(shí)，需要先確定主、副物料流量，其原則是：在設(shè)計(jì)比值控制系統(tǒng)時(shí)，需要先確定主、副物料流量，其原則是： (1)在生產(chǎn)中起主導(dǎo)作用的物料流量，一般選為主流量，其余在生產(chǎn)中起主導(dǎo)作用的物料流量，一般選為主流量，其余 的物料流量以它為準(zhǔn)，跟隨其變化而變化，則為副流量。的物料流量以它為準(zhǔn)，跟隨其變化而變化，則為副流量。 (2)在生產(chǎn)過(guò)程中不可控的物料流量，一般選為主流量，而可在生產(chǎn)過(guò)程中不可控的物料流量，一般選為主流量，而可 控物料流量作為副流量。控物料流量作為副流量。 (3)在可能的情況下，選擇流量較小的物料作為副流量，這樣，在可能的情況下，選擇流量較小的物料作為副流量，這樣， 調(diào)節(jié)閥

10、可以選得小一些，控制較靈活。調(diào)節(jié)閥可以選得小一些，控制較靈活。 (4)(4)在生產(chǎn)中較昂貴的物料流量可選為主流量，或者工藝上不在生產(chǎn)中較昂貴的物料流量可選為主流量，或者工藝上不 允許控制的物料流量作為主流量允許控制的物料流量作為主流量. .這樣可以不會(huì)造成浪費(fèi)或者這樣可以不會(huì)造成浪費(fèi)或者 可以提高產(chǎn)量?？梢蕴岣弋a(chǎn)量。 1 1主物料流量、副物料流量的確定主物料流量、副物料流量的確定 2控制方案的選擇控制方案的選擇 比值控制有單閉環(huán)比值控制，雙閉環(huán)比值控制、變比值控比值控制有單閉環(huán)比值控制，雙閉環(huán)比值控制、變比值控 制等多種方案。在具體選用時(shí)應(yīng)分析各種方案的特點(diǎn)，根據(jù)不制等多種方案。在具體選用時(shí)應(yīng)

11、分析各種方案的特點(diǎn)，根據(jù)不 同的生產(chǎn)工藝情況、負(fù)荷變化、擾動(dòng)性質(zhì)、控制要求等選擇合同的生產(chǎn)工藝情況、負(fù)荷變化、擾動(dòng)性質(zhì)、控制要求等選擇合 適的比值控制方案。適的比值控制方案。 1）如果工藝上僅要求兩物料流量之比值一定，負(fù)荷變化不大，）如果工藝上僅要求兩物料流量之比值一定，負(fù)荷變化不大， 而對(duì)總流量變化無(wú)要求，則可選用單閉環(huán)比值控制；而對(duì)總流量變化無(wú)要求，則可選用單閉環(huán)比值控制； 2）如果在生產(chǎn)過(guò)程中，主、副流量的擾動(dòng)頻繁，負(fù)荷變化較）如果在生產(chǎn)過(guò)程中，主、副流量的擾動(dòng)頻繁，負(fù)荷變化較 大，同時(shí)要保證主、副物料總量恒定，則可選用雙閉環(huán)比值控大，同時(shí)要保證主、副物料總量恒定，則可選用雙閉環(huán)比值控

12、制；制； 3）當(dāng)生產(chǎn)要求兩種物料流量的比值能靈活地隨第三參數(shù)的需）當(dāng)生產(chǎn)要求兩種物料流量的比值能靈活地隨第三參數(shù)的需 要進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，則可選用變比值控制。要進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，則可選用變比值控制。 4正確選擇流量計(jì)或變送器及其量程正確選擇流量計(jì)或變送器及其量程 流量測(cè)量是比值控制的基礎(chǔ)。各種流量計(jì)都有一定的適用范圍流量測(cè)量是比值控制的基礎(chǔ)。各種流量計(jì)都有一定的適用范圍 ( (一般正常流量選在滿(mǎn)量程的一般正常流量選在滿(mǎn)量程的7070左右左右) )，必須正確選擇使用。，必須正確選擇使用。 3 3調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的決定調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的決定 比值控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器控制規(guī)律是由不同的控制方案和控制要求比值控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器

13、控制規(guī)律是由不同的控制方案和控制要求 而定。而定。 1 1）單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)：）單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)：W W1 1(s)(s)僅接收主流量的測(cè)量信號(hào)，僅起僅接收主流量的測(cè)量信號(hào)，僅起 比值計(jì)算作用，選比值計(jì)算作用，選P P控制規(guī)律或一個(gè)比值器，控制規(guī)律或一個(gè)比值器， W W2 2(s)(s)起比值控制起比值控制 作用和使副流量相對(duì)穩(wěn)定，應(yīng)選作用和使副流量相對(duì)穩(wěn)定，應(yīng)選PIPI控制規(guī)律；控制規(guī)律； 2 2）雙閉環(huán)控制系統(tǒng)：兩流量不僅要保持恒定的比值，而且主流）雙閉環(huán)控制系統(tǒng)：兩流量不僅要保持恒定的比值，而且主流 量要實(shí)現(xiàn)定值控制，其結(jié)果副流量的設(shè)定值也是恒定的，所以?xún)闪恳獙?shí)現(xiàn)定值控制，其結(jié)果副流

14、量的設(shè)定值也是恒定的，所以?xún)?個(gè)調(diào)節(jié)器均應(yīng)選個(gè)調(diào)節(jié)器均應(yīng)選PIPI控制規(guī)律；控制規(guī)律； 3 3）變比值控制系統(tǒng)：主調(diào)節(jié)器選）變比值控制系統(tǒng)：主調(diào)節(jié)器選PIPI或或PIDPID控制規(guī)律，副調(diào)節(jié)器選控制規(guī)律，副調(diào)節(jié)器選 P P控制規(guī)律?？刂埔?guī)律。 (1) 流量與測(cè)量信號(hào)成線(xiàn)性關(guān)系。流量與測(cè)量信號(hào)成線(xiàn)性關(guān)系。 當(dāng)流量從當(dāng)流量從0 0Q Qmax max變化時(shí)，其對(duì)應(yīng)于流量變送器的輸出信號(hào)為 變化時(shí)，其對(duì)應(yīng)于流量變送器的輸出信號(hào)為4 4 20mADC20mADC。流量的任一中間值。流量的任一中間值Q Q1 1或或Q Q2 2所對(duì)應(yīng)的電流為所對(duì)應(yīng)的電流為: : 416 416 max2 2 2 max1

15、 1 1 Q Q I Q Q I （7-1） （7-2） 式中：式中：Q1主流量的體積流量或重量流量；主流量的體積流量或重量流量； Q2副流量的體積流量或重量流量；副流量的體積流量或重量流量； Q1max測(cè)量測(cè)量Q1所用流量變送器的最大刻度值所用流量變送器的最大刻度值(最大量程最大量程)； Q2max測(cè)量測(cè)量Q2所用流量變送器的最大刻度值所用流量變送器的最大刻度值(最大量程最大量程)； I I1 1、I I2 2測(cè)量測(cè)量Q Q1 1，Q Q2 2所用變送器的輸出電流信號(hào)。所用變送器的輸出電流信號(hào)。 5比值系數(shù)的計(jì)算比值系數(shù)的計(jì)算 工藝上的比值工藝上的比值K是指兩流量的體積流量或重量流量之比，比

16、值系數(shù)是指兩流量的體積流量或重量流量之比，比值系數(shù) K是流量比值是流量比值K的函數(shù)。的函數(shù)。 由于生產(chǎn)工藝要求由于生產(chǎn)工藝要求Q2/Q1K，則，則 max1 max2 1 2 )4( )4( Q Q I I K 折算成儀表的比值系數(shù)為折算成儀表的比值系數(shù)為 max2 max1 1 2 4 4 Q Q K I I K （7-3） 若采用比值器來(lái)實(shí)現(xiàn)比值控制時(shí)，由式若采用比值器來(lái)實(shí)現(xiàn)比值控制時(shí)，由式(7-3)計(jì)算出的儀表比值系計(jì)算出的儀表比值系 數(shù)數(shù)K，即為比值器的比值系數(shù)。，即為比值器的比值系數(shù)。 (2) 流量與其測(cè)量信號(hào)成非線(xiàn)性關(guān)系流量與其測(cè)量信號(hào)成非線(xiàn)性關(guān)系 利用差壓式流量計(jì)測(cè)量，未經(jīng)開(kāi)方處

17、理時(shí)，流量與壓差的關(guān)系為利用差壓式流量計(jì)測(cè)量，未經(jīng)開(kāi)方處理時(shí)，流量與壓差的關(guān)系為 pcQ （7-4） 式中式中 c差壓式流量計(jì)的比例系數(shù)。差壓式流量計(jì)的比例系數(shù)。 當(dāng)流量從當(dāng)流量從0Qmax變化時(shí)變化時(shí),即差壓從即差壓從0pmax變化，流量變送器的輸變化，流量變送器的輸 出為出為420mADC，則任一中間流量值，則任一中間流量值Q(即相應(yīng)差壓即相應(yīng)差壓) p所對(duì)應(yīng)的所對(duì)應(yīng)的 流量變送器的輸出信號(hào)為流量變送器的輸出信號(hào)為 416 2 max 2 Q Q I （7-5） 同理可折算成上述儀表的比值系數(shù)為同理可折算成上述儀表的比值系數(shù)為 2 max2 2 max12 Q Q KK （7-6） 式中式

18、中: Q1max測(cè)量主流量測(cè)量主流量Q1所用流量變送器的最大刻度值所用流量變送器的最大刻度值(最大量最大量 程程)； Q Q2max 2max測(cè)量副流量 測(cè)量副流量Q Q2 2所用流量變送器的最大刻度值所用流量變送器的最大刻度值( (最大量最大量 程程) )。 某合成橡膠廠的某合成橡膠廠的“丁苯橡膠配相丁苯橡膠配相”崗位，在丁二烯與苯乙烯崗位，在丁二烯與苯乙烯( (簡(jiǎn)稱(chēng)簡(jiǎn)稱(chēng) 碳?xì)湎嗵細(xì)湎? )聚合前，必須先將它們與水相聚合前，必須先將它們與水相( (水同其他助劑的混合液水同其他助劑的混合液) )按按 規(guī)定的比例進(jìn)行配比，再進(jìn)入混合槽，然后，借助離心泵，送入聚規(guī)定的比例進(jìn)行配比，再進(jìn)入混合槽，然

19、后，借助離心泵，送入聚 合釜進(jìn)行聚合反應(yīng)。為了穩(wěn)定操作，采用合釜進(jìn)行聚合反應(yīng)。為了穩(wěn)定操作，采用DDZDDZ儀表組成了以碳?xì)湎鄡x表組成了以碳?xì)湎?為主流量，以水相為副流量構(gòu)成比值控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用差壓式為主流量，以水相為副流量構(gòu)成比值控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用差壓式 流量計(jì)流量計(jì)( (即由孔板和差壓變送器組成即由孔板和差壓變送器組成) )，以測(cè)量碳氧相和水相流量。，以測(cè)量碳氧相和水相流量。 已知碳?xì)湎嗔髁孔兯推髯畲罂潭确秶鸀橐阎細(xì)湎嗔髁孔兯推髯畲罂潭确秶鸀?Q1max = 12.5m3 /h 水相流量變送器的最大刻度范圍為水相流量變送器的最大刻度范圍為 Q2max = 20m3 /h 生產(chǎn)工藝要

20、求：生產(chǎn)工藝要求：Q2Q1=K=1.4 試求采用比值器實(shí)現(xiàn)比值控制時(shí)儀表的比值系數(shù)試求采用比值器實(shí)現(xiàn)比值控制時(shí)儀表的比值系數(shù)K K。 解：解： 根據(jù)題意，采用差壓式流量計(jì)測(cè)量流量時(shí)，實(shí)際流量與其測(cè)量信號(hào)根據(jù)題意，采用差壓式流量計(jì)測(cè)量流量時(shí)，實(shí)際流量與其測(cè)量信號(hào) 成非線(xiàn)性關(guān)系，故采用式成非線(xiàn)性關(guān)系，故采用式(7-6)計(jì)算儀表的比值系數(shù)計(jì)算儀表的比值系數(shù)K，即，即 77. 0) 20 5 .12 ()4 . 1 ( 22 2 max2 2 max12 Q Q KK 將求出的比值系數(shù)將求出的比值系數(shù)K，設(shè)置在比值器上，比值控制系統(tǒng)就能按，設(shè)置在比值器上，比值控制系統(tǒng)就能按 工藝要求正常運(yùn)行。工藝要求

21、正常運(yùn)行。 1. 工業(yè)應(yīng)用中必須注意的有關(guān)問(wèn)題工業(yè)應(yīng)用中必須注意的有關(guān)問(wèn)題 (1)(1)流量測(cè)量中的溫度、壓力補(bǔ)償是比值控制的基礎(chǔ)。流量測(cè)量中的溫度、壓力補(bǔ)償是比值控制的基礎(chǔ)。 (2)(2)主、副流量的動(dòng)態(tài)比值問(wèn)題。主、副流量的動(dòng)態(tài)比值問(wèn)題。 (3)比值控制方案中的非線(xiàn)性特性及其對(duì)策。比值控制方案中的非線(xiàn)性特性及其對(duì)策。 (4)(4)比值控制方案的實(shí)施，比值控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)比值控制方案的實(shí)施，比值控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)Q2/ Q1 = K或或 Q2 =KQ1的自動(dòng)控制。的自動(dòng)控制。 2比值控制系統(tǒng)的參數(shù)整定比值控制系統(tǒng)的參數(shù)整定 整定步驟如下：整定步驟如下： (1)根據(jù)計(jì)算的比值系數(shù)根據(jù)計(jì)算的比值系

22、數(shù)K，在滿(mǎn)足工藝生產(chǎn)流量比的條件下，將比，在滿(mǎn)足工藝生產(chǎn)流量比的條件下，將比 值控制系統(tǒng)投入自動(dòng)運(yùn)行。值控制系統(tǒng)投入自動(dòng)運(yùn)行。 (2)將積分時(shí)間置于最大，由大到小逐漸調(diào)節(jié)比例度，使系統(tǒng)響應(yīng)迅將積分時(shí)間置于最大，由大到小逐漸調(diào)節(jié)比例度，使系統(tǒng)響應(yīng)迅 速，并處于振蕩與不振蕩的臨界過(guò)程。速，并處于振蕩與不振蕩的臨界過(guò)程。 (3)(3)若有積分作用，則適當(dāng)放寬比例度，投入積分作用，并減小積分若有積分作用，則適當(dāng)放寬比例度，投入積分作用，并減小積分 時(shí)間，直到系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩與不振蕩或微小振蕩過(guò)程為止。時(shí)間，直到系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩與不振蕩或微小振蕩過(guò)程為止。 3工業(yè)應(yīng)用舉例工業(yè)應(yīng)用舉例 (1)(1)管道調(diào)合比值控

23、制。管道調(diào)合比值控制。 圖圖7-10所示由所示由DDZ儀表組成的單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)。長(zhǎng)期運(yùn)行表明，儀表組成的單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)。長(zhǎng)期運(yùn)行表明， 該系統(tǒng)滿(mǎn)足調(diào)合精度要求。該系統(tǒng)滿(mǎn)足調(diào)合精度要求。 F1TK FCF2T 混合器混合器 Q2 Q1 (2)(2)自來(lái)水消毒控制。自來(lái)水消毒控制。 為了使氯氣注入到自來(lái)水中的量合適，必須使氯氣注入量與自來(lái)水為了使氯氣注入到自來(lái)水中的量合適，必須使氯氣注入量與自來(lái)水 量成一定的比值關(guān)系，故設(shè)計(jì)應(yīng)用圖量成一定的比值關(guān)系，故設(shè)計(jì)應(yīng)用圖7-117-11所示比值控制系統(tǒng)。所示比值控制系統(tǒng)。 PCPT TT TC F2T F2C F1C F1T 汽化器汽化器 蒸汽蒸汽

24、 氯氣氯氣 凈化水凈化水 冷凝水冷凝水 液氯儲(chǔ)槽液氯儲(chǔ)槽 Q1 (3)配料成分控制配料成分控制 在連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中，由于各種原料的成分可能有變化，配料比不能在連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中，由于各種原料的成分可能有變化，配料比不能 固定，而應(yīng)按配成混合料的實(shí)際成分需隨時(shí)加以調(diào)整，故設(shè)計(jì)應(yīng)用固定，而應(yīng)按配成混合料的實(shí)際成分需隨時(shí)加以調(diào)整，故設(shè)計(jì)應(yīng)用 田田7-12所示的變比值控制系統(tǒng)。圖中所示的變比值控制系統(tǒng)。圖中Q1為主流量，為主流量，Q2為副流量。其為副流量。其 混合料成分采用成分分析儀進(jìn)行測(cè)量，其測(cè)量信號(hào)送至成分調(diào)節(jié)器混合料成分采用成分分析儀進(jìn)行測(cè)量，其測(cè)量信號(hào)送至成分調(diào)節(jié)器 AC與給定值相比較，再通過(guò)乘法器

25、與主流量與給定值相比較，再通過(guò)乘法器與主流量Q1測(cè)量信號(hào)相乘，作測(cè)量信號(hào)相乘，作 為調(diào)節(jié)器為調(diào)節(jié)器F2C的給定值，使副流量的測(cè)量信號(hào)等于調(diào)節(jié)器的給定值，使副流量的測(cè)量信號(hào)等于調(diào)節(jié)器F2C的給的給 定值。這樣，就可保證混合料的成分為一定。定值。這樣，就可保證混合料的成分為一定。 乘法器乘法器 F2C F2T F1T 過(guò)程過(guò)程 AC 成分成分 分析儀分析儀 Q1 Q2 (4)(4)工業(yè)生產(chǎn)廢液工業(yè)生產(chǎn)廢液PHPH控制控制 如果廢堿液和酸的濃度是變化的，為了保證最終質(zhì)量指標(biāo)如果廢堿液和酸的濃度是變化的，為了保證最終質(zhì)量指標(biāo)pH=7， 可以設(shè)計(jì)和應(yīng)用變比值控制系統(tǒng)，如圖可以設(shè)計(jì)和應(yīng)用變比值控制系統(tǒng)，如

26、圖7-13所示。所示。 由圖可知，廢堿液由圖可知，廢堿液Q1與酸與酸Q2的流量比是隨第三參數(shù)的流量比是隨第三參數(shù)pH值的變化值的變化 由比值器自動(dòng)校正的。在穩(wěn)態(tài)時(shí)，由比值器自動(dòng)校正的。在穩(wěn)態(tài)時(shí)，Q2/ Q1=K，pH=7。當(dāng)主流量。當(dāng)主流量 Q1受到擾動(dòng)時(shí)，通過(guò)比值控制回路改變受到擾動(dòng)時(shí)，通過(guò)比值控制回路改變Q2，使，使Q2/ Q1=K，此時(shí)，此時(shí) pH=7。當(dāng)。當(dāng)Q1或或Q2的濃度變化時(shí)，必然會(huì)改變的濃度變化時(shí)，必然會(huì)改變pH值。通過(guò)值。通過(guò)pH反饋反饋 控制，使控制，使PH調(diào)節(jié)器的輸出變化，從而修正了比值調(diào)節(jié)器的輸出變化，從而修正了比值K，使得在新的，使得在新的 流量比值下保證流量比值下保

27、證pH=7。 F1T FC F2T PHCPHT 酸酸 Q2 廢堿液廢堿液 Q1 廢液廢液 均勻控制系統(tǒng)具有使控制量與被控量均勻緩慢地在一定范圍內(nèi)均勻控制系統(tǒng)具有使控制量與被控量均勻緩慢地在一定范圍內(nèi) 變化的特殊功能。在定值控制系統(tǒng)中，為了保持被控量恒值，控制變化的特殊功能。在定值控制系統(tǒng)中，為了保持被控量恒值，控制 量幅度可以較大地變化而在均勻控制系統(tǒng)中，控制量與被控量常量幅度可以較大地變化而在均勻控制系統(tǒng)中，控制量與被控量常 常是同樣重要，控制的目的，是使兩者在擾動(dòng)作用下，都有一個(gè)緩常是同樣重要，控制的目的，是使兩者在擾動(dòng)作用下，都有一個(gè)緩 慢而均勻的變化。慢而均勻的變化。 在一些工業(yè)生產(chǎn)

28、過(guò)程中，生產(chǎn)的連續(xù)性是其特點(diǎn)之一。每一個(gè)在一些工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，生產(chǎn)的連續(xù)性是其特點(diǎn)之一。每一個(gè) 裝置或設(shè)備都與前后的裝置或設(shè)備緊密地聯(lián)系著，前個(gè)裝置或設(shè)備裝置或設(shè)備都與前后的裝置或設(shè)備緊密地聯(lián)系著，前個(gè)裝置或設(shè)備 的出料量一般就是后一個(gè)裝置或設(shè)備的進(jìn)料量，而后一裝置或設(shè)備的出料量一般就是后一個(gè)裝置或設(shè)備的進(jìn)料量，而后一裝置或設(shè)備 的出料量又輸送給其他裝置或設(shè)備。所以，各個(gè)裝置或設(shè)備是互相的出料量又輸送給其他裝置或設(shè)備。所以，各個(gè)裝置或設(shè)備是互相 聯(lián)系而又互相影響的。聯(lián)系而又互相影響的。 圖圖7-157-15為兩個(gè)連續(xù)操作的精餾塔，前一塔的出料是后一塔的進(jìn)為兩個(gè)連續(xù)操作的精餾塔，前一塔的出料是后

29、一塔的進(jìn) 料。料。 兩套控制系統(tǒng)互相矛盾，在物料供求上互不兼顧，不能滿(mǎn)足工兩套控制系統(tǒng)互相矛盾，在物料供求上互不兼顧，不能滿(mǎn)足工 藝生產(chǎn)要求。藝生產(chǎn)要求。 LTLC FC FT 1 22# 1# 進(jìn)料進(jìn)料 滿(mǎn)足前后裝置或設(shè)備在物料供求上互相均勻協(xié)調(diào)，統(tǒng)籌兼顧的要滿(mǎn)足前后裝置或設(shè)備在物料供求上互相均勻協(xié)調(diào)，統(tǒng)籌兼顧的要 求。通常把能實(shí)現(xiàn)這種控制目的的控制系統(tǒng)稱(chēng)為均勻控制系統(tǒng)。求。通常把能實(shí)現(xiàn)這種控制目的的控制系統(tǒng)稱(chēng)為均勻控制系統(tǒng)。 均勻控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：均勻控制系統(tǒng)的特點(diǎn)： (1)液位液位(或壓力或壓力)和流量?jī)蓚€(gè)變量都是變化的，不是固定不變的。和流量?jī)蓚€(gè)變量都是變化的，不是固定不變的。 (2)(

30、2)兩個(gè)變量的調(diào)節(jié)過(guò)程在工藝容許的范圍內(nèi)是緩慢地變化的。兩個(gè)變量的調(diào)節(jié)過(guò)程在工藝容許的范圍內(nèi)是緩慢地變化的。 圖圖7-167-16所示為所示為1 1號(hào)塔液位與號(hào)塔液位與2 2號(hào)塔進(jìn)料量之間的關(guān)系圖號(hào)塔進(jìn)料量之間的關(guān)系圖7-16(a)7-16(a) 為調(diào)節(jié)為調(diào)節(jié)1 1號(hào)塔流量來(lái)保證液位穩(wěn)定的曲線(xiàn)圖。但是，流量波動(dòng)大不號(hào)塔流量來(lái)保證液位穩(wěn)定的曲線(xiàn)圖。但是，流量波動(dòng)大不 能滿(mǎn)足能滿(mǎn)足2 2號(hào)塔進(jìn)料平穩(wěn)的要求，這是液位定值控制。圖號(hào)塔進(jìn)料平穩(wěn)的要求，這是液位定值控制。圖7-16(b)7-16(b)所示所示 為把為把2 2號(hào)塔的進(jìn)料量調(diào)平穩(wěn)的曲線(xiàn)，但是，號(hào)塔的進(jìn)料量調(diào)平穩(wěn)的曲線(xiàn)，但是，1 1號(hào)塔的液位波

31、動(dòng)大，屬號(hào)塔的液位波動(dòng)大，屬 流量定值控制。圖流量定值控制。圖7-16(c)7-16(c)所示為液位與流量都緩慢變化，是典型所示為液位與流量都緩慢變化，是典型 的均勻控制的過(guò)渡過(guò)程曲線(xiàn)的均勻控制的過(guò)渡過(guò)程曲線(xiàn) Q H t0 QQ H Q H 0t QH H Q t 0 (a)(b) (c) 二、常用的均勻控制方案二、常用的均勻控制方案 1 1簡(jiǎn)單均勻控制方案簡(jiǎn)單均勻控制方案 圖圖7-17所示為兩個(gè)精餾塔液位和流量簡(jiǎn)單均勻控制系統(tǒng)的實(shí)例。所示為兩個(gè)精餾塔液位和流量簡(jiǎn)單均勻控制系統(tǒng)的實(shí)例。 LTLC 2# 1# 進(jìn)料進(jìn)料 均勻控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)雖然和定值控制形式上相同，但不能按定值控均勻控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

32、雖然和定值控制形式上相同，但不能按定值控 制系統(tǒng)要求來(lái)整定調(diào)節(jié)器參數(shù)。制系統(tǒng)要求來(lái)整定調(diào)節(jié)器參數(shù)。 在均勻控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器一般選用比例作用。但有時(shí)為了防止連在均勻控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器一般選用比例作用。但有時(shí)為了防止連 續(xù)出現(xiàn)同向擾動(dòng)時(shí)被控參數(shù)超出工藝規(guī)定的上下限范圍，可適當(dāng)引續(xù)出現(xiàn)同向擾動(dòng)時(shí)被控參數(shù)超出工藝規(guī)定的上下限范圍，可適當(dāng)引 入積分作用。入積分作用。 簡(jiǎn)單均勻控制系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，成本低。但簡(jiǎn)單均勻控制系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，成本低。但 是，其控制效果較差，適用于擾動(dòng)較小，控制要求較低的場(chǎng)合。是，其控制效果較差，適用于擾動(dòng)較小，控制要求較低的場(chǎng)合。 2 2

33、串級(jí)均勻控制方案串級(jí)均勻控制方案 為了消除壓力擾動(dòng)的影響，設(shè)計(jì)以流量為副參數(shù)的副回路，為了消除壓力擾動(dòng)的影響，設(shè)計(jì)以流量為副參數(shù)的副回路， 構(gòu)成精溜塔塔釜液位和流出流量的串級(jí)均勻控制系統(tǒng)。如圖構(gòu)成精溜塔塔釜液位和流出流量的串級(jí)均勻控制系統(tǒng)。如圖7-187-18。 串級(jí)均勻控制系統(tǒng)副調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定原則與一般定值流量串級(jí)均勻控制系統(tǒng)副調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定原則與一般定值流量 控制系統(tǒng)相同，主調(diào)節(jié)器參數(shù)則應(yīng)按照均勻控制系統(tǒng)整定方法進(jìn)控制系統(tǒng)相同，主調(diào)節(jié)器參數(shù)則應(yīng)按照均勻控制系統(tǒng)整定方法進(jìn) 行整定。行整定。 LTLCFCFT 2#1# “正正”“反反” 串級(jí)均勻控制系統(tǒng)中主、副調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的選擇是十分重

34、要的，串級(jí)均勻控制系統(tǒng)中主、副調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的選擇是十分重要的， 要根據(jù)系統(tǒng)所要達(dá)到的控制要求以及控制過(guò)程的具體情況來(lái)決定。要根據(jù)系統(tǒng)所要達(dá)到的控制要求以及控制過(guò)程的具體情況來(lái)決定。 主調(diào)節(jié)器一般采用主調(diào)節(jié)器一般采用PI控制規(guī)律，這主要是為了在擾動(dòng)作用后利用積控制規(guī)律，這主要是為了在擾動(dòng)作用后利用積 分控制規(guī)律消除余差，使液位在給定值上下的容許范圍內(nèi)變化；若分控制規(guī)律消除余差，使液位在給定值上下的容許范圍內(nèi)變化；若 無(wú)積分作用，則在同向干擾的連續(xù)作用下，液位有可能超越給定值無(wú)積分作用，則在同向干擾的連續(xù)作用下，液位有可能超越給定值 的上下限的上下限(見(jiàn)圖見(jiàn)圖7-19所示所示)，影響生產(chǎn)的正常運(yùn)

35、行。，影響生產(chǎn)的正常運(yùn)行。 副調(diào)節(jié)器一般選用副調(diào)節(jié)器一般選用P控制規(guī)律。若為了滿(mǎn)足副參數(shù)的較高要求，副控制規(guī)律。若為了滿(mǎn)足副參數(shù)的較高要求，副 調(diào)節(jié)器也可選用調(diào)節(jié)器也可選用PI控制規(guī)律?？刂埔?guī)律。 H Hmax Hmin 0 t 3雙沖量均勻控制方案雙沖量均勻控制方案 雙沖量均勻控制系統(tǒng)是串級(jí)均勻控制系統(tǒng)的變形，它用一個(gè)加法雙沖量均勻控制系統(tǒng)是串級(jí)均勻控制系統(tǒng)的變形，它用一個(gè)加法 器來(lái)代替串級(jí)控制系統(tǒng)中的主調(diào)節(jié)器，把液位和流量的兩個(gè)測(cè)量器來(lái)代替串級(jí)控制系統(tǒng)中的主調(diào)節(jié)器，把液位和流量的兩個(gè)測(cè)量 信號(hào)通過(guò)加法運(yùn)算后作為調(diào)節(jié)器的測(cè)量值，圖信號(hào)通過(guò)加法運(yùn)算后作為調(diào)節(jié)器的測(cè)量值，圖7-20所示為雙沖量所

36、示為雙沖量 均勻控制系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例。以塔釜液位與輸出流量信號(hào)之差為被均勻控制系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例。以塔釜液位與輸出流量信號(hào)之差為被 控參數(shù)，通過(guò)均勻控制使二者能均勻緩慢變化。假定該系統(tǒng)采用控參數(shù)，通過(guò)均勻控制使二者能均勻緩慢變化。假定該系統(tǒng)采用 QDZ儀表構(gòu)成，則加法器的輸出儀表構(gòu)成，則加法器的輸出 CPPPP SQHO （7-27） 式中：式中：PO加法器的輸出信號(hào)；加法器的輸出信號(hào)； PH液位測(cè)量值；液位測(cè)量值； PQ流量測(cè)量值；流量測(cè)量值； PS定值器的輸出信號(hào)；定值器的輸出信號(hào)； C加法器的可調(diào)系數(shù)。加法器的可調(diào)系數(shù)。 LT 加法器加法器 FC FT 出料出料 PQ CPs 進(jìn)料進(jìn)料 PO

37、在正常情況下，調(diào)節(jié)在正常情況下，調(diào)節(jié)C與與PS值，使值，使PO為為0.06 MPa左右，調(diào)節(jié)閥處于左右，調(diào)節(jié)閥處于 適當(dāng)開(kāi)度。當(dāng)流量正常而液位受到擾動(dòng)上升時(shí)，適當(dāng)開(kāi)度。當(dāng)流量正常而液位受到擾動(dòng)上升時(shí)，PO增大，使流量調(diào)增大，使流量調(diào) 節(jié)器的輸出信號(hào)增加，從而開(kāi)大閥門(mén)的開(kāi)度，使流量增大，以使液節(jié)器的輸出信號(hào)增加，從而開(kāi)大閥門(mén)的開(kāi)度，使流量增大，以使液 位恢復(fù)正常，當(dāng)液位正常，而流量受到擾動(dòng)而增加時(shí)，位恢復(fù)正常，當(dāng)液位正常，而流量受到擾動(dòng)而增加時(shí)，PO減小，流減小，流 量調(diào)節(jié)器的輸出減小，因而使流量慢慢減小。量調(diào)節(jié)器的輸出減小，因而使流量慢慢減小。 下面介紹串級(jí)均勻控制系統(tǒng)的整定方法。下面介紹串級(jí)

38、均勻控制系統(tǒng)的整定方法。 1經(jīng)驗(yàn)法經(jīng)驗(yàn)法 按照按照“先副后主先副后主”的原則，把主、副調(diào)節(jié)器的比例度的原則，把主、副調(diào)節(jié)器的比例度調(diào)到某調(diào)到某 一適當(dāng)值；然后由大到小進(jìn)行調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程呈緩慢一適當(dāng)值；然后由大到小進(jìn)行調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程呈緩慢 的非周期衰減變化；根據(jù)過(guò)程的具體情況，可給主調(diào)節(jié)器加上的非周期衰減變化；根據(jù)過(guò)程的具體情況，可給主調(diào)節(jié)器加上 積分環(huán)節(jié)，調(diào)積分時(shí)間較大。積分環(huán)節(jié)，調(diào)積分時(shí)間較大。 2停留時(shí)間法停留時(shí)間法 停留時(shí)間停留時(shí)間是指介質(zhì)在被控過(guò)程的被控參數(shù)允許變化范圍內(nèi)流過(guò)是指介質(zhì)在被控過(guò)程的被控參數(shù)允許變化范圍內(nèi)流過(guò) 所需的時(shí)間。過(guò)程時(shí)間常數(shù)所需的時(shí)間。過(guò)程時(shí)間常數(shù)

39、T0等于停留時(shí)間的兩倍。證明如下。等于停留時(shí)間的兩倍。證明如下。 如圖如圖7-217-21所示，根據(jù)物料平衡關(guān)系可得所示，根據(jù)物料平衡關(guān)系可得 dt dh cQQ 21 （7-28） 式中：式中：Q1流入量；流入量； Q2流出量；流出量； c液位過(guò)程的容量系數(shù)；液位過(guò)程的容量系數(shù)； h液位高度液位高度 。 在一般情況下在一般情況下 02 haQ （7-29） 式中，式中，流量系數(shù)。流量系數(shù)。 c Q2 R2 Q1 h R1 將式將式(7-20)(7-20)展開(kāi)成泰勒級(jí)數(shù)，并取其前面兩項(xiàng)，則展開(kāi)成泰勒級(jí)數(shù)，并取其前面兩項(xiàng)，則 h h a Qh h a haQ 0 20 0 02 22 （7-30

40、） 式中：式中：h0某一平衡狀態(tài)的液位；某一平衡狀態(tài)的液位； Q20某一平衡狀態(tài)的流出量的平衡值。某一平衡狀態(tài)的流出量的平衡值。 將將Q1 以增量形式表示：以增量形式表示： 1101 QQQ（7-31） 式中：式中：Q10 某一平衡狀態(tài)下的流入量的平衡值；某一平衡狀態(tài)下的流入量的平衡值； Q20流量流量Q1的增量。的增量。 在某一平衡狀態(tài)下的流入量在某一平衡狀態(tài)下的流入量Q10等于流出量等于流出量Q20，即，即 2010 QQ 將式將式(7-30)(7-30)與式與式(7-31)(7-31)代入式代入式(7-28)(7-28)，并寫(xiě)成拉氏變換式，可得，并寫(xiě)成拉氏變換式，可得 )()() 1(

41、)()() 1 2 ( 1 1 0 sQsHTs sQsHs hc 或或 （7-32） 式中：式中：T液位過(guò)程的時(shí)間常數(shù)，液位過(guò)程的時(shí)間常數(shù)， 0 0 2hc T （7-33） 0 10 0 20 020 h Q h Q hQ 由于由于 或或 （7-34） 將式將式(7-34)代入式代入式(7-33)，則根據(jù)停留時(shí)間的定義，可得，則根據(jù)停留時(shí)間的定義，可得 2 22 1010 0 0 Q V Q ch T 用停留時(shí)間法整定調(diào)節(jié)器參數(shù)，就是按過(guò)程特性進(jìn)行參數(shù)整定。用停留時(shí)間法整定調(diào)節(jié)器參數(shù)，就是按過(guò)程特性進(jìn)行參數(shù)整定。 在生產(chǎn)過(guò)程中，不少過(guò)程特性往往難以測(cè)定，但是停留時(shí)間則可在生產(chǎn)過(guò)程中，不少過(guò)

42、程特性往往難以測(cè)定，但是停留時(shí)間則可 計(jì)算出來(lái)。計(jì)算出來(lái)。 (min) (%) TI(min) 20 204040 100150200250 5 1015 表表7-2 調(diào)節(jié)器參數(shù)與停留時(shí)間的關(guān)系調(diào)節(jié)器參數(shù)與停留時(shí)間的關(guān)系 一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)分段，分別控制兩個(gè)或兩個(gè)以上的調(diào)一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)分段，分別控制兩個(gè)或兩個(gè)以上的調(diào) 節(jié)閥工作，即每個(gè)調(diào)節(jié)閥在調(diào)節(jié)器輸出的某段信號(hào)范圍內(nèi)作全行節(jié)閥工作，即每個(gè)調(diào)節(jié)閥在調(diào)節(jié)器輸出的某段信號(hào)范圍內(nèi)作全行 程動(dòng)作，這種過(guò)程控制系統(tǒng)就叫分程控制系統(tǒng)。程動(dòng)作，這種過(guò)程控制系統(tǒng)就叫分程控制系統(tǒng)。 圖圖7-247-24所示為化學(xué)反應(yīng)器溫度分程控制系統(tǒng)及其分程曲線(xiàn)。所示為

43、化學(xué)反應(yīng)器溫度分程控制系統(tǒng)及其分程曲線(xiàn)。 應(yīng)該指出，一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)同時(shí)控制幾只調(diào)節(jié)閥作全應(yīng)該指出，一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)同時(shí)控制幾只調(diào)節(jié)閥作全 行程工作，這種系統(tǒng)通常不叫分程控制系統(tǒng)。因?yàn)檎{(diào)節(jié)器輸出信行程工作，這種系統(tǒng)通常不叫分程控制系統(tǒng)。因?yàn)檎{(diào)節(jié)器輸出信 號(hào)未按區(qū)段去控制調(diào)節(jié)閥工作。號(hào)未按區(qū)段去控制調(diào)節(jié)閥工作。 TTTC W(s) WVA(s) WVB(s) W0(s) Wm(s) 原料原料 反應(yīng)釜反應(yīng)釜 冷凝水冷凝水 蒸汽蒸汽 B A X(s) Y(s) (a) (b) “氣開(kāi)氣開(kāi)” “氣關(guān)氣關(guān)” 根據(jù)調(diào)節(jié)閥的氣關(guān)、氣開(kāi)形式和分程信號(hào)區(qū)段不同，分程控制系統(tǒng)根據(jù)調(diào)節(jié)閥的氣關(guān)、氣開(kāi)形式和分

44、程信號(hào)區(qū)段不同，分程控制系統(tǒng) 可分為以下兩種類(lèi)型：可分為以下兩種類(lèi)型： 圖圖7-257-25所示為調(diào)節(jié)閥同向動(dòng)作的分程控制系統(tǒng)。圖所示為調(diào)節(jié)閥同向動(dòng)作的分程控制系統(tǒng)。圖7-25(a)7-25(a)表表 示兩個(gè)調(diào)節(jié)閥均選氣開(kāi)型。當(dāng)調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)從示兩個(gè)調(diào)節(jié)閥均選氣開(kāi)型。當(dāng)調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)從0.020.02 MPa增大時(shí)，增大時(shí)， A閥打開(kāi)；信號(hào)增大到閥打開(kāi)；信號(hào)增大到0.060.06 MPa, , A閥全開(kāi)，同時(shí)閥全開(kāi)，同時(shí)B閥開(kāi)始打開(kāi)；當(dāng)閥開(kāi)始打開(kāi)；當(dāng) 信號(hào)達(dá)到信號(hào)達(dá)到0.10.1 MPa時(shí)，時(shí)，B閥也全開(kāi)。圖閥也全開(kāi)。圖7-25(b)7-25(b)表示兩只調(diào)節(jié)閥均選表示兩只調(diào)節(jié)閥均選 氣關(guān)型。

45、當(dāng)調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)從氣關(guān)型。當(dāng)調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)從0.020.02 MPa增大時(shí)，增大時(shí)，A閥由全開(kāi)狀態(tài)開(kāi)閥由全開(kāi)狀態(tài)開(kāi) 始關(guān)閉；信號(hào)達(dá)到始關(guān)閉；信號(hào)達(dá)到0.060.06 MPa時(shí)，時(shí)，A閥全關(guān)，而閥全關(guān)，而B(niǎo) B閥開(kāi)始啟動(dòng)；當(dāng)信閥開(kāi)始啟動(dòng)；當(dāng)信 號(hào)到號(hào)到0.10.1 MPa時(shí)，時(shí)，B閥也全關(guān)。閥也全關(guān)。 100% 0 0.02 0.060.1 AB 100% 0 0.020.060.1 AB (a) (b) 圖圖7-25 圖圖7-26所示為調(diào)節(jié)閥異向動(dòng)作的分程控制系統(tǒng)。圖所示為調(diào)節(jié)閥異向動(dòng)作的分程控制系統(tǒng)。圖7-26(a)為調(diào)節(jié)閥為調(diào)節(jié)閥 A選用氣關(guān)型、調(diào)節(jié)閥選用氣關(guān)型、調(diào)節(jié)閥B選用氣開(kāi)型。當(dāng)調(diào)節(jié)

46、器輸出信號(hào)大于選用氣開(kāi)型。當(dāng)調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)大于0.02 Mpa 時(shí)，時(shí)，A閥開(kāi)啟；信號(hào)到閥開(kāi)啟；信號(hào)到0.06 MPa時(shí)，時(shí)，A閥全開(kāi)，同時(shí)閥全開(kāi)，同時(shí)B閥啟動(dòng)；閥啟動(dòng)； 當(dāng)信號(hào)到當(dāng)信號(hào)到0.1MPa時(shí)，時(shí)，B閥全關(guān)。圖閥全關(guān)。圖7-26(b)為調(diào)節(jié)閥為調(diào)節(jié)閥A、B分別選氣分別選氣 關(guān)、氣開(kāi)型的情況，其調(diào)節(jié)閥動(dòng)作情況與圖關(guān)、氣開(kāi)型的情況，其調(diào)節(jié)閥動(dòng)作情況與圖7-26(a)相反。相反。 FT FC “氣開(kāi)氣開(kāi)” A “氣關(guān)氣關(guān)” B 0.060.1Mpa 0.02 0.06Mpa 壓縮機(jī)壓縮機(jī) 100% A B 0 0.020.060.1 0 0.020.060.1 100% A B 100%

47、AB 0 0.020.060.1 1 1分程信號(hào)的確定分程信號(hào)的確定 在分程控制中，調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)分段是由生產(chǎn)工藝要求決定的。調(diào)在分程控制中，調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)分段是由生產(chǎn)工藝要求決定的。調(diào) 節(jié)器輸出信號(hào)需要分成幾個(gè)區(qū)段，哪一區(qū)段信號(hào)控制哪一個(gè)調(diào)節(jié)閥節(jié)器輸出信號(hào)需要分成幾個(gè)區(qū)段，哪一區(qū)段信號(hào)控制哪一個(gè)調(diào)節(jié)閥 工作等，完全取決于工藝要求。例如圖工作等，完全取決于工藝要求。例如圖7-247-24所示的化學(xué)反應(yīng)器溫度所示的化學(xué)反應(yīng)器溫度 分程控制，在化學(xué)反應(yīng)初期，由于吸熱反應(yīng)，釜溫低于給定位，調(diào)分程控制，在化學(xué)反應(yīng)初期，由于吸熱反應(yīng)，釜溫低于給定位，調(diào) 節(jié)器輸出信號(hào)控制蒸氣閥門(mén)節(jié)器輸出信號(hào)控制蒸氣閥門(mén)A

48、的開(kāi)度的開(kāi)度( (冷水閥冷水閥B關(guān)閉關(guān)閉) )，加入適量蒸，加入適量蒸 氣，以滿(mǎn)足吸熱反應(yīng)溫度的要求；在化學(xué)反應(yīng)中后期，由于放熱反氣，以滿(mǎn)足吸熱反應(yīng)溫度的要求；在化學(xué)反應(yīng)中后期，由于放熱反 應(yīng)，釜溫高于給定值，調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)控制冷卻水調(diào)節(jié)閥應(yīng)，釜溫高于給定值，調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)控制冷卻水調(diào)節(jié)閥B(AB(A閥關(guān)閥關(guān) 閉閉) )的開(kāi)度，加入適量的冷卻水，以達(dá)到降低釜溫的目的?？傊?，的開(kāi)度，加入適量的冷卻水，以達(dá)到降低釜溫的目的?？傊?， 具體問(wèn)題應(yīng)進(jìn)行具體分析。具體問(wèn)題應(yīng)進(jìn)行具體分析。 2 2調(diào)節(jié)閥特性的選擇調(diào)節(jié)閥特性的選擇 (1)(1)根據(jù)工藝需要選擇同向工作或異向工作的調(diào)節(jié)閥。根據(jù)工藝需要選擇同向工

49、作或異向工作的調(diào)節(jié)閥。 (2)(2)流量特性的選擇流量特性的選擇 在分程控制系統(tǒng)中，考慮到各分程調(diào)節(jié)閥的實(shí)際工作情況，必須在分程控制系統(tǒng)中，考慮到各分程調(diào)節(jié)閥的實(shí)際工作情況，必須 通過(guò)調(diào)節(jié)閥的特性和過(guò)程特性間的匹配，使控制通道特性保持基本通過(guò)調(diào)節(jié)閥的特性和過(guò)程特性間的匹配，使控制通道特性保持基本 不變?yōu)樵瓌t。另外，分程調(diào)節(jié)閥組合以后，把兩個(gè)調(diào)節(jié)閥作為一個(gè)不變?yōu)樵瓌t。另外，分程調(diào)節(jié)閥組合以后，把兩個(gè)調(diào)節(jié)閥作為一個(gè) 調(diào)節(jié)閥使用時(shí)，要求從一個(gè)調(diào)節(jié)閥向另一個(gè)調(diào)節(jié)閥過(guò)渡時(shí)，其流量調(diào)節(jié)閥使用時(shí)，要求從一個(gè)調(diào)節(jié)閥向另一個(gè)調(diào)節(jié)閥過(guò)渡時(shí)，其流量 變化要平滑。但由于兩個(gè)調(diào)節(jié)閥的增益不同，存在著流量特性的突變化要平

50、滑。但由于兩個(gè)調(diào)節(jié)閥的增益不同，存在著流量特性的突 變，對(duì)此必須采取相應(yīng)措施。變，對(duì)此必須采取相應(yīng)措施。 (3)(3)調(diào)節(jié)閥的泄漏量調(diào)節(jié)閥的泄漏量 調(diào)節(jié)閥泄漏量大小是分程控制設(shè)計(jì)和應(yīng)用中的一個(gè)十分重要的問(wèn)調(diào)節(jié)閥泄漏量大小是分程控制設(shè)計(jì)和應(yīng)用中的一個(gè)十分重要的問(wèn) 題。必須保證在調(diào)節(jié)閥全關(guān)時(shí)，不泄漏或泄漏量極小。題。必須保證在調(diào)節(jié)閥全關(guān)時(shí)，不泄漏或泄漏量極小。 3 3調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的選擇與參數(shù)整定調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的選擇與參數(shù)整定 分程控制中的兩個(gè)控制通道特性不會(huì)完全相同。所以，在系統(tǒng)運(yùn)分程控制中的兩個(gè)控制通道特性不會(huì)完全相同。所以，在系統(tǒng)運(yùn) 行中只能采用互相兼顧的辦法，選取一組較為合適的整定參數(shù)值。

51、行中只能采用互相兼顧的辦法，選取一組較為合適的整定參數(shù)值。 1 1分程控制的實(shí)現(xiàn)分程控制的實(shí)現(xiàn) 分程控制是通過(guò)調(diào)節(jié)閥的附件，即閥門(mén)定位器（氣動(dòng)閥門(mén)定位器分程控制是通過(guò)調(diào)節(jié)閥的附件，即閥門(mén)定位器（氣動(dòng)閥門(mén)定位器 或電或電氣閥門(mén)定位器氣閥門(mén)定位器) ) 或其他儀表來(lái)實(shí)現(xiàn)的。它根據(jù)調(diào)節(jié)器輸出或其他儀表來(lái)實(shí)現(xiàn)的。它根據(jù)調(diào)節(jié)器輸出 的不同區(qū)段信號(hào)，通過(guò)改變閥門(mén)定位器的彈簧或零點(diǎn)，相應(yīng)控制調(diào)的不同區(qū)段信號(hào)，通過(guò)改變閥門(mén)定位器的彈簧或零點(diǎn)，相應(yīng)控制調(diào) 節(jié)閥作全行程動(dòng)作。節(jié)閥作全行程動(dòng)作。 2 2分程控制的工業(yè)應(yīng)用及示例分程控制的工業(yè)應(yīng)用及示例 (1)(1)用于節(jié)能控制用于節(jié)能控制 例例7-2 在尿素合成過(guò)程

52、中，高壓冷凝器有大量熱量釋放，產(chǎn)生在尿素合成過(guò)程中，高壓冷凝器有大量熱量釋放，產(chǎn)生0.4MPa0.4MPa低壓低壓 蒸汽，在汽包中分離后，送至低壓蒸汽管網(wǎng)。這些蒸汽除了用于工蒸汽，在汽包中分離后，送至低壓蒸汽管網(wǎng)。這些蒸汽除了用于工 藝系統(tǒng)作加熱、保溫以外，相當(dāng)大的一部分是供給藝系統(tǒng)作加熱、保溫以外，相當(dāng)大的一部分是供給CO2壓縮機(jī)的透壓縮機(jī)的透 平低壓段作為注氣，以回收能量。根據(jù)工藝要求，盡量做到：來(lái)多平低壓段作為注氣，以回收能量。根據(jù)工藝要求，盡量做到：來(lái)多 少，處理多少，以節(jié)約少，處理多少，以節(jié)約3.8MPa3.8MPa的高壓蒸汽。這樣，可以降低的高壓蒸汽。這樣，可以降低CO2壓壓 縮機(jī)

53、的動(dòng)力消耗，以提高經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。為此，設(shè)計(jì)了圖縮機(jī)的動(dòng)力消耗，以提高經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。為此，設(shè)計(jì)了圖7-297-29所示所示 的分程控制系統(tǒng)的分程控制系統(tǒng) PC PT 0.4Mpa 2.5Mpa 23 汽汽 包包 冷凝氣來(lái)冷凝氣來(lái) 放空放空去透平去透平 1 蒸汽蒸汽 蒸汽蒸汽 100% 50 0 0 1 5 3 10 2 mA (a) (b) 圖圖7-29 分程控制及分程曲線(xiàn)分程控制及分程曲線(xiàn) (a)控制原理圖；控制原理圖； (b)分程曲線(xiàn)分程曲線(xiàn) 例例7-3 7-3 在某生產(chǎn)過(guò)程中，冷物料通過(guò)熱交換器用熱水在某生產(chǎn)過(guò)程中，冷物料通過(guò)熱交換器用熱水( (工業(yè)廢水工業(yè)廢水) )和蒸汽和蒸汽 對(duì)其進(jìn)行

54、加熱，當(dāng)用熱水加熱不能滿(mǎn)足出口溫度要求時(shí)，則再同時(shí)對(duì)其進(jìn)行加熱，當(dāng)用熱水加熱不能滿(mǎn)足出口溫度要求時(shí)，則再同時(shí) 使用蒸汽加熱，為此，設(shè)計(jì)圖使用蒸汽加熱，為此，設(shè)計(jì)圖7-307-30所示的溫度分程控制系統(tǒng)。所示的溫度分程控制系統(tǒng)。 TCTT W(s) WVA(s) WVS(s) W0(s) Wm(s) X(s)Y(s) 熱水熱水 蒸汽蒸汽 AB 熱物料熱物料 冷物料冷物料 (2)(2)用于擴(kuò)大調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍，改善調(diào)節(jié)閥的工作特性用于擴(kuò)大調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍，改善調(diào)節(jié)閥的工作特性 可設(shè)計(jì)和應(yīng)用分程控制，將兩個(gè)調(diào)節(jié)閥當(dāng)作一個(gè)調(diào)節(jié)閥使用，從可設(shè)計(jì)和應(yīng)用分程控制，將兩個(gè)調(diào)節(jié)閥當(dāng)作一個(gè)調(diào)節(jié)閥使用，從 而可擴(kuò)大

55、其調(diào)節(jié)范圍，改善其特性，提高控制質(zhì)量。而可擴(kuò)大其調(diào)節(jié)范圍，改善其特性，提高控制質(zhì)量。 設(shè)分程控制中使用的大小兩只調(diào)節(jié)閥，其量大流通能力分別為設(shè)分程控制中使用的大小兩只調(diào)節(jié)閥，其量大流通能力分別為 C1max = 4, C2max = 100 其可調(diào)范圍為其可調(diào)范圍為 R1 =R2 =30 故調(diào)節(jié)閥的最小流通能力為故調(diào)節(jié)閥的最小流通能力為 333. 3 30 100 134. 0 30 4 2 max2 min2 1 max1 min1 R C C R C C 分程控制把兩個(gè)調(diào)節(jié)閥當(dāng)作一個(gè)調(diào)節(jié)閥使用，其最小流通能力為分程控制把兩個(gè)調(diào)節(jié)閥當(dāng)作一個(gè)調(diào)節(jié)閥使用，其最小流通能力為 0.1340.134，

56、其最大流通能力為，其最大流通能力為100100，可調(diào)范圍為，可調(diào)范圍為 776 134. 0 104 min1 max1max2 C CC R 分 可見(jiàn)，分程后調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍為單個(gè)調(diào)節(jié)閥的近可見(jiàn)，分程后調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍為單個(gè)調(diào)節(jié)閥的近2525倍，這樣，倍，這樣， 既能滿(mǎn)足生產(chǎn)上的要求，又能改善調(diào)節(jié)閥門(mén)工作特性，提高控制質(zhì)既能滿(mǎn)足生產(chǎn)上的要求，又能改善調(diào)節(jié)閥門(mén)工作特性，提高控制質(zhì) 量。量。 (3)(3)用于環(huán)境保護(hù)用于環(huán)境保護(hù) 例例7-5 7-5 圖圖7-327-32所示為廢液中和過(guò)程的分程控制所示為廢液中和過(guò)程的分程控制 PHC PHT A酸酸 堿堿 B 廢液廢液 中和液中和液 PH計(jì)是用來(lái)

57、測(cè)量廢液氫離子濃度的一種儀器。氫離子濃度愈大，計(jì)是用來(lái)測(cè)量廢液氫離子濃度的一種儀器。氫離子濃度愈大， PH值愈小，但值愈小，但PH計(jì)輸出的電流愈大，若計(jì)輸出的電流愈大，若PH值等于值等于7 7時(shí)，其輸出電時(shí)，其輸出電 流為流為I*H。當(dāng)。當(dāng)PH計(jì)的輸出電流計(jì)的輸出電流IHI*H時(shí)，則廢液呈酸性，于是分程控時(shí)，則廢液呈酸性，于是分程控 制制PH調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)應(yīng)該使調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)應(yīng)該使調(diào)節(jié)閥B B打開(kāi)，加入適量堿使廢液中打開(kāi)，加入適量堿使廢液中 和，此時(shí)調(diào)節(jié)閥和，此時(shí)調(diào)節(jié)閥A A關(guān)閉。相反，當(dāng)關(guān)閉。相反，當(dāng)IH I*H時(shí)，則廢液呈堿性，此時(shí)，時(shí)，則廢液呈堿性，此時(shí)， 調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)控制調(diào)

58、節(jié)閥調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)控制調(diào)節(jié)閥A A工作，加入適量的酸使廢液呈中性，工作，加入適量的酸使廢液呈中性， 此時(shí)調(diào)節(jié)閥此時(shí)調(diào)節(jié)閥B B關(guān)閉。關(guān)閉。 (4)(4)用于多種調(diào)節(jié)手段，維持生產(chǎn)穩(wěn)定用于多種調(diào)節(jié)手段，維持生產(chǎn)穩(wěn)定 例例7-6 7-6 在煉鐵生產(chǎn)過(guò)程中，需把鐵礦石，焦碳和石灰石按一定比例配成在煉鐵生產(chǎn)過(guò)程中，需把鐵礦石，焦碳和石灰石按一定比例配成 爐料，從高爐爐頂進(jìn)料口分批加入爐中，同時(shí)把經(jīng)過(guò)預(yù)熱后的空氣爐料，從高爐爐頂進(jìn)料口分批加入爐中，同時(shí)把經(jīng)過(guò)預(yù)熱后的空氣 （稱(chēng)為熱風(fēng)）由爐底送入護(hù)內(nèi)，焦碳在熱風(fēng)的作用下生成二氧化碳，（稱(chēng)為熱風(fēng)）由爐底送入護(hù)內(nèi)，焦碳在熱風(fēng)的作用下生成二氧化碳， 并放出大量熱

59、量，即并放出大量熱量，即 QCOOC 22 式中：式中：Q一氧化反應(yīng)釋放出的熱量。一氧化反應(yīng)釋放出的熱量。 二氧化碳?xì)怏w跟赤熱的焦碳反應(yīng)生成一氧化碳。鐵礦石在一氧化碳二氧化碳?xì)怏w跟赤熱的焦碳反應(yīng)生成一氧化碳。鐵礦石在一氧化碳 的作用下還原成為鐵，即的作用下還原成為鐵，即 232 323COFeCOOFe 在冶煉過(guò)程中，不同階段、不同工況對(duì)熱風(fēng)的要求相差甚大，因在冶煉過(guò)程中，不同階段、不同工況對(duì)熱風(fēng)的要求相差甚大，因 此設(shè)計(jì)和應(yīng)用高爐壓力分程控制系統(tǒng)。如圖此設(shè)計(jì)和應(yīng)用高爐壓力分程控制系統(tǒng)。如圖7-337-33所示。所示。 圖圖7-33(b)7-33(b)所示為分程控制調(diào)節(jié)閥工作示意圖，根據(jù)工藝要

60、求，所示為分程控制調(diào)節(jié)閥工作示意圖，根據(jù)工藝要求， 在調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)為在調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)為0 04040范圍時(shí)，范圍時(shí)，A A閥工作；調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)超閥工作；調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)超 過(guò)過(guò)4040范圍，調(diào)節(jié)閥范圍，調(diào)節(jié)閥A A保持在最大開(kāi)度，同時(shí)保持在最大開(kāi)度，同時(shí)B B閥開(kāi)始工作；當(dāng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)始工作；當(dāng)調(diào)節(jié) 器輸出信號(hào)超過(guò)器輸出信號(hào)超過(guò)7070時(shí)，時(shí)，A A閥與閥與B B閥都保持在最大開(kāi)度，同時(shí)調(diào)節(jié)閥閥都保持在最大開(kāi)度，同時(shí)調(diào)節(jié)閥 C C開(kāi)始工作。開(kāi)始工作。 PT PC 繼動(dòng)器繼動(dòng)器 高爐高爐 A B A B C N2 熱風(fēng)熱風(fēng)1 熱風(fēng)熱風(fēng)2 熱風(fēng)熱風(fēng)3 (a) A B C 0 40%70%100% 1