過(guò)程控制課件 - 第14節(jié)

第七章實(shí)現(xiàn)特殊工藝要求的過(guò)程控制系統(tǒng)2/7/20231史密斯預(yù)估控制單回路控制史密斯預(yù)估控制上次課：2/7/202327.1比值控制系統(tǒng)1、開(kāi)環(huán)比值控制系統(tǒng)2、單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)3、雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)2/7/202334、變比值控制系統(tǒng)2/7/20234比值控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1）主流量、副流量的確定2）控制方案的選擇3）比值器參數(shù)的計(jì)算2/7/20235已知某流量比值系統(tǒng)采用差壓式流量計(jì)測(cè)量主副流量，其最大量程分別為：工藝要求試計(jì)算不加開(kāi)方器與加開(kāi)方器后儀表的比值器參數(shù)K’。不加開(kāi)方器時(shí):

解:加開(kāi)方器后:2/7/202367.2均勻控制系統(tǒng)7.2.1均勻控制的提出與特點(diǎn)1．均勻控制的提出均勻控制系統(tǒng)具有使控制量與被控制量均勻緩慢地在一定范圍內(nèi)變化的特殊功能?？刂颇繕?biāo)：1、穩(wěn)定塔A的液位解決的方法：增加中間儲(chǔ)存容器2、穩(wěn)定塔B的進(jìn)料流量解決的方法：采用均勻控制2/7/20237將液位控制與流量控制統(tǒng)一在一個(gè)控制系統(tǒng)中，從系統(tǒng)內(nèi)部解決兩種工藝參數(shù)供求之間的矛盾，即使A塔的液位在允許的范圍內(nèi)波動(dòng)的同時(shí)，也使流量平穩(wěn)緩慢地變化。均勻控制的設(shè)計(jì)思想：2/7/202382.均勻控制的特點(diǎn)1、結(jié)構(gòu)上無(wú)特殊性

2、參數(shù)有變化，而且是緩慢地變化3、參數(shù)應(yīng)在限定范圍內(nèi)變化2/7/202397.2.2均勻控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)均勻控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括：控制方案的選擇，調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇，調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定

1.控制方案的選擇（1）簡(jiǎn)單均勻控制系統(tǒng)

注意：當(dāng)調(diào)節(jié)閥兩端的壓差變化較大時(shí)，流量大小不僅取決于調(diào)節(jié)閥開(kāi)度的大小，還將受到壓差波動(dòng)的影響。

2/7/202310（2）串級(jí)均勻控制系統(tǒng)

為了克服調(diào)節(jié)閥前后壓力波動(dòng)和被控過(guò)程的自平衡待性對(duì)流量的影響，設(shè)計(jì)了以流量為副參數(shù)、以液位為主參數(shù)的串級(jí)均勻控制系統(tǒng)。如圖所示。從結(jié)構(gòu)上看，它與一般的液位和流量串級(jí)控制系統(tǒng)是一致的。但這里采用串級(jí)形式的目的并不是為了提高主參數(shù)液位的控制精度，而是為了克服閥前壓力波動(dòng)及自平衡特性對(duì)流量的影響，使流量變化平緩。2/7/2023112.調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇

(1)在所有的均勻控制系統(tǒng)中，不應(yīng)加微分控制。

(2)主調(diào)節(jié)器一般采用比例控制或比例積分控制，而在串級(jí)控制中，副調(diào)節(jié)器一般采用比例控制，特殊情況下，也可采用比例積分控制。2/7/2023123.調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，按照“先副后主”，把主、副調(diào)節(jié)器的比例度δ調(diào)節(jié)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)程緩慢地、非周期衰減變化，最后再根據(jù)過(guò)程的具體情況，給主調(diào)節(jié)器加上積分作用。需要注意的是，主調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間要調(diào)得大一些。（1）經(jīng)驗(yàn)法2/7/202313所有均勻控制中，均比定值控制要大。停留時(shí)間t／min＜2020～40＞40比例度δ／（%）100～150150～200200～250積分時(shí)間Ti／min51015整定參數(shù)與停留時(shí)間t的關(guān)系（2）停留時(shí)間法即依據(jù)控制介質(zhì)流過(guò)被控過(guò)程所需要的時(shí)間整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)2/7/2023147.3分程控制系統(tǒng)

7.3.1概述

間歇式化學(xué)反應(yīng)器分程控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)TT熱水冷卻水BTCA如某一間歇式生產(chǎn)的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，每次投料完畢后，需要先對(duì)其加熱引發(fā)化學(xué)反應(yīng)。一旦反應(yīng)開(kāi)始進(jìn)行，就會(huì)持續(xù)產(chǎn)生大量的反應(yīng)熱，如果不及時(shí)降溫，物料溫度會(huì)越來(lái)越高，有發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)。因此，必須降溫。調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥的正反作用2/7/202315工作原理如下：當(dāng)裝料完成、化學(xué)反應(yīng)開(kāi)始前，溫度測(cè)量值小于設(shè)定值。調(diào)節(jié)器TC輸出氣壓大于0.06MPa，A（冷水）閥關(guān)閉，B（熱水）閥開(kāi)啟，反應(yīng)器夾套中進(jìn)的熱水使反應(yīng)物料溫度上升。TT熱水冷卻水BTCA熱水閥為氣開(kāi)，冷水閥為氣關(guān)調(diào)節(jié)閥分程關(guān)系曲線(xiàn)MPa0100%0.020.060.10A閥B閥2/7/202316反應(yīng)開(kāi)始后，反應(yīng)物溫度逐漸升高，調(diào)節(jié)器輸出逐漸下降，熱水閥逐漸關(guān)?。划?dāng)反應(yīng)物料溫度達(dá)到并高于設(shè)定值時(shí)，調(diào)節(jié)器輸出氣壓將小于0.06MPa，熱水閥完全關(guān)閉，冷水閥逐漸打開(kāi)，冷水進(jìn)入夾套將反應(yīng)熱帶走，使反應(yīng)物料溫度保持在設(shè)定值。TT熱水冷卻水BTCA熱水閥為氣開(kāi)，冷水閥為氣關(guān)MPa0100%0.020.060.10A閥B閥2/7/202317A、B均為正作用閥A、B均為反作用閥MPa0100%0.020.060.10A閥B閥MPa0100%0.020.060.10A閥B閥分程控制系統(tǒng)的類(lèi)型按照調(diào)節(jié)閥的氣開(kāi)、氣關(guān)形式和分程信號(hào)區(qū)段不同，可分為以下兩種類(lèi)型：①調(diào)節(jié)閥同向動(dòng)作的分程控制系統(tǒng)例：兩個(gè)調(diào)節(jié)閥同向動(dòng)作2/7/202318MPa0100%0.020.060.10A閥B閥MPa0100%0.020.060.10A閥B閥②調(diào)節(jié)閥異向動(dòng)作的分程控制系統(tǒng)例：兩個(gè)調(diào)節(jié)閥異向動(dòng)作在0.02-0.06MPa區(qū)間，B閥全開(kāi)、A閥逐漸開(kāi)大；在0.06-0.10MPa區(qū)間，A閥全開(kāi)、B閥逐漸關(guān)小。在0.02-0.06MPa區(qū)間，B閥全關(guān)、A閥逐漸關(guān)小；在0.06-0.10MPa區(qū)間，A閥全關(guān)、B閥逐漸開(kāi)大。2/7/202319給定－執(zhí)行器1對(duì)象變送器控制器干擾執(zhí)行器27.3.2分程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分程控制系統(tǒng)本質(zhì)上屬于單回路控制系統(tǒng)。二者的主要區(qū)別是：?jiǎn)位芈房刂葡到y(tǒng)中調(diào)節(jié)器輸出控制一個(gè)調(diào)節(jié)閥，分程控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器輸出控制多個(gè)調(diào)節(jié)閥。因此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)上有所不同2/7/2023201.控制信號(hào)的分段在分程控制中，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)需要分成幾段，哪一段信號(hào)控制哪一個(gè)調(diào)節(jié)閥，完全取決于工藝要求。TT熱水冷卻水BTCA此例中，為保證安全，熱水閥采用氣開(kāi)式，冷水閥采用氣關(guān)式。這就決定了兩個(gè)調(diào)節(jié)閥異向工作。又因工藝要求一個(gè)閥打開(kāi)時(shí)，另一個(gè)必須關(guān)閉。MPa0100%0.020.060.10A閥B閥2/7/2023212.流量特性的平滑銜接小負(fù)荷時(shí)只有1閥控制、2閥不開(kāi)；負(fù)荷較大時(shí)1閥全開(kāi)、2閥控制。兩個(gè)同向特性的調(diào)節(jié)閥并聯(lián)控制一種介質(zhì)的流量時(shí)，總流量特性是兩個(gè)閥流量特性的疊加組合。MPa0100%0.020.060.101閥2閥2/7/202322如果兩個(gè)調(diào)節(jié)閥的增益差距較大，組合后的總流量特性有突變點(diǎn)，會(huì)影響調(diào)節(jié)品質(zhì)。P（MPa）（a）二閥特性比較接近0流量Q（%）1000.020.060.10?45（b）二閥特性差距較大01000.020.060.10?45P（MPa）流量Q（%）如果兩個(gè)調(diào)節(jié)閥都用直線(xiàn)特性，組合后的總流量特性有下列兩種情況：2/7/202323（a）分程信號(hào)不重疊P（MPa）流量Q（%）01000.020.060.10?（b）分程信號(hào)重疊P（MPa）01000.020.060.10流量Q（%）如果調(diào)節(jié)閥是對(duì)數(shù)流量特性，其總流量特性銜接處必有突變點(diǎn)?？梢酝ㄟ^(guò)兩個(gè)調(diào)節(jié)閥分程信號(hào)部分重迭的辦法，使調(diào)節(jié)閥流量特性實(shí)現(xiàn)平滑過(guò)渡。即將兩個(gè)閥的工作范圍擴(kuò)大，形成一段重迭區(qū)。2/7/2023243.調(diào)節(jié)閥的泄漏量在分程控制中，調(diào)節(jié)閥的泄漏量太大會(huì)影響控制質(zhì)量。尤其當(dāng)大、小閥并聯(lián)工作時(shí)，若大閥的泄漏量接近或大于小閥的正常的調(diào)節(jié)量，則小閥的調(diào)節(jié)能力大大降低。因?yàn)榇箝y的泄漏量相當(dāng)于存在一個(gè)不受控制的旁路管道，所以要求大閥的泄漏量很小。2/7/202325分程控制的實(shí)現(xiàn)分程信號(hào)重疊P（MPa）01000.020.060.10流量Q（%）例如，使調(diào)節(jié)閥1在0.02-0.07MPa范圍內(nèi)作全行程動(dòng)作；使調(diào)節(jié)閥2在0.05-0.10MPa范圍內(nèi)作全行程動(dòng)作。TT熱水冷卻水BTCA分程控制要求調(diào)節(jié)閥的輸入量程進(jìn)行壓縮。通過(guò)調(diào)整閥門(mén)定位器的輸入信號(hào)零點(diǎn)和量程，使調(diào)節(jié)閥在規(guī)定的信號(hào)區(qū)段作全行程動(dòng)作。2/7/202326閥門(mén)定位器意義氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥中，閥桿的位移是由薄膜上氣壓推力與彈簧反作用力平衡確定的。為了防止閥桿處的泄漏要壓緊填料，使閥桿摩擦力增大，且個(gè)體差異較大，這會(huì)影響輸入信號(hào)P的執(zhí)行