过程控制系统第4章(续1)过程控制课件
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过程控制讲义课件(全套)
3. 过程控制：
为了按所希望的效率，质量和产量生产出产品， 将过程内各部分的变量控制在所希望的值．即完成对 诸如温度，压力，流量，液位（物位）等参数量的生 产过程的自动调节。
4
1.2 过程控制的任务
4. 过程控制的任务：
在了解、掌握工艺流程和生产过程的静态和动态特 性基础上，根据生产工艺的要求，应用控制理论对系统
计算机过程控制系统框图
计算机代替模拟调节 器 计算机过程控 制系统
15
1.3 过程控制系统的组成
例3 集散控制系统（DCS)
(1)过程输入－输出接口 (2)过程控制单元 (3)数据高速通路 (4)CRT操作站 (5)管理计算机(－上位机)
集散控制系统基本组成框图
16
1.3 过程控制系统的组成
(1) 过程输入—输出接口：它是带有微处理器的智能装置， 主要用于采集过程信息(模拟量和数字量)，故又称其为 数据采集站。它能完成数据采集与预处理，对实时数据 作进一步的加工，提供CRT操作站的显示与打印。同时， 在有管理计算机的情况下，它可以用模拟量与开关量的 方式向过程终端输出计算机的控制指令。
过程控制
第一章
本章主要内容
1. 过程控制的基本概念 2. 过程控制的任务 3. 过程控制系统的组成 4. 过程系统的分类 5. 过程控制的特点 6. 过程控制的发展状况 7. 课程内容简介
绪论
2
1.1 过程控制的基本概念
1. 工业自动化：
利用各种自动化装置对工厂或企业的生产设备或生 产过程进行的自动监测,自动调节,自动控制,自动显示 及管理等。
13
1.3 过程控制系统的组成
转炉供氧量控制系统框图
控制系统均由测量元件、变送器、调节器、调节阀和 被控过程等环节构成。如果把测量元件、变送器、调 节器和调节阀统称为过程检测控制仪表，则一个简单 的过程控制系统是由被控过程和过程检测控制仪表两 部分组成的。
为了按所希望的效率，质量和产量生产出产品， 将过程内各部分的变量控制在所希望的值．即完成对 诸如温度，压力，流量，液位（物位）等参数量的生 产过程的自动调节。
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1.2 过程控制的任务
4. 过程控制的任务：
在了解、掌握工艺流程和生产过程的静态和动态特 性基础上，根据生产工艺的要求，应用控制理论对系统
计算机过程控制系统框图
计算机代替模拟调节 器 计算机过程控 制系统
15
1.3 过程控制系统的组成
例3 集散控制系统（DCS)
(1)过程输入－输出接口 (2)过程控制单元 (3)数据高速通路 (4)CRT操作站 (5)管理计算机(－上位机)
集散控制系统基本组成框图
16
1.3 过程控制系统的组成
(1) 过程输入—输出接口：它是带有微处理器的智能装置， 主要用于采集过程信息(模拟量和数字量)，故又称其为 数据采集站。它能完成数据采集与预处理，对实时数据 作进一步的加工，提供CRT操作站的显示与打印。同时， 在有管理计算机的情况下，它可以用模拟量与开关量的 方式向过程终端输出计算机的控制指令。
过程控制
第一章
本章主要内容
1. 过程控制的基本概念 2. 过程控制的任务 3. 过程控制系统的组成 4. 过程系统的分类 5. 过程控制的特点 6. 过程控制的发展状况 7. 课程内容简介
绪论
2
1.1 过程控制的基本概念
1. 工业自动化：
利用各种自动化装置对工厂或企业的生产设备或生 产过程进行的自动监测,自动调节,自动控制,自动显示 及管理等。
13
1.3 过程控制系统的组成
转炉供氧量控制系统框图
控制系统均由测量元件、变送器、调节器、调节阀和 被控过程等环节构成。如果把测量元件、变送器、调 节器和调节阀统称为过程检测控制仪表，则一个简单 的过程控制系统是由被控过程和过程检测控制仪表两 部分组成的。
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前馈—反馈控制系统
29
1.4 过程控制系统的分类
6. 按给定信号的特点分类 ： 定值控制系统 程序控制系统 随动控制系统
（1）定值控制系统：就是系统被控量的给定值保持在规定 值不变，或在小范围附近不变。定值控制系统是过程控 制中应用最多的一种控制系统，因为在工业生产过程中 大多要求系统被控量的给定值保持在某一定值，或在某 很小范围内不变。 例如过热蒸汽温度控制系统、转炉供氧量控制系统 均为一个定值控制系统。
30
1.4 过程控制系统的分类
（2）程序控制系统：它是被控量的给定值按预定的时 间程序变化工作的。控制的目的就是使系统被控量按 工艺要求规定的程序自动变化。 例如同期作业的加热设备(机械、冶金工业中的热 处理炉)，一般工艺要求加热升温、保温和逐次降温 等程序，给定值就按此程序自动地变化，控制系统按 此给定程序自动工作，达到程序控制的目的。
4. 按被控制量的多少分类：
单变量控制系统 多变量控制系统
25
1.4 过程控制系统的分类
5. 按系统的结构分类：
反馈控制系统 前馈控制系统 复合控制系统 单回路控制系统 串级控制系统
26
1.4 过程控制系统的分类
（1）反馈控制系统
它是过程控制系统中的一种最基本的控制结构形 式。反馈控制系统是根据系统被控量的偏差进行工作 的，偏差值是控制的依据，最后达到消除或减小偏差 的目的。如过热蒸汽温度控制系统就是一个反馈控制 系统。另外，反馈信号也可能有多个，从而可以构成 多个闭合回路，称其为多回路控制系统。
23
1.4 过程控制系统的分类
1. 按被控量分类 ：
温度控制系统 压力控制系统 流量控制系统 液位控制系统等
2. 按完成的功能分类：
29
1.4 过程控制系统的分类
6. 按给定信号的特点分类 ： 定值控制系统 程序控制系统 随动控制系统
（1）定值控制系统：就是系统被控量的给定值保持在规定 值不变，或在小范围附近不变。定值控制系统是过程控 制中应用最多的一种控制系统，因为在工业生产过程中 大多要求系统被控量的给定值保持在某一定值，或在某 很小范围内不变。 例如过热蒸汽温度控制系统、转炉供氧量控制系统 均为一个定值控制系统。
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1.4 过程控制系统的分类
（2）程序控制系统：它是被控量的给定值按预定的时 间程序变化工作的。控制的目的就是使系统被控量按 工艺要求规定的程序自动变化。 例如同期作业的加热设备(机械、冶金工业中的热 处理炉)，一般工艺要求加热升温、保温和逐次降温 等程序，给定值就按此程序自动地变化，控制系统按 此给定程序自动工作，达到程序控制的目的。
4. 按被控制量的多少分类：
单变量控制系统 多变量控制系统
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1.4 过程控制系统的分类
5. 按系统的结构分类：
反馈控制系统 前馈控制系统 复合控制系统 单回路控制系统 串级控制系统
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1.4 过程控制系统的分类
（1）反馈控制系统
它是过程控制系统中的一种最基本的控制结构形 式。反馈控制系统是根据系统被控量的偏差进行工作 的，偏差值是控制的依据，最后达到消除或减小偏差 的目的。如过热蒸汽温度控制系统就是一个反馈控制 系统。另外，反馈信号也可能有多个，从而可以构成 多个闭合回路，称其为多回路控制系统。
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1.4 过程控制系统的分类
1. 按被控量分类 ：
温度控制系统 压力控制系统 流量控制系统 液位控制系统等
2. 按完成的功能分类：
过程控制课件1-4
《过程控制与自动化仪表》
1-4学时 第1章 自动控制系统基本概念 重点: 1．了解化工自动化的主要内容
2．理解控制系统的组成方块图
一、什么是过程控制？它的作用是什么？
过程控制通常是指石油、化工、电力、冶金、 轻工、建材、核能等工业生产中连续的或按一定周 期程序进行的生产过程的自动控制,它是自动化技术 的重要组成部分。它在现代化工业生产中，为实现 各种最优的经济技术指标、提高劳动生产率和经济 效益、改善劳动条件、保护劳动者的身体健康以及 保护生产环境等方面起着举足轻重的作用。
（2）经济型－－成本低（消耗的原材料、能量、人力 资源要少）、效率高（产量高、质量好）；
（3）稳定性－－较强的抑制外部干扰的能力和长期无故障运行 的能力；
（4）具体的技术指标：即系统的快速性、稳定性与准确性等指 标。
2、自控专业和工艺专业共同研讨确定被控参数（直接测量、 间接测量或称软测量等）；
3.建立被控过程的数学模型（包括控制通道模型与干扰通道模 型）； 4、选择控制参数（或控制介质）确定控制方案； 5、选择控制策略； 6、选择执行机构与调节阀；
4、 按系统的给定值信号特点分为 定值控制、随动控制、顺序控制等；
5、 按控制策略分为 PID控制、预测控制、推理控制、模糊控制、Smith预估控制
、自适应控制等；
七、过程控制系统的过渡过程
1.系统的静态和动态 在自动化领域内,把被调参数不随时间变化的平衡状 态称为系统的静态,而把被调参数随时间变化的不平 衡状态称为系统的动态.
例2 加热炉控制系统
控制目标：
1. 保证热油出口温度稳 定。
2 . 在保证热油出口温度 稳定的同时要求加热 炉热效率最高。
特点： 1.串级调节 2. 当某些参量不易测量时 ，可通过测量其他容易测 量的相关参量达到控制目 标； 3 燃油流量控制子系统。
1-4学时 第1章 自动控制系统基本概念 重点: 1．了解化工自动化的主要内容
2．理解控制系统的组成方块图
一、什么是过程控制？它的作用是什么？
过程控制通常是指石油、化工、电力、冶金、 轻工、建材、核能等工业生产中连续的或按一定周 期程序进行的生产过程的自动控制,它是自动化技术 的重要组成部分。它在现代化工业生产中，为实现 各种最优的经济技术指标、提高劳动生产率和经济 效益、改善劳动条件、保护劳动者的身体健康以及 保护生产环境等方面起着举足轻重的作用。
（2）经济型－－成本低（消耗的原材料、能量、人力 资源要少）、效率高（产量高、质量好）；
（3）稳定性－－较强的抑制外部干扰的能力和长期无故障运行 的能力；
（4）具体的技术指标：即系统的快速性、稳定性与准确性等指 标。
2、自控专业和工艺专业共同研讨确定被控参数（直接测量、 间接测量或称软测量等）；
3.建立被控过程的数学模型（包括控制通道模型与干扰通道模 型）； 4、选择控制参数（或控制介质）确定控制方案； 5、选择控制策略； 6、选择执行机构与调节阀；
4、 按系统的给定值信号特点分为 定值控制、随动控制、顺序控制等；
5、 按控制策略分为 PID控制、预测控制、推理控制、模糊控制、Smith预估控制
、自适应控制等；
七、过程控制系统的过渡过程
1.系统的静态和动态 在自动化领域内,把被调参数不随时间变化的平衡状 态称为系统的静态,而把被调参数随时间变化的不平 衡状态称为系统的动态.
例2 加热炉控制系统
控制目标：
1. 保证热油出口温度稳 定。
2 . 在保证热油出口温度 稳定的同时要求加热 炉热效率最高。
特点： 1.串级调节 2. 当某些参量不易测量时 ，可通过测量其他容易测 量的相关参量达到控制目 标； 3 燃油流量控制子系统。
过程控制技术-第四章简单控制系统精品PPT课件
4 简单控制系统
➢被控变量与操纵变量的选择
被控变量的选择 被控变量应该能够最好地反映工艺生产状态
的参数，所以它的选择是控制方案设计中的重要 一环，对于保证生产稳定、高产、优质、低耗和 安全运行起着决定性的作用。若被控变量选择不 当，则无论组成什么样的控制系统，选用多么先 进的仪器仪表，均不能达到预期的控制效果。所 以被控变量选择方法有两种：
4 简单控制系统
由于能量和物料的输送需要一定的时间，所 以在控制通道中往往存在纯滞后时间。的存在使 操纵变量对被控变量的作用推迟了这段时间。由 于控制作用的推迟，不但使被控变量的超调量加 大，还使过度过程振荡加剧，结果过渡时间也增 长。越大，这种现象越显著，控制质量就越坏。
所以在选择操纵变量构成控制系统时，应使 对象控制通道中的尽量小些，并且设法减小。
4 简单控制系统
(3) 操纵变量的选择原则 因为干扰是影响生产正常进行的破坏性因素，所以希
望它对被控变量的影响越小越慢越好。而操纵变量是克服 干扰影响使生产重新平稳运行的因素，因而希望它能及时 克服干扰的影响。通过以上的分析可以总结出操纵变量的 选择原则有以下几条： （1）设计构成的控制系统，其控制通道特性应具有足够 大的放大系数、比较小的时间常数及尽可能小的纯滞后时 间。 （2）系统主要扰动通道特性应具有尽可能大的时间常数 和尽可能小的放大系数。 （3）应考虑工艺上的合理性。如果生产负荷直接关系到 产品的质量，那么就不宜选为操纵变量。
4 简单控制系统
被控对象特性可由两条通道来进行描述，即 控制通道（操纵变量对被控变量影响的通道）和 干扰通道（干扰变量对被控变量影响的通道）。 在生产过程中可能有几个控制变量可供选择，这 就需要通过分析比较不同的控制通道和不同的扰 动通道对控制质量的影响而做出合理地选择，所 以操纵变量的选择问题，实质上是组成什么样的 被控对象的问题。因而在讨论操纵变量如何选择 之前，先来研究对象特性对控制质量的影响。
A3000过程控制实验指导 第四章
第四章串级控制系统实验第一节串级控制系统的连接实践一、串接控制系统的组成图4-1是串级控制系统的方框图。
该系统有主、副两个控制回路，主、副调节器相串联工作，其中主调节器有自己独立的设定值R，它的输出m1作为副调节器的给定值，副调节器的输出m2控制执行器，以改变主参数C1。
图4-1 串级控制系统的方框图R-主参数的给定值 C1-被控的主参数 C2-副参数f1(t)-作用在主对象上的扰动 f2(t)-作用在副对象上的扰动二、串级控制系统的特点1.改善了过程的动态特性由负反馈原理可知，副回路不仅能改变副对象的结构，而且还能使副对象的放大系数减小，频带变宽，从而使系统的响应速度变快，动态性能得到改善。
2.能与时克服进入副回路的各种二次扰动，提高了系统抗扰动能力串级控制系统由于比单回路控制系统多了一个副回路，当二次扰动进入副回路，由于主对象的时间常数大于副对象的时间常数，因而当扰动还没有影响到主控参数时，副调节器就开始动作，与时减小或消除扰动对主参数的影响。
基于这个特点，在设计串级控制系统时尽可能把可能产生的扰动都纳入到副回路中，以确保主参数的控制质量。
至于作用在主对象上的一次扰动对主参数的影响，一般通过主回路的控制来消除。
3.提高了系统的鲁棒性由于副回路的存在，它对副对象（包括执行机构）特性变化的灵敏度降低，即系统的鲁棒性得到了提高。
具有一定的自适应能力串级控制系统的主回路是一个定值控制系统，副回路则是一个随动系统。
主调节器能按照负荷和操作条件的变化，不断地自动改变副调节器的给定值，使副调节器的给定值能适应负荷和操作条件的变化。
三、串级控制系统的设计原则1.主、副回路的设计1)副回路不仅要包括生产过程中的主要扰动，而且应该尽可能包括更多的扰动信号。
2)主、副对象的时间常数要合理匹配，一般要求主、副对象时间常数的匹配能使主、副回路的工作频率之比大于3。
为此，要求主、副回路的时间常数之比应该在3～10之间。
过程控制系统 第4章 简单控制系统ppt课件
7
可编辑课件PPT
控制系统设计基本内容
① 确定控制方案
调研，论证 包括被控变量的选择与确认﹑操纵变量的选择与确认﹑检测点
的初步选择、绘制出带控制点的工艺流程图和编写初步控制方 案设计说明书等等。
② 仪表及装置的选型
要考虑到供货方的信誉﹑产品的质量﹑价格﹑可靠性﹑精度﹑ 供货方便程度﹑技术支持﹑维护等因素。
设定值 偏差 控制器
扰动
操纵
扰动通道
变量
被控变量
执行器
被控对象
检测变送
(a) F(s)
Gf(s)
R(s) E(s)
U(s)
Q(s)
Y(s)
Gc(s)
Gv(s)
Gp(s)
Ym(s)
Gm(s)
Go(s)
(b) 图 4-2 简单控制系统的框图
5
可编辑课件PPT
4.2 简单控制系统的设计
4.2.1控制系统设计概述
被控变量选择应遵循下列原则：
尽量选择能直接反映产品质量的变量作为被控变 量；
所选被控变量能满足生产工艺稳定﹑安全﹑高效 的要求
必须考虑自动化仪表及装置的现状。
10
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操纵变量选取应遵循下列原则：
①操纵变量必须是工艺上允许调节的变量； ②操纵变量是应该是系统中所有被控变量的输入
检测元件和变送器用于检测被控变量，并将检测 到的信号转换为标准信号输出。
控制器用于将检测变送单元的输出信号与设定值 信号进行比较，按一定的控制规律对其偏差信号 进行运算，运算结果输出到执行器。
执行器是控制系统环路中的最终元件，直接用于 控制操纵变量变化。
被控对象是需要控制的设备 。
4
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控制系统设计基本内容
① 确定控制方案
调研，论证 包括被控变量的选择与确认﹑操纵变量的选择与确认﹑检测点
的初步选择、绘制出带控制点的工艺流程图和编写初步控制方 案设计说明书等等。
② 仪表及装置的选型
要考虑到供货方的信誉﹑产品的质量﹑价格﹑可靠性﹑精度﹑ 供货方便程度﹑技术支持﹑维护等因素。
设定值 偏差 控制器
扰动
操纵
扰动通道
变量
被控变量
执行器
被控对象
检测变送
(a) F(s)
Gf(s)
R(s) E(s)
U(s)
Q(s)
Y(s)
Gc(s)
Gv(s)
Gp(s)
Ym(s)
Gm(s)
Go(s)
(b) 图 4-2 简单控制系统的框图
5
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4.2 简单控制系统的设计
4.2.1控制系统设计概述
被控变量选择应遵循下列原则：
尽量选择能直接反映产品质量的变量作为被控变 量；
所选被控变量能满足生产工艺稳定﹑安全﹑高效 的要求
必须考虑自动化仪表及装置的现状。
10
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操纵变量选取应遵循下列原则：
①操纵变量必须是工艺上允许调节的变量； ②操纵变量是应该是系统中所有被控变量的输入
检测元件和变送器用于检测被控变量，并将检测 到的信号转换为标准信号输出。
控制器用于将检测变送单元的输出信号与设定值 信号进行比较，按一定的控制规律对其偏差信号 进行运算，运算结果输出到执行器。
执行器是控制系统环路中的最终元件，直接用于 控制操纵变量变化。
被控对象是需要控制的设备 。
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过程控制ppt课件
半成品缩口
尺寸、规格、型 号、外观
抽检AQL=1.5 检验水平：Ⅰ级
2小时/次
IPQC/操作工
目视、卡尺、千 分尺、塞规
QC组长
半成品检验 外观、尺寸
全检
每个
PQC
目视、塞规
IPQC
冲缩口
外观、尺寸
抽检AQL=1.5 检验水平：Ⅰ级
2小时/次
IPQC/操作工
目视、卡尺
QC组长
清洗
PQC检验
OK
NG
OK IPQC检验
4.2.1 领料员与仓管员核对所领材料与《领 料单》开列的材料名称、规格数量是 否相符 。
4.2.2 所领材料在生产过程中发现质量问 题，生产部填写《质量信息反馈单》 提请品管部解决；因欠料造成停产， 填写《短料报告》，反馈给相关部门 解决；物料损耗超标时，填写《生产 部补料申请》由生产部补料。
4.3 生产设备的控制 4.3.1 生产部调机员负责生产设备的日常
过程控制（关键质量控制点的识别及管控）
目的： 通过对生产过程中影响产品质量的各个因素 进行控制，保证生产作业按规定的方法和程 序在受控状态下进行，以满足客户和法规的 要求。
1
过程控制（关键质量控制点的识别及管控）
明确职责 1 生产部负责生产现场使用文件和作业活动的正确性控制、 材料控制、产品标识、工序检验、生产设备的日常维护。 2 生产部设备组负责生产设备的定期检查、维修，工艺文件 的完善。 3 品管部负责生产过程的首检、巡检、成品检验工作。 4 业务部、仓管部参与生产安排工作。
过程控制（关键质量控制点的识别及管控）
关键质量控制点的识别及管控 1. 细分工艺流程 (例： 来料检验，松布，裁剪，车缝肩缝，
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续缓慢上升, 同时乙塔的进料量也缓慢增加, 续缓慢上升 同时乙塔的进料量也缓慢增加 当液位上 升到某一数值时, 升到某一数值时 甲塔采出量等于在干扰作用下的入料 液位不再上升而暂处某一高度. 量, 液位不再上升而暂处某一高度 从而使液位和流量 都处于缓慢变化中, 达到均匀协调的控制目的. 都处于缓慢变化中 达到均匀协调的控制目的 如干扰来自乙塔塔压变化而使其入料量发生变化, 如干扰来自乙塔塔压变化而使其入料量发生变化 则先由流量副回路控制, 则先由流量副回路控制 当这一控制作用使甲塔液位受 到影响时, 再由液位控制器改变流量控制器的设定值, 到影响时 再由液位控制器改变流量控制器的设定值 让流量控制器作进一步的调整, 让流量控制器作进一步的调整 缓慢改变控制阀的开度 两控制器互相配合, 两控制器互相配合 使液位和流量都在允许的范围内缓 慢地均匀变化. 慢地均匀变化 串级均匀控制系统中两控制器一般采用P或 控制 控制, 串级均匀控制系统中两控制器一般采用 或PI控制 而不加微分作用. 而不加微分作用
(三)双冲量均匀方案 三 双冲量均匀方案 “冲量”的原义是短暂作用的信号或参数 在此引 冲量” 冲量 的原义是短暂作用的信号或参数, 申 为连续的信号或参数. 为连续的信号或参数 双冲量均匀控制系统的结构见下 图. 与串级均匀控制相比 前者用一个加法器取代主控 与串级均匀控制相比, 制器, 制器 是以液位和流量的测量信号经加法器后 甲塔 作为系统的被控变量. IO QS 作为系统的被控变量 现假定采 IH ∑ QC 用电动仪表构成系统 阀门为气 用电动仪表构成系统, I S IQ 开式, 流量控制器选正作用. 开式 流量控制器选正作用 加 h 法器在稳定状态下的输出为: 法器在稳定状态下的输出为
0
t 0
t
作用下, 液位和流量均在各自允许的范围内缓慢变化, 作用下 液位和流量均在各自允许的范围内缓慢变化 如上右图所示. 通常, 如上右图所示 通常 简单均匀方案中的控制器采用纯 比例控制, 且比例度较大, 一般大于100%, 当需采用 当需采用PI 比例控制 且比例度较大 一般大于 控制时, 应使积分弱些, 即积分时间常数整定的大些. 控制时 应使积分弱些 即积分时间常数整定的大些 简单均匀控制系统的最大优点是结构简单, 简单均匀控制系统的最大优点是结构简单 投运方 成本低廉. 但当前后设备的压力变化较大时, 便, 成本低廉 但当前后设备的压力变化较大时 尽管 控制阀的开度不变, 输出流量也会发生变化, 控制阀的开度不变 输出流量也会发生变化 所以它适 用于干扰不大, 要求不高的场合. 此外, 用于干扰不大 要求不高的场合 此外 在液位对象的 自衡能力较强时, 均匀控制的效果也较差. 自衡能力较强时 均匀控制的效果也较差
H设定值 设定值 控制器 控制阀 流量对象 流量变送器
Q
液位对象
H
加法器
液位变送器
三﹑控制器的参数整定 三种均匀方案中的控制器可选P或 控制作用 控制作用, 三种均匀方案中的控制器可选 或PI控制作用 一般 不选用微分作用. 控制器的比例度要大, 积分时间要长, 不选用微分作用 控制器的比例度要大 积分时间要长 即控制力度要小些, 以突出一个“ 即控制力度要小些 以突出一个“慢”字. 简单均匀控制 系 统和双冲量均匀控制系统在结构上与单回路控制系统相 统和双冲量均匀控制系统在结构上与单回路控制系统相 同, 因此它们的控制器参数整定的方法与单回路控制系 统一样. 统一样 下面讨论串级均匀控制系统控制器参数整定的 两种方法. 两种方法 (一)经验逼近法 一 经验逼近法 (二)定量计算法 补充 定量计算法(补充 二 定量计算法 补充) 以串级均匀方案中的前后精馏塔的塔釜液位与采出 以串级均匀方案中的前后精馏塔的塔釜液位与采出 流量的串级均匀控制为例加以说明. 流量的串级均匀控制为例加以说明
下图表示两个串联的精馏塔独立设置控制系统. 两个独立 下图表示两个串联的精馏塔独立设置控制系统. 两个独立 运行的单回路液位控制系统 乙塔 甲塔 和流量控制系统工作时是相 QC LC 互矛盾的. 为解决矛盾, 可 互矛盾的 为解决矛盾 在两塔之间增设中间缓冲容 器来克服, 器来克服 但这增加了投资 且对于某些生产连续性很强 的过程又不允许中间储存的时间过长, 的过程又不允许中间储存的时间过长 因 此还需从自动化方案的设计上寻求解决的 甲塔 方法. 均匀控制就是一种解决方案. 方法 均匀控制就是一种解决方案 均匀 LC 控制系统把液位﹑ H 控制系统把液位﹑流量统一在一个控制系 统中, 如左图所示. 所谓均匀控制系统是 统中 如左图所示 所谓均匀控制系统是 指两个工艺参数在规定范围内能缓慢地﹑ 指两个工艺参数在规定范围内能缓慢地﹑ 均匀地变化 Q 均匀地变化, 使前后设备在物料供求 上相互兼顾﹑均匀协调的系统. 上相互兼顾﹑均匀协调的系统
Q0
Q
0
t
第二种情况, 第二种情况 控制器的K c 很小 即控制作用很弱 当干 很小, 即控制作用很弱, 扰使液位大幅波动时, 阀门开度基本不变, 则流量的波 扰使液位大幅波动时 阀门开度基本不变 动就很小. 如下左图所示. 第三种情况, 动就很小 如下左图所示 第三种情况 控制器的 K c H Q H Q H 取值适当, 使 取值适当 H H0 H0 控制作用较为 Q0 Q0 Q Q 温和, 温和 在干扰
均匀控制的特点是表征前后供求矛盾的两个参数各自允 许在规定范围内缓慢地变化. 许在规定范围内缓慢地变化 二﹑均匀控制系统的结构方案 (一)简单均匀方案 一 简单均匀方案 下图即为液位和流量的简单均匀控制系统的例子. 下图即为液位和流量的简单均匀控制系统的例子 从系统结构形式上看, 从系统结构形式上看 它与单回路液位定 甲塔 值控制系统一样, 但两者控制目的不同, 值控制系统一样 但两者控制目的不同 LC H 所以在控制器的参数整定上也不同. 下面 所以在控制器的参数整定上也不同. 分三种情况说明. 第一种情况, 分三种情况说明 第一种情况 控制器的 K c 较大, 即控制作用较强, 在干扰作用下 较大 即控制作用较强 液位偏离给定值时, Q 液位偏离给定值时 控制器给出强有力 的控制作用, 使液位迅速回到给定值, 的控制作用 使液位迅速回到给定值 且余差很小, 且余差很小 但流量发生 H Q H H0 较大的波动.如右图所示 如右图所示. 较大的波动 如右图所示
第4章 章
4-6 均匀控制系统
其它控制系统
一﹑均匀控制的目的和要求 在连续生产过程中, 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, 且随生产的进一步强化, 备的进料 且随生产的进一步强化 前后生产过程的联 系更加紧密, 此时设计自动控制系统应从全局考虑. 系更加紧密 此时设计自动控制系统应从全局考虑 例 用精馏方法分离多组分的混合物时, 如, 用精馏方法分离多组分的混合物时 总是几个塔串 联运行; 在石油裂解气深冷分离的乙稀装置中, 联运行 在石油裂解气深冷分离的乙稀装置中 前后串 联了八个塔进行连续生产. 联了八个塔进行连续生产 为保证这些相互串联的塔能 正常地连续生产, 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. 一定的范围内 同时也要求塔底液位不能过高或过低
的流量为一定比例关系的系统, 称之流量比值系统. 的流量为一定比例关系的系统 称之流量比值系统 在需要保持比值关系的两种物料中, 在需要保持比值关系的两种物料中 必有一种物料 处于主导地位, 这种物料称之为主物料, 处于主导地位 这种物料称之为主物料 表征这种物料 的参数叫主动量. 的参数叫主动量 由于在生产过程控制中主要是流量比 表示 值控制系统, 所以主动量也称为主流量, 值控制系统 所以主动量也称为主流量 用 Q1 表示; 而另一种物料按主物料进行配比, 在控制过程中随主物 而另一种物料按主物料进行配比 料而变化, 因此称为从物料, 料而变化 因此称为从物料 表征其特性的参数叫从动 量或副流量, 用 Q2 表示. 一般情况下, 总把生产中主要 量或副流量 表示 一般情况下 物料定为主物料. 但在有些场合, 以不可控物料定为主 物料定为主物料 但在有些场合 物料, 物料 用改变可控物料即从物料来实现它们之间的比值 关系. 工艺上要求的比值定义为: K = Q2 / Q1 关系 工艺上要求的比值定义为 在比值控制系统中, 在比值控制系统中 从动量随主动量按一定比例变 故比值控制系统实际上是一种随动系统. 化, 故比值控制系统实际上是一种I S
上式中, I O 是加法器输出; I H , I Q 分别为液位变送器和流量 上式中 是加法器输出 变送器的输出; 为恒流源输出. 在工况稳定的情况下, 变送器的输出 I S 为恒流源输出 在工况稳定的情况下 通过调整 I S 值, 使加法器的输出等于流量控制器的给定值 阀门处于某一开度. 若受到干扰使液位上升, 阀门处于某一开度 若受到干扰使液位上升 则 I O 增加 由于流量控制器为正作用, 也增加, 阀开度增大, 由于流量控制器为正作用 e = I O − QS 也增加 阀开度增大
4-7 比值控制系统
一﹑基本概念 在化工﹑炼油及其它工业生产过程中, 在化工﹑炼油及其它工业生产过程中 工艺上常需 要两种或两种以上的物料保持一定的比例关系, 要两种或两种以上的物料保持一定的比例关系 比例一 旦失调, 将影响生产或造成事故. 例如, 旦失调 将影响生产或造成事故 例如 在造纸生产过 程中, 浓纸浆和水按一定的比例混合, 程中 浓纸浆和水按一定的比例混合 才能制造出一定 浓度的纸浆, 显然这个流量比和产品质量有密切的关系. 浓度的纸浆 显然这个流量比和产品质量有密切的关系 在重油气化的造气过程中, 在重油气化的造气过程中 进入气化炉的氧气和重油流 量应保持一定的比例, 若氧油比过高, 量应保持一定的比例 若氧油比过高 会因炉温过高而 使喷嘴和耐火砖烧坏, 严重时会引起炉体爆炸; 使喷嘴和耐火砖烧坏 严重时会引起炉体爆炸 如果氧 量过低, 则因生成的碳黑增多, 发生堵塞现象. 量过低 则因生成的碳黑增多 发生堵塞现象 实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制 系统, 称为比值控制系统. 系统 称为比值控制系统 通常以保持两种或几种物料