第4章(比值、均匀、前馈)过程控制课件

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
(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
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
流量也开始增加. 同时, 流量也开始增加 同时 液位从某一瞬间开始逐渐下降 即 I H ↓→ I O ↓→ e( I O − QS ) ↓→ 阀门开度 ↓→ I Q ↓ , 当液位和 流量变送器的输出逐渐接近到某一数值时, 加法器的输 流量变送器的输出逐渐接近到某一数值时 出重新恢复到流量控制器的给定值, 出重新恢复到流量控制器的给定值 系统又逐渐趋于稳 控制阀停留在新的开度上, 定, 控制阀停留在新的开度上 液位和流量在允许范围 内重新稳定下来. 内重新稳定下来 双冲量均匀控制系统在结构上相当于两个变量信号 之差作为被控量的单回路控制系统, 其一般方框图如下 之差作为被控量的单回路控制系统
IO = I H − IQ + 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
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随动系统
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
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
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10Байду номын сангаас%, 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
(二)串级均匀方案 二 串级均匀方案 当前后设备的压力变化较大, 当前后设备的压力变化较大 或液位对象的自衡能 力较强而不宜采用简单均匀方案时, 力较强而不宜采用简单均匀方案时 可考虑串级均匀方 案. 下图是精馏塔的塔釜液位与采出流量的串级均匀控 制方案. 从结构上看, 制方案 从结构上看 它与一般的液位和流量串级控制 系统是一致的. d1 系统是一致的 但在此引入一流量副回路与液 位回路组成串级控制 乙塔 "+" ( z − r ) 甲塔 的目的不是为了提高 q LC QC 主变量液位的控制质 "− 量, 而主要是克服控 h (r −"z) 制阀前后压力的波动 及自衡作用对流量的 影响, 使液位和采出流量变化平缓. 影响 使液位和采出流量变化平缓 设干扰使甲塔液位上升, 设干扰使甲塔液位上升 液位控制器 LC 的输出信号随之增大, 的输出信号随之增大 流量控制器 QC 使控制阀缓慢开大, 则液位不是立即快速下降, 使控制阀缓慢开大 则液位不是立即快速下降 而是继