第八章 典型工业过程控制

8磨机袋收尘器出口气体压力指示回路
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8.3 磨机的控制
磨头轴承温度检测、报警回路：由铂热电
阻(WZPM—201)检测到的轴承温度信号(电阻阻值的 变化)送入变送器(5351—3101／A2)，转变为 A2)，通过报警给定器可以设定多高的温度给出 报警信号。上限报警信号产生声光报警，通知巡 检人员去现场巡视，若温度继续升高，将有一个 上限报警信号送入可编程序控制器(PLC)，使可 编程序控制器发出停止磨机运行指令，以保证磨机 轴承不会因温度过高而烧毁。
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约束条件要求
常用的精馏塔约束条件有：液泛限、漏液限、压力 限和临界温差限。液泛限和漏液限最大和最小气相速度限， 当塔内气相速度过高时，将可能导致下层塔板的液相倒流 到上层塔，产生液泛现象，影响正常操作；当塔内气相速 度过低时，将产生塔板漏液，使得传热传质效率下降。压 力限是塔的操作压力限制，一般是最大压力限，因为塔内 压力不能过大，否则会影响塔内的汽液平衡，严重越限甚 至会影响安全生产。临界温差限主要是指再沸器两侧的温 差，当这一温差低于临界温差时，给热系数急剧下降，不 能保证塔的正常传热需要。
一 水泥磨的信息检测和设备状态监测
1磨头轴承温度检测、报警回路 2隔仓板温度控制回路 3选粉机循环风温控制回路 4磨尾轴承温度检测报警回路 5出磨水泥温度控制回路 6磨尾气体温度记录回路 7磨尾气体压力指示回路 9选粉机循环风机进口气体压力指示回路 10选粉机袋收尘器出口气体压力指示回路 11粗粉分离器出口压力控制回路 12磨音，提升机功率控制磨机负荷回路 13.石灰石、石膏、熟料仓料位检测，报警回路 14.石灰石、石膏、熟料喂料量累计回路 15.磨头仓和选粉机袋收尘器出口阀门控制回路
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8.3 磨机的控制
选粉机循环风温控制回路
为了进一步降低水泥温度，减少粗粉带 回磨中的热量，选粉机设置了放风系统，放 风量可根据循环风温自动控制。根据循环风 温控制冷风阀门的开度，达到控制循环风温 度的目的。由热电阻检测风温，由控制器输 出去控制电动执行机构，控制冷风阀门的开 度，达到控制循环风温度的目的。
此方案适用于回流比较大的场合。
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8.1 精馏过程控制系统
按提馏段指标的控制方案
根据提馏段质量指标控制加热量，保持回流量恒定 当塔底产品为主要产品 用此类控制方案。 此时进料量、成分和温
TC D B LC FC L FC TC F
或进料为液相时，常采
度的波动对精馏段影响
较大。
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节能要求
节能的主要要求是再沸器的加热量和冷凝器的 冷却量消耗应符合一定的要求。
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8.1 精馏过程控制系统
基本控制方案 按精馏段指标的控制方案
TC
D LC B LC L FC F
根据精馏段质量指标控制回流量， 保持再沸器加热量恒定 塔顶馏出液为主要产品， 或塔的进料全部为气相 此时进料量、成分和温度 的波动对精馏段影响较大
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8.1 精馏过程控制系统
根据精馏段质量指标控制馏出液 流量，保持再沸器加热量恒定
D
TC B LC L FC F FC
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根据精馏段质量指标控制馏出液流量，保持再沸
器加热量恒定

为这种控制方案，此方案的优点是：塔内
回流基本不变，有利于精馏塔的平稳操作，若采 用有积分作用的控制，当塔顶产品质量不合格时， 塔顶馏出液会自动停止馏出，进行全回流，保证 产品合格；缺点是：控制回路滞后大，反应慢。
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8.3 磨机的控制
1确定被控变量
从工艺概况可知需要控制磨机运转状况 。
思考：选取被控参数的一般原则？
• 选择对产品的产量和质量、安全生产、经济运行和环境保护具有 决定性作用的，可直接测量的工艺参数为被控参数。 • 当不能用直接参数作为被控参数时，应该选择一个与直接参数有 单值函数关系的间接参数作为被控参数。 • 被控参数必须具有足够大的灵敏度。 • 被控参数的选择必须考虑工艺过程的合理性和所用仪表的性能。
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8.3 磨机的控制
闭路循环磨的动态特 性

一般认为闭路循环磨 是长滞后对象，也就是 说，从喂料量变化到出 磨物料流量变化需要经 过较长的时间才能反应 出来。
图 闭路磨的动态特性

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8.3 磨机的控制
控制目标:
保证粉磨产 品细度合格 的前提下， 使磨机物料 填充率保证 较佳数值， 防止“闷磨” 和“空磨”。 提高粉磨效 率。
8.1 精馏过程控制系统
工艺简介 精馏过程---将组分复杂的混合物 通过传热、传质分离成纯度相对 较高的单一化工产品的过程
L
冷剂
回流 D，xD 馏出液
F，zf
原理-----利用混合物中各组分相对挥 进料 发度不同，在一定的温度、压力下 通过蒸发与冷凝，使液相中的轻组 蒸汽 分和气相中的重组分互相转移，从 而实现分离。
8.2 水泥生产过程自动控制系统
水泥生产过程自动化为企业带来的诸多好处以被 企业的管理者广泛认同。但为了降低投资，企业一般都
不选用从国外引进的传统性DCS系统，尤其在中小型水
泥厂大多采用由原装的可编程序控制器（PLC）作为现 场控制站（下位机），用通用工控机作操做站（上位 机），配以标准的控制网络组态而成的分布式控制系统 （DCS），实现分散控制和集中管理的功能。
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8.3 磨机的控制 出磨水泥温度控制回路
这是磨尾喷水系统，由磨尾 气体温度控制。由铂热电阻 (Ptl00)检测到的温度信号通过变 送器送入控制器由控制器控制电 动控制阀控制喷水量，达到出磨 水泥温度控制的目的。
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8.3 磨机的控制
石灰石、石膏、熟料仓料 位检测，指示、报警回路 由重锤料位计检测料位 的高低，信号(4～20mA) 用以指示料位的高低，并 给出高位的报警信号。同 时，料位信号送入可编程 控制器，可编程控制器根 据料位的高低，来启动或 停止送料系统。
8.2 水泥生产过程自动控制系统
集散控制系统的基本结构
DCS系统的结构是一个分布式系统。 其逻辑结构为树结构。按系统结构进行垂 直分解 各级既相互独立由相互联系。 每一级又水平分解成若干子集。
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8.2 水泥生产过程自动控制系统
集散控制系统结构
生产管理级 过程管理级 工程师操作站 管理计算机 中央操作台 LAN局域网 操 作 员 站 监控计算机
网间连接器 网间连接器
高速数据公路 过 程 控 制 级
DDC直接数 字控制站 数据 采集站 多功能 控制站 可编程逻辑 控制站 单回路调节 控制站
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8.2 水泥生产过程自动控制系统
某水泥生产过程自动化系统构成
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8.2 水泥生产过程自动控制系统
水泥生产过程自动化系统控制范围
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8.2 水泥生产过程自动控制系统
集散控制系统的基本概念
集散控制系统是随着现代大型工业生产自动化的不断 兴起和过程制要求的日益复杂应运而生的综合控制系统， 它紧密依赖于自动控制技术、计算机技术、通信技术和 CRT显示技术(4C)。
集散控制系统又称分散型控制系统 DCS------Distributed Control System “分散”指： 1、工艺上各种设备地理位置的分散。 2、功能分散。 “集”：集中监视、集中管理。
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8.3 磨机的控制 隔仓板温度控制回路

为防止水泥温度过高，使石膏脱水，在磨 头磨尾分别设置了水泥磨内喷水系统。磨头 喷水由隔仓板处的物料温度控制，当达到一 定温度时便启动喷水系统。水量是连续控制 的，当然，也可以手动控制。由铂热电阻 (Ptl00，0～150~C)检测到的温度信号，经过 温度变送器变成4～20mA标准信号后，送入控 制器，由控制器的输出去控制供水管路上的 电动控制阀，达到控制水量大小的目的。喷 入的水必须雾化，为此设置了压缩空气系统， 同时也起到了防止喷水嘴堵塞的作用。
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过程控制及仪表
第八章 典型工业过程控制
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第八章
典型工业过程控制
学习目标
熟悉精馏过程控制系统 了解DCS控制系统基本概念 熟练掌握球磨机控制一般方法
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本章内容
8.1 精馏过程控制系统 8.2 水泥生产过程自动控制系统 8.3 磨机的控制
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原料破碎 原料预均化堆场 生料配料 生料粉磨 生料均化 熟料烧成 煤粉制备 水泥配料 水泥粉磨 水泥包装 等
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8.2 水泥生产过程自动控制系统
检测参数
温度、 压力、物位、重量、转 速、电流、CO、O2含量等参数的 检测。 阀门开度、位置、状态的检测。
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8.3 磨机的控制
根据提馏段质量指标控制加热量，保持回流量恒
定 这种控制方案的优点是：滞后小，反应迅 速，有利于克服进入提留段的扰动，保证塔底产 品质量，应用广泛。缺点是：物料平衡与能量平 衡之间有一定关联。该方案由于回流量恒定，故 应保证回流量足够大，以便当塔的负荷最大时保
证产品质量。
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v
B，xB
釜液
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精馏过程广泛应用于石油加工、化工、精细化工 和轻工生产过程中。随着工业生产的不断发展， 对产品质量的要求越来越高，对精馏过程而言就 是对产品的纯度要求不断提高，这就对控制精度 提出了更高的要求，由于精馏过程为多输入、多 输出对象，被控参数之间有着比较复杂的关联关 系，需要从系统工程的角度相互协调，统一考虑， 因此控制系统较为复杂。由于精馏过程的自动控 制极为重要且有一定难度，国内外许多专家都在 从事这方面的研究。
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8.2 水泥生产过程自动控制系统 集散控制系统特点
与常规控制仪表相比较， 优点 控制功能齐全，可实现复杂控制、最优 控制,便于信息的综合和分析。 存在问题 1、危险集中 2、性能问题：单机负荷过载 3、开发周期 解决方法 选用高可靠性能的计算机 引入双重化，增加后备装置
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冷剂
L
回流 D，xD 馏出液
F，zf 进料
v
蒸汽
B，xB
釜液
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8.1 精馏过程控制系统
精馏过程的控制要求 精馏过程控制的目标是：在保证安全的前提下，满足工艺 提出的质量指标，并尽可能降低原材料和能源消耗，提高 效率，保证生产安全、平稳运行。 产品质量要求 平稳运行要求 约束条件要求
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板式塔精馏装置的工艺过程为： 原料液加入精馏塔中部的某一 层塔板，该层塔板称为加料板。 加料板将分成两部分：上部进 行着蒸汽中易挥发组分的增浓， 称为精馏段；下部（包括加料 板）进行着液体中难挥发组分 的提浓，称为提馏段。提馏段 底部液体一部分被不断排出， 作为塔底产品收集，一部分经 再沸器加热汽化后重新送入塔 中。塔顶蒸汽经冷凝器冷凝后， 一部分作为塔顶产品排出，一 部分回流入塔。显然，精馏塔 的作用是使塔中上升汽流与下 降液流充分逆流接触，并多次 进行热量和质量交换，最终在 塔顶和塔底得到组分浓度符合 质量要求的合格产品。
FC
EXIT
根据精馏段质量指标控制回流量，保持再沸器加
热量恒定
这种控制方案优点是：控制回路滞后小，反应迅 速，利于克服进入精馏段的扰动，保证塔顶产品质量，是 精馏过程控制中最为常见的控制方案；缺点是：以回流量
作为操纵变量，对精馏塔的平稳操作有影响。所以在调节 参数整定时，采用PI控制，不必加入微分控制。此方案适 用于回流比小于0.8和某些需要减小滞后的场合。
节能要求
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产品质量要求
塔顶或塔底产品之一应保证达到质量 指标规定的纯度要求，另一产品纯度应稳 定在规定的范围内；或者塔顶、塔底产品 均保证一定的纯度。对于二元组分精馏过 程的质量通常用塔顶的轻组分产品和塔底 重组分产品纯度进行控制。
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平稳运行要求
为保证精馏过程的平稳运行，应当保持精馏 过程的总产品输出量（塔顶馏出液和塔底 釜液的总采出量）与进料量平衡，即保证物料 平衡；同时应当保证精馏过程输入输出总 能量的平衡，即保证能量平衡，使塔内的操作 压力保持稳定。
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8.3 磨机的控制 球磨机负荷的检测与控制
球磨机负荷检测与控制的目的：
是在保证粉磨产品细度合格的前提下，使磨机物料填充率保证 较佳数值，避免人工控制时磨机负荷的幅度波动，防止“闷磨” 和“空磨”，提高粉磨效率，减轻工人劳动强度。据资料介绍， 磨机负荷采用自动控制后，比人工控制可节电3％～12％，粉 磨原料和水泥的电耗约占水泥生产总耗电的60％，因此，经济 效益可观。