过程控制-4.8-阀位控制

进料
进料
TC
干燥塔
10%
FT
VPC
+
TC
干燥塔
B
蒸汽 空气 换热器
A
空气 换热器
TC
原油
FC
阀位控制系统应用
c. 阀位控制
B
TC
原油
VPC
A
特点： 稳定时，通过调节燃料量控制出口温度， VB处于一个设定的小开度。 干扰出现，利用VB迅速克服干扰，阀位 控制器也发出控制信号调节阀A的开度， 共同克服干扰。 阀位控制系统是以阀B开度为被控变量 的单回路控制系统
问题： 控制阀的气开/气关特性？ 控制器的正反作用？
概述
A Y
B
r
C2
VPC
C1 阀位控制系统原理图
特点： 1）系统构成特点： a. 选用两个操作变量调节同一被控变量， 两个操作变量分别由不同的控制器控制 b. 主控制器给定值是被控变量的理想值。 主控制器的测量输入端接受被控变量的 测量值，其控制输出直接操作起到保证 控制的快速性、有效性的调节阀（阀门 B）。 c. 阀位控制器的给定值是设定的阀B正常 （最小）开度。阀位控制器测量输入端 接受主控制器的输出信号，其控制输出 操作起到保证操作合理性及经济性的调 节阀（阀门A）。
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顺序：先主控制器，后阀位控制器 方法：同前
阀位控制设计
4) 控制规律： 主控制器：比例积分（工艺的主要控制参数） 阀位控制器：比例积分（要求稳态时阀门B开度回到设定 开度 ） 5) 参数整定： 方法： 将阀位控制系统视为两个具有相互联系的单回路系 统整定。 顺序： 主控制器 → 阀位控制器 步骤： a. 阀位控制器置于手动，按照单回路系统整定方法整定主控制器参数。 b. 主控制器置于自动，按照单回路系统整定阀位控制器参数。
阀位控制系统应用
②


阀位控制动作分析：
设定二控制阀均为气开阀，TC控制器为正作用，阀位控制器（VPC） 为反作用。 动作过程： 设温度在干扰作用下升高
TCOUT↑
VPCOUT↓
T↑
阀B开度↑ 阀A开度↓
冷物流流量↑
T↓
燃料量↓
(T↑)↓
(TCOUT↑)↓
(阀B开度↑)↓
(阀A开度↓)↓
阀B开度减小 （恢复原设定开度）
注意： 与其他控制系统区别 串级控制：主控制器输出作为副控制器给定信号 分程控制：一个控制器，同一时刻仅有一个阀门动作 比值控制：副物流控制器接收主物流测量信号作为给定值。
举例
例1：工艺流程如图所示。设反应过程对物料入口温度要求很严，而 蒸汽换热时间常数很大控制很不及时。你认为该工艺过程应采用 何种控制，请画出系统控制图和控制方框图。并说明你所设计控 制系统的特点及工作原理。 思考： 反应器入口温度不可过高，选 择控制阀门的开关形式及控制 器作用方式； 其他控制方案
第四章复杂控制系统 4.8 阀位控制
概述
解决控制系统的动特性（快速性，有效性）与经济性及合理性的协调问题。
原理图：
A
Y
C1+VB：解决快速有 效性 C2+VA：解决经济 合理性
B
r
C2
VPC
C1 阀位控制系统原理图
GVB(s)
方框图
GC1(s) GC2(s) GVA(s)
对象
阀位控制系统方框图
蒸气减压节流式控制方案
阀位控制系统应用
b. 单回路控制节能方案
中压蒸汽 4MPa
特点： 具有节能功能 透平机不允许通过的蒸汽流量有阶跃 性变化，适用于低压蒸气需求量相对 平稳或缓慢变化场合
气开 反
PC
透平
低压蒸气
蒸气减压节能方案
阀位控制系统应用
c. 蒸汽降压阀位控制
中压蒸汽 4MPa 正 VPC
对象
反应器 蒸 汽 换热器 冷 凝 水
A
反应物
B
产 物
思考： 反应器入口温度不可过高，选 择控制阀门的开关形式及控制 器作用方式； 其他控制方案
举例
图示喷雾干燥器，浆料从喷头喷淋下来，与热风接触换热，进料被干燥 并从干燥塔底部排出。要求控制干燥塔内温度。 请为此过程设计一控制系统。 为了获得高精度的空气温度控制及尽可能节省蒸汽的消耗量，应对 上系统作何种改进？ 若该设备的进料不可控，请提出一处理方法。
(VPCOUT↓)↓
(燃料量↓)↓
结论：达到新的稳态时，阀门B恢复到设定开度，阀门A稳定 到一个新的开度上。
阀位控制系统应用
2) 蒸汽减压系统阀位控制 a. 单回路控制方案
中压蒸汽 4MPa
气开
反
特点： 简单易行 调整速度快 适用于低压蒸气需求量较 稳定的场合 能源浪费
PC
低压蒸气
阀位控制设计
1)

2) 3)
应用场合 控制要求较高，一般的反馈控制不及时，难于满足工艺控制要求； 工艺参数不允许做激烈变化（如上面例中透平机通过的蒸汽） 控制阀开关形式选择：同前 控制器作用方式选择
GVB(s) GC1(s) GVPC(s) GVA(s) GPA(s) GPB(s) Y
阀位控制系统方框图
阀位控制设计

系统具有满足控制的有效性、快速型及经济性、合理性功能 系统由两个控制器分别控制两个调节阀 主控制器输出作为阀位控制器的测量输入信号 阀位控制回路是以主控制器控制的调节阀的开度为被控变量的单回路控制 系统，即：其给定值是设定的阀门开度信号值 稳态时主控制器控制的阀门开度为设定开度 阀位控制器的控制规律中应包含积分控制规律
A 冷却水
反应釜温度控制
阀位控制设计
冷冻盐水 B TC
VPC
GMT(s) GCT(s) GVPC(s) GV水(s) GP水(s) GV盐水(s) GP盐水(s) T
阀位控制系统方框图
A 冷却水

反应釜温度控制

阀门： 盐水阀门(B)： 气开式阀门； 冷却水阀门(A)： 气关式阀门 对象： 冷冻盐水对象： 反作用 冷却水对象： 反作用 控制器： 主控制器(TC)： 正作用控制器 阀位控制器(VPC)：反作用控制器
反应器 蒸 汽 换热器 冷 凝 水 反应物
产 物
举例
例1：工艺流程如图所示。设反应过程对物料入口温度要求很严，而 蒸汽换热时间常数很大控制很不及时。你认为该工艺过程应采用 何种控制，请画出系统控制图和控制方框图。并说明你所设计控 制系统的特点及工作原理。 G (s)
VB
TC
VPC
GTC(s) GVPC(s) GVA(s)
进料
干燥塔
蒸汽 空气 换热器
举例
图示喷雾干燥器，浆料从喷头喷淋下来，与热风接触换热，进料被干燥 并从干燥塔底部排出。要求控制干燥塔内温度。 请为此过程设计一控制系统。 为了获得高精度的空气温度控制及尽可能节省蒸汽的消耗量，应对 上系统作何种改进？ 若该设备的进料不可控，请提出一处理方法。
阀位控制系统应用
1）管式加热炉原油出口温度控制 ① 控制方案 a. 单回路控制 特点： 用调节燃料量控制加热炉出口 温度，方案在工艺和经济上合 理。 通道时间长，调节不及时。难 以适应实际工业控制需要。
燃油
TC 原油
阀位控制系统应用
b. 双单回路控制 特点： 由冷原油直接混合方式控制加热炉出口 温度，调节速度快，有效。 经济上不合理，能源有较大浪费
概述
A Y
2) 操作特点
B
a. 稳态工作时，阀B开度保持在设定 的最小开度。
C1
r
C2
VPC
阀位控制系统原理图
b. 干扰出现时，主控制器输出控制阀 门B迅速改变其开度，快速、有效 地调节被控变量（担负主要调节 任务）。
c. 阀位控制器输出控制阀A缓慢改变 3） 控制规律 开度 （担负辅助调节任务）。 主控制器： 按照正常控制系 d. 阀位控制器的控制结果，阀门B恢 统选用控制规律， 复到设定的正常开度。最终将主 阀位控制器： 为保证达到稳态 控制器担负的控制任务转移到阀 时阀门B开度返回设定开度， 位控制器。 其控制规律应该具有积分 作用。
A
气开
B
气开
反
特点： 稳态时，直通节流阀门(B阀)保持在设 定的小开度 具有节能功能，满足经济合理的操作 要求 控制上能满足低压蒸气在一定范围内 快速变化要求
PC
透平
低压蒸气
蒸汽减压阀位控制系统
阀位控制系统应用
3) 反应釜温度阀位控制
冷冻盐水 B TC
VPC

快速有效性调节：冷冻盐水 经济合理性调节：冷却水