第七章實現(xiàn)特殊工藝要求的過程控制系統(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)的計算2/7/20235已知某流量比值系統(tǒng)采用差壓式流量計測量主副流量，其最大量程分別為：工藝要求試計算不加開方器與加開方器后儀表的比值器參數(shù)K’。不加開方器時:

解:加開方器后: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：增加中間儲存容器2、穩(wěn)定塔B的進料流量解決的方法：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)波動的同時，也使流量平穩(wěn)緩慢地變化。均勻控制的設(shè)計思想：2/7/202382.均勻控制的特點1、結(jié)構(gòu)上無特殊性

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)計均勻控制系統(tǒng)的設(shè)計主要包括：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，流量大小不僅取決于調(diào)節(jié)閥開度的大小，還將受到壓差波動的影響。

2/7/202310（2）串級均勻控制系統(tǒng)

為了克服調(diào)節(jié)閥前后壓力波動和被控過程的自平衡待性對流量的影響，設(shè)計了以流量為副參數(shù)、以液位為主參數(shù)的串級均勻控制系統(tǒng)。如圖所示。從結(jié)構(gòu)上看，它與一般的液位和流量串級控制系統(tǒng)是一致的。但這里采用串級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及自平衡特性對流量的影響，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，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；然后由大到小進行調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)的過渡過程緩慢地、非周期衰減變化，最后再根據(jù)過程的具體情況，給主調(diào)節(jié)器加上積分作用。需要注意的是，主調(diào)節(jié)器的積分時間要調(diào)得大一些。（1）經(jīng)驗法2/7/202313所有均勻控制中，均比定值控制要大。停留時間t／min＜2020～40＞40比例度δ／（%）100～150150～200200～250積分時間Ti／min51015整定參數(shù)與停留時間t的關(guān)系（2）停留時間法即依據(jù)控制介質(zhì)流過被控過程所需要的時間整定調(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)過程中，每次投料完畢后，需要先對其加熱引發(fā)化學(xué)反應(yīng)。一旦反應(yīng)開始進行，就會持續(xù)產(chǎn)生大量的反應(yīng)熱，如果不及時降溫，物料溫度會越來越高，有發(fā)生爆炸的危險。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)開始前，溫度測量值小于設(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）閥開啟，反應(yīng)器夾套中進的熱水使反應(yīng)物料溫度上升。TT熱水冷卻水BTCA熱水閥為氣開，冷水閥為氣關(guān)調(diào)節(jié)閥分程關(guān)系曲線MPa0100%0.020.060.10A閥B閥2/7/202316反應(yīng)開始后，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)??；當(dāng)反應(yīng)物料溫度達到并高于設(shè)定值時，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，冷水進入夾套將反應(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，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)的類型按照調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式和分程信號區(qū)段不同，可分為以下兩種類型：①調(diào)節(jié)閥同向動作的分程控制系統(tǒng)例：兩個調(diào)節(jié)閥同向動作2/7/202318MPa0100%0.020.060.10A閥B閥MPa0100%0.020.060.10A閥B閥②調(diào)節(jié)閥異向動作的分程控制系統(tǒng)例：兩個調(diào)節(jié)閥異向動作在0.02-0.06MPa區(qū)間，B閥全開、A閥逐漸開大；在0.06-0.10MPa區(qū)間，A閥全開、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)??；在0.06-0.10MPa區(qū)間，A閥全關(guān)、B閥逐漸開大。2/7/202319給定－執(zhí)行器1對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：單回路控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器輸出控制一個調(diào)節(jié)閥，分程控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器輸出控制多個調(diào)節(jié)閥。因此，系統(tǒng)設(shè)計上有所不同2/7/2023201.控制信號的分段在分程控制中，調(diào)節(jié)器輸出信號分段是由生產(chǎn)工藝要求決定的。調(diào)節(jié)器輸出信號需要分成幾段，哪一段信號控制哪一個調(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，熱水閥采用氣開式，冷水閥采用氣關(guān)式。這就決定了兩個調(diào)節(jié)閥異向工作。又因工藝要求一個閥打開時，另一個必須關(guān)閉。MPa0100%0.020.060.10A閥B閥2/7/2023212.流量特性的平滑銜接小負荷時只有1閥控制、2閥不開；負荷較大時1閥全開、2閥控制。兩個同向特性的調(diào)節(jié)閥并聯(lián)控制一種介質(zhì)的流量時，總流量特性是兩個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，會影響調(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（%）如果兩個調(diào)節(jié)閥都用直線特性，組合后的總流量特性有下列兩種情況：2/7/202323（a）分程信號不重疊P（MPa）流量Q（%）01000.020.060.10?（b）分程信號重疊P（MPa）01000.020.060.10流量Q（%）如果調(diào)節(jié)閥是對數(shù)流量特性，其總流量特性銜接處必有突變點。可以通過兩個調(diào)節(jié)閥分程信號部分重迭的辦法，使調(diào)節(jié)閥流量特性實現(xiàn)平滑過渡。即將兩個閥的工作范圍擴大，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)閥的泄漏量太大會影響控制質(zhì)量。尤其當(dāng)大、小閥并聯(lián)工作時，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。因為大閥的泄漏量相當(dāng)于存在一個不受控制的旁路管道，所以要求大閥的泄漏量很小。2/7/202325分程控制的實現(xiàn)分程信號重疊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)作全行程動作；使調(diào)節(jié)閥2在0.05-0.10MPa范圍內(nèi)作全行程動作。TT熱水冷卻水BTCA分程控制要求調(diào)節(jié)閥的輸入量程進行壓縮。通過調(diào)整閥門定位器的輸入信號零點和量程，使調(diào)節(jié)閥在規(guī)定的信號區(qū)段作全行程動作。2/7/202326閥門定位器意義氣動調(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，且個體差異較大，這會影響輸入信號P的執(zhí)行