实现特殊工艺要求的过程控制系统.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,教书育人要义 传道授业释疑；师生同心协力,共探过控真谛。熟悉仪表原理,统领系统设计；理论实践结合，思维创新第一,。,过程控制与自动化仪表,西安理工大学 潘永湘 杨延西 赵跃 制作,教学理念：,第1页,第7章 实现特殊要求过程控制系统,第2页,本章关键点,1）了解比值控制工业应用背景，熟悉比值控制系统结构类型；,2）掌握比值控制系统中比值器参数计算方法；,3）了解比值控制系统中非线性赔偿、动态赔偿以及实施方案等；,4）了解均匀控制特点及设计方法；,5）了解分程控制特点及应用场所；,6）了解自动选择性控制特点及应用场所。,第3页,7.1 比值控制系统,7.1.1,比值控制系统概述,工艺要求。,问题：,Q2轻易受干扰和非线性影响,而破坏Q1与Q2比值关系。,1、,开环比值控制系统,2、,单闭环比值控制系统,问题：,这种单闭环,比值控制系统能够,准确控制Q1与,Q2比值关系但,Q1值不可控。,第4页,3、,双闭环比值控制系统,问题：,该控制方案所用仪表较多，投资较高。,比值设定方法：,给定值,相除比值,给定值,相乘比值,第5页,4、变比值控制系统。,应该注意:,在变比值控制系统中，比值通常只是一个控制伎俩不是最终目标，而第三参数y(s),往往,是产品质量指标。,在有些生产过程中，要求两种物料流量比随第三个工艺参数要求而改变，也就是比值系数不是固定而是随工况而改变，这就是,变比值,控制。,基于除法器变比值控制,第6页,实例,硝酸生产控制系统,氧化炉温度串级比值控制流程,第7页,7.1.2,比值控制系统设计,如上所述，比值控制是处理不一样物料流量之间百分比关系问题。当使用单元组合仪表时，因输入输出参数均为统一标准信号，所以，比值器参数必须由实际物料流量比值系数折算成仪表标准统一信号。以下分两种情况。,（1）流量与检测信号呈非线性关系,（2）流量与检测信号呈线性关系,1、比值器参数计算,说明：当物料流量比值一定、流量与其检测信号呈平方关系时，比值器参数与物料流量实际比值和最大值之比乘积也呈平方关系。,说明：当物料流量比值一定、流量与其测量信号呈线性关系时，比值器参数与物料流量实际比值和最大值之比乘积也呈线性关系。,第8页,（3）实例计算,已知某流量比值系统采取差压式流量计测量主副流量，其最大量程分别为：,工艺要求,试计算不加开方器与加开方器后仪表比值系数K。,不加开方器时:,解:,加开方器后:,第9页,2、,比值控制系统中非线性赔偿,比值控制系统中非线性特征是指被控过程静态放大系数随负荷改变而改变特征，在设计比值控制系统时必须要加以注意。,（1）测量变送步骤非线性特征,流量与测量信号不论是呈线性关系还是呈非线性关系，其比值系数与负荷大小无关，均保持其为常数。不过，当流量与测量信号呈非线性关系时对过程动态特征却是有影响。,其输入输出关系有：,采取DDZ型仪表将差压信号线性地转换为电流信号：,第10页,测量变送步骤是非线性，其静态放大系数为：,问题：,当负荷增大时，调整器整定参数假如不能随之改变，则系统运行质量就会下降。,（2）非线性赔偿,为了克服这一不利影响，通惯用开方器进行赔偿，即在差压变送器后串接一个开方器，使流量与测量信号之间展现线性关系。,差压变送器输出电流信号与开方器输出电流信号之间关系为：,测量变送步骤和开方器串接后总静态放大系数为：,常量，它已不再受负荷改变影响,第11页,3比值控制系统中动态赔偿,在一些特殊生产工艺中，对比值控制要求非常高，即不但在静态工况下要求两种物料流量比值一定，而且在动态情况下也要求两种物料流量比值一定。,为实现动态比值一定，必须满足,动态赔偿器传递函数为,注意：,因为从动流量总要滞后于主动流量，所以动态赔偿器普通应含有超前特征。,第12页,4比值控制系统实现,比值控制详细实现方案有两种:,二、,把一个流量测量值乘以比值系数，其乘积作为副调整器设定值，称为相乘控制方案。,在工程上，详细实现比值控制时，通常有比值器、乘法器或除法器等单元仪表可供选取，相当方便。,一、,把两个流量测量值相除，其商作为调整器反馈值，称为相除控制方案。,第13页,7.2 均控制系统,7.2.1,均匀控制提出与特点,1均匀控制提出,均匀控制系统含有使控制量与被控制量均匀迟缓地在一定范围内改变特殊功效。,控制目标,：,1、稳定塔A液位,处理方法：,增加中间储存容器,2、稳定塔B进料流量,处理方法：,采取均匀控制,图示,第14页,图a图c是普通单回路控制系统控制结果，只有图b才表达了均匀控制思想，即L和F都迟缓波动且都稳定在一定范围,内,。,将液位控制与流量控制统一在一个控制系统中，从系统内部处理两种工艺参数供求之间矛盾，即使A塔液位在允许范围内波动同时，也使流量平稳迟缓地改变。,均匀控制设计思想：,液位控制时前后设备液位、流量关系,第15页,2.均匀控制特点,1、结构上无特殊性,一样一个单回路液位控制系统，因为控制作用强弱不一，既能够是单回路定值控制系统，也能够是均匀控制系统。所以均匀控制是靠降低控制回路灵敏度而不是靠结构改变取得。,2、参数有改变，而且是迟缓地改变,因为均匀控制是前后设备物料供求之间均匀，所以表征两个物料参数都不应是某一固定值。那种试图把两个参数都稳定不变想法绝非均匀控制目标。无需将两个参数平均分配，而是视前后设备特征及主要件等原因来确定其主次。,3、参数应在,限定,范围内改变,在均匀控制系统中，被控变量是非单一、非定值，允许它们在一定范围内改变，但前塔液位改变有一个要求上、下限。一样，后塔进料流量也不能超出它所能承受最大负荷和最低处理量，不然不能确保反应塔正常工作。,第16页,7.2.2,均匀控制系统设计,均匀控制系统设计主要包含：控制方案选择，调整规律选择,，,调整器参数整定,1.控制方案选择,（1）简单均匀控制系统,注意：,当调整阀两端压差改变较大时，流量大小不但取决于调整阀开度大小，还将受到压差波动影响。,第17页,（2）串级均匀控制系统,为了克服调整阀前后压力波动和被控过程自平衡待性对流量影响，设计了以流量为副参数、以液位为主参数串级均匀控制系统。,如图所表示。,从结构上看，,它与普通液位和流量串级控制系统是一致。但这里采取串级形式目标并不是为了提升主参数液位控制精度，而是为了克服阀前压力波动及自平衡特征对流量影响，使流量改变平缓。,第18页,2.调整规律选择,3.调整器参数整定,(1),在全部均匀控制系统中，不应加微分控制,。,(2),主调整器普通采取百分比控制或百分比积分控制，而在串级控制中，副调整器普通采取百分比控制，特殊情况下，也可采取百分比积分控制。,（1）经验法,即依据经验，按照“先副后主”，把主、副调整器百分比度调整到某一适当值；然后由小到大进行调整，使系统过渡过程迟缓地、非周期衰减改变，最终再依据过程详细情况，给主调整器加上积分作用。需要注意是，主调整器积分时间要调得大一些。,（2）停留时间法,即依据控制介质流过被控过程所需要时间整定调整器参数，使被控参数在允许范围内改变。,第19页,(1),全部均匀控制中，均比定值控制要大。,(2),对串级均匀控制可采取停留时法进行整定,。,停留时间,t,min,20,2040,40,百分比度（%）,100150,150200,200250,积分时间,T,i,min,5,10,15,整定参数与停留时间t关系,最终还需指出是：,第20页,7.3 分程控制系统,7.3.1 分程控制概述,间歇式化学反应器分程控制系统,在普通控制系统中，调整器输出只控制一个调整阀，但在一些工业生产中，依据工艺要求，需将调整器输出信号分段，去分别控制两个或两个以上调整阀。这种控制系统通常称为：,分程控制系统,。,第21页,分程控制系统信号分段,蒸汽阀为气开，冷水阀为气关,第22页,1、,调整阀同向动作,分程控制系统有两种类型:,第23页,2、,调整阀异向动作,a)阀A气开、阀B气关,b)阀A气关、阀B气开,第24页,7.3.2,分程控制系统设计,分程控制系统本质上是属于单回路控制系统。,因为调整器输出信号要进行分程而且所用调整阀较多，所以在系统设计上也有一些特殊之处。,即将调整器输出分成几个区段,一段信号控制一个调整阀。,1、,调整器输出信号分程,第25页,2、,调整阀选择及注意问题,（1）调整阀类型选择,依据工艺要求选择同向工作或异向工作调整阀。,（2）调整阀流量特征选择,第26页,在分程控制中，当把两个调整阀作为一个调整阀使用时，要求分程点处流量特征平滑,（3）调整阀泄漏量,在分程控制系统中，必须确保在调整阀全关时无泄漏或泄漏量极小。,第27页,7.3.2,分程控制系统应用,1、,用于节能,第28页,2用于扩大调整阀可调范围,因为我国当前统一设计调整阀，其可调范围为30，因而不能满足需要调整阀可调范围大生产过程。处理这一问题方法之一是采取分程控制，将流通能力不一样、可调范围相同两个调整阀当一个调整阀使用，扩大其可调整范围，以满足特殊工艺要求。,由此可见，分程控制中调整阀可调范围与单个调整阀相比，扩大了26倍，从而满足了工艺上特殊要求。,。,此时，调整阀最大流通能力分别为调整阀,比如，某一分程控制系统两个调整阀，其最小流通能力分别为,而可调范围均为,最大流通能力分别为,。若将两个调整阀当成一个调整,阀当成一个调整阀使用，则最小流通能力为0.14，最大流通能力为109.2，由此可算出分程控制调整阀可调范围为,第29页,3用于两个不一样控制介质生产过程,废液中和过程分程控制,酸性,碱性,中性,第30页,7.4 自动选择性控制系统,7.4.1 自动选择性控制概述,普通过程控制系统是在正常工况下，为确保生产过程物料平衡、能量平衡和生产安全而设计，它们没有该考虑到在事故状态下安全生产问题，即当操作条件抵达安全极限时，应有保护性办法。如大型透平压缩机防喘振，化学反应器安全操作及锅炉燃烧系统防脱火、防回火等。,事故状态保护性办法大致可分成两类：,一个是自动报警，然后由人工进行处理，或采取自动连锁、自动停机方法进行保护，称为“,硬保护,”。,另一个办法称为“,软保护,”，即所谓选择性控制系统。,第31页,7.4.2 系统类型及工作过程,1选择调整器输出信号,对调整器输出信号进行选择系统框图为：,第32页,锅炉燃烧过程压力自动选择控制,：,第33页,2选择变送器输出信号,这种系统最少采取两个或两个以上变送器。变送器输出信号均送入选择器，选择器选择符合工艺要求信号反馈至调整器。,化学反应过程峰值温度自动选择性控制系统流程图,第34页,反应器峰值温度自动选择性控制系统框图,第35页,7.4.3 自动选择性控制系统设计,自动选择性控制系统设计与简单控制系统设计不一样之处于于调整器调整规律确实定及调整器参数整定、选择器选型、防积分饱和等。,在自动选择性控制系统中，若采取两个调整器，其中必有一个为正常调整器，另一个为取代调整器。对于正常调整器，因为有较高控制精度而应选取PI或PID调整规律；对于取代调整器，因为在正常生产中开环备用，仅在生产将要出现事故时，才快速动作，以防事故发生，故普通选取P调整规律即可。,1调节规律确定及其参数整定,第36页,若选择器为低选，设,，调整器1被选中，其输出为,所以，调整器1仍保持调整规律。,此时，调整器2处于备用状态，其输出为,（2）积分切除法,所谓积分切除法，是指调整器含有/调整规律，即当调整器被选中时含有调整规律，一旦处于开环状态，马上切除积分功效而仅保留百分比功效。这是一个特殊调整器。若用计算机进行选择性控制，只要利用计算机逻辑判断功效，编制出对应程序即可。,第37页,（3）限幅法,所谓限幅法，是指利用高值或低值限幅器使调整器输出信号不超出工作信号最高值或最低值。至于是用高值限幅器还是用低值限幅器，则要依据详细工艺来决定。若调整器处于备用、开环状态时，调整器因为积分作用会使输出逐步增大，则要用高值限幅器。反之，则用低值限幅器。,第38页,本章结束，谢谢！,第39页,