分程控制过程控制自动化PPT课件

1 分程与阀位控制系统 2 本讲主要内容 分程控制的特点与适用场合 分程区间的确定方法 阀位控制的概念与设计方法 3 例1 间歇聚合反应器的控制问题 控制要求 反应开始前 需要用蒸汽加热以达到反应所需的温度 当反应开始后 因放出大量反应热 需要用冷水进行冷却 要求全过程自动控制反应器的温度 怎么实现 4 反应器温度分程控制系统 5 分程控制 定义 若一台控制器去操纵几只阀门 并且是按输出信号的不同区间操作不同的阀门 这种控制方式习惯上称为分程控制 根据阀的开闭形式 分程控制有同向分程 异向分程两种 同向分程 多个阀同为气开阀 或同为气关阀 异向分程 多个阀中一些为气开 其他为气关阀 同向或异向规律的选择全由工艺的需要而定 设计分程控制的目的 一是为扩大控制阀的可调范围 以改善控制系统的品质 二是满足工艺上操作的特殊要求 6 分程控制应用之一 扩大控制阀的可调范围 同向分程 控制阀的可调范围R 阀的静态指标 是控制阀可以调节的最大流量与最小流量之比 国产柱塞型阀固有可调范围是30 绝大多数化工生产过程中 R 30的控制阀足够满足生产要求 对于废水处理中的pH值控制 可调范围要求特别大 工厂的废液来自下水道 污水沉淀池 洗涤器等处 其流量变化可达4 5倍 酸碱含量可以变化几十倍以上 废液中酸或碱的类型各异 其含量变化使pH值也产生变化 因而这种场合需要的可调范围会超过1000 7 分程控制应用之一 续 对于此问题的解决办法 采用两个控制阀 同为气开或气关 在小流量 低负荷 时用小阀加酸或碱试剂 在大流量 高负荷 时用小阀不够时再开大阀加酸或碱试剂 比如 两阀分别为A和B QAmax 4 QBmax 100 两阀的可调范围相等 即RA RB 30 若B阀的泄漏量为最大流量的0 02 即QBS 0 02 QBmax 0 02 当采用分程控制后 最小流量和最大流量分别为 Qmin QAmin QBS 4 30 0 02 0 153 Qmax QAmax QBmax 4 100 104因此此两阀组合在一起的可调范围将扩大到R 104 0 153 680 30 8 分程控制应用之二 满足工艺上操作的特殊要求 异向分程 例1的间歇聚合反应器的温度控制就是这样的情况 9 反应器温度分程控制系统 问题 1 选择两调节阀的气开气关属性 2 温度控制器的正反作用 3 协调两调节阀的动作 4 如何克服广义对象的非线性 10 反应器温度控制系统调节阀的分程动作关系 工作过程 1 当温度偏低时 调节阀气动信号增大 若冷水阀A还未全关 则逐步关冷水阀 否则 开大蒸汽阀B 2 当温度偏高时 调节阀气动信号减少 若蒸汽阀B还未全关 则逐步关蒸汽阀 否则 开大冷水阀A 控制阀分程动作 异向分程 11 分程控制系统的非线性 问题 12 分程控制系统非线性的补偿 补偿原理 13 分程控制非线性补偿方法 补偿原理 若 14 例2 贮罐气封分程控制系统 在炼油厂或石油化工厂中 有许多存放着各种油品或石油化工产品的储罐 为使这些油品或产品不与空气中的氧气接触而被氧化变质 常采用罐顶充氮气的做法 使储存物与外界空气隔绝 15 氮封的技术要求 实行氮封的技术要求是 要始终保持储罐内的氮气压微量正压 储罐内储存物料量增减时 将引起罐顶压力的升降 应及时进行控制 否则将使储罐变形 更有甚者 会将储罐吸扁 因此 当储罐内液面上升时 应停止继续补充氮气 并将压缩的氮气适量排出 反之 当液面下降时应停止放出氮气 只有这样才能达到既隔绝空气 又保证容器不变形的目的 16 问题 1 协调两调节阀的动作 2 如何避免两调节阀的频繁开闭以减少N2用量 图中所用的仪表均为气动仪表 A阀选择气开阀 B阀选择气关阀 控制器具有反作用 采用PI控制规律 17 贮罐气封分程控制系统分程动作过程 避免两调节阀频繁开闭的方法 1 控制阀引入不灵敏区 2 同时 控制器引入调节死区 为什么 B阀接受控制器的输出信号为0 02 0 058MPa 而A阀接受的信号为0 062 0 10MPa 因此 在两个控制阀之间存在一个不灵敏区 间隙区 针对一般储罐顶部空隙较大 压力对象时间常数大 而氮的压力控制精度要求不高的实际情况 存在一个不灵敏区是允许的 18 阀位控制系统 图中 r2为对应旁路阀 主控制阀 的较小开度设定值 阀位控制器VPC和副控制阀及对象构成一个次控制回路 主控制器和主控制阀 旁路阀 及对象构成主控制回路 具有良好的动态品质 19 例3 分馏塔轻柴油抽出塔板温度控制问题 问题 TIC203与轻柴油的产品质量关系密切 需要加以有效控制 但原控制方案中三通调节阀的调节能力不足 经常需要人工干预 手动调节一中回流量 如何改进方案 要求 1 确保TIC203的控制能力 2 尽可能使一中回流经换热器进行能量回收 3 一中回流量作为稳定塔的热源 希望波动尽可能小 20 催化裂化装置分馏塔工艺流程 主要产品为粗汽油和轻柴油 原料为来自反应再生系统的反应后油气 分馏塔内压力 温度 中段回流对产品的质量都有影响 中段回流取热 分馏塔从下到上有5个侧线抽出回流 分别为油浆 二中段 重循环油 循环回流 一中段 轻循环油 循环回流 重汽油循环回流 顶循环回流 21 轻柴油抽出板温度的双重控制系统 图中VPC称为 阀位控制器 其测量值为主调节阀 本例中为三通调节阀 的开度 系统特点 1 对主参数的控制能力显著提高 与分程控制不同的是 两调节阀可同时动作 2 通过设定Vsp 可实现能量回收的最大化 22 多回路PID控制系统小结 用于改善控制系统性能的多回路PID系统 1 串级控制系统 2 前馈控制系统 3 变增益 变比值控制系统 用于满足工艺特定需要的多回路PID系统 1 均匀控制系统 2 比值控制系统 3 分程控制系统 4 阀位控制系统 5 选择性控制系统 23 练习 题1下图为化学反应器的过程控制系统 1 说明图中的控制策略属于哪类控制系统 2 最主要的被控变量是什么 最主要的操纵变量是什么 3 图中哪个控制器要整定的最慢 哪个控制器要整定的最快 为什么 4 阀门V1是气开还是气关 为什么 V2是气开还是气关 为什么 5 指出各图中控制器的正反作用 并给出选取的理由 6 给出图中控制规律的选取 24 练习 续 答 是串级分程控制系统 最主要的被控变量是反应器内温度 最主要的操纵变量是冷剂流量 图中T1C要整定的最慢 FC最快 阀门V1是气关 保证反应温度不致过高 从而生成其它产物 阀门V2是气关 图中 T1C反作用 T2C正作用 FC正作用 6 T1C PID T2C P PI I弱 FC P 25 练习题 如图所示的精馏塔提馏段灵敏板温度控制回路很