9.分程控制-过程控制(自动化)要点.ppt

* 在分程点0.06MPa处，总的流量特性出现了大的转折，呈严重的非线性。 * 可通过添加非线性补偿环节的方法来补偿 * 在炼油厂或石油化工厂中，有许多储罐存放着各种油品或石油化工产品。这些储罐建造在室外，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，或引起爆炸危险，常采用罐顶充氮气的做法，使储存物与外界空气隔绝。 * * PC为反作用控制器。设计间隙区的好处是避免两只阀的频繁开闭，以有效地节省氮气。 * 采用一中回流控制温度动态响应慢。 * 具有良好动态性能的变量，其静态性能（指工艺上的某些性能，比如例中的旁路阀全关时才是最节能的）却是低劣的。因而从提高被控变量控制品质的角度来看应采用使动态性能好的变量，但从稳态优化的角度却是不合适的。因而，为了协调矛盾，可采用包括阀位控制系统在内的复合系统。 分程与阀位控制系统 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。 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？ 反应器温度分程控制系统 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。 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。 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。 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 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。 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 分程控制系统的非线性 问题： 分程控制系统非线性的补偿 补偿原理： 分程控制非线性补偿方法 补偿原理： 若 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。 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。 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 。 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