第4章 筛板式精馏塔过程控制实验.doc

第 页 PAGE \* Arabic 1 第4章 筛板式精馏塔过程控制实验 4.1再沸器功率控制实验 4.1.1实验目的 1．了解精镏塔控制再沸器功率的工艺要求 2．熟悉再沸器功率控制系统的硬件组成。 3．熟悉再沸器功率控制系统中S7-300PLC程序有关手动自动无扰动切换功能。 4．掌握用衰减振荡法整定本控制系统的P、I参数的方法。 5．理解P、I参数对本控制系统性能指标的影响。 4.1.2实验设备 在SJT—0.08/12/30乙醇—水筛板式精镏塔实验装置中主要用到： 1．PID功能块 S7-300PLC程序中NO5 PID功能模块——JC-2再沸器功率调节模块，其PV（反馈）信号取自AI14，PID调节输出接至AO卡的AO5通道。修改设定值和P、I、D参数等通过上位计算机进行。 2．执行机构 AO5的4～20mA接到SCR2的信号放大板，转换成0～10V去控制SCR智能模块三相晶闸管的导通角，也即控制SCR2负载的Y形三根电热管的加热功率。 3．测量（反馈）信号 单相功率变送器测量一根电热管的电压和电流，功率信号送至S7-300AI卡的AI14通道，在PLC程序中乘3倍后作为三相加热的再沸器功率送PID模块。 4．塔釜低液位对再沸器加热的连锁 为保证电热管是浸没在再沸器的液体中加热，鉴于再沸器与塔釜底部有连通管，因此测量塔釜液位可代表再沸器液位。当塔釜液位＜25%（50mm）时发出DO1=0开关量信号去停止再沸器加热。 5．再沸器功率对冷凝器进水电磁阀的连锁 为防止再沸器加热产生的酒精蒸汽从冷凝器中逸散，当再沸器功率＞20%时，自动打开冷凝器的冷却水电磁阀VD5，使酒精蒸汽在冷凝器中冷凝为液体酒精。 4.1.3实验原理 1．再沸器功率控制系统的方块图 图4-1 再沸器功率控制系统的方块图 2．为何要控制再沸器的加热功率 在常见的加热控制系统中，被调参数PV（控制系统反馈信号）一般都是温度。但在再沸器的加热系统中，被调参数且是加热功率。这是因为再沸器是工作在原料液的超沸点加热而产生饱和蒸汽，改变加热功率不能改变塔釜液体的沸点温度只是改变饱和蒸汽的流量，而这流量很难测量。 蒸汽流量是精镏塔的重要工艺参数，它与灵敏板温度、回流流量、产品流量、产品浓度（质量）等密切相关，这是一个多输入多输出的复杂控制系统，尚有待于开发研究。把再沸器加热控制简化成再沸器功率的单回路控制是模仿目前工业生产中的实用生产工艺。 3．PID功能模块的手动自动无扰动切换的功能。 (1)控制系统在手动状态时，要求： a．PID自控功能模块的输出A跟踪手操输出M，即M→A。 b．PID自控功能模块的给定值SV跟踪反馈值（测量值）PV，即PV→SV，使PID输入的控制偏差e=0（控制偏差e=SV-PV）。 当控制系统从手动切换到自动时，输出值AO5由M切到A，而PID功能块因输入偏差e=0而无增量输出去改变A，即这二者切换时都不改变系统输出值AO5，因此手动切到自动是无扰动的。 手动→自动切换后,允许通过上位机修改给定值SV,这时PID有增量输出去改变A值,并通过AO5输出。 (2)控制系统在自动状态时，要求： 手操输出M跟踪PID功能块自动输出A，即A→M。 当控制系统由自动切换到手动时，输出值（阀位值）AO5由A切换到M。显而易见，从自动切换到手动是无扰动的。 自动→手动切换后，可通过上位机修改手操M送至AO5。 (3) PID控制模块的手动自动无扰动切换功能由S7-300PLC程序中实现，而且每个PID控制模块都要有此功能。 4．用衰减曲线法整定本控制系统P、I参数的方法（参考文献：侯志林主编“过程控制与自动化仪表”Pg178） 单回路控制系统的P、I、D参数的工程整定法主要有：衰减曲线法、反应曲线法和临界比例度法三种。本实验采用衰减曲线法整定再沸器功率控制系统的P、I参数，实验原理见教科书。 5．比例增益KP和积分时间TI对控制系统性能指标的影响，实验原理见“过程控制与自动化仪表”Pg173页。 4.1.4实验内容及步骤 1．实验准备 按精镏塔操作说明，对第一项“3.3.1精馏塔控制系统软件操作”操作完毕，对第二项“3.3.2，全回流控制”的第一项“1液位调节系统LC-1投入自动”操作完毕，即塔釜液位达到40%（80mm）。把冷凝器进水的自来水管路上的手阀打开。 2．用衰减曲线法整定本控制系统的P、I参数 (1)在电脑上打开再沸器功率控制系统的对话框，设置给定值=70%；比例增益KP=0.5，积分时间TI=200S不变，投入PI自动控制。 (2)待控制系统达到稳态（PV≈SV）后,设置积分时间TI=0，即取消积分作用，系统为纯比例P控制作用。 (3)对给定值SV作正反二个方向的阶跃扰动，扰动量取5%～10%，在电脑的历史曲线上观察纯