分程控制系統(tǒng)

1、2.5分程控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)的基本概念1分程調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般來說，一臺調(diào)節(jié)器的輸出僅操縱一只調(diào)節(jié)閥，若一只調(diào)節(jié)器去控制兩個以上的閥并且是按輸出信號的不同區(qū)間去操作不同的閥門，這種控制方式習慣上稱為分程控制。圖 2.5-1 表示了分程控制系統(tǒng) 的簡圖。圖中表示一臺調(diào)節(jié)器去操縱兩只調(diào)節(jié)閥，實施（動作過程）是借助調(diào)節(jié)閥上的閥門定位器對信號的轉(zhuǎn)換功能。例如圖中的 A、 B兩閥，要求 A閥在調(diào)節(jié)器輸出信號壓力為 0.02 0.06MPa變化時，作閥得全行程動作，則要求附在 A閥上的閥門定位器，對輸入信號 0.02 0.06MPa時，相應(yīng)輸出為 0.02 0.1MPa，而 B閥上的閥門定位器，應(yīng)調(diào)整成在輸入

2、信號為0.06 0.1圖2.5-1分程控制系統(tǒng)示意圖MPa時，相應(yīng)輸出為0.02 0.1MPa。按照這些條件，當調(diào)節(jié)器（包括電/ 氣轉(zhuǎn)換器）輸出信號小于 0.06MPa時 A閥動作， B閥不動；當輸出信號大于 0.06MPa時，而 B閥動作， A閥已動至極限；由此實現(xiàn)分程控制過程。分程控制系統(tǒng)中，閥的開閉形式，可分同向和異向兩種，見圖2.5-2 和圖 2.5-3 。圖2.5-2調(diào)節(jié)閥分程動作（同向）圖2.5-3調(diào)節(jié)閥分程動作（異向）一般調(diào)節(jié)閥分程動作采用同向規(guī)律的是為了滿足工藝上擴大可調(diào)比的要求；反向規(guī)律的選擇是為了滿足工藝的特殊要求。2分程控制系統(tǒng)的應(yīng)用1）為擴大調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍。60調(diào)節(jié)閥

3、有一個重要指標，即閥的可調(diào)范圍 R 。它是一項靜態(tài)指標，表明調(diào)節(jié)閥執(zhí)行規(guī)定特性（線性特性或等百分比特性）運行的有效范圍?？烧{(diào)范圍可用下式表示：CmaxRCmin（ 2.5-1）式中Cmax 閥的最大流通能力，流量單位。Cmin 閥的最小流通能力，流量單位。國產(chǎn)柱塞型閥固有可調(diào)范圍R =30，所以 Cmin30%C max 。須指出閥的最小流通能力不等于閥關(guān)閉時的泄漏量。一般柱塞型閥的泄漏量CS 僅為最大流通能力的 0.1 0.01%。對于過程控制的絕大部分場合， 采用 R =30的控制閥已足夠滿足生產(chǎn)要求了。 但有極少數(shù)場合，可調(diào)范圍要求特別大，如果不能提供足夠的可調(diào)范圍，其結(jié)果將是或在高負荷

4、下供應(yīng)不足，或在低負荷下低于可調(diào)范圍時產(chǎn)生極限環(huán)。例如蒸汽壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，設(shè)鍋爐產(chǎn)生的是壓力為10MPa的高壓蒸汽，而生產(chǎn)上需要的是4MPa平穩(wěn)的中壓蒸汽。為此，需要通過節(jié)流減壓的方法將10MPa的高壓蒸汽節(jié)流減壓成4MPa的中壓蒸汽。在選擇調(diào)節(jié)閥口徑時，如果選用一個調(diào)節(jié)閥，為了適應(yīng)大負荷下蒸汽供應(yīng)量的需要，調(diào)節(jié)閥的口徑要選擇得很大，而正常情況下蒸汽量卻不需要哪么大，這就需要將閥關(guān)的小一些。也就是說，正常情況下調(diào)節(jié)閥只是在小開度工作，因為大閥在小開度下工作時，除了閥的特性會發(fā)生畸變外，還容易產(chǎn)生噪聲和震蕩，這樣控制會使控制效果變差控制質(zhì)量降低。為了解決這一矛盾，可選用兩只同向動作的調(diào)節(jié)閥構(gòu)成分程

5、控制系統(tǒng)，如圖2.5-2 所示的分程控制系統(tǒng)采用了 A、B兩只同向動作的調(diào)節(jié)閥（根據(jù)工藝要求均選為氣開式）其中 A閥得在調(diào)節(jié)器輸出信號 4 12mA（氣壓信號為 0.02 0.06MPa）時由全閉到全開，B閥得在調(diào)節(jié)器輸出信號1220mA（氣壓信號為 0.06 0.1MPa）時由全閉到全開，這樣，在正常情況下，即小負荷時，B閥處于全關(guān)，只通過A閥開度的變化來進行控制；當大負荷時，A閥已全開仍滿足不了蒸汽量的需求，這是B閥也開始打開，以補足A閥全開時蒸汽供應(yīng)量的不足。圖2.5-4蒸汽減壓分程控制系統(tǒng)原理圖假定系統(tǒng)中所采用的A、B兩只調(diào)節(jié)閥的最大流通能力Cmax 均為 100，可調(diào)范圍 R =30

6、。由于調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍為：R C max C min（2.5-2 ）61據(jù)上式可求得CminCmax 30 =100 303.33（ 2.5-3 ）當采用兩支閥構(gòu)成分程控制系統(tǒng)時，最小流通能力不變，而最大流通能力為兩閥最大流通能力之和 2Cmax =200，因此 A、 B兩閥組合后的可調(diào)范圍應(yīng)是：Cmax20060R3.33Cmin這就是說采用兩支流通能力相同的調(diào)節(jié)閥構(gòu)成分程控制系統(tǒng)后，其調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍比單只調(diào)節(jié)閥增大一倍。2）滿足工藝操作的特殊要求。在某些間歇式生產(chǎn)化學反應(yīng)過程中，當反應(yīng)物投入設(shè)備后，為了使其達到反應(yīng)溫度，往往在反應(yīng)開始前需要給它提供一定的熱量。一旦達到反應(yīng)溫度后，就會隨著

7、化學反應(yīng)的進行不斷釋放出熱量，這些熱量如不及時移走，反應(yīng)就會越來越激烈，以致會有爆炸的危險。因此對于這種間歇式化學反應(yīng)器既要考慮反應(yīng)前的預(yù)熱問題，又要考慮反應(yīng)過程中及時移走反應(yīng)熱的問題。為此設(shè)計了如圖2.5-5 所示的分程控制系統(tǒng)。圖 2.5-5間歇式化學反應(yīng)器分程控制系統(tǒng)圖圖中溫度調(diào)節(jié)器選擇反作用，冷水調(diào)節(jié)閥選擇氣關(guān)式（A閥），熱水調(diào)節(jié)閥選擇氣開式（B閥）。該系統(tǒng)工作過程如下 : 在進行化學反應(yīng)前的升溫階段， 由于溫度測量值小于給定值，因此調(diào)節(jié)器輸出增大， B閥開大， A閥關(guān)閉，即蒸汽閥開、冷水閥關(guān)，以便使反應(yīng)器溫度升高。當溫度達到反應(yīng)溫度時，化學反應(yīng)發(fā)生，于是就有熱量放出，反應(yīng)物的溫度逐漸

8、提高。當溫升使測量值大于給定值時，調(diào)節(jié)器輸出將減?。ㄓ捎谡{(diào)節(jié)器是反作用），隨著調(diào)節(jié)器的輸出的減小，B閥將逐漸關(guān)小乃至完全關(guān)閉，而A閥則逐漸打開。這時反應(yīng)器夾套中流過的將不再是熱水而是冷水。這樣一來，反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量就被冷水所帶走，從而達到維持反應(yīng)溫度的目的。分程控制系統(tǒng)的方案實施1分程區(qū)間的決定分程控制系統(tǒng)設(shè)計主要是多個閥之間的分程區(qū)間問題，設(shè)計原則： 先確定閥的開關(guān)作用形式（以安全生產(chǎn)為主）； 再決定調(diào)節(jié)器的正反作用；最后決定各個閥的分程區(qū)間。2分程閥總流量特性的改善當調(diào)節(jié)閥采用分程控制，如果它們得流通能力不同，組合后的總流通特性，在信號交接處流量的變化并不是光滑的。例如選用C max4 和

9、 Cmin100 這兩只調(diào)節(jié)閥構(gòu)成分程控制，兩閥特性及它們的組合總流量特性如圖2.5-6 所示。62圖2.5-6分程系統(tǒng)大、小閥連接組合特性圖由圖 2.5-6 可以看出，原來線性特性很好的兩只控制閥，當組合在一起構(gòu)成分程控制時，其總流量特性已不再呈現(xiàn)線性關(guān)系，而變成非線性關(guān)系了。特別是在分程點，總流量特性出現(xiàn)了一個轉(zhuǎn)折點。由于轉(zhuǎn)折點的存在，導(dǎo)致了總流量特性的不平滑。這對系統(tǒng)的平穩(wěn)運行是不利的，為了使總流量特性達到平滑過渡，可采用如下方法。解決在 0.06 處出現(xiàn)了大的轉(zhuǎn)折，呈嚴重的非線性方法 選用等百分比閥此時可自然解決； 線性閥則可通過添加非線性補償調(diào)節(jié)的方法將等百分比特性校正為線性。閥位控

10、制系統(tǒng)1概述一個控制系統(tǒng)在受到外界干擾時，被控變量將偏離原先的給定值，而發(fā)生變化， 為了克服干擾的影響， 將被控變量拉回到給定值，需要對控制變量進行調(diào)整。對一個系統(tǒng)來說，可供選擇作為控制變量的可能是多個，選擇控制變量既要考慮它的經(jīng)濟性和合理性，又要考慮它的快速性和有效性。但是，在有些情況下，所選擇的控制變量很難做到兩者兼顧。閥門控制系統(tǒng)就是在綜合考慮控制變量的快速性、有效性、經(jīng)濟性和合理性基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種控制系統(tǒng)。閥位控制系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)如圖2.5-7所示。在閥位控制系統(tǒng)中選用了兩個控制變量蒸汽量 Gs 和物料量 Q ，其中控制變量 Gs 從經(jīng)濟性和工藝的合理性考慮比較合適，但是對克服干擾的

11、影響不夠及時有效?？刂谱兞?Q 卻正好相反，快速性、有效性較好，但經(jīng)濟性、工藝的合理性較差。圖 2.5-7 閥位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖這兩個控制變量分別由兩支控制器來控制。其中控制變量Q 的為主控制器TC ，控制變量 Gs的為閥位控制器 VPC 。主控制器的給定值即產(chǎn)品的質(zhì)量指標，閥門控制器的給定值是控制變量管線上控制閥的閥位，閥位控制系統(tǒng)也因此而得名。2閥位控制系統(tǒng)的工作原理如圖 2.5-8 的閥位控制系統(tǒng)，假定A 閥、 B 閥均選為氣開閥，主控制器TC （溫度調(diào)節(jié)器）為正作用，閥位控制器VPC 為反作用。系統(tǒng)穩(wěn)定情況下，被控變量等于主控制器的設(shè)定值 R， A 閥處于某一開度，控制 B 閥處于閥

12、位調(diào)節(jié)器 VPC 所設(shè)置的小開度 r。當系統(tǒng)受到外界干擾使原油出口溫度上升時， 溫度調(diào)節(jié)器的輸出將增大， 這一增大的信號送往兩處：63其一去 B 閥；其二去VPC 。送往 B 閥的信號將使B 閥的開度增大，這會將原油出口溫度拉下來；送往VPC 的信號是作為后者的測量值，在r 不變的情況下，測量值增大，VPC的輸出將減小， A 閥的開度將減小， 燃料量則隨之減小，出口溫度也將因此而下降。這樣 A 、B 兩只閥動作的結(jié)果都將會使溫度上升的趨勢減低。隨著出口溫度上升趨勢的下降，溫度調(diào)節(jié)器的輸出逐漸減小，于是B 閥的開度逐漸減小，A 閥的開度逐漸加大。這一過程一直進行到溫度調(diào)節(jié)器及閥位調(diào)節(jié)器的偏差都等

13、于0 時為止。溫度調(diào)節(jié)器偏差等于0，意味著出口溫度等于給定值，即閥位調(diào)節(jié)器偏差等于零，意味著調(diào)節(jié)閥B 的閥壓與閥位調(diào)節(jié)器VPC 的設(shè)定值 r 相等，而B 的開度與閥壓是有著一一對應(yīng)的關(guān)系的，也就是說閥B 最終會回到設(shè)定值 r 所對應(yīng)的開度。由上面的分析可以看到：本系統(tǒng)利用控制變量Q 的有效性和快速性，在干擾一旦出現(xiàn)影響到被控變量偏離給定值時，先行通過對控制變量Q 的調(diào)整來克服干擾的影響。隨著時間的增長，對控制變量Q 的調(diào)整逐漸減弱，而控制出口溫度的任務(wù)逐漸轉(zhuǎn)讓給控制變量Gs 來擔當。最終閥 B 停止在一個很小的開度 (由設(shè)定值 r 來決定 )上，而維持控制的合理性和經(jīng)濟性。2.6選擇性控制系統(tǒng)

14、概述選擇性控制系統(tǒng)又叫取代控制，也稱超馳控制。通常自動控制系統(tǒng)只能在生產(chǎn)工藝處于正常情況下進行工作，一旦生產(chǎn)出現(xiàn)事故狀態(tài)，控制器就要改為手動，待事故排除后，控制系統(tǒng)再重新投入工作。在大型生產(chǎn)工藝過程中，除了要求控制系統(tǒng)在生產(chǎn)在正常情況下能夠克服外界的干擾，平穩(wěn)操作外，還必須考慮事故狀態(tài)下安全生產(chǎn)。即當生產(chǎn)操作達到安全極限時，應(yīng)有保護性措施。屬于生產(chǎn)保護性措施的有兩類：一類是硬保護措施；一類是軟保護措施。所謂硬保護措施就是當生產(chǎn)操作達到安全極限時，有聲、光報警產(chǎn)生。 此時有操作工將控制器切換到手動， 進行手動操作、 處理；或是通過專門設(shè)置的聯(lián)鎖保護線路實現(xiàn)自動停車，達到保護生產(chǎn)的目的。 對于連續(xù)

15、生產(chǎn)過程來說， 即使短暫的設(shè)備停車， 也會造成巨大的經(jīng)濟損失。因此這種硬保護措施已逐漸不為人們所歡迎，相應(yīng)地出現(xiàn)了軟保護措施。所謂軟保護措施， 就是通過一個特定設(shè)計的選擇性控制系統(tǒng)， 在生產(chǎn)短期內(nèi)處于不正常情況時，生產(chǎn)設(shè)備不須停車，由選擇性控制系統(tǒng)自動改變操作方式，使參數(shù)脫離極限值。并且當參數(shù)恢復(fù)正常時原控制系統(tǒng)自動恢復(fù)，避免停車而且無需人的參入與。超馳控制設(shè)計應(yīng)用如圖（ 2.6-1 ）（ a）、（ b）可用來說明氨蒸發(fā)器是如何從一個能夠滿足正常生產(chǎn)情況下的控制方案，演變成為烤爐極限條件下的超馳控制的實例。圖 2.6-1液氨蒸發(fā)器的控制方案64液氨蒸發(fā)器是一個換熱設(shè)備，它是利用液氨的汽化需要大

16、量的熱量，以此來冷卻流經(jīng)管內(nèi)的被冷物料。 在生產(chǎn)中， 往往要求物料的出口溫度穩(wěn)定，即構(gòu)成一個以被冷物料的出口溫度為被控變量，以液氨流量為操縱變量的控制方案。見圖2.6-1 （ a），這一控制方案用的是改變傳熱面積來調(diào)節(jié)傳熱量的方法。因液位高度會影響熱交換器的浸潤傳熱面積，因此液位高度反應(yīng)傳熱面積的變化。 由此可見液氨蒸發(fā)器實質(zhì)上是一個單輸入（液氨流量） 兩輸出（溫度和液位） 系統(tǒng)。通過工藝合適設(shè)計，正常情況下溫度得到控制以后，液位也應(yīng)該在一定允許區(qū)間。超限現(xiàn)象是因為出現(xiàn)了非正常工況的緣故。不妨假設(shè)有雜質(zhì)油漏入被冷物料管線，使傳熱系數(shù)猛降， 為了取走同樣的熱量，就要大大增加傳熱面積。 但當液位淹

17、沒了換熱器的所有列管時，傳熱面積的增加已達極限，如果繼續(xù)增加氨蒸發(fā)器內(nèi)的液氨量，并不會提高傳熱量。但是液位的繼續(xù)升高， 卻可能帶來生產(chǎn)事故。這是因為氣化的氨是要回收重復(fù)使用的，氣氨將進入壓縮機入口， 若氣氨帶液， 液滴會損壞壓縮機葉片，因而液氨蒸發(fā)器上部必須留有足夠的氣化空間， 所以就要限制液位不要超過某一限高。為此就必須在原有溫度控制的基礎(chǔ)上加一個防液位超限的控制系統(tǒng)。兩個控制系統(tǒng)的工作規(guī)律如下：正常情況下， 由溫度控制器操縱閥門進行溫度控制；當出現(xiàn)非正常工況， 引起氨液位達到高限時， 被冷卻物料的溫度即使仍偏高，此時溫度的偏離給定值暫時成為次要因素， 而保護氨壓縮機已經(jīng)上升為主要矛盾，于是

18、液位控制器取代溫度控制器工作。 等引起不正常的因素消失，液位恢復(fù)到正常區(qū)域， 此時又應(yīng)恢復(fù)溫度控制的閉環(huán)運行。實現(xiàn)上述功能的防超限控制方案如圖2.6-1 （ b），它具有兩臺控制器，通過選擇器對兩個輸出信號的選擇來實現(xiàn)對控制閥的兩種控制方式。正常情況下應(yīng)該選溫度控制器輸出信號，當液位達到極限時，則應(yīng)選上液位控制器輸出。這種控制方式，習慣上稱為“超馳控制”?？傊?，選擇性控制系統(tǒng)工作過程是：（ 1）在正常情況下，溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)工作（ 2）當液面達到高限時， LC調(diào)節(jié)器搶奪（ 3）當液面恢復(fù)正常值時， TC溫度調(diào)節(jié)的恢復(fù)正常工作。選擇性控制系統(tǒng)的特點是： （ 1）實現(xiàn)工藝要求的邏輯關(guān)系或極值條

19、件（ 2）系統(tǒng)中具體實現(xiàn)邏輯功能的選擇器（ 3）保護性系統(tǒng)必須是短時的（ 4）“救急”的控制系統(tǒng)。選擇性調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計： （ 1）被調(diào)節(jié)參數(shù)的選擇（ 2）調(diào)節(jié)器的選型及參數(shù)整定（ 3）選擇器的選擇步驟，先確定閥的開、關(guān)形式；再確定出調(diào)節(jié)器的正反作用；最后看超馳系統(tǒng)參數(shù)的極限輸出，是高選擇器選為高選。是低為低選。正?；芈穮?shù)變化與選擇器選擇無關(guān)。關(guān)于防積分飽和的方法由于選擇性控制系統(tǒng)中，總有一臺控制器處于開環(huán)狀態(tài)，因此易產(chǎn)生積分飽和。防積分飽和的三種方法：限幅法：用高低值限幅器, 控制器積分反饋信號限定在某個區(qū)域。外反饋法：在控制器開環(huán)狀態(tài)下，不再使它自身的信號做積分反饋，而是采用合適的外部信號

20、作為積分反饋信號。從而也切斷了積分正反饋，防止了進一步的偏差積分作用。積分切除法：它是從控制器本身的線路結(jié)構(gòu)上想辦法。使控制器積分線路在開環(huán)情況下，會暫時自動切除，使之僅具有比例作用。所以這類控制器稱為PI-P 控制器。因為積分切除法，主要是涉及儀表內(nèi)部線路設(shè)計，在這里不作進一步的討論。關(guān)于限幅器與外反饋方法，因為它們的防積分飽和原理不一致，功能亦有差別，在應(yīng)用中應(yīng)注意它們各自的適用場合。對于選擇性控制系統(tǒng)的防積分飽和，應(yīng)選擇外反饋法。其積分外反饋信號取自選擇器的輸出信號，如圖2.6-2 所示。當控制器1處于工作狀態(tài)時，選擇器輸65出信號等于它自身的輸出信號，而對控制器2來說，這信號就成為外部

21、積分反饋信號了。反之，亦相同。值得注意的是，在這里防積分飽和要解決的問題，并非僅僅是在于使開環(huán)工作的控制器輸出信號不超出有效區(qū)間，而且要求當該控制器的偏差為0時瞬間，其輸出信號與當時工作的控制器輸出信號相同，以以便及時替換。圖2.6-2 的外反饋法能滿足這種要求的。因為對一般 PI 控制器，存在下式1u K ceuT1s1因此控制器 1工作時，控制器的輸出算式1u2K c2 eT2 s 1u1（ 2.6-1 ）式中： e2偏差， K c2 控制器的比例增益，圖 2.6-2 選擇性調(diào)節(jié)系統(tǒng)防積分飽和示意圖T2 為積分反饋時間常數(shù)。若e2 為 0，且系統(tǒng)處于較平穩(wěn)階段時，上式為：u2 u1（ 2.

22、6-2 ）從而實現(xiàn)了跟蹤，一旦偏差e2 反向，控制器的輸出信號立即會被選上，顯然，若在這里選用限幅法防積分飽和，則無法起到信號跟蹤功能。其他選擇控制系統(tǒng)選擇性控制系統(tǒng)除用于軟保護外，還有很多用途，茲舉一下數(shù)例。1用于被控變量測量值的選擇固定床反應(yīng)器中熱點溫度的控制就是一個例子。熱點溫度（即最高點溫度）的位置可能會隨催化劑的老化，變質(zhì)和流動等原因而有所移動。反應(yīng)器各處溫度都應(yīng)參加比較，擇其高者用于溫度控制。其控制方案見圖2.6-3 。類似的一種情況是使用復(fù)份檢測儀表時的控制問題。成分分析儀一般比其它儀表的可靠性差。 在圖 2.6-4 所示的系統(tǒng)中， 采用兩臺分析儀， 用高值選擇器來決定儀表信號的

23、選取，所以萬一哪一臺分析儀出現(xiàn)刻度偏高故障時，仍然可以維持正常的控制作用。圖中方案當然可能會造成刻度偏高故障的影響，但這里假定它不至于造成過大危害。假若刻度偏高、偏低的故障都不太允許，則應(yīng)配置三個分析儀，它們的輸出送至中值選擇器，將其中最高和最低信號均舍棄。因而在分析儀產(chǎn)生任一方向故障時，設(shè)備都能受到保護。圖 2.6-3高選器用于控制反應(yīng)器熱點溫度圖 2.6-4用選擇器對復(fù)份儀表檢測信號進行選擇662用于“變結(jié)構(gòu)控制”有時在系統(tǒng)達到某一約束區(qū)后，需要將調(diào)節(jié)器的輸出從一個閥門切換到另一個閥上去。圖 2.6-5 的冷凝器控制系統(tǒng)即屬于這種情況。圖中系統(tǒng)是精餾塔控制的一部分。來于精餾塔頂?shù)奈锪险羝?/p>

24、進入冷凝器后，被冷凝為液體。冷凝液流入冷凝液貯罐，并用泵輸送回塔。正常運行條件下，全部蒸汽都是可凝的。塔頂蒸汽的壓力可以通過改變回流量來進行控制。這里改變回流量的目的是為了調(diào)整冷凝器中冷凝液液位。圖 2.6-5精餾過程中冷凝器控制系統(tǒng)如回流量減少，則液位升高，減小冷凝器中暴露于蒸汽中的傳熱表面積使冷凝量減小蒸汽壓力上升。在此期間，回流罐液位升高，液位控制器產(chǎn)生高輸出信號，但是這個信號不會被低值選擇器選中，此時，送給減法器的兩個信號相等，減法器輸出至排氣閥的信號為零，相應(yīng)地排氣閥應(yīng)處于全關(guān)狀態(tài)。如有不凝氣體在冷凝器中積累起來，壓力就會升高。壓力控制器將加大回流量，但可能冷凝器中的液體抽完，壓力仍

25、然降不下來。這時為了避免抽空冷凝貯罐和氣蝕回泵，液位控制器必須接替壓力控制器控制回流量。對于已經(jīng)空了的冷凝器，只能依靠排出不凝氣體來減低壓力。在圖 2.6-5 系統(tǒng)中，當選擇液位控制器控制回流量時，壓力控制就被平穩(wěn)地切換到排氣閥上。在切換點，送給減法器的兩個輸入信號開始有所不同，產(chǎn)生一個打開排氣閥的信號。壓力控制器的輸出以排氣閥代替了控制回流閥。壓力控制器參數(shù)應(yīng)當在它控制回流量時進行整定。當它控制排氣閥時，可以通過調(diào)整減法器通道系數(shù)K 的方法重新加以調(diào)整。液位控制器需要有外部反饋以防積分飽和，但壓力控制器沒有這個必要，因為不論通過哪一個閥門進行控制，它的回路總是閉合的。2.7 按計算指標的控制

26、系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)過程中，對于某些特殊生產(chǎn)工藝，采用能直接測量的變量作為操縱指標不能滿足工藝要求，而可以作為操作指標的一些變量，由于種種原因又不能直接測量出來。這時可以通過測量與此控制指標有關(guān)的某些變量，按一定的物料或能量換算關(guān)系，由計算指來獲得控制指標，進行控制。這一類由測量變量經(jīng)計算得到的控制指標作為被控變量的控制系統(tǒng)即稱之按計算指標的控制系統(tǒng)。常見按計算指標控制系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)來分，可有兩種情況：一類是由輔助輸出變量推算出的控制指標，直接作為被控變量的測量值；另一類是以某輔助輸出變量為被控變量，而它的設(shè)定值則由控制指標算式推算來得出。這兩種情況本質(zhì)上是一致的。主要應(yīng)用在精餾塔的內(nèi)回流控制系統(tǒng)，和氣

27、液混相進料下熱焓控制系統(tǒng)等 2.7 1 精餾塔的內(nèi)回流控制1內(nèi)回流及其對精餾操作的影響內(nèi)回流是精餾塔平穩(wěn)操作的一個重要因素，內(nèi)回流通常是指精餾塔的精餾段內(nèi)上一層塔盤向下一層塔盤流下的液體流量。它與精餾操作一般所說的回流量（即外回流量）是既有關(guān)系，又有區(qū)別的兩個概念。從精餾操作的原理看：當塔的進料流量、溫度、和成分都比較平穩(wěn)時，內(nèi)回流穩(wěn)定是67保證塔操作良好的一個重要因素。內(nèi)回流的變化會影響塔盤上氣液平衡工況，導(dǎo)致塔頂、塔底產(chǎn)品可能不合格。所以要使工況穩(wěn)定，需保持內(nèi)回流量的恒定。如果進料流量不能保證恒定時，從精餾操作可知， 要保證產(chǎn)品合格，應(yīng)使內(nèi)回流量隨塔的進料量按一定比例變化，同時，再沸器的汽

28、化量也要做相應(yīng)的增減。因此根據(jù)精餾塔的工藝情況，希望塔的內(nèi)回流穩(wěn)定或按規(guī)律（如與進料量成比例）變化。2內(nèi)回流和外回流的關(guān)系內(nèi)回流與外回流之間的關(guān)系如圖2.7-1所示。外回流是塔頂蒸汽經(jīng)冷凝器冷凝后，從塔外再送回精餾塔的回流液量L0 ，因為外回流往往處于過冷狀態(tài)，所以外回流液的溫度T0 因為回流量不能直接測得通常要比回流層塔盤的溫度T1 低，這樣在這一層塔盤上，除了正常精餾過程的汽化和冷凝外，尚需把外回流液加熱到T1 ，而這一部分熱能只能有這一層塔盤的一部分上升蒸汽冷凝所釋放的汽化潛熱來提供。因此從這一層塔盤向下流的內(nèi)回流量應(yīng)等于外回流流量與這部分冷凝液量之和，即：L1 L0 L（ 2.7-1

29、）式中L1 內(nèi)回流；L0 外回流； L 冷凝液量。由式（ 2.7-1 ）可看出內(nèi)回流與外回流的關(guān)系。（ 1）若 T0T1則 L =0， L1L0 ；（ 2）若 T0T1則 L 0， L1L0 。一般塔頂蒸汽采用風冷式冷凝器冷卻，所以T0 T1 ，這樣 L1 不能用 L0 代替，而需要采用內(nèi)回流控制。3實現(xiàn)內(nèi)回流控制的方法因為內(nèi)回流難于測量和控制，必須通過測量與其有關(guān)的一些其它變量，經(jīng)過計算得到內(nèi)回流作為被控變量，方可實現(xiàn)內(nèi)回流控制。1）內(nèi)回流運算的數(shù)學模型內(nèi)回流運算的數(shù)學模型可以通過列寫回流層的物料和能量平衡關(guān)系得到。物料平衡關(guān)系式如式（ 2.7-1 ）所示：L1L0L熱平衡關(guān)系式為： LL0

30、 c p T1T0)（ 2.7-2 ）(68式中冷凝液的汽化潛熱；c p 外回流液的比熱容；T1 回流層塔板溫度；T0 外流層塔板溫度。將式（ 2.7-2 ）代入式（ 2.7-1）可得：L1L0 1c p (T1 T0 ) = L0 (1 K T ）（ 2.7-3 ）式中Kc p， TT1T0 。式（ 2.7-3 ）即內(nèi)回流的計算式。因為c p 和 值可查有關(guān)物性數(shù)據(jù)表得到，外回流 L0 及溫差 T 可以直接測量得， 這樣通過式 （ 2.7-3 ）即可間接算得內(nèi)回流量 L1。2）實現(xiàn)內(nèi)回流控制的示意圖內(nèi)回流控制系統(tǒng)的原理圖如圖2.7-2 所示。由圖可知，內(nèi)回流計算裝置可以由開方器、乘法器和加法

31、器組成，通過它們完成式（2.7-3）的運算。由于內(nèi)回流控制在石油、化工等生產(chǎn)過程中較為廣泛，因此人們已設(shè)計出內(nèi)回流計算的專用儀表，以便于使用。圖 2.7-2 所示方案是通過改變外回流量L0 來保證內(nèi)回流量L1 的，從理論上講也可以通過改變外回流液的溫度T0 來實現(xiàn)。此外，如果精餾工藝中需要內(nèi)回流按其他變量如進料量作一定比例變化時，只要把上述方案中的流量調(diào)節(jié)器的給定值由其他變量來決定就可以了。3）儀表的信號匹配問題在“按計算指標控制系統(tǒng)中”，總需要有一個運算裝置來實現(xiàn)關(guān)于“計算指標” 得推算。當用幾只模擬儀表或可編程調(diào)節(jié)器來實現(xiàn)這種運算時，必須注意采用合適的設(shè)計步驟。一般不宜按照工藝算式來構(gòu)筑運算裝置的框圖，而應(yīng)該先將工藝算式轉(zhuǎn)化為信號算式，再由信號算式去構(gòu)筑運算裝置。（ 1) 根據(jù)工藝關(guān)系式設(shè)計運算裝置步驟步驟 1：選定信號變送器型號及變送范圍，并求得信號變送算式（設(shè)選用電型組合單元儀表）：I L1L1 （ 20-4 ）+4 mA（2.7-4 ）L1量程69I L 0L0(20-4）+4 mA（ 2.7-5 ）L0