控制流程設(shè)計

1、化工流程的自動控制(PFD設(shè)計) 儀表和計算機自動控制系統(tǒng)在化工過程中發(fā)揮著重要作用。強化化工流強化化工流程的自動控制，是化工生產(chǎn)過程的發(fā)展趨勢和方向。程的自動控制，是化工生產(chǎn)過程的發(fā)展趨勢和方向。化工流程自動化控制的優(yōu)點：、提高關(guān)鍵工藝參數(shù)的操作精度，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量或收率；、保證化工流程安全、穩(wěn)定的運行；、對間歇過程，還可減少批間差異，保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和重復(fù)性；、降低工人的勞動強度，減少人為因素對化工生產(chǎn)過程的影響；“CAC”Computer Aided Control“CAO”Computer Aided Operation化工流程中經(jīng)常需要控制的部分工藝變量（參數(shù)）：化工流程中經(jīng)常

2、需要控制的部分工藝變量（參數(shù)）：溫度 壓力 流量液位攪拌轉(zhuǎn)速PH值濁度、粘度、各種組份濃度對一個化工流程進行控制對一個化工流程進行控制人工控制人工控制儀表和計算機控制（自動控制）儀表和計算機控制（自動控制） 自動控制是在人工控制的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，由檢測儀表、計算機自動控制是在人工控制的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，由檢測儀表、計算機裝置、自控閥門組成的自動控制系統(tǒng)分別代替人的眼睛觀察、大腦判斷裝置、自控閥門組成的自動控制系統(tǒng)分別代替人的眼睛觀察、大腦判斷決策、手動操作。決策、手動操作。計算機自動控制系統(tǒng)示意圖計算機自動控制系統(tǒng)示意圖化工過程（或化工設(shè)備）一次儀表二次儀表（物理量）（變送器）計算機控制裝置

3、420mA05V執(zhí)行機構(gòu)（自控閥門）計算機自動控制系統(tǒng)儀表（一次和二次儀表）計算機控制裝置動作機構(gòu)（自控閥門）計算機主機（硬件、軟件）A/D、D/A（模入、模出）控制軟件（平臺軟件及二次開發(fā)的控制應(yīng)用軟件）序號名稱符號序號名稱符號1變送器4控制室儀表2就地安裝儀表5孔板流量計3機組盤裝儀表6轉(zhuǎn)子流量計化工流程自控儀表的一些圖形符號：化工流程自控儀表的一些圖形符號：自控參量代號：T溫度 F流量 P壓力或真空度 L物位 C濃度 pH氫離子濃度A分析 V黏度 M攪拌轉(zhuǎn)速自控功能代號：I指示 C控制 Q累積J記錄 X信號 T調(diào)節(jié)L聯(lián)鎖 A報警 R人工遙控 表示將位號為101的流量信號引入計算機自控系統(tǒng)

4、，顯示并控制該值。 表示在設(shè)備附近就地加裝儀表顯示溫度101，而不引入計算機自控系統(tǒng)。FIC101TI101例如：例如：5.1 化工流程自控控制的一些基本概念化工流程自控控制的一些基本概念一、自動控制術(shù)語一、自動控制術(shù)語TIC換熱器換熱器冷流股熱流股加熱蒸汽冷凝水要求：熱流股溫度控制在8011、被控對象（被控過程、被控設(shè)備）TIC換熱器換熱器冷流股熱流股加熱蒸汽冷凝水定義：需要實現(xiàn)自動控制的生產(chǎn)流程（過程）或設(shè)備。定義：需要實現(xiàn)自動控制的生產(chǎn)流程（過程）或設(shè)備。上述例子中，被控對象就是換熱器。2、被控變量（被控參數(shù)）定義：被控對象中需要保持規(guī)定數(shù)值的物理量。定義：被控對象中需要保持規(guī)定數(shù)值的物

5、理量。上述例子中，熱流股的溫度。TIC換熱器換熱器冷流股熱流股加熱蒸汽冷凝水3、控制變量（操縱變量）定義：受執(zhí)行裝置（自控閥門）操縱，用來使被控變量保持在設(shè)定值定義：受執(zhí)行裝置（自控閥門）操縱，用來使被控變量保持在設(shè)定值的某個物理量。的某個物理量。上述例子中，加熱蒸汽的流量。4、干擾變量（擾動變量）定義：除控制變量以外，作用于被控對象，并可能引起被控變量發(fā)生定義：除控制變量以外，作用于被控對象，并可能引起被控變量發(fā)生變化的一些物理量。變化的一些物理量。上述例子中，加熱蒸汽的壓力（溫度）、冷流股的流量及溫度。TIC換熱器換熱器冷流股熱流股加熱蒸汽冷凝水5、設(shè)定值與控制精度設(shè)定值被控變量的工藝規(guī)定

6、值。設(shè)定值被控變量的工藝規(guī)定值。（注意：對開環(huán)控制系統(tǒng)，控制變量也可以有設(shè)定值。）（注意：對開環(huán)控制系統(tǒng)，控制變量也可以有設(shè)定值。）控制精度設(shè)定值允許的波動范圍?？刂凭仍O(shè)定值允許的波動范圍。上述例子中，熱流股的溫度要求控制在801。 80就是被控變量的設(shè)定值， 1就是對熱流股溫度的控制精度要求。對連續(xù)過程，設(shè)定值是一個定值對連續(xù)過程，設(shè)定值是一個定值溫度（）時間80溫度（）時間對間歇過程，設(shè)定值也可以是一個隨時間而變的曲線（時變曲線）對間歇過程，設(shè)定值也可以是一個隨時間而變的曲線（時變曲線）TIC換熱器換熱器冷流股熱流股加熱蒸汽冷凝水6、控制偏差控制偏差被控變量的設(shè)定值與其實際測量值之差?？?/p>

7、制偏差被控變量的設(shè)定值與其實際測量值之差。上述例子中，熱流股的溫度要求控制在801。 如果實際檢測為80.6，那么0.6 就是控制偏差。偏差在控制精度以內(nèi)控制有效（成功控制），如偏差在控制精度以內(nèi)控制有效（成功控制），如80.9 偏差在控制精度以外控制失控，如偏差在控制精度以外控制失控，如81.2 控制失效的原因有多種?？刂剖У脑蛴卸喾N。二、控制系統(tǒng)類型二、控制系統(tǒng)類型計算機自動控制系統(tǒng)計算機自動控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng) TI換熱器換熱器冷流股熱流股加熱蒸汽冷凝水1、開環(huán)控制系統(tǒng)、開環(huán)控制系統(tǒng)人工預(yù)先給定蒸汽流量值計算機控制裝置 TI換熱器換熱器冷流股熱流股

8、加熱蒸汽冷凝水 FI2、閉環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)TIC換熱器換熱器冷流股熱流股加熱蒸汽冷凝水閉環(huán)控制系統(tǒng)作用原理：閉環(huán)控制系統(tǒng)作用原理： 通過被控變量的檢測值與其設(shè)定值的偏差（包括偏差正負方向），通過被控變量的檢測值與其設(shè)定值的偏差（包括偏差正負方向），反過來通過計算機控制裝置對控制變量進行操縱調(diào)節(jié)。反過來通過計算機控制裝置對控制變量進行操縱調(diào)節(jié)。開環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)的幾點顯著區(qū)別：、閉環(huán)控制系統(tǒng)是按被控變量的檢測值與其設(shè)定值的偏差去操縱（影響）控制變量； 而開環(huán)控制系統(tǒng)是按照控制變量本身的設(shè)定值或干擾變量的大小去操縱（影響）控制變量。、閉環(huán)控制系統(tǒng)在被控變量 控制裝置 控制變量之間形

9、成了相互影響的回路。 即：控制變量可以改變到被控變量，反過來，被控變量的信息有可以指導(dǎo)控制變量的調(diào)節(jié)。 而開環(huán)控制系統(tǒng)不存在此相互影響的回路。、閉環(huán)控制系統(tǒng)必須有被控變量的檢測，而開環(huán)控制系統(tǒng)可以沒有被控變量的檢測?；ち鞒痰目刂葡到y(tǒng)類型，絕大多數(shù)為閉合控制系統(tǒng)?；ち鞒痰目刂葡到y(tǒng)類型，絕大多數(shù)為閉合控制系統(tǒng)。關(guān)于化工流程控制回路的控制算法（控制器算法）關(guān)于化工流程控制回路的控制算法（控制器算法）普通固定PID算法；自校正PID算法；自適應(yīng)控制算法；自校正控制算法；模糊（FUZZY）控制算法；專家控制系統(tǒng)算法； 在化工流程的實際控制中，經(jīng)常遇到一些在化工流程的實際控制中，經(jīng)常遇到一些干擾變量多

10、、大滯后干擾變量多、大滯后等問題，等問題，對控制回路的控制算法提出了挑戰(zhàn)。對控制回路的控制算法提出了挑戰(zhàn)。 5.2 化工單元操作常見的控制方案化工單元操作常見的控制方案一、離心泵出口流量控制一、離心泵出口流量控制1、離心泵出口單路流量控制、離心泵出口單路流量控制FICFIC情形1情形22、離心泵出口多支路流量控制、離心泵出口多支路流量控制FICFIC注意：注意：所有調(diào)節(jié)閥均應(yīng)該水平安裝，并保證其前后直管段長度；所有調(diào)節(jié)閥均應(yīng)該水平安裝，并保證其前后直管段長度；二、容器（釜）內(nèi)液相溫度控制二、容器（釜）內(nèi)液相溫度控制TIC蒸汽冷凝水疏水器情形一情形一二、容器（釜）內(nèi)液相溫度控制二、容器（釜）內(nèi)液

11、相溫度控制TIC蒸汽情形二情形二冷媒三、容器（釜）內(nèi)壓力控制三、容器（釜）內(nèi)壓力控制PIC蒸汽冷凝水K情形1，釜內(nèi)真空度控制去真空泵PIC蒸汽冷凝水情形2，釜內(nèi)正壓控制放空壓力氣體蒸汽冷凝水PHIC堿酸四、容器（釜）內(nèi)液相四、容器（釜）內(nèi)液相PH值控制值控制LIC蒸汽冷凝水進料五、容器（釜）內(nèi)液體的液位控制五、容器（釜）內(nèi)液體的液位控制通過進料流股流率來控制容器內(nèi)液體的液位六、復(fù)雜的串級控制六、復(fù)雜的串級控制TIC換熱器換熱器冷流股熱流股加熱蒸汽冷凝水換熱器復(fù)雜串級控制示意圖換熱器復(fù)雜串級控制示意圖TITIFI七、化工流程中的間接測量與控制七、化工流程中的間接測量與控制問題描述： 一個真空蒸發(fā)

12、結(jié)晶的間歇過程，蒸發(fā)結(jié)晶釜內(nèi)（釜總體積為6m3）為正丁醇水帕羅西盯物系，釜外加套采用1.3kgf/cm2的飽和蒸汽加熱，系統(tǒng)真空度要求控制在72010mmHg，開始真空蒸發(fā)結(jié)晶前，首先一次性向釜內(nèi)壓入3m3的正丁醇水帕羅西盯均相物料（溶劑基水份含量質(zhì)量百分數(shù)為23，起始溫度為室溫。），開啟真空泵，待真空度穩(wěn)定后，開始控制加熱蒸汽流量進行升溫蒸發(fā)，隨著正丁醇水的餾出，釜內(nèi)液位將下降，要求采用補加正丁醇的方式維持結(jié)晶釜內(nèi)液位基本不變。當釜內(nèi)水份含量降低到一定數(shù)值時，帕羅西盯開始結(jié)晶出來。整個過程為了保證晶體的成核與生長，還要求控制蒸發(fā)過程的蒸發(fā)速度，而且在出晶點時蒸發(fā)出的冷凝液要部分回流到結(jié)晶釜。

13、為了防止帕羅西盯的熱降解，整個蒸發(fā)過程溫度不能超過50。蒸發(fā)結(jié)晶終點控制在結(jié)晶釜內(nèi)物料溶劑基水份含量質(zhì)量百分數(shù)為0.6，然后泄掉系統(tǒng)真空，進行過濾、干燥、洗滌，得到帕羅西盯產(chǎn)品（晶體）。蒸汽冷凝水補加正丁醇冷凝器冷凝器結(jié)晶釜冷凝液收集器緩沖罐去真空泵分流器蒸發(fā)結(jié)晶流程示意圖蒸發(fā)結(jié)晶流程示意圖蒸汽冷凝水補加正丁醇冷凝器冷凝器結(jié)晶釜冷凝液收集器緩沖罐去真空泵分流器蒸發(fā)結(jié)晶帶控制點的流程示意圖蒸發(fā)結(jié)晶帶控制點的流程示意圖TILICPIC PI青霉素G鉀鹽來自酶再生罐去酶再生罐空氣 真空泵排空緩沖罐溶解罐酶裂解反應(yīng)器 過濾器 冷凝器蒸汽進無鹽水冷水進冷水出熱水進冷鹽水回溫水罐 真空泵排空 6APA 儲罐升膜蒸發(fā)器 6APA 儲罐 反應(yīng)結(jié)晶器緩沖罐冷凝水收集罐分離器冷凝水進水NaOH水溶液無鹽水熱水罐冷鹽水進冷水罐濾液罐鹽水進HCl進鹽水回6APA產(chǎn)品過濾器TIC101溫水罐溫水罐80熱水進10冷水進（少量）TIC102堿進酶進青霉素水溶液裂解液熱水回補水溢流排污FT102FPH101FT101PHIC101裂解反應(yīng)器裂解反應(yīng)器TI104LIC101FL101PIC101FP101KP101LI