精餾塔精餾段溫度比值控制方案設(shè)計(jì)

1、中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書目錄1. 精餾塔控制系統(tǒng)介紹11.1精餾塔原理12. 精餾塔精餾段控制分析22.1精餾塔精餾段的控制要求22.2精餾塔精餾段的擾動(dòng)分析32.3精餾塔被控變量的選擇63. 比值控制系統(tǒng)73.1比值控制系統(tǒng)簡介73.2比值控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)74. 精餾塔精餾段溫度比值控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)94.1精餾塔精餾段比值控制系統(tǒng)參數(shù)的選擇94.2控制參數(shù)的確定94.3現(xiàn)場儀表選型，編制有關(guān)儀表信息的設(shè)計(jì)文件94.4系統(tǒng)方塊圖105. 分析被控對象特性，選擇控制算法（調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的確定）115.1比值系數(shù)的確定116. 精餾塔精餾段溫度控制分析127. 系統(tǒng)仿真與參數(shù)整定147.1 控制系統(tǒng)的Si

2、mulink仿真框圖147.2 PID參數(shù)整定148. 課程設(shè)計(jì)總結(jié)189. 參考文獻(xiàn)191. 精餾塔控制系統(tǒng)介紹1.1精餾塔原理精餾塔是進(jìn)行精餾的一種塔式汽液接觸裝置，又稱為蒸餾塔。有板式塔和填料塔兩種主要類型。根據(jù)操作方式又可分為連續(xù)精餾塔和間歇精餾塔。蒸汽由塔底進(jìn)入，與下降液進(jìn)行逆流接觸，兩相接觸中，下降液中的易揮發(fā)組分不斷地向蒸汽中轉(zhuǎn)移，蒸汽中的難會(huì)發(fā)組分不斷地向下降液中轉(zhuǎn)移，蒸汽越接近塔頂，其易揮發(fā)組分濃度越高，而下降液越接近塔底，其難揮發(fā)組分則越富集，達(dá)到組分分離的目的。由塔頂上升的蒸汽進(jìn)入冷凝器，冷凝的液體的一部分作為回流液返回塔頂進(jìn)入精餾塔中，其余的部分則作為餾出液取出。塔底流

3、出的液體，其中的一部分送入再沸器，熱蒸發(fā)后，蒸汽返回塔中，另一部分液體則作為釜?dú)堃喝〕?。蒸餾的基本原理是將液體混合物部分氣化，利用其中各組分揮發(fā)度不同的特性，實(shí)現(xiàn)分離目的的單元操作。蒸餾按照其操作方式可分為：簡單蒸餾，閃蒸，精餾，特殊精餾等。1.2精餾裝置的作用（1）精餾段的作用加料版以上的塔段為精餾段，其作用是逐板增加上升氣相中的易揮發(fā)組分的濃度。（2）提餾段的作用包括加料版在內(nèi)的以下塔板為提餾段，其作用是逐板提取下降的液相中易揮發(fā)組分。（3）塔板的作用塔板是供氣液兩相進(jìn)行傳質(zhì)和傳熱的場所。每一塊塔板上氣液兩相進(jìn)行雙向傳質(zhì)，只要有足夠的塔板數(shù)，就可以將混合液分離成兩個(gè)較純凈的組分。（4）再沸

4、器的作用其作用是提供一定流量的上升蒸氣流。（5）冷凝器的作用其作用是提供塔頂液相產(chǎn)品并保證有適當(dāng)?shù)囊合嗷亓?。回流主要補(bǔ)充塔板上易揮發(fā)組分的濃度，是精餾連續(xù)定態(tài)進(jìn)行的必要條件。精餾是一種利用回流使混合液得到高純度分離的蒸餾方法。2. 精餾塔精餾段控制分析2.1精餾塔精餾段的控制要求 精餾塔的控制目標(biāo)是，在保證產(chǎn)品質(zhì)量合格的前提下，使塔的總收益（利潤）最大或總成本最小。具體對一個(gè)精餾塔來說，需從四個(gè)方面考慮，設(shè)置必要的控制系統(tǒng)。 （1）產(chǎn)品質(zhì)量控制塔頂產(chǎn)品合乎規(guī)定的純度，塔底成品維持在規(guī)定的范圍內(nèi)。所謂產(chǎn)品的純度，就二元精餾來說，其質(zhì)量指標(biāo)是指塔頂產(chǎn)品中輕組分（或重組分）含量和塔底產(chǎn)品中重組分（輕

5、組分）含分，塔頂產(chǎn)品的關(guān)鍵組分是易揮發(fā)的，稱為輕關(guān)鍵組分，塔底產(chǎn)品是不易揮發(fā)的關(guān)鍵組分，稱為重關(guān)鍵組分。（2）物料平衡控制進(jìn)出物料平衡，即塔頂采出量應(yīng)和進(jìn)料量相平衡，維持塔的正常平穩(wěn)操作，以及上下工序的協(xié)調(diào)工作。物料平衡的控制是以回流罐與介于規(guī)定的上、下限之間為目標(biāo)的。（3）能量平衡控制精餾塔精餾段的輸入、輸出能量應(yīng)平衡，使塔內(nèi)的操作壓力維持穩(wěn)定。（4）約束條件控制為保證精餾塔的正常、安全操作，必須使某些操作參數(shù)限制在約束條件之內(nèi)。常用的精餾塔限制條件為液泛限、漏液限、壓力限及臨界溫差限等。所謂液泛限，也稱氣相速度限，即塔內(nèi)氣相速度過高時(shí)，霧沫夾帶十分嚴(yán)重，實(shí)際上液相將從下面塔板倒流到上面塔板

6、，產(chǎn)生液泛，破壞正常操作。漏液限也稱最小氣相速度限，當(dāng)氣相速度小于某一值時(shí)，將產(chǎn)生塔板漏液，板效率下降。防止液泛和漏液，可以塔壓降和壓差來監(jiān)視氣相速度。壓力限是指塔的操作壓力的限制，一般是最大操作壓力限，即塔操作壓力不能過大，否則會(huì)影響塔內(nèi)的氣液平衡，嚴(yán)重越限甚至?xí)绊懓踩a(chǎn)。臨界溫差限主要是指再沸器兩側(cè)間的溫差，當(dāng)這一溫差低于臨界溫差時(shí)，給熱系數(shù)急劇下降，傳熱量也隨之下降，不能保證塔的正常傳熱的需要。2.2精餾塔精餾段的擾動(dòng)分析 精餾塔精餾段的操作就是按照塔頂產(chǎn)品的組成要求來對這幾個(gè)影響因素進(jìn)行調(diào)節(jié)。精餾操作過程的影響因素有以下幾方面：1.塔的溫度和壓力；2.進(jìn)料量；3.進(jìn)料組分；4.進(jìn)料

7、溫度；5.回流量；6.塔頂冷劑量；7.塔頂采出量等.在精餾塔精餾段操作過程中要克服各種影響因素的變化，防止對塔頂產(chǎn)品的數(shù)量和組成的影響。 （1）精餾塔操作壓力的變化對精餾塔精餾段操作的影響 塔的設(shè)計(jì)和操作都是基于一定的塔壓下進(jìn)行的，因此一般精餾塔總是首先要保持壓力的恒定。塔壓波動(dòng)對塔的操作將產(chǎn)生如下的影響。影響產(chǎn)品質(zhì)量和物料平衡改變操作壓力，將使每塊塔板上汽液平衡的組成發(fā)生改變。壓力升高，則氣相中重組分減少，相應(yīng)地提高了氣相中輕組分的濃度；液相中輕組分含量較前增加，同時(shí)也改變了氣液相的重量比，使液相量增加，氣相量減少?？偟慕Y(jié)果是：塔頂餾分中輕組分濃度增加，但數(shù)量卻相對減少；釜液中的輕組分濃度增

8、加，釜液量增加。同理，壓力降低，塔頂餾分的數(shù)量增加，輕組分濃度降低；釜液量減少，輕組分濃度減少。正常操作中，應(yīng)保持恒定的壓力，但若因操作不正常，引起塔頂產(chǎn)品中重組分濃度增加時(shí)，則可采用適當(dāng)提高壓力的辦法，使產(chǎn)品質(zhì)量合格，但此時(shí)釜液中的輕組分損失增加。改變組份間的相對揮發(fā)度壓力增加，組份間的相對揮發(fā)度降低，分離效率下降，反之，組份間的相對揮發(fā)度增加，分離效率提高。改變塔的生產(chǎn)能力壓力增加，組份的重度增大，塔的處理能力增大。 塔壓的波動(dòng)這將引起溫度和組成間對應(yīng)關(guān)系的混亂。我們在操作中經(jīng)常以溫度作為衡量產(chǎn)品質(zhì)量的間接標(biāo)準(zhǔn)，但這只有在塔壓恒定的前提下才是正確的。當(dāng)塔壓改變時(shí)，混合物的泡點(diǎn)、露點(diǎn)發(fā)生變化

9、，引起全塔的溫度發(fā)生改變，溫度和產(chǎn)品質(zhì)量的對應(yīng)關(guān)系也將發(fā)生改變。從以上分析可看出，改變操作壓力，將改變整個(gè)塔的操作情況，因此在正常操作中應(yīng)維持恒定的壓力（工藝指標(biāo)），只有在塔的正常操作受到破壞時(shí)，才可根據(jù)以上的分析，在工藝指標(biāo)允許的范圍內(nèi)，對塔的壓力進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)。應(yīng)該指出，在精餾操作過程中，進(jìn)料量、進(jìn)料組成和進(jìn)料溫度的改變，塔釜加熱蒸汽量的改變，回流量、回流溫度和冷劑壓力（對內(nèi)回流塔而言）的改變以及塔的堵塞等，都可能引起塔壓的波動(dòng)，此時(shí)應(yīng)首先分析引起塔壓波動(dòng)的原因，及時(shí)處理，使操作恢復(fù)正常。（2）進(jìn)料量的變化對精餾塔精餾段操作的影響進(jìn)料流量是上工序的出料，因此，通常不可控但可測，當(dāng)進(jìn)料流量較

10、大時(shí)，對精餾塔的操作會(huì)造成很大的影響。進(jìn)料流量影響物料平衡，也影響能量平衡。因此，控制策略應(yīng)保持流量的基本恒定。進(jìn)料成分影響物料平衡和能量平衡，但進(jìn)料成分通常不可控，多數(shù)情況下也難于測量。因此，控制策略是盡量控制上一工序的操作，從外圍著手，使進(jìn)料成分能夠保持恒定，減小其變化對精餾塔操作的影響。（3）進(jìn)料組份的變化對精餾塔精餾段操作的影響進(jìn)料組份的變化直接影響精餾塔精餾段的操作，當(dāng)進(jìn)料中重組份的濃度增加時(shí)，精餾段的負(fù)荷增加。對于固定了精餾段塔板數(shù)的塔來說，將造成重組份帶到塔頂，使塔頂產(chǎn)品質(zhì)量不合格。若進(jìn)料中輕組份的濃度增加時(shí)，此時(shí)精餾段的負(fù)荷增加。對于固定了提餾段塔板數(shù)的塔來說，將造成提餾段輕組

11、份蒸出不完全，釜液中輕組份的損失加大。同時(shí)，進(jìn)料組成的變化還將引起全塔物料平衡和工藝條件的變化。組份變輕，則塔頂餾份增加，釜液排出量減少。此時(shí)，全塔溫度下降，塔壓升高。組成變重，情況相反。進(jìn)料組成變化時(shí)，可采取如下措施：改進(jìn)料口組成變重時(shí)，進(jìn)料口往下改；組成變輕時(shí)，進(jìn)料口往上改。 改變回流比組成變重時(shí)，加大回流比；組成變輕時(shí)，減少回流比。調(diào)節(jié)冷劑和熱劑量根據(jù)組成的變動(dòng)情況，相應(yīng)地調(diào)節(jié)塔頂冷凝器的冷劑和塔釜熱劑量，維持塔頂及塔底產(chǎn)品質(zhì)量不變。 （4）進(jìn)料溫度的變化對精餾塔精餾段操作的影響進(jìn)料溫度的變化對精餾操作的影響是很大的。總的來講，進(jìn)料溫度降低，將增加塔底蒸發(fā)釜的熱負(fù)荷，減少塔頂冷凝器的冷負(fù)

12、荷；進(jìn)料溫度升高，則增加塔頂冷凝器的冷負(fù)荷，減少塔底蒸發(fā)釜的熱負(fù)荷。當(dāng)進(jìn)料溫度的變化幅度過大時(shí)，通常會(huì)影響整個(gè)塔身的溫度，從而改變汽液平衡組成。例如：在進(jìn)料溫度過低，塔釜的加熱蒸汽量沒有富裕的情況下，將會(huì)使塔底餾分中輕組分含量增加。 進(jìn)料溫度的的改變，意味著進(jìn)料狀態(tài)的改變，而進(jìn)料狀態(tài)的改變將影響精餾段、提餾段負(fù)荷的改變，進(jìn)而產(chǎn)品質(zhì)量、物料平衡都將發(fā)生改變。因此，進(jìn)料溫度是影響精餾塔操作的重要因素之一。 （5）回流比的大小對精餾塔精餾段操作的影響操作中以改變回流比的大小來保證產(chǎn)品的質(zhì)量。當(dāng)塔頂餾分中重組份含量增加時(shí)，常采用加大回流比的方法將重組份壓下去，以使產(chǎn)品質(zhì)量合格。當(dāng)精餾段的輕組份下到提餾

13、段造成塔下部溫度降低時(shí)，可以用適當(dāng)減少回流比的辦法以使塔下部溫度提起來。增加回流比，對從塔頂?shù)玫疆a(chǎn)品的精餾塔來說，可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，但是卻要降低塔的生產(chǎn)能力，增加水、電、汽的消耗。回流比過大，將會(huì)造成塔內(nèi)物料的循環(huán)量過大，甚至能導(dǎo)致液泛，破壞塔的正常操作。 （6）塔頂冷劑量的大小對精餾塔精餾段操作的影響對采用內(nèi)回流操作的塔，其冷劑量的大小，對精餾操作的影響比較顯著；同時(shí)也是影響回流量波動(dòng)的主要因素。對于采用外回流的塔，同樣會(huì)由于冷劑量的波動(dòng)，在不同程度上影響精餾塔的操作。例如，冷劑量減少，將使冷凝器的作用變差，冷凝液量減少，而在塔頂產(chǎn)品的液相采出量作定值調(diào)節(jié)時(shí)，回流量勢必減少。假如冷凝器還有過

14、冷作用（即通常所稱的冷凝冷卻器）時(shí)，則冷劑量的減少，還會(huì)引起回流液溫度的升高。這些都會(huì)使精餾塔的頂溫升高，塔頂產(chǎn)品中重組份含量增多，質(zhì)量下降。（7）塔頂采出量的大小對精餾塔精餾段操作的影響 塔頂采出量的大小和該塔進(jìn)料量的大小有著相互對應(yīng)關(guān)系，進(jìn)料量增大，采出量應(yīng)增大。眾所周知，采出量只有隨進(jìn)料量變化時(shí)，才能保持塔內(nèi)固定的回流比，維持塔的正常操作，否則將會(huì)破壞塔內(nèi)的氣液平衡。例如，當(dāng)進(jìn)料量不變時(shí)，對采用內(nèi)回流的塔，若塔頂采出量增大，則回流比勢必減少，引起各板上的回流液量減少，氣液接觸不好，傳質(zhì)效率下降；同時(shí)操作壓力也將下降，各板上的氣液相組成發(fā)生變化。結(jié)果是重組分被帶到塔頂，塔頂產(chǎn)品的質(zhì)量不合格

15、。在強(qiáng)制回流的操作中，如果進(jìn)料量不變，塔頂采出量突然增大，則易造成回流液槽抽空?；亓饕阂恢袛啵敎鼐蜕?，這同樣也會(huì)影響塔頂產(chǎn)品質(zhì)量下降。如果進(jìn)料量加大，但塔頂采出量不變，其后果是回流比增大，塔內(nèi)物料增多，上升蒸汽速度增大，塔頂與塔釜的壓差增大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起液泛。由上述分析可以看出，精餾塔的主要干擾因素為進(jìn)料狀態(tài)，即進(jìn)料流量、進(jìn)料組分、進(jìn)料溫度。其中，進(jìn)料流量與進(jìn)料組分是不可控的，而進(jìn)料溫度可通過熱焓來控制。2.3精餾塔被控變量的選擇精餾塔被控變量的選擇，主要討論質(zhì)量控制中得被控變量的確定，以及檢測點(diǎn)的位置等問題。通常，精餾塔的質(zhì)量指標(biāo)選取有兩類：直接的產(chǎn)品成分信號和間接的溫度信號。（1）采用

16、產(chǎn)品成分作為直接質(zhì)量指標(biāo)以產(chǎn)品成分的檢測信號直接用作質(zhì)量控制的被控信號，應(yīng)該說是最為理想的。過去，因成分參數(shù)在檢測上的困難，難以直接對產(chǎn)品成分信號進(jìn)行質(zhì)量控制。近年來，成分檢測儀表發(fā)展迅速，尤其是工業(yè)色譜的在線應(yīng)用，為以成分信號直接作為質(zhì)量控制的被控變量，創(chuàng)造了現(xiàn)實(shí)條件。然而，因成分分析儀表受以下三方面的制約，至今在精餾塔質(zhì)量控制上成功地直接應(yīng)用還是為數(shù)不多的：分析儀表的可靠性差；分析測量過程滯后大，反應(yīng)緩慢；成分分析針對不同的產(chǎn)品組分，品種上較難一一滿足。因此，目前在精餾操作中，溫度仍是最常用的間接質(zhì)量指標(biāo)。 （2）采用溫度作為間接質(zhì)量指標(biāo)溫度作為間接質(zhì)量指標(biāo)，是精餾塔質(zhì)量控制中應(yīng)用最早也是

17、目前最常見的一種。對于一個(gè)二元組分精餾塔來說，在一定的壓力下，沸點(diǎn)和產(chǎn)品的成分有單值的對應(yīng)關(guān)系，因此，只要塔壓恒定，塔板的溫度就反應(yīng)了成分。3. 比值控制系統(tǒng)3.1比值控制系統(tǒng)簡介實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)參數(shù)符合一定比例關(guān)系的控制系統(tǒng)，稱為比值控制系統(tǒng)。例如要實(shí)現(xiàn)兩物料的比例關(guān)系，則表示為：Q2=KQ1。比值控制系統(tǒng)分為開環(huán)比值控制系統(tǒng)、單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)、雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)和變比值控制系統(tǒng)。3.2比值控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（1）主、副流量的確定生產(chǎn)中起主導(dǎo)作用的物料流量，一般選為主流量，其余的物料流量跟隨其變化，為副流量。工藝上不可控的物料流量，一般選為主流量。成本較昂貴的物料流量一般選為主流量。當(dāng)生產(chǎn)工藝有

18、特殊要求時(shí)，主、副物料流量的確定應(yīng)服從工藝需要。（2）控制方案的選擇控制方案選擇應(yīng)根據(jù)不同的生產(chǎn)要求確定，同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)性原則。如果工藝上僅要求兩物料流量之比值一定，而對總流量無要求，可用單閉環(huán)比值控制方案。如果主、副流量的擾動(dòng)頻繁，而工藝要求主、副物料總流量恒定的生產(chǎn)過程，可用雙閉環(huán)比值控制方案。當(dāng)生產(chǎn)工藝要求兩種物料流量的比值要隨著第三參數(shù)的需要進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，可用變比值控制方案。（3）調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的確定比值控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律是根據(jù)控制方案和控制要求而定。在單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)中，比值器F1C起比值計(jì)算作用，若用調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)，則選P調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)器F2C使副流量穩(wěn)定，為保證控制精度可選PI調(diào)

19、節(jié)。雙閉環(huán)比值控制不僅要求兩流量保持恒定的比值關(guān)系，而且主、副流量均要實(shí)現(xiàn)定值控制，所以兩個(gè)調(diào)節(jié)器均應(yīng)選PI調(diào)節(jié)；比值器選P調(diào)節(jié)。（4）正確選擇流量計(jì)及其量程各種流量計(jì)都有一定的適用范圍（一般正常流量選在滿量程的70左右），必須正確地選擇和使用，可參考有關(guān)設(shè)計(jì)資料、產(chǎn)品手冊。（5）比值系數(shù)的計(jì)算工藝規(guī)定的流量（或質(zhì)量）比值K不能直接作為儀表比值使用，必須根據(jù)儀表的量程轉(zhuǎn)換成儀表的比值系數(shù)K后才能進(jìn)行比值設(shè)定。變送器的轉(zhuǎn)換特性不同，比值系數(shù)K的計(jì)算公式不同。 流量與測量信號之間成線性關(guān)系如果Q1的流量計(jì)測量范圍為0Q1max、Q2的流量計(jì)測量范圍為0Q2max，則變送器輸出電流信號和流量之間的關(guān)

20、系為： (1) 流量與測量信號之間成非線性關(guān)系如果Q1的流量計(jì)測量范圍為0Q1max、Q2的流量計(jì)測量范圍為0Q2max，則變送器輸出電流信號和流量之間的關(guān)系為： (2)4. 精餾塔精餾段溫度比值控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1精餾塔精餾段比值控制系統(tǒng)參數(shù)的選擇被控參數(shù)選擇由于此系統(tǒng)為溫度控制系統(tǒng)，所以選用精餾塔精餾段的溫度為被控參數(shù)。控制參數(shù)選擇由圖1的精餾塔精餾段過程流程圖可知引起精餾段溫度變化的因素大概主要有：（1） 進(jìn)料流量F （2）冷卻介質(zhì) （3）回流量 （4）塔頂采出量 圖1 精餾段流程圖4.2控制參數(shù)的確定精餾段中對溫度有影響的主要有進(jìn)料流量F、回流量L、冷卻介質(zhì)。由圖1知進(jìn)料流量和回流量直接

21、進(jìn)入精餾段，滯后最小，對于精餾段溫度的校正作用最靈敏。對于旁路冷卻介質(zhì)和塔頂采出量不進(jìn)入精餾段，對精餾段的溫度影響較小，故控制通道的時(shí)間滯后較大，對于精餾段的溫度校正作用的靈敏度要差一些。所以綜合考慮選擇進(jìn)料流量為主流量和回流量L作為副流量，且回流量L為被控變量。4.3現(xiàn)場儀表選型，編制有關(guān)儀表信息的設(shè)計(jì)文件根據(jù)流程圖，需要選擇一個(gè)流量測量變送器、一個(gè)溫度測量變送器、一個(gè)流量調(diào)節(jié)閥。流量變送器的選擇。流量測量儀表也稱為流量計(jì)，它通常由一次儀表和二次儀表組成。一次儀表亦稱為傳感器，二次儀表稱為顯示裝置或變送器。差壓式流量計(jì)基于在流通管道上設(shè)置流動(dòng)阻力件，流體通過阻力件時(shí)將產(chǎn)生差壓，此差壓與流體流

22、量之間有確定的數(shù)值關(guān)系，通過測量壓差值便可求得流體流量，并轉(zhuǎn)換成電信號輸出。因此，差壓式流量計(jì)由產(chǎn)生壓差的裝置和差壓計(jì)兩部分組成，其結(jié)構(gòu)簡單，可靠。節(jié)流式流量計(jì)可用于測量氣體、液體或蒸汽的流量。溫度測量變送器的選擇。溫度測量的方法很多，一般可分為接觸式測溫法和非接觸式測溫法。接觸式測溫法是測量體與被測物體直接接觸，兩者進(jìn)行熱交換并最終達(dá)到熱平衡，這時(shí)測量體的溫度就反應(yīng)了被測物體的溫度，而非接觸式測溫法的誤差較大。由于原料油的裂解需要對溫度有較嚴(yán)格的規(guī)定，因此，選擇接觸式測溫法。熱電偶溫度儀表是基于熱電效應(yīng)原理制成的測溫儀器。兩種不同材料的導(dǎo)體A、B組成一個(gè)閉合回路，當(dāng)回路兩端接點(diǎn)t0、t溫度不

23、相同時(shí)（假設(shè)tt0），回路中就會(huì)產(chǎn)生一定大小的電勢，形成電流，這個(gè)電流的大小與導(dǎo)體材料性質(zhì)和接點(diǎn)溫度有關(guān)。把兩種不同材料的組合稱為熱電偶，它感受被測溫度信號，輸出與溫度相對應(yīng)的直流電勢信號。執(zhí)行機(jī)構(gòu)（調(diào)節(jié)閥）的選擇。執(zhí)行器可分為氣動(dòng)、液動(dòng)、和電動(dòng)執(zhí)行器，液動(dòng)執(zhí)行器使用較少，氣動(dòng)執(zhí)行器是以壓縮空氣為能源的執(zhí)行器（氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥），主要特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單、動(dòng)作可靠、性能穩(wěn)定、故障率低、價(jià)格便宜、維修方便、本質(zhì)防爆、容易做成大功率等。與電動(dòng)執(zhí)行器相比，性能優(yōu)越得多，故應(yīng)用廣泛。4.4系統(tǒng)方塊圖下圖為單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方框圖，該系統(tǒng)的主流量為進(jìn)料流量q1，副流量回流量q2q1除法器流量檢測 q2流量檢測-流

24、量對象比值控制器PID控制器精餾段溫度執(zhí)行器T-溫度檢測 圖2 精餾塔精餾段比值控制系統(tǒng)方塊圖5. 分析被控對象特性，選擇控制算法（調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的確定）變比值控制系統(tǒng)又可稱為串級比值控制系統(tǒng)，它具有串級控制系統(tǒng)的一些特點(diǎn)，仿效串級控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的選擇原則，主調(diào)節(jié)器選PI控制規(guī)律，比例控制器選用P控制規(guī)律。 被控對象為單容對象，即 （3） 檢測環(huán)節(jié)均為比例環(huán)節(jié)，即Gm1(s)=Km1 （4） 控制閥為比例控制，即Gv(s)=Kv （5）5.1比值系數(shù)的確定工藝物料流量的比值K，是指兩流量的體積流量或質(zhì)量流量之比。比值系統(tǒng)K是流量比值K的函數(shù)，當(dāng)控制方案確定后，必須把工藝上的比值K折算成儀表上的

25、比值系數(shù)K，并正確設(shè)定在相應(yīng)的控制儀表上，這是保證系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提。本系統(tǒng)的流量與測量信號成線性關(guān)系，設(shè)工藝要求Q2/Q1=K，測量流量Q1和Q2的變送器的測量范圍分別為0Q1max和0Q2max，則折算成儀表的比值系數(shù)為 （6）K即為比值器的比值系數(shù)。6. 精餾塔精餾段溫度控制分析對于單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)、雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的主動(dòng)量來說，可按單回路控制系統(tǒng)的整定方法和要求來進(jìn)行。一般希望主動(dòng)量回路的過渡過程變化緩慢一些，以便從動(dòng)量得以跟蹤上。變比值控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上屬于串級控制系統(tǒng)，因此其主調(diào)節(jié)器的參數(shù)可按串級控制系統(tǒng)進(jìn)行整定。而從動(dòng)量回路實(shí)質(zhì)上是一個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)，要求從動(dòng)量能迅速、準(zhǔn)確地跟蹤主動(dòng)量

26、變化，而且不宜有過大超調(diào)。從動(dòng)量回路的過渡過程整定非周期臨街狀態(tài)為最佳，此時(shí)從動(dòng)量回路的過渡過程既不震蕩有反應(yīng)最快。從動(dòng)量回路控制器參數(shù)整定步驟如下：1、 根據(jù)計(jì)算的比值系數(shù)K在滿足工藝生產(chǎn)流量比的情況下，將比值控制系統(tǒng)投入進(jìn)行。2、 將積分時(shí)間常數(shù)置于最大，由大到小改變調(diào)節(jié)器的比例度，使系統(tǒng)響應(yīng)迅速，并處于振蕩與不振蕩的臨界過程。3、 若有積分作用，則適當(dāng)?shù)募哟蟊壤?，投入積分作用，并減小積分時(shí)間，直到系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩與不振蕩的臨界過程?；亓髁繙y量儀表為線性單元，動(dòng)態(tài)滯后可忽略，則有： （7）進(jìn)料流量測量儀表亦為線性單元，動(dòng)態(tài)滯后亦可忽略，則有： 溫度測量環(huán)節(jié)用一階環(huán)節(jié)來近似： (8)假設(shè) （9

27、）對于調(diào)節(jié)閥，由于其流量特性為直線和等百分比: (10)比值控制器的傳遞函數(shù)由線性環(huán)節(jié)代替，即流量對象的傳遞函數(shù)模型近似為一階慣性環(huán)節(jié)，即傳遞函數(shù)為對于流量控制精餾段溫度對象，控制通道的動(dòng)態(tài)特性為： （11） 假設(shè)： ，即可得： 7. 系統(tǒng)仿真與參數(shù)整定7.1 控制系統(tǒng)的Simulink仿真框圖 控制系統(tǒng)的Simulink仿真框圖，如圖3：圖3 控制系統(tǒng)仿真框圖7.2 PID參數(shù)整定臨界比例度法又稱Ziegler-Nichols方法，早在1942年就已提出。它便于使用，而且在大多數(shù)控制回路中能得到良好的控制品質(zhì)。盡管還有一些另外的方法，但與臨界比例度法相比看不出明顯的改進(jìn)，所以臨界比例度法仍是常用方法之一。因此本次PID參數(shù)整定采用臨界比例度法。將控制器的積分作用和微分作用全部切除，將比例增益由小到大變化，以獲得臨界情況下的等幅振蕩，如圖4、圖5所示。 圖4 PID控制器參數(shù)設(shè)置圖5 臨界振蕩由圖所示，可得控制器臨界比例增益，臨界振蕩周期根據(jù)表1所列的經(jīng)驗(yàn)算式