第八單元“常規(guī)控制系統(tǒng)”電子教案

工業(yè)電器與自動化

第八單元

常規(guī)控制系統(tǒng)關(guān)鍵詞：簡單控制系統(tǒng)組成、系統(tǒng)過渡過程及品質(zhì)指標(biāo)、復(fù)雜控制系統(tǒng)、系統(tǒng)投運。學(xué)習(xí)目標(biāo)：知識目標(biāo)：了解簡單控制系統(tǒng)組成及復(fù)雜控制系統(tǒng)分類；掌握控制流程圖的識圖方法；掌握控制系統(tǒng)方案的確定方法和投運步驟。能力目標(biāo)：能熟練黙畫簡單控制系統(tǒng)組成框圖；能夠讀懂典型控制系統(tǒng)控制流程圖；會確定系統(tǒng)控制方案并正確投運。第八單元常規(guī)控制系統(tǒng)概述前面介紹過生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的組成及其分類和特點。本單元將重點討論其中的過程自動檢測和過程自動控制兩大系統(tǒng)。8-1概述8-1概述控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)（針對定值系統(tǒng)）

一個好的控制系統(tǒng)應(yīng)該具有穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確性好、速度快等特點。所以為了評價控制系統(tǒng)的質(zhì)量。我們習(xí)慣用下面幾個參數(shù)為品質(zhì)指標(biāo)，來表征控制系統(tǒng)的好壞。1．最大偏差A(yù)（或超調(diào)量B）是衡量過渡過程穩(wěn)定性的一個動態(tài)指標(biāo)。它有兩種表示方法，其一是用被控變量偏離設(shè)定值的最大程度來描述，即最大偏差，用圖8-6中的A表示，它是一個絕對值的概念，并不十分確切；其二可用被控變量偏離新穩(wěn)態(tài)值y(∞)的最大程度來描述，即絕對超調(diào)量，用圖7-6中的B表示，不管.最大偏差A(yù)還是絕對超調(diào)量B都不能確切的描述被控變量偏離設(shè)定值的最大程度，所以，工程實際中比較常用是一個相對值的概念，即相對超調(diào)量σ:過渡過程質(zhì)量指標(biāo)示意圖σ=B/y(∞)×100%由圖可見：A=B+C。如果系統(tǒng)的新穩(wěn)定值等于設(shè)定值，那么最大偏差A(yù)就等于絕對超調(diào)量B，我們希望相對超調(diào)量σ:越小越好。8-1概述2．衰減比n是衡量控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的一個動態(tài)指標(biāo)。它是指過渡過程曲線同方向相鄰兩個峰值之比。若第一個波與同方向第二個波的波峰分別為B、B’，則衰減比n=B/B’，或習(xí)慣表示為n:1?？梢妌愈小，B’越接近B，過渡過程愈接近等幅振蕩，系統(tǒng)不穩(wěn)定；而n愈大，過渡過程愈接近單調(diào)過程，過渡過程時間太長。所以一般認(rèn)為衰減比4:1至10:1為宜。3．余差C是衡量控制系統(tǒng)準(zhǔn)確性的靜態(tài)指標(biāo)。是指被控變量的設(shè)定值x0與過渡過程終了時的新穩(wěn)態(tài)值y（∞）之差，用C表示。C=x0–y（∞）4．振蕩周期T（或振蕩頻率f）過渡過程曲線相鄰兩波峰之間的時間稱作振蕩周期，用T表示。其倒數(shù)稱為工作頻率，用f表示。它是衡量控制系統(tǒng)控制速度的品質(zhì)指標(biāo)。8-2

簡單控制系統(tǒng)及其控制方案的確定

一、簡單控制系統(tǒng)的組成

所謂簡單控制系統(tǒng)，是指由一個測量變送器、一個控制器、一個執(zhí)行器和一個控制對象所構(gòu)成的閉環(huán)控制系統(tǒng)，也稱為單回路控制系統(tǒng)。如圖8－7所示，為一典型的液位簡單控制系統(tǒng)實例。其中，圖(a)為簡單控制系統(tǒng)組成框圖，圖(b)為簡單控制系統(tǒng)組成控制符號圖。圖8－1液位控制系統(tǒng)示意圖

(a)簡單控制系統(tǒng)框圖（b）簡單控制系統(tǒng)符號圖8-2

簡單控制系統(tǒng)及其控制方案的確定

二、控制符號圖

控制符號圖通常包括字母代號、圖形符號和數(shù)字編號等。將表示某種功能的字母及數(shù)字組合成的儀表位號置于圖形符號之中，就表示出了一塊儀表的位號、種類及功能。（一）圖形符號1．連接線通用的儀表信號線均以細(xì)實線表示。在需要時，電信號可用虛線表示；氣信號在實線上打雙斜線表示。2．儀表的圖形符號儀表的圖形符號是一個細(xì)實線圓圈。對于不同的儀表，其安裝位置也有區(qū)別，圖形符號如表8-1所示。表8—1儀表安裝位置的圖形符號8-2

簡單控制系統(tǒng)及其控制方案的確定

（二）字母代號

1．同一字母在不同位置有不同的含義或作用。處于首位時表示被測變量或被控變量；處于次位時作為首位的修飾，一般用小寫字母表示；處于后繼位時代表儀表的功能或附加功能。例如：根據(jù)上述規(guī)定，我們不難看出：TdRC實際上是一個“溫差記錄控制系統(tǒng)”的代號。后繼字母------控制（功能）后繼字母------記錄（附加功能）修飾詞-------差第一位字母——溫度TdRC——溫差記錄控制系統(tǒng)8-2

簡單控制系統(tǒng)及其控制方案的確定

2．常用字母功能（1）首位變量字母：壓力（P）流量（F）物位（L）溫度（T）成分（A）（2）后繼功能字母：變送器（T）控制器（C）執(zhí)行器（K）（3）附加功能：R—儀表有記錄功能；I—儀表有指示功能；都放在首位和后繼字母之間。S—開關(guān)或聯(lián)鎖功能；A—報警功能；都放在最末位。需要說明的是，如果儀表同時有指示和記錄附加功能，只標(biāo)注字母代號“R”；如果儀表同時具有開關(guān)和報警功能，只標(biāo)注代號“A”；當(dāng)“SA”同時出現(xiàn)時，表示儀表具有聯(lián)鎖和報警功能。常見字母變量的功能見表8-2所示。8-2

簡單控制系統(tǒng)及其控制方案的確定

（三）儀表位號及編號

每臺儀表都應(yīng)有自己的位號，一般有數(shù)字組成，寫在儀表符號（圓圈）的下半部。例如：108—表示第Ι工段08號儀表TdRCATdRCA108

8-2

簡單控制系統(tǒng)及其控制方案的確定

四、控制方案的確定

對于簡單控制系統(tǒng)來說，控制方案的確定包括系統(tǒng)被控變量的選擇，操縱變量的選擇、執(zhí)行器的選擇和控制規(guī)律的確定等內(nèi)容。（一）被控變量的選擇被控變量的選取對于提高產(chǎn)品質(zhì)量、安全生產(chǎn)以及生產(chǎn)過程的經(jīng)濟(jì)運行等因素具有決定性的意義。因此，必須深入了解工藝機(jī)理，找出對產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量、安全、節(jié)能等方面具有決定性的作用，同時又要考慮人工難以操作，或者人工操作非常緊張、步驟較為繁瑣的工藝變量來作為被控變量。這里給出大家一般性的選用原則：8-2

簡單控制系統(tǒng)及其控制方案的確定

1．被控變量一定是反映工藝操作指標(biāo)或狀態(tài)的重要變量。2．如果工藝變量本身（如溫度、壓力、流量、液位等）就是工藝要求控制的指標(biāo)（稱直接指標(biāo)），應(yīng)盡量選用直接指標(biāo)作為被控變量。3．如果直接指標(biāo)無法獲得或很難獲得，則應(yīng)選用與直接指標(biāo)有“單值對應(yīng)關(guān)系”的間接指標(biāo)作為被控變量。4．被控變量應(yīng)該是為了保持生產(chǎn)穩(wěn)定、且需要經(jīng)?？刂普{(diào)節(jié)的變量。5．被控變量一般應(yīng)該是獨立可控的，不致因調(diào)整它而引起其他變量有明顯變化的變量。6．被控變量應(yīng)該是易于測量、靈敏度足夠大的變量。了解被控變量選擇的要求，有利于控制系統(tǒng)的正常操作。8-2

簡單控制系統(tǒng)及其控制方案的確定

（二）操縱變量的選擇在過程生產(chǎn)中，擾動是客觀存在的，它是影響控制系統(tǒng)平穩(wěn)操作的一種消極因素，而操縱變量則是專門用來克服擾動的影響，使控制系統(tǒng)重新恢復(fù)穩(wěn)定（即讓被控變量回歸其設(shè)定值）的因素。因此正確選擇操縱變量，是十分重要的。操縱變量的選擇應(yīng)考慮以下原則：1．操縱變量應(yīng)對被控變量的影響大，反應(yīng)靈敏，且使控制通道的放大系數(shù)大，時間常數(shù)小，滯后小。并能保證對被控變量的控制作用有力且及時。2．使擾動通道的時間常數(shù)盡量大，放大系數(shù)盡量小，把執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥）盡量靠近擾動輸入點，以減小擾動的影響。3．操縱變量是工藝上合理且允許調(diào)整又可以控制的變量。8-2

簡單控制系統(tǒng)及其控制方案的確定

（三）執(zhí)行器的選擇在過程控制中，使用最多的是氣動執(zhí)行器，其次是電動執(zhí)行器。而氣動執(zhí)行器中主要是以氣動薄膜控制閥為主，選用的原則主要是考慮“安全”準(zhǔn)則。氣動調(diào)節(jié)閥分氣開、氣關(guān)兩種形式，主要根據(jù)控制器輸出信號為零（或氣源中斷）時，工藝生產(chǎn)的安全狀態(tài)是需要閥開或閉來選擇氣開、氣關(guān)閥的。若氣源中斷時，工藝需要控制閥關(guān)死，則應(yīng)選用“氣開閥”；若氣源中斷時，工藝需要調(diào)節(jié)閥全開，則應(yīng)選用“氣關(guān)閥”。8-2

簡單控制系統(tǒng)及其控制方案的確定

（四）控制規(guī)律選擇控制器控制規(guī)律的選擇對于系統(tǒng)的控制品質(zhì)具有決定性的影響，所以選用合適的控制規(guī)律將十分重要，大致如下：1．對于對象控制通道滯后小，負(fù)荷變化不大，工藝要求不太高，被控變量可以有余差以及一些不太重要的控制系統(tǒng)，可以只用比例控制規(guī)律（P）。如中間貯罐的液位、精餾塔的塔釜液位等等。2．對于控制通道滯后較小，負(fù)荷變化不大，而工藝變量不允許有余差的系統(tǒng)，如流量、壓力和要求嚴(yán)格的液位控制，應(yīng)當(dāng)選用比例積分控制規(guī)律（PI）。3．由于微分作用對克服容量滯后有較好的效果，對于容量滯后較大的對象（如溫度）一般引入微分規(guī)律，構(gòu)成PD或PID控制規(guī)律。對于純滯后，微分作用無效。對于容量滯后小的對象，可不必用微分規(guī)律。當(dāng)控制通道的時間常數(shù)或滯后時間很大時，并且負(fù)荷變化也很大的場合，簡單控制系統(tǒng)很難滿足工藝要求，就應(yīng)當(dāng)采用復(fù)雜系統(tǒng)來提高過程控制的質(zhì)量。一般情況下，可按表8－2來選用控制規(guī)律。表8－2控制規(guī)律選擇參考表變量流量壓力液位溫度控制規(guī)律PIPIP、PIPID8-3控制器的參數(shù)整定

當(dāng)控制系統(tǒng)方案已經(jīng)確定，設(shè)備安裝完畢后，那么控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)就主要取決于控制器參數(shù)的數(shù)值了。因此，如何確定最合適的比例度δ、積分時間Ti和微分時間Td，以保證控制系統(tǒng)的質(zhì)量就成為非常關(guān)鍵的工作了。所以，我們把確定最合適的比例度δ、積分時間Ti和微分時間Td的方法稱為控制器的參數(shù)整定。控制器參數(shù)的整定方法很多，現(xiàn)介紹幾種工程上常用的方法。8-3控制器的參數(shù)整定

一、經(jīng)驗試湊法這是一種在實踐中很常用的方法。具體做法是：在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，根據(jù)控制對象的情況，先將控制器參數(shù)設(shè)在一個常見的范圍內(nèi)，如表8-3所示。然后施加一定的干擾，以δ、Ti、Td對過程的影響為指導(dǎo)，對δ、Ti、Td逐個整定，直到滿意為止。試湊的順序有兩種。（一）先試湊比例度，直到取得兩個完整波形的過渡過程為止。然后，把δ稍放大10%到20%，再把積分時間Ti由大到小不斷湊試，直到取得滿意波形。最后再加微分，進(jìn)一步提高質(zhì)量。（二）從表8-3中取Ti的某個值。如果需要微分，則取Td=（1/3~1/4）Ti。然后對δ進(jìn)行湊試，也能較快達(dá)到要求。實踐證明，在一定范圍內(nèi)適當(dāng)組合δ與Ti數(shù)值，可以獲得相同的衰減比曲線。也就是說，δ的減小可用增加Ti的辦法來補償，而基本上不影響控制過程的質(zhì)量。所以，先確定Ti、Td再確定δ也是可以的。

表8-3控制器參數(shù)的大致范圍控制系統(tǒng)δ（%）Ti/minTd/min說明流量40~1000.1~1對象時間常數(shù)小、有雜散干擾：δ應(yīng)大，Ti應(yīng)短，不必用微分壓力30~700.4~3對象滯后一般不大：δ略小，Ti略大，不用微分液位20~80δ小，Ti較大，要求不高時可不用積分，不用微分溫度20~603~100.5~3對象多容量，容量滯后大，δ小，Ti大，加微分作用8-3控制器的參數(shù)整定

二、衰減曲線法衰減曲線法比較簡單，可分兩種方法。（一）4:1衰減曲線法當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定時，在純比例作用下，用改變設(shè)定值的辦法加入階躍干擾，觀察記錄曲線的衰減比。然后逐次從大到小地改變比例度，直到出現(xiàn)4:1的衰減比為止。如圖8-2所示。記下此時的比例度δS（稱4:1衰減比例度）和衰減周期TS，再按表8-4的經(jīng)驗數(shù)據(jù)來確定PID值。表8-44:1衰減曲線法參數(shù)計算表調(diào)節(jié)作用δ（%）TI/minTd/min比例比例積分比例積分微分δS1.2δS0.8δS0.5TS0.3TS0.1TS圖8-24：1衰減曲線示圖8-3控制器的參數(shù)整定

（二）10:1衰減曲線法有些控制系統(tǒng)的過渡過程，4:1衰減仍嫌振蕩過強(qiáng)，可采用10:1衰減曲線法。見圖8-3，方法同上。得到10:1衰減曲線，記下此時的比例度δ′S和上升時間T′S，再按表8-5的經(jīng)驗公式來確定PID數(shù)值。在加階躍干擾時，加得幅度過小則過程的衰減比不易判別，過大又為工藝條件所限制。所以一般在設(shè)定值的5%左右。擾動必須在工藝穩(wěn)定時再加入，否則得不到正確的δS、TS或δ′S、T′S值。對于一些變化比較迅速、反應(yīng)快的過程，在記錄紙上嚴(yán)格得到4:1衰減曲線較難，一般以曲線來回波動兩次達(dá)到穩(wěn)定，就近似地認(rèn)為達(dá)到4:1衰減過程了。表8-510:1衰減曲線法參數(shù)計算表圖8-310：1衰減曲線示圖調(diào)節(jié)作用δ（%）TI（分）Td（分）比例比例積分三作用δ′s1.2δ′s0.8δ′s2T′S1.2T′S0.4T′S8-3控制器的參數(shù)整定

三、臨界比例度法

當(dāng)整個閉環(huán)控制系統(tǒng)穩(wěn)定以后，把積分時間放到最大、微分時間放到零，使系統(tǒng)處在純比例作用下。從大到小地逐漸改變控制器的比例度，每改動一次，就用設(shè)定器加進(jìn)5%設(shè)定值的階躍擾動，這樣就會得到一個臨界振蕩的過程，如圖8-4所示。這時的比例度叫臨界比例度，周期為臨界振蕩周期。記為δk和TK，然后按表8-6的經(jīng)驗公式來確定控制器的各參數(shù)值。表8-6臨界比例度法參數(shù)計算表圖8-4臨界振蕩示意圖控制作用比例度δ（%）積分時間Ti/min微分時間Td/min控制作用比例度δ（%）積分時間Ti/min微分時間Td/minPPI2δK2.2δK0.85TKPDPID1.8δK1.7δK0.5TK

0.1TK

0.125TK

8-4簡單控制系統(tǒng)的投運及應(yīng)用舉例不管是哪種控制系統(tǒng)，其投運一般都分三大步驟，即準(zhǔn)備工作，手動操作，自動運行。一、準(zhǔn)備工作（一）熟悉工藝過程。了解工藝機(jī)理、各工藝變量間的關(guān)系、主要設(shè)備的功能、控制指標(biāo)和要求等。（二）熟悉控制方案，對所有的檢測元件和控制閥的安裝位置、管線走向等要心中有數(shù)，并要掌握過程控制工具的操作方法。（三）對檢測元件、變送器、控制器、執(zhí)行器和其它有關(guān)裝置，以及氣源、電源，管路等進(jìn)行全面檢查，保證處于正常狀態(tài)。（四）負(fù)反饋控制系統(tǒng)的構(gòu)成過程控制系統(tǒng)應(yīng)該是具有被控變量負(fù)反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。即如果被控變量值偏高，則控制作用應(yīng)該使之降低，反之亦反。“負(fù)反饋”的實現(xiàn)，完全取決于構(gòu)成控制系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的作用方向。也就是說，控制系統(tǒng)中的對象、變送器、控制器、執(zhí)行器都有作用方向，可用“+”、“-”號來表示。為使控制系統(tǒng)構(gòu)成負(fù)反饋，則四個環(huán)節(jié)的作用方向的乘積應(yīng)為“-”。以下就各環(huán)節(jié)的作用方向進(jìn)行分析。8-4簡單控制系統(tǒng)的投運及應(yīng)用舉例

1．被控對象的作用方向確認(rèn)被控變量和操縱變量，當(dāng)控制閥開大時，如果被控變量增加，則對象為“正作用方向”（記為“+”號），反之為“反作用方向”（記為“-”號）。2．變送器的作用方向一般來說變送器的作用方向只有一個選擇，即“正方向”，因為它要如實反映被控變量的大小，所以被控變量液位L增加，其輸出信號也自然增大。所以變送器總是記為“+”。3．執(zhí)行器的作用方向（指閥的氣開、氣關(guān)形式）要從安全角度來選擇執(zhí)行器的氣開、氣關(guān)形式。一般來說，假若出現(xiàn)突發(fā)事故，斷掉信號后，從安全角度，工藝上需要閥全開，則選用“氣關(guān)閥”（記為“-”號）；若需要閥全關(guān)，則選用“氣開閥”（記為“+”號）。8-4簡單控制系統(tǒng)的投運及應(yīng)用舉例

4．控制器的作用方向前面三個環(huán)節(jié)的作用方向除了變送器是固定的以外，其余兩個是隨工藝和控制方案的確定而確定的，不能隨意改變。所以就希望控制器的作用方向能具有靈活性，可根據(jù)需要任意選擇和改變。這就是控制器一定要有正/反作用選擇功能的原因所在?？刂破鞯淖饔梅较蛞善渌麕讉€環(huán)節(jié)來決定。因為要求：“對象”ד變送器”ד執(zhí)行器”ד控制器”=“負(fù)反饋”所以對于本例題就有：“-”ד+”ד+”ד控制器”=“-”所以，“控制器”=“+”，即該控制器必須為“正作用”。上述為簡單系統(tǒng)控制器的作用方向選擇準(zhǔn)則及方法，目的是為了構(gòu)成“負(fù)反饋”。5．控制器控制規(guī)律的選擇構(gòu)成負(fù)反饋的過程控制系統(tǒng)，只是實現(xiàn)良好控制的第一步。下一步就是要選擇好控制器的控制規(guī)律?？刂埔?guī)律對控制質(zhì)量影響很大，必須根據(jù)不同的過程特性（包括對象、檢測元件、變送器及執(zhí)行器作用途徑等）來選擇相應(yīng)的控制規(guī)律，以獲得較高的控制質(zhì)量。圖8-5液位控制系統(tǒng)LTLC8-4簡單控制系統(tǒng)的投運及應(yīng)用舉例二、手動投運（一）通氣、加電，首先保證氣源、電源正常。（二）測量、變送器投入工作，用高精度的萬用表檢測測量變送器信號是否正常。（三）使控制閥的上游閥、下游閥關(guān)閉，手調(diào)副線閥門，使流體從旁路通過，使生產(chǎn)過程投入運行。（四）用控制器自身的手操電路進(jìn)行遙控（或者用手動定值器），使控制閥達(dá)到某一開度。等生產(chǎn)過程逐漸穩(wěn)定后，再慢慢開啟上游閥，然后慢慢開啟下游閥，最后關(guān)閉旁路，完成手動投運。8-4簡單控制系統(tǒng)的投運及應(yīng)用舉例三、切換到自動狀態(tài)在手動控制狀態(tài)下，一邊觀察儀表指示的被控變量值，一邊改變手操器的輸出信號（相當(dāng)于人工控制器）進(jìn)行操作。待工況穩(wěn)定后，即被控變量等于或接近設(shè)定值時，就可以進(jìn)行手動到自動的切換。如果控制質(zhì)量不理想，微調(diào)PID的δ、Ti、Td參數(shù)，使系統(tǒng)質(zhì)量提高，進(jìn)入穩(wěn)定運行狀態(tài)。四、控制系統(tǒng)的停車停車步驟與開車相反?？刂破飨惹袚Q到“手動”狀態(tài)，從安全角度使控制閥進(jìn)入工藝要求的關(guān)、開位置，即可停車。8-4簡單控制系統(tǒng)的投運及應(yīng)用舉例五、系統(tǒng)的故障分析、判斷與處理過程控制系統(tǒng)投入運行，經(jīng)過一段時間的使用后會逐漸出現(xiàn)一些問題。作為工藝操作人員，掌握一些常見的故障分析和排除故障處理決竅，對維護(hù)生產(chǎn)過程的正常運行具有重要的意義。介紹一些常見的故障判斷和處理方法。（一）過程控制系統(tǒng)常見的故障1．控制過程的控制質(zhì)量變壞。2．檢測信號不準(zhǔn)或儀表失靈。3．控制閥控制不靈敏。4．壓縮機(jī)、大風(fēng)機(jī)的輸出管道喘振。5．反應(yīng)釜在工藝設(shè)定的溫度下產(chǎn)品質(zhì)量不合格。6．DCS現(xiàn)場控制站FCS工作不正常。7．在現(xiàn)場操作站OPS上運行軟件時找不到網(wǎng)卡存在。8．DCS執(zhí)行器操作界面顯示“紅色通訊故障”。9．DCS執(zhí)行器操作界面顯示“紅色模板故障”。10．顯示畫面各檢測點顯示參數(shù)無規(guī)則亂跳等等。8-4簡單控制系統(tǒng)的投運及應(yīng)用舉例（二）故障的簡單判別及處理方法在生產(chǎn)過程出現(xiàn)故障時，首先判斷是工藝問題還是儀表的問題，這是故障判別的關(guān)鍵。1．記錄曲線的比較（1）記錄曲線突變：工藝變量的變化一般是比較緩慢的、有規(guī)律的。如果曲線突然變化到“最大”或“最小”兩個極限位置上，則很可能是儀表的故障。（2）記錄曲線突然大幅度變化：各個工藝變量之間往往是互相聯(lián)系的。一個變量的大幅度變化一般總是引起其他變量的明顯變化。如果其它變量無明顯變化，則這個指示大幅度變化的儀表（及其附屬元件）可能有故障。（3）記錄曲線不變化（呈直線）：目前的儀表大多數(shù)很靈敏，工藝變量有一點變化都能有所反映。如果較長時間內(nèi)記錄曲線一直不動或原來的曲線突然變直線，就要考慮儀表有故障。這時，可以人為地改變一點工藝條件，看看儀表有無反應(yīng)，如果無反應(yīng)，則儀表有故障。2．控制室儀表與現(xiàn)場同位儀表比較對控制室的儀表指示有懷疑時，可以去看現(xiàn)場的同位置（或相近位置）安裝的直觀儀表的指示值，兩者的指示值應(yīng)當(dāng)相等或相近，如果差別很大，則儀表有故障。3．儀表同儀表之間比較對一些重要的工藝變量，往往用兩臺儀表同時進(jìn)行檢測顯示，如果二者不同時變化，或指示不同，則其中一臺有故障。故障原因排故方法（1）控制過程的調(diào)節(jié)質(zhì)量變壞對象特性變化設(shè)備結(jié)垢調(diào)整PID參數(shù)（2）測量不準(zhǔn)或失靈測量元件損壞管道堵塞、信號線斷分段排查更換元件（3）控制閥控制不靈敏閥芯卡堵或腐蝕更換（4）（4）壓縮機(jī)、大風(fēng)機(jī)的輸出管道喘振控制閥全開或全閉不允許全開或全閉（5）反應(yīng)釜在工藝設(shè)定的溫度下產(chǎn)品質(zhì)量不合格測量溫度信號超調(diào)量太大調(diào)整PID參數(shù)（6）（6）DCS現(xiàn)場控制站FCS工作不正常FCS接地不當(dāng)接地電阻小于4Ω（7）在現(xiàn)場操作站OPS上運行軟件時找不到網(wǎng)卡存在工控機(jī)上網(wǎng)卡地址不對中斷設(shè)置有問題重新設(shè)置（8）DCS執(zhí)行器操作界面顯示“紅色通訊故障”通信連線有問題或斷線按運行狀態(tài)設(shè)置“正常通訊”（9）DCS執(zhí)行器操作界面顯示“紅色模板故障”模板配置和插接不正確重插模板檢查跳線、配置（10）顯示畫面各檢測點顯示參數(shù)無規(guī)則亂跳等等輸入、輸出模擬信號屏蔽故障信號線、動力線分開；變送器屏蔽線可靠接地（三）典型問題的經(jīng)驗判斷及處理方法8-5復(fù)雜控制系統(tǒng)

簡單控制系統(tǒng)是目前過程控制系統(tǒng)中最基本、最廣泛使用的系統(tǒng)，解決了大量工藝變量的定值控制問題。但隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)對產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高，要求過程控制的手段也越來越高，由于工業(yè)過程的發(fā)展、生產(chǎn)工藝的更新、特別是生產(chǎn)規(guī)模的大型化和生產(chǎn)過程的復(fù)雜化，必然導(dǎo)致各變量之間的相互關(guān)系更加復(fù)雜、對控制手段的要求也越來越高。為了適應(yīng)更高層次的要求，在簡單控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了串級、均勻、比值、分程、前饋、選擇等復(fù)雜控制系統(tǒng)以及一些更新型的控制系統(tǒng)，分別介紹如下：。8-5復(fù)雜控制系統(tǒng)一、串級控制系統(tǒng)（一）串級控制的目的在復(fù)雜控制系統(tǒng)中，串級控制系統(tǒng)的應(yīng)用是最廣泛的。以精餾塔控制為例，精餾塔的塔釜溫度是保證塔底產(chǎn)品分離純度的重要依據(jù)，一般需要其恒定，所以要求有較高的控制質(zhì)量。為此，我們以塔釜溫度為被控變量，以對塔釜溫度影響最大的加熱蒸汽為操縱變量組成“溫度控制系統(tǒng)”，但是，如果蒸汽流量頻繁波動，將會引起塔釜溫度的變化如圖8-6所示。盡管圖（a）的溫度簡單控制系統(tǒng)能克服這種擾動。可是，這種克服是在擾動對溫度已經(jīng)產(chǎn)生作用，使溫度發(fā)生變化之后進(jìn)行的。這勢必對產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生很大的影響。所以這種方案，并不十分理想。因此，使蒸汽流量平穩(wěn)就成了一個非解決不可的問題。希望誰平穩(wěn)就以誰為被控變量是很常用的方法，圖（b）的控制方案就是一個保持蒸汽流量穩(wěn)定的控制方案。這是一種預(yù)防擾動的方案，就克服蒸汽流量影響這一點，應(yīng)該說是很好的。但是對精餾塔而言，影響塔釜溫度的不只是蒸汽流量，比如說進(jìn)料流量、溫度、成分的干擾，也同樣會使塔釜溫度發(fā)生改變，這是方案（b）所無能為力的所以，最好的辦法是將二者結(jié)合起來。即將最主要、最強(qiáng)的干擾以圖（b）——流量控制的方式預(yù)先處理（粗調(diào)），而其它干擾的影響最終用圖（a）——溫度控制的方式徹底解決（細(xì)調(diào)）。但若將圖（a）、（b）機(jī)械地組合在一起，在一條管線上就會出現(xiàn)兩個控制閥，這樣就會出現(xiàn)相互影響、顧此失彼（即關(guān)聯(lián)）的現(xiàn)象。所以將二者處理成圖（c），即將溫度控制器的輸出串接在流量控制器的外設(shè)定上，由于出現(xiàn)了信號相串聯(lián)的形式，所以就稱該系統(tǒng)為“提餾段溫度串級控制系統(tǒng)”。這里需要說明的是二者結(jié)合的最終目的是為了穩(wěn)定主要變量（溫度）而引入了一個副變量（流量）所組成的“復(fù)雜控制系統(tǒng)”。1-精餾塔塔釜2-再沸器圖8-6精餾塔塔底溫度控制8-5復(fù)雜控制系統(tǒng)（二）串級控制系統(tǒng)的組成主控制器副控制器控制閥副對象主對象副測量變送器主測量變送器由前面的分析可知，顯然串級控制系統(tǒng)中有兩個測量變送器，兩個控制器，兩個對象，一個控制閥，其系統(tǒng)組成框圖如圖8-7所示。為了區(qū)分，我們以主、副來對其進(jìn)行描述，故有如下的常用術(shù)語。主變量——工藝最終要求控制的被控變量，如上例中精餾塔塔釜的溫度。副變量——為穩(wěn)定主變量而引入的輔助變量，如上例中的蒸汽流量。主對象——表征主變量的生產(chǎn)設(shè)備，如上例中包括再沸器在內(nèi)的精餾塔塔釜至溫度檢測點之間的工藝設(shè)備。副對象——表征副變量的生產(chǎn)設(shè)備，如上例中的蒸汽管道。主控制器——按主變量與工藝設(shè)定值的偏差工作，其輸出作為副控制器的外設(shè)定值，在系統(tǒng)中起主導(dǎo)作用，如上例中的TC。副控制器——按副變量與主控制器來的外設(shè)定值的偏差工作，其輸出直接操縱控制閥，如上例中的FC。主測量變送器——對主變量進(jìn)行測量及信號轉(zhuǎn)換的變送器，如上例中的TT。副測量變送器——對副變量進(jìn)行測量及信號轉(zhuǎn)換的變送器，如上例中的FT。主回路——是由主變送器，主、副控制器，控制閥和主、副對象構(gòu)成的外回路，又叫主環(huán)或外環(huán)。副回路——是指由副測量變送器，副控制器，控制閥和副對象構(gòu)成的內(nèi)回路，又稱副環(huán)或內(nèi)環(huán)。由圖可見，主控制器的輸出作為副控制器的外設(shè)定，這是串級控制系統(tǒng)的一個特點。圖8-7精餾塔塔底溫度-流量串級控制系統(tǒng)

主控制器副控制器控制閥副對象主對象副測量變送器主測量變送器內(nèi)設(shè)定+

8-5復(fù)雜控制系統(tǒng)（三）控制過程分析正常情況下，進(jìn)料溫度、壓力、組分穩(wěn)定，蒸汽壓力、流量也穩(wěn)定，則塔底溫度也就穩(wěn)定在設(shè)定值。一旦擾動出現(xiàn)，上述平衡就會被破壞。1．?dāng)_動進(jìn)入副回路如蒸汽流量（或壓力）變化，這種擾動首先影響副回路，使副回路的測量值偏離外設(shè)定值，流量控制系統(tǒng)依據(jù)偏差進(jìn)行工作，改變執(zhí)行器的開度，從而使流量穩(wěn)定。如果擾動幅度較小，流量控制系統(tǒng)會使主變量（塔釜溫度）基本不受影響。若擾動幅度較大，由于有副環(huán)的控制作用，即使對主變量溫度有些影響，也是很小的。也可以由主環(huán)進(jìn)一步消除（細(xì)調(diào)）。2．?dāng)_動進(jìn)入主回路如進(jìn)料溫度變化，該擾動直接進(jìn)入主回路，使塔釜溫度受到影響，偏離設(shè)定值，它與設(shè)定值的差值（偏差）使主控制器的輸出發(fā)生變化，從而使副控制器的設(shè)定值發(fā)生改變。該設(shè)定值與副變量之間也出現(xiàn)偏差，該偏差可能很大，于是副控制器采取強(qiáng)有力的控制作用，使蒸汽流量大幅度變化，從而使主變量很快回到設(shè)定值上。3．?dāng)_動同時進(jìn)入主、副回路如果兩種擾動同時存在，主控制器按“定值控制系統(tǒng)”工作，而副控制器既要克服副回路的擾動，又要跟隨主控制器工作，使副控制器產(chǎn)生較大的偏差，于是會產(chǎn)生比簡單控制系統(tǒng)大很多倍的控制作用，控制質(zhì)量得到大大的改善。8-5復(fù)雜控制系統(tǒng)（四）串級控制的特點1．主回路為定值控制系統(tǒng)，而副回路是隨動控制系統(tǒng)。2．結(jié)構(gòu)上是主、副控制器串聯(lián)，主控制器的輸出作為副控制器的外設(shè)定，形成主、副兩個回路，系統(tǒng)通過副控制器操縱執(zhí)行器。3．抗干擾能力強(qiáng)，對進(jìn)入副回路擾動的抑制力更強(qiáng)，控制精度高，控制滯后小。因此，它特別適用于滯后大的對象如溫度等系統(tǒng)。（五）回路和變量的選擇1．副回路應(yīng)包括盡可能多的擾動，尤其是主要擾動。2．副回路的時間常數(shù)要小、反應(yīng)要快。一般要求副環(huán)要比主環(huán)至少快三倍。3．所選擇的副變量一定是影響主變量的直接因素。8-5復(fù)雜控制系統(tǒng)二、均勻控制系統(tǒng)（一）均勻控制的目的為了解決前后工序的供求矛盾，使兩個變量之間能夠互相兼顧和協(xié)調(diào)操作，則采用均勻控制系統(tǒng)，事實上均勻控制是按系統(tǒng)所要完成的功能命名的。（二）均勻控制的特點多數(shù)均勻控制系統(tǒng)都是要求兼顧液位和流量兩個變量，也有兼顧壓力和流量的，其特點是：不僅要使被控變量保持不變（不是定值控制），而又要使兩個互相聯(lián)系的變量都在允許的范圍內(nèi)緩慢變化。8-5復(fù)雜控制系統(tǒng)（三）均勻控制方案1．簡單均勻控制系統(tǒng)簡單均勻控制系統(tǒng)如圖8-8所示，在結(jié)構(gòu)上與一般的單回路定值控制系統(tǒng)是完全一樣的。只是在控制器的參數(shù)設(shè)置上有區(qū)別。2．串級均勻控制系統(tǒng)簡單均勻控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)非常簡單，操作方便。但對于復(fù)雜工藝對象常常存在著控制滯后的問題。減小滯后的最好方法就是加副環(huán)構(gòu)成串級控制系統(tǒng)，這就形成了串級均勻控制系統(tǒng)，如圖8-9所示。圖8-9串級均勻控制系統(tǒng)示圖圖8-8均勻控制系統(tǒng)示圖

8-5復(fù)雜控制系統(tǒng)三、比值控制系統(tǒng)（一）比值控制的目的在工業(yè)生產(chǎn)中，常會遇到將兩種或兩種以上物料按一定比例（比值）混合或進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的問題。如合成氨反應(yīng)中，氫氮比要求嚴(yán)格控制在3∶1，否則，就會使氨的產(chǎn)量下降；加熱爐的燃料量與鼓風(fēng)機(jī)的進(jìn)氧量也要求符合一定的比值關(guān)系，否則，會影響燃燒效果。比值控制的目的就是實現(xiàn)兩種或兩種以上物料的比例關(guān)系。（二）比值系數(shù)在需要保持比值關(guān)系的兩種物料中，必有一種物料處于主導(dǎo)地位，稱為主物料（主流量），表征這種物料的變量稱為主動量F1；而另一種物料按主物料進(jìn)行配比，在控制過程中，隨主物料變化而變化，稱為從物料（副流量），表征其特征的變量稱為從動量F2。且F1與F2的比值稱為比值系數(shù)，用K表示。K=F1/F28-5復(fù)雜控制系統(tǒng)（三）比值控制方案1．開環(huán)比值控制系統(tǒng)圖8-10為開環(huán)比值控制系統(tǒng)，F(xiàn)1為不可控的主動量，F(xiàn)2為從動量。當(dāng)F1變化時，要求F2跟蹤F1變化，以保持F1/F2=K。由于F2的調(diào)整不會影響F1，故為開環(huán)系統(tǒng)。開環(huán)控制方案構(gòu)成簡單，使用儀表少，只需要一臺純比例控制器或一臺乘法器即可。而實質(zhì)上，開環(huán)比值控制系統(tǒng)只能保持閥門開度與F1之間成一定的比例關(guān)系。而當(dāng)F2因閥前后壓力差變化而波動時，系統(tǒng)不起控制作用，實質(zhì)上很難保證F1與F2之間的比值關(guān)系。該方案對F2無抗干擾能力，只適用于F2很穩(wěn)定的場合，故在實際生產(chǎn)中很少使用。圖8-10開環(huán)比值控制系統(tǒng)8-5復(fù)雜控制系統(tǒng)2．單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)為了解決開環(huán)比值控制對副流量無抗干擾能力的問題，我們增加了一個副流量閉環(huán)控制系統(tǒng)，這就構(gòu)成了單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，如圖8-11所示。它從結(jié)構(gòu)上與串級控制系統(tǒng)很相似，但由于單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)主動量F1仍為開環(huán)狀態(tài)，而串級控制系統(tǒng)主、副變量形成的是兩個閉環(huán)，所以二者還是有區(qū)別的。該方案中，副變量的閉環(huán)控制系統(tǒng)有能力克服影響到副流量的各種擾動，使副流量穩(wěn)定。而主動量控制器F1C的輸出作為副動量控制器F2C的外設(shè)定值，當(dāng)F1變化時，F(xiàn)1C的輸出改變，使F2C的設(shè)定值跟著改變，導(dǎo)致副流量也按比例地改變，最終，保證F1/F2=K。圖8-11閉環(huán)比值控制系統(tǒng)8-6控制流程圖識圖

一、常規(guī)控制流程圖的識圖

首先熟悉工藝流程圖，其次再分析控制系統(tǒng)圖，最后了解自動檢測系統(tǒng)圖。（一）熟悉工藝流程控制流程圖是在工藝流程圖的基礎(chǔ)上設(shè)計出來的，所以要首先通過工藝流程圖來熟悉工藝流程。（二）分析自動控制系統(tǒng)要想了解控制系統(tǒng)的情況，應(yīng)該借助于控制流程圖和自控方案來說明。（三）了解自動檢測和控制系統(tǒng)8-6控制流程圖識圖

二、計算機(jī)控制流程圖的識圖初步

在現(xiàn)代過程控制中，計算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用十分廣泛。現(xiàn)仍以脫丙烷塔工藝為基礎(chǔ)，以計算機(jī)控制中的“集中分散型控制系統(tǒng)（DCS系統(tǒng)）”為例，學(xué)習(xí)讀識相關(guān)的控制流程圖。圖中：FN——安全柵；df/dt——流量變化率運算函數(shù)；XAH——控制器輸出高限報警；XAL——控制器輸出低限報警；dx/dt——控制器輸出變化率運算；FY——I/P電氣轉(zhuǎn)換器；TAH——溫度高限報警；TDA——溫度設(shè)定點偏差報警；LAH——液位高限報警；LAL——液位低限報警；LAHH——液位高高限報警。8-7典型過程控制系統(tǒng)

實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化，其首要任務(wù)就是要確定系統(tǒng)的控制方案。而要確定出一個好的控制方案，需要自控和工藝技術(shù)人員的共同努力。他們必須深入了解生產(chǎn)的工藝過程，按照工藝過程的內(nèi)在機(jī)理，并結(jié)合典型生產(chǎn)單元的操作過程，探討、尋求最優(yōu)的自動控制方案。其實，在實際生產(chǎn)單元中，過程設(shè)備種類繁多，控制方案也因?qū)ο蟮牟煌鳟悺１締卧湍壳肮I(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較多的鍋爐和精餾塔，僅從控制的角度出發(fā)，根據(jù)對象的特性和控制要求，簡要討論其控制方案，從而了解確定控制方案的共同原則和方法。8-7典型過程控制系統(tǒng)

一、鍋爐的過程控制鍋爐是工業(yè)生產(chǎn)中常見的必不可少的動力設(shè)備之一。在工廠里，要靠鍋爐產(chǎn)生的蒸汽作為全廠的動力源和熱源。例如電廠里的汽輪發(fā)電機(jī)，就是靠鍋爐產(chǎn)生的一定溫度和壓力的過熱蒸汽來推動的；化工廠里的許多換熱器的熱源大多是鍋爐提供的蒸汽。鍋爐產(chǎn)生蒸汽的壓力和溫度是否穩(wěn)定，鍋爐運行是否安全，直接影響到生產(chǎn)的能否正常進(jìn)行，更關(guān)系到人員和設(shè)備的安全與否。因此，鍋爐的過程控制十分重要。（一）汽包水位控制汽包水位控制系統(tǒng)是鍋爐安全運行的必要保證，它要維持汽包內(nèi)的水位在工藝允許的范圍內(nèi)。（二）燃燒系統(tǒng)的控制該控制系統(tǒng)通過使燃料量與空氣量保持一定的比值，以保證經(jīng)濟(jì)燃燒和鍋爐的安全運行；同時還要使引風(fēng)量與鼓風(fēng)量相適應(yīng)，以維持爐膛內(nèi)的負(fù)壓恒定不變。其最終目的是使燃料產(chǎn)生的熱量滿足蒸汽負(fù)荷的需要。（三）過熱蒸汽系統(tǒng)的控制這是一個溫度控制系統(tǒng)，其作用一是保持過熱器出口溫度在允許范圍內(nèi)；二是保證管壁的溫度不超過允許工作溫度。8-7典型過程控制系統(tǒng)

汽包的液位是鍋爐正常運行的重要指標(biāo)。液位過高，由于蒸汽包上部空間變小，從而影響汽水分離，產(chǎn)生蒸汽帶液現(xiàn)象；液位過低，則由于汽包的容積較小而負(fù)荷卻很大，水的汽化速度加快，使得汽包內(nèi)的貯水量迅速減少，如不及時控制，就會使汽包內(nèi)的水全部汽化，形成“干燒”，可能導(dǎo)致鍋爐燒壞甚至爆炸的嚴(yán)重后果。目前，鍋爐汽包水位常采用單沖量、雙沖量及三沖量控制方案。此處的“沖量”不是物理上定義的“作用在物體上的力和時間的乘積”的意思，而是一種表示“變量”的習(xí)慣延用。8-7典型過程控制系統(tǒng)

1．單沖量液位控制系統(tǒng)鍋爐的單沖量液位控制系統(tǒng)的原理圖如圖8－12所示。由圖可知，這是一個典型的單回路控制系統(tǒng)，其被控變量是汽包水位，操縱變量是鍋爐的給水量。當(dāng)汽包水位偏離設(shè)定值時，變送器將測量到的信息送給控制器，按照特定的控制規(guī)律來開大或關(guān)小閥門，以增加或減少供水量，使汽包水位回到設(shè)定值上來。安裝在給水上的執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥）從安全角度考慮應(yīng)該選擇氣關(guān)閥，因為出現(xiàn)突發(fā)事故時（譬如，前級儀表故障或氣源斷氣），為了避免不安全事故發(fā)生，要求調(diào)節(jié)閥打開，使得汽包保證有水而避免爆炸。圖8-12單沖量液位控制系統(tǒng)

8-7典型過程控制系統(tǒng)

2．雙沖量液位控制系統(tǒng)圖8－13是鍋爐液位的雙沖量控制系統(tǒng)示意圖，這里的“雙沖量”是指汽包液位信號和蒸汽流量信號兩個變量。它是一個前饋－反饋控制系統(tǒng)。液位信號從系統(tǒng)的輸出端返回到輸入端，因此屬于反饋控制；蒸汽流量信號未經(jīng)反饋而直接與液位控制器的輸出信號相加，因此是前饋控制。當(dāng)蒸汽負(fù)荷變化引起汽包液位大幅度波動時，蒸汽流量信號的引入起著超前控制作用。它可以在液位還未來得及出現(xiàn)波動時，提前使調(diào)節(jié)閥動作，從而減少因蒸汽負(fù)荷量變化引起的液位波動，大大改善了控制品質(zhì)。當(dāng)干擾引起汽包液位上升（大于設(shè)定值）時，偏差增加，正作用控制器的輸出增加，（＋a）使加法器的輸出增加，氣關(guān)閥因控制信號增加而減小開度，供水量下降，汽包液位回落。另一方面，當(dāng)蒸汽負(fù)荷量增加時，會引起液位下降，但流量變送器送給加法器的（－b）信號使得加法器的輸出下降，氣關(guān)閥因控制信號的減小而增大開啟度，有效克服了由于蒸汽負(fù)荷量變化給汽包液位帶來的影響。

圖8-13雙沖量液位控制系統(tǒng)

8-7典型過程控制系統(tǒng)

3．雙沖量液位控制系統(tǒng)

圖8－14為鍋爐液位的三沖量控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)除了液位、蒸汽流量信號以外，又增加了一個供水流量信號（＋c）。顯然，當(dāng)蒸汽負(fù)荷不變，供水量因壓力波動而變化時，加法器的輸出相應(yīng)變化，去直接調(diào)整閥門開啟度。不需要等到液位變化了再去由控制器調(diào)整，從而大大減少了液位的波動，縮短了過渡過程的時間，提高了控制質(zhì)量。圖8－37精餾塔組成示意圖由于三沖量控制系統(tǒng)的抗干擾能力和控制質(zhì)量都比單沖量、雙沖量控制要好，所以應(yīng)用較多。尤其是對于蒸汽負(fù)荷大，供水壓力波動較大的鍋爐，三沖量控制可以獲得非常好的控制效果。圖8-14三沖量液位控制系統(tǒng)

8-7典型過程控制系統(tǒng)

二、精餾塔的過程控制工業(yè)生產(chǎn)中常常要求將混合物分離成接近純的組分，其方法是利用混合物中各組分的揮發(fā)度不同，將它們進(jìn)行分離，并達(dá)到規(guī)定的純度要求。這一過程即為精餾，完成這一過程的工藝設(shè)備是精餾塔精餾塔的組成示意圖如圖8－15所示。精餾塔進(jìn)料入口以下至塔底部分稱為提餾段；進(jìn)料口以上至塔頂稱為精餾段。塔內(nèi)有若干層塔板，每塊塔板上有適當(dāng)高度的液層，回流液經(jīng)溢流管由上一級塔板流到下一級塔板；蒸汽則由底部上升，通過塔板上的小孔由下一塔板進(jìn)入上一塔板，與塔板上的液體接觸。在每塊塔板上同時發(fā)生上升蒸汽部分冷凝和回流液體部分汽化的傳熱過程；更重要的還同時發(fā)生易揮發(fā)組分不斷汽化，從液相轉(zhuǎn)入汽相，難揮發(fā)組分不斷冷凝，由汽相轉(zhuǎn)入液相的傳質(zhì)過程。整個塔內(nèi)，易揮發(fā)組分濃度由下而上逐漸增加，而難揮發(fā)組分濃度則由上而下逐漸增加。適當(dāng)控制好塔內(nèi)的溫度和壓力，則可在塔頂或塔底獲取人們所期望的物質(zhì)組分。圖8-15精餾塔組成示意圖

8-7典型過程控制系統(tǒng)

二、精餾塔的過程控制在精餾塔的過程控制中，控制方案非常多。整個精餾塔的被控變量較多，可選用的操縱變量較多，各變量之間相互關(guān)聯(lián)也很多，對象的控制通道雜，反應(yīng)緩慢，內(nèi)在機(jī)理復(fù)雜，擾動因素很多……盡管有許多不利于控制的因素存在，對精餾操作與控制的要求卻較高，這就給精餾塔的控制與操作帶來一定的難度。因此，生產(chǎn)過程中只有深入分析工藝特性、對象特性，結(jié)合具體情況，才能制定出切實可行的控制方案。下面從三個方面簡要介紹精餾塔的過程控制。8-7典型過程控制系統(tǒng)

（一）精餾塔的控制要求1．質(zhì)量指標(biāo)混合物分離的純度是精餾塔控制的主要指標(biāo)。在精餾塔的正常操作中，一般應(yīng)保證在塔底或塔頂產(chǎn)品中至少有一種組分的純度達(dá)到規(guī)定的要求，其他組分也應(yīng)保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。為此，應(yīng)當(dāng)取塔底或塔頂產(chǎn)品的純度作為被控變量。但由于這種在線實時檢測產(chǎn)品純度有一定困難，因此，大多數(shù)情況下是用精餾塔內(nèi)的“溫度或壓力”來間接反映產(chǎn)品純度。2．平穩(wěn)操作為了保證精餾塔的平穩(wěn)操作，首先必須把進(jìn)塔之前的主要可控擾動盡可能克服掉，同時盡可能緩和一些不可控的主要擾動。例如，對進(jìn)塔物料的溫度進(jìn)行控制、進(jìn)料量的均勻控制、加熱劑和冷卻劑的壓力控制等等。再就是塔的進(jìn)出物料必須維持平衡，即塔頂餾出物與塔底采出物之和應(yīng)等于進(jìn)料量，以保證塔的平穩(wěn)操作。此外，控制塔內(nèi)的壓力穩(wěn)定，也是塔平衡操作的條件之一。3．約束條件為了保證塔的正常、平穩(wěn)操作，必須規(guī)定某些變量的約束條件。例如，對塔內(nèi)氣體流速的限制；再沸器的加熱溫差不能超過臨界值的限制等。8-7典型過程控制系統(tǒng)

（二）精餾塔的主要擾動1．進(jìn)料流量、成分和溫度的變化進(jìn)料量的波動通常是難免的，因為精餾塔的進(jìn)料往往是由上一工段提供的。進(jìn)料成分也是由上一工段的出料或原料情況決定的，所以，對于塔系統(tǒng)而言，進(jìn)料成分屬于不可控擾動。至于進(jìn)料的溫度，則可以通過控制使其穩(wěn)定。2．塔壓的波動塔壓的波動會影響到塔內(nèi)的汽液平衡和物料平衡，進(jìn)而影響操作的穩(wěn)定和產(chǎn)品的質(zhì)量。3．再沸器加熱劑熱量的變化當(dāng)加熱劑是蒸汽時，加入熱量的變化往往是由蒸汽壓力變化引起的，這種熱量變化會導(dǎo)致塔內(nèi)溫度變化，直接影響到產(chǎn)品的純度。4．冷卻劑吸收熱量的變化該熱量的變化會影響到回流量或回流溫度。其變化主要是由冷卻劑的壓力或溫度變化引起的。5．環(huán)境溫度的變化在一般情況下，環(huán)境溫度的變化影響較小。但如果采用風(fēng)冷器作為冷凝器時，氣溫的驟變與晝夜溫差會使回流量或回流溫度發(fā)生變化。8-7典型過程控制系統(tǒng)

（三）精餾塔的控制方案

精餾塔的控制方案眾多，但總體上分成兩大部分進(jìn)行控制，即提餾段的控制和精餾段的控制。其中大多以間接反映產(chǎn)品純度的溫度作為被控變量，來設(shè)計控制方案。1．精餾塔提餾段的溫度控制采用以提餾段溫度作為衡量質(zhì)量指標(biāo)的間接變量，以改變加熱量作為控制手段的方案，就稱為提餾段溫度控制。圖8－16所示是精餾塔提餾段溫度控制方案之一。該方案以提餾段塔板溫度為被控變量，以再沸器的加熱蒸汽量為操縱變量，進(jìn)行溫度的定值控制。除了這一主要控制系統(tǒng)外，還有五個輔助控制回路，以保證控制質(zhì)量。圖8-16提餾段溫度控制方案

8-7典型過程控制系統(tǒng)

2．精餾塔的精餾段溫度控制

采用以精餾段溫度作為衡量質(zhì)量指標(biāo)的間接變量，以改變回流量作為控制手段的方案，就稱為精餾段溫度控制。圖8－17所示為常見的精餾段溫控方案之一。它以精餾段塔板溫度為被控變量，以回流量為操縱變量，實現(xiàn)精餾段溫度的定值控制。除了這一主要控制系統(tǒng)以外，該方案還有五個輔助控制回路。對進(jìn)料量、塔壓、塔底采出量與塔頂餾出液的四個控制方案和提餾段溫控方案基本相同；不同的是對再沸器加熱蒸汽流量進(jìn)行了定值控制，且要求有足夠的蒸汽量供應(yīng)，以使精餾塔在最大負(fù)荷時仍能保證塔頂產(chǎn)品符合規(guī)定的質(zhì)量指標(biāo)。圖8-17精餾段溫度控制方案

8-8訓(xùn)練項目

一、項目名稱簡單控制系統(tǒng)的參數(shù)整定和投運二、項目情境

由教師（代表管理方）對學(xué)生（員工）根據(jù)實訓(xùn)現(xiàn)場計算機(jī)系統(tǒng)中的仿真軟件進(jìn)行模擬操作，布置與分配工作任務(wù)，明確項目訓(xùn)練的目的、要求及內(nèi)容，派發(fā)任務(wù)單。表8-7任務(wù)單項目名稱子項目內(nèi)容要求備注簡單控制系統(tǒng)的參數(shù)整定和投運ATS軟件操作方法學(xué)員按照人數(shù)分組訓(xùn)練：1.了解ATS軟件操作環(huán)境。2.熟悉ATS軟件內(nèi)各種仿真界面。3.熟悉ATS軟件內(nèi)各項功能及操作。簡單控制系統(tǒng)的參數(shù)整定和投運學(xué)員按照人數(shù)分組訓(xùn)練：1.會簡單控制系統(tǒng)的投運。2.能用4：1衰減法整定控制器參數(shù)。目標(biāo)要求掌握簡單控制系統(tǒng)的投運方法和用4：1衰減法整定控制器參數(shù)。實訓(xùn)環(huán)境校內(nèi)實訓(xùn)室其他8-8訓(xùn)練項目

三、項目實施子任務(wù)一：ATS軟件操作方法

在菜單窗口中選中一個實驗，點擊“簡單調(diào)節(jié)系統(tǒng)的投運和參數(shù)整定”文字后，即可進(jìn)入實驗三的操作界面。在該仿真操作界面中：上邊一欄的左部分為實驗的名稱，右部分有7個按鈕，依次為控制屏頁、曲線圖頁、報警信息、實驗指導(dǎo)書、設(shè)備介紹、實驗裝置、修改設(shè)備參數(shù)按鈕，點擊各按鈕進(jìn)入不同的畫面?？刂破另撚脕砜纯刂苹芈愤B線及開關(guān)的切換位置。曲線圖頁用來看實驗參數(shù)曲線變化及參數(shù)的值，做部分?jǐn)?shù)據(jù)的記錄。下邊一欄的左部分為軟件的開發(fā)商，右部分有2個按鈕，即：實驗復(fù)位、返回菜單頁。實訓(xùn)復(fù)位的功能是將所做實驗進(jìn)行初始化；返回菜單頁是將目前狀況返回到實驗菜單頁，在菜單頁可以換做其他實驗，也可以重新做剛才的實驗，退出ATS系統(tǒng)也必須在主菜單頁中點擊返回按鈕。子任務(wù)一：ATS軟件操作方法圖8-18實訓(xùn)操作畫面圖8-19關(guān)于實訓(xùn)的