过程控制工程复习省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

TC101TT101燃料气第1页按不一样工艺介质选择材质全开流量全开流量 普通情况下使用较多是直通阀、角阀。相关各种阀结构特点，可查阅相关参考书。2、材质上分：铸钢、不锈钢、特殊合金或金属、高分子材料，无机材料等 所以，在系统设计时应依据工艺要求、介质情况、工作环境，选择对应结构类型和材质类型。1.5.2 控制阀流量特征控制阀流量特征1、流量特征（理想流量特征）指流过阀流量Q与阀杆行程L之关系无因次化后第2页2分类 线性型 对数型（等百分比型）快开型 抛物线型 控制器参数整定方法1、经验法2、临界百分比度法(Ziegler-Nichols法)3、衰减振荡法4、响应曲线法第3页 加热炉温度控制2.1 串级控制系统串级控制系统TC101可设计T TO O与G GC C单回路PID控制2.1.1 基本原理和结构基本原理和结构 1、什么是串级控制系统操纵变量：燃料气流量 受控变量:物料出口温度 分析 对象特征：加热炉内管有数百米长，热容很大，是经典一阶加纯滞后过程。当输入改变时，输出要延迟一段时间，且改变迟缓 若温度不变，T0 GcPID控制，则阀开度不变 燃料气阀上游压力波动时，虽阀开度不变，但流量改变，将影响温度，温度燃料量单回路PID对此特定过程控制不及时，不能满足工艺要求。第4页Gc2(S)Gv(S)主控制器+-串级控制系统方块图Gp2(S)Gp1(S)Gm2(S)Gc1(S)Gm1(S)+-副控制器控制阀副对象主对象u1u2r1y1y2c1c2f1f2 内回路为副回路：包含副控制器、控制阀、副受控对象、副变量测量变送器。串级控制系统是由两个控制器串接组成，一个控制器输出做为另一个控制器设定值，两个控制器有各自独立测量输入，只有一个控制器给定由外部设定。2、串级控制系统结构 系统框图以下 系统由内外两个回路组成：第5页 外回路称为主回路：主控制器、副回路、主变量测量变送器、主受控对象 主变量：工艺要求主要控制变量 副变量：维持主变量平稳引出中间变量 副对象：反应副变量与操纵变量之间关系 主对象：反应主变量与副变量之间关系 主控制器：接收主变量偏差，去改变副控 制器设定值 副控制器：接收副变量偏差，去输出给控 制阀。FC101TC101 系统特点：主控制器输出改变副控制器 设定值，故副回路组成是随动系统，设定值是改变。第6页cTCTC温度对炉膛温度串级第7页Gc2(S)Gv(S)+-Gp2(S)+Gp1(S)+Gm2(S)+Gc1(S)Gm1(S)+-u1u2r1y1y2c1c2f1f2 (2)方块图法 首先定义各步骤“”、“”凡输入增加输出增大为“”，反之为“”控制阀:输入增大输出也增大为“”，气开为“”、气关为“”控制器:因为有比较步骤 正作用取“”号；反作用取“”号。先决定副控制器，后决定主控制器。Gv为“”，Gc2为“”，反作用Gv为“”，Gc2为“”，正作用第8页串级控制系统主、副控制器正反作用选择应满足负反馈控制要求。详细选择步骤以下：1.从安全角度选择控制阀气开和气关型式（气开型，Kv0;气关型，Kv0);2.依据工艺条件确定副被控对象特征；3.依据副控制回路为负反馈准则，确定副控制器正反作用；4.依据工艺条件确定主被控对象特征；5.依据主控制回路为负反馈准则，确定主控制器正反作用。第9页2.1.4 系统投运及参数整定系统投运及参数整定 1、系统投运 标准：确保无扰动切换，先副后主 依据经验法初步设置主、副控制器参数 将主、副控制器切换开关置于手动位置 副调整器设外给定，主控制器为内给定；在满足工艺要求情况下，工况较平稳时，经过手动，使副调整器偏差靠近于“0”，将副开关由“手动”“自动”。在工况较平稳情况下,经过调整主控制器设定值，使主控制器偏差为“0”，将主控制器开关由“手动”“自动”。2、参数整定 标准：先副后主 因为副回路要求不高，可参考经验法一次设置；主控制器参数整定与单回路类似。第10页(2)假如聚合釜温度不允许过高，不然易发生事故，试确定控制阀气开/气关型式。下列图是一聚合釜温度控制系统：(1)这是一个什么类型控制系统？试画出其方块图。(3)确定主、副控制器正/反作用方向。(4)假如冷却水温度是经常波动，上述系统应怎样改进？(5)假如选择夹套内水温作为副变量组成串级控制系统，试画出其方块图，并确定主、副控制器正/反作用方向。第11页压头转速旋转叶轮作用在液体上离心力离心力压头 叶轮与壳体之间有空隙，关闭泵出口阀时，排量为零，压头最高，泵所做功 热。泵特征：压头 与排量及转速 之间关系经验公式：泵与管路联接在一起，它排量与压头关系既与泵特征相关，也与管路特征相关。百分比系数管路特征：指是管路系统中流体流量与管路系统阻力之间关系如图所表示管路系统阻力包含：管路两端静压差引发压头 流体提升一定高度所需压头 克服管路摩擦损失所需压头h hf f第12页 控制阀两端节流压头h hv v，阀开度一定时，与流量平方成反比。和 流量关系称为管路特征 当系统平衡时，如图中C(平衡工作点)点，即泵特征曲线与管路特征曲线交点。工作点应满足一定工艺要求，经过改变阀开度(即 )改变工作点。第13页 喘振是离心式压缩机固有特征，实际上少数离心泵也可能喘振，并较易说明喘振原理。少数离心泵其HQ性能曲线呈驼峰型，其与管路特征可能有两个交点M和M1，M1：当干扰发生Q泵扬程管路所需压头 Q 远离M 点 当交点处管路特征斜率大于泵特征斜率时，是稳定工作点；不然是不稳定工作点。实际上，图中所表示装置特征中，因为泵开启后关闭扬程H0小于管路静扬程HM，管路中流量建立不起来，根本无法工作。理论上讲都是工作点，但M1是稳定工作点，M是不稳定工作点。工作点稳定与不稳定判别：第14页 工程上，为了安全，将极限线右旋一角度，得安全线，作 为压缩机允许工作界限。安全操作线表示式经验公式 ：吸入气体绝对温度 ：吸入体积流量 ：吸入口、排出口绝对压力 ：为常数，由厂家给出 此经验公式可针对不一样流量测量方法变为实用公式。安全操作线：可用一抛物线方程近似：喘振区第15页 3.3.4 防喘振控制系统防喘振控制系统 由上述分析可知，压缩机喘振主要是负荷减小引发，而负荷升降则是由工艺决定，为使压缩机不出现喘振，压缩机在任何转速下实际流量应大于喘振极限所对应最小流量。依据这一思想，可采取循环流量法来设计压缩机防喘振控制系统。有两类：固定极限流量法和可变极限流量法 1、固定极限流量法 采取部分循环法，使压缩机一直保持大于某一定值流量，防止使工作点进入喘振区。如图：假设 为压缩机到达最高转速所对应喘振极限流量，只要满足，压缩机就不会出现喘振。打开旁路阀，返回部分气体 旁路阀关闭FCFT气关第16页问题：流量检测点位置，汇合点之前还是汇合点之后？旁路控制阀采取什么型式阀？为何？特点：可靠性高、投资少、方案简单、适合用于固定转速场所；不过转速较低时，能耗过大，负荷变动经常时不够经济。2、可变极限流量法 为了减小压缩机能量损耗，在压缩机负荷波动场所，可采取调转速方法来确保压缩机负荷满足工艺要求，但在不一样转速下，其极限流量不一样，所以合理方案应是在整个压缩机负荷改变范围内，工作点沿如图所表示安全线改变，即确保方案以下：依据压缩机吸入口压力和出口压力计算入口压差，使其满足上述条件。据此，可设计出可变极限流量法防喘振控制系统：喘振区第17页4.1.4 传热设备自动控制方案 炼油化工生产中，传热设备应用极广，传热主要目标有四：使工艺介质到达要求温度，以使化学反应或其它工艺过程能正常进行。在过程进行中加入吸收热量或除去放出热量，使工艺过程能在要求温度范围内进行。比如间歇式生产化学反应 合成氨强吸热反应；聚氯乙烯聚合放热反应 改变物料相态。汽化加热；冷凝放热 回收热量。绝大多数温度控制系统都是为、两个目标服务。普通都以反应温度或工艺介质出口温度为受控变量；当被加热工艺介质流量比较平稳且对出口温度要求普通时，可取载热体流量为受控变量，组成流量或压力单回路定值控制系统。目标实际所需变量是热量，普通可取载热体流量为受控变量。对于目标，属于普通热量回收系统，普通无需自动控制。第18页 为了确保温度平稳，满足工艺生产要求，必须对传热量进行调整。路径有：调整载热体流量。实质是改变传热速率方程中传热系数K K(载热体在传热过程中不起相变)和平均温差 T Tm(载热体在传热过程中起相变)最惯用 调整传热平均温差 T Tm m。滞后小、反应快速较广泛第19页 调整传热面积F F。滞后较大,只在必要场所采取。将工艺介质分路。实质是混合过程，即将部分工艺介质经换热，另一部分走旁路。反应快速及时，但载热体流量一直处于高负荷下，在采取专用热剂或冷剂时不经济。对于一些热量回收系统，载热体是某种工艺介质，总流量本来不好调整，便不成为缺点了。第20页5、对工业锅炉要求任务：安全、合理运行条件下，提供一定温度和压力蒸汽要求：蒸汽量应适合负荷改变需要，或保持给定负荷蒸汽压力保持一定范围蒸汽温度保持一定范围汽包水位保持一定范围炉膛负压保持一定范围保持燃烧经济性和安全运行6、主要控制系统 (1)汽包水位控制 受控变量：汽包水位(确保安全运行主要指标之一)(2)燃烧系统控制 操纵变量：给水流量 使给水适应锅炉蒸发量，保持水位在一定范围内 目标：使燃烧产生热量适应蒸汽负荷改变 受控变量：蒸汽压力、烟气氧含量、炉膛负压 操纵变量：燃料量、送风量、引风量第21页 (3)过热蒸汽系统控制 目标:维持过热器出口温度、确保管壁温度不超出允许温度 受控变量：蒸汽出口温度 操纵变量：减温水量4.6.2 汽包水位控制汽包水位控制 汽包水位：锅炉运行主要指标 水位过低：负荷加大时，汽化速度加紧，控制不及时会全部汽化 水位过高：影响汽水分离，产生汽带液，影响后序设备正常运行 1、汽包水位动态特征 (1)蒸汽负荷对水位影响（干扰通道）H：实际可视水位H1：不考虑水下面汽泡容积改变时水位H2：只考虑水面下汽泡容积改变所引发水位在燃料量不变情况下，当蒸汽用量突然增大时传递函数：f 蒸汽流量作用下阶跃响应曲线飞升速度虚假水位第22页锅炉气包蒸汽LC101LT101给水FT101FT102FC102GPDGm3GP1GP2GVGF2CC1GLCGm2Gm3YC2FC0PLCRLPF1RF 特点：克服虚假水位现象;克服给水量扰动方案一：前馈与串级组成复合控制系统第23页锅炉气包蒸汽LC101LT101给水FT101FT102方案二：前馈加反馈控制 综合信号单回路系统锅炉气包蒸汽LC101LT101给水FT101FT102 特点：仪表少轻易实现 缺点：系数设置不妥、水位可能有余差 受控变量：方案三：前馈反馈控制系统+副回路纯百分比控制器，百分比度为100%特点：水位无余差 缺点：投运及系数设置较繁-P=1第24页