过程控制与自动化仪表（第3版）第10章典型过程控制系统设计ppt课件.ppt

严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。主讲教师：杨延西，赵跃主讲教师：杨延西，赵跃主讲教师：杨延西，赵跃主讲教师：杨延西，赵跃西安理工大学自动化与信息工程学院西安理工大学自动化与信息工程学院信息与控制工程系信息与控制工程系 第第1010章章 典型生产过程控制与典型生产过程控制与 工程设计工程设计严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。本章要点本章要点1 1）了解了解电厂锅炉电厂锅炉的各种控制要求，熟悉它们的的各种控制要求，熟悉它们的控制方案；控制方案；2 2）掌握锅炉燃烧过程控制系统的设计方法；掌握锅炉燃烧过程控制系统的设计方法；3 3）了解了解精馏塔的精馏塔的控制任务，熟悉各变量之间的控制任务，熟悉各变量之间的关系；关系；4 4）掌握精馏过程控制系统的设计方法；掌握精馏过程控制系统的设计方法；5 5）了解了解工程设计工程设计的基本要求与基本内容；的基本要求与基本内容；6 6）了解项目报告、施工图的设计方法以及抗干了解项目报告、施工图的设计方法以及抗干扰问题的解决方案。扰问题的解决方案。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。典型生产过程控制与工程设计典型生产过程控制与工程设计 一、一、火电锅炉过程控制系统火电锅炉过程控制系统 二二、精馏塔过程控制系统、精馏塔过程控制系统 三三、过程控制系统的工程设计、过程控制系统的工程设计严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。精馏塔的自动控制精馏塔的自动控制 中石化集中石化集团公司北京团公司北京燕山石化的燕山石化的聚炳乙烯生聚炳乙烯生产装置。产装置。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。精馏塔的控制任务与物料流程精馏塔的控制任务与物料流程 精馏塔根据进料中各精馏塔根据进料中各组份物质的不同沸点温度组份物质的不同沸点温度工作，对混合物质进行蒸工作，对混合物质进行蒸馏分离。馏分离。通常有两种控制要求：通常有两种控制要求：1 塔顶产品的纯度要求塔顶产品的纯度要求 2 塔底产品的杂质含量塔底产品的杂质含量 3 控制方案还要兼顾产控制方案还要兼顾产量和能耗方面的要求。量和能耗方面的要求。精馏塔的物料流程精馏塔的物料流程严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。云维集团焦炉煤气制云维集团焦炉煤气制甲醇装置甲醇精馏塔甲醇装置甲醇精馏塔严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。精馏塔的进、出料流程图精馏塔的进、出料流程图 （1 1）不可控干扰不可控干扰不可控干扰不可控干扰：进料流进料流量及进料成分是精馏过程中量及进料成分是精馏过程中的主要干扰。其它如进料温的主要干扰。其它如进料温度、进料热焓等可通过控制度、进料热焓等可通过控制系统使它们保持相对稳定。系统使它们保持相对稳定。（2 2）被控量与控制量被控量与控制量：在：在精馏塔控制中，控制变量与精馏塔控制中，控制变量与被控变量之间的配对关系共被控变量之间的配对关系共有有2424种选择。种选择。（3 3）变量配对原则变量配对原则：在变：在变量配对时首先要解决产品成量配对时首先要解决产品成分的变量配对问题。分的变量配对问题。精馏系统变量分析精馏系统变量分析严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。甲醇分馏塔控制甲醇分馏塔控制 生产工艺要求提纯混合生产工艺要求提纯混合液中的甲醇成分（甲醇液中的甲醇成分（甲醇1个大个大气压下的沸点为气压下的沸点为66），并，并严格规定了塔顶产品甲醇的严格规定了塔顶产品甲醇的纯度！纯度！所谓一端产品质量控制，是指塔顶产品或塔底产品要达到规定的纯所谓一端产品质量控制，是指塔顶产品或塔底产品要达到规定的纯度，而对另一端的产品纯度只要保持在一定范围内即可。它分为塔顶产度，而对另一端的产品纯度只要保持在一定范围内即可。它分为塔顶产品成分控制和塔底产品成分控制两种品成分控制和塔底产品成分控制两种 严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。塔顶产品控制方案塔顶产品控制方案 请指出该控制方案中的错误与不合理之处！请指出该控制方案中的错误与不合理之处！严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。控制方案的问题控制方案的问题问题：问题：1 液位测量无须加开方器液位测量无须加开方器。2 用出料流量控制塔顶的产品成分环节多反应速度较用出料流量控制塔顶的产品成分环节多反应速度较慢，调节效果不好。没有合理利用回流罐的容积，输出慢，调节效果不好。没有合理利用回流罐的容积，输出产量不稳定影响后续生产的正常进行，产量不稳定影响后续生产的正常进行，3 化学成分分析仪表成本高、测量精度低、滞后大，化学成分分析仪表成本高、测量精度低、滞后大，在原料沸点差异大品质要求一般的情况下通常不使用。在原料沸点差异大品质要求一般的情况下通常不使用。4 没有对系统的输入热能进行控制能源浪费大。没有对系统的输入热能进行控制能源浪费大。5 没有考虑加均匀控制减小进料的流量扰动。没有考虑加均匀控制减小进料的流量扰动。控制方案的错误与不完美之处：控制方案的错误与不完美之处：严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。比较合理的塔顶产品控制方案比较合理的塔顶产品控制方案 改进型塔顶质量成分控制系统改进型塔顶质量成分控制系统严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。塔底产品控制方案塔底产品控制方案解决了蒸汽流量控制问题解决了蒸汽流量控制问题塔底产品成分控制方案塔底产品成分控制方案 严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。合理的塔底产品控制方案合理的塔底产品控制方案 能否同时控制塔顶产品和塔底产品的品质呢？能否同时控制塔顶产品和塔底产品的品质呢？严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。精馏塔两端产品质量控制精馏塔两端产品质量控制 两端产品质量同时两端产品质量同时控制的情况。控制的情况。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。两端产品质量控制的框图两端产品质量控制的框图 这是一个典型的双入双出耦合控制系统控制这是一个典型的双入双出耦合控制系统控制严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。两端产品质量的解耦控制两端产品质量的解耦控制严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。解耦控制框图解耦控制框图解耦控制框图解耦控制框图严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。如果系统中的强干扰来自被加热物料的流量波动，应采如果系统中的强干扰来自被加热物料的流量波动，应采用那种高性能过程控制系用那种高性能过程控制系统，为什么？画出系统结构图。统，为什么？画出系统结构图。实例一实例一 管式加热炉温控系统管式加热炉温控系统 什么是可测不什么是可测不可控的可控的干扰干扰?严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。前反馈复合控制方案前反馈复合控制方案 如果系统中的如果系统中的强干扰来自燃料油强干扰来自燃料油的压力波动，请改的压力波动，请改进系统设计抑制燃进系统设计抑制燃料油的压力波动带料油的压力波动带来来的干扰，画出系的干扰，画出系统结构图。统结构图。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。管式加热炉串级控制方案管式加热炉串级控制方案1严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。管式加热炉串级控制方案管式加热炉串级控制方案2 如果不仅是燃料如果不仅是燃料油的压力有波动而且油的压力有波动而且燃料油的成分燃料油的成分和热值和热值也有波动时，应如何也有波动时，应如何改进系统的设计，为改进系统的设计，为什么？，画出系统结什么？，画出系统结构图。构图。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。管式加热炉串级控制方案管式加热炉串级控制方案3严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。串级控制调节器正反作用确定串级控制调节器正反作用确定1 1 事故状态下调节阀应关闭，事故状态下调节阀应关闭，因此调节阀应为气开方式。因此调节阀应为气开方式。2 2 先确定副回路的正反作用：先确定副回路的正反作用：系统显然是一个加热控制系统系统显然是一个加热控制系统且调节阀为气开，故调节器为且调节阀为气开，故调节器为反作用反作用工作方式。工作方式。3 3 再确定主回路的正反作用：再确定主回路的正反作用：主回路也是一个加热控制系统主回路也是一个加热控制系统且副回路整体增益为正，故主且副回路整体增益为正，故主调节器也为调节器也为反作用反作用工作方式。工作方式。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。实例二实例二 洗浴热水控制系统洗浴热水控制系统洗浴热水控制洗浴热水控制严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。控制系统的特点与问题控制系统的特点与问题特点：特点：1 采用蒸汽压力控制燃气锅炉功率。采用蒸汽压力控制燃气锅炉功率。2 采用开关调节规律控制水箱液位采用开关调节规律控制水箱液位。3 通过调节阀采用连续调节规律（通过调节阀采用连续调节规律（PID)控制水温。控制水温。问题：问题：1 水泵停止后可能使水泵停止后可能使TT失去检测功能，系统开环。失去检测功能，系统开环。2 水泵的开关调节规律导致调节阀大幅度开关，致使水泵的开关调节规律导致调节阀大幅度开关，致使锅炉压力剧烈变动。不但干扰其它控制回路还导致本控锅炉压力剧烈变动。不但干扰其它控制回路还导致本控制回路在起停过程中的调节品质大幅度下降制回路在起停过程中的调节品质大幅度下降严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。控制系统改进方案一控制系统改进方案一增加变频器增加变频器严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。改进方案一的优势与问题改进方案一的优势与问题优势：优势：引入变频器后水流和蒸汽流量的变化比较平稳，只要引入变频器后水流和蒸汽流量的变化比较平稳，只要合理整定合理整定PID参数就可以实现均匀控制。这样可减弱对参数就可以实现均匀控制。这样可减弱对其它控制其它控制 回路的冲击并改善锅炉的运行环境。回路的冲击并改善锅炉的运行环境。问题：问题：1蒸汽流量与热水温度之间传递函数的滞后较大，导蒸汽流量与热水温度之间传递函数的滞后较大，导致系统调节过程缓慢、超调大，控制品质不高。致系统调节过程缓慢、超调大，控制品质不高。2温度控制的要求高，参数整定偏温度控制的要求高，参数整定偏“硬硬”，来自用水，来自用水量和锅炉压力的干扰使调节阀频繁动作，磨损加强。量和锅炉压力的干扰使调节阀频繁动作，磨损加强。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。二次改进后控制系统结构二次改进后控制系统结构改进后系统结构改进后系统结构严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。热水流量的分程控制热水流量的分程控制