第6章简单控制系统教学课件.pptx

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1、第六章 简单控制系统 化工仪表及自动控制化工仪表及自动控制Chemical Industry Instrument and Automation control化工仪表及自动化内容提要n 简单控制系统的基本组成n 被控变量的选择n 操纵变量的选择n 测量元件特性的影响n测量滞后的影响n信号传送滞后的影响化工仪表及自动化内容提要n 控制器的设计n控制器控制规律的确定n控制器正、反作用的确定n控制器参数的工程确定n 简单控制系统分析和设计实例化工仪表及自动化第一节 简单控制系统的基本组成 通常是指由一个测量及变送器、一个控制器、一个控制阀和一个被控对象所构成的单闭环控制系统。图图6-1 流量控制系

2、统流量控制系统图图6-2 温度控制系统温度控制系统化工仪表及自动化图图6-3简单控制系统的方块图简单控制系统的方块图 简单控制系统方块图由被控对象（简称对象）、测量变送装置、控制器和执行器组成。 第一节 简单控制系统的基本组成化工仪表及自动化第二节 简单控制系统的设计 生产过程中，借助自动控制保持恒定值（或按一定规律变化）的变量称为被控变量。 它们对产品的产量、质量以及安全具有决定性的作用，而人工操作又难以满足要求的； 人工操作虽然可以满足要求，但是，这种操作是既紧张而又频繁的。化工仪表及自动化第二节 简单控制系统的设计一、一、被控变量的选择被控变量的选择选择能间接反映产品产量和质量又与直接选

3、择能间接反映产品产量和质量又与直接参数有单值对应关系、易于测量的参数作参数有单值对应关系、易于测量的参数作为被控变量为被控变量。选择能直接反映生产过程中产品产量和选择能直接反映生产过程中产品产量和质量又易于测量的参数作为被控变量。质量又易于测量的参数作为被控变量。方法一方法一直接参数法直接参数法方法二方法二间接参数法间接参数法被控变量选择方法例如：温度、压力、液位、流量反映等例如：温度、压力、液位、流量反映等生产工艺状态的参数。生产工艺状态的参数。例如组分（某物质含量）、转化率等。例如组分（某物质含量）、转化率等。图图6-4精馏过程示意图精馏过程示意图1精馏塔；2蒸汽加热器举例举例一、被控变量

4、的选择工作原理是利用被分离物各组分的挥发工作原理是利用被分离物各组分的挥发度不同，把混合物中的各组分进行分离度不同，把混合物中的各组分进行分离 如果检测塔顶馏出物的组分如果检测塔顶馏出物的组分xD（或（或xW）直接指标控制尚有困难，或滞后太大）直接指标控制尚有困难，或滞后太大工艺要求：工艺要求：塔顶馏出物到规定的纯度塔顶馏出物到规定的纯度，塔顶（或塔底）馏出物的组分塔顶（或塔底）馏出物的组分xD（或（或xW）应作为被控变量）应作为被控变量找出合适的变量作为间接指标控制找出合适的变量作为间接指标控制在二元系统的精馏中，当气液两相并存时，塔顶易挥发组分的浓度xD、塔顶温度TD、压力P三者之间有一定

5、的函数关系。当压力P恒定时，组分xD和温度TD之间存在有单值对应的关系。当温度TD恒定时，组分xD和压力P之间也存在有单值对应的关系一、被控变量的选择一、被控变量的选择图图6-5苯苯-甲苯溶液的甲苯溶液的T-x图图&易挥发组分的浓度越高，对应的温度越低；易挥发组分的浓度越高，对应的温度越低；&易挥发组分的浓度越低，对应的温度越高。易挥发组分的浓度越低，对应的温度越高。图图6-6 苯苯-甲苯溶液的甲苯溶液的p-x图图易挥发组分浓度越高，对应的压力也越高；易挥发组分浓度越高，对应的压力也越高；易挥发组分浓度越低，对应的压力也越低。易挥发组分浓度越低，对应的压力也越低。压力一定，如图压力一定，如图6

6、-5温度一定，如图温度一定，如图6-6由此可见，在组分、温度、压力三个变量中，只要固定温度或压力中的一个，另一个变量就可以代替xD作为被控变量。在温度和压力中，究竟应选哪一个参数作为被控变量呢？化工仪表及自动化 在精馏塔操作中，压力往往需要固定。只有将塔在精馏塔操作中，压力往往需要固定。只有将塔操作在规定的压力下，才易于保证塔的分离纯度，保操作在规定的压力下，才易于保证塔的分离纯度，保证塔的效率和经济性。证塔的效率和经济性。 在塔压固定的情况下，精馏塔各层塔板上的压力基在塔压固定的情况下，精馏塔各层塔板上的压力基本上是不变的，这样各层塔板上的温度与组分之间就本上是不变的，这样各层塔板上的温度与

7、组分之间就有一定的单值对应关系。有一定的单值对应关系。 所选变量有足够的灵敏度。所选变量有足够的灵敏度。考虑简单控制系统被控变量间的独立性。考虑简单控制系统被控变量间的独立性。一、被控变量的选择化工仪表及自动化被控变量一般都是工艺过程中比较重要的变量，应能代被控变量一般都是工艺过程中比较重要的变量，应能代表一定的工艺操作指标或能反映工艺操作状态，且被控变表一定的工艺操作指标或能反映工艺操作状态，且被控变量应是独立可控的。量应是独立可控的。 被控变量在工艺操作过程中经常要受到一些干扰影响被控变量在工艺操作过程中经常要受到一些干扰影响而变化而变化，为维持被控变量的恒定，需要较频繁的控制。为维持被控

8、变量的恒定，需要较频繁的控制。 被控变量要有足够大的灵敏度，易于测量。被控变量要有足够大的灵敏度，易于测量。一、被控变量的选择化工仪表及自动化 尽量采用直接指标（直接反映产品质量的变量）作为尽量采用直接指标（直接反映产品质量的变量）作为被控变量。当无法获得直接指标信号，或其测量和变送被控变量。当无法获得直接指标信号，或其测量和变送信号滞后很大时，可选择与直接指标有单值对应关系的信号滞后很大时，可选择与直接指标有单值对应关系的间接指标作为被控变量。间接指标作为被控变量。 选择被控变量时必须考虑工艺合理性和国内仪表产品选择被控变量时必须考虑工艺合理性和国内仪表产品现状。现状。一、被控变量的选择化工

9、仪表及自动化二、操纵变量的选择 在自动控制系统中，把用来克服干扰对被控变量在自动控制系统中，把用来克服干扰对被控变量的影响，实现控制作用的变量称为的影响，实现控制作用的变量称为。 最常见的操纵变量是介质的流量。最常见的操纵变量是介质的流量。操作变量操作变量系统的干扰系统的干扰通过工艺分析通过工艺分析确定确定图图6-7 对象的输入、输出量对象的输入、输出量1.操纵变量和干扰变量操纵变量和干扰变量化工仪表及自动化图图6-8精馏塔流程图精馏塔流程图 根据工艺要求，根据工艺要求，选择提馏段某块塔板选择提馏段某块塔板（一般为温度变化最灵（一般为温度变化最灵敏的板，称为灵敏板）敏的板，称为灵敏板）的温度作

10、为被控变量。的温度作为被控变量。1.操纵变量和干扰变量化工仪表及自动化进料的流量（Q入）、成分（x入）、温度（T入）、回流的流量（Q回）、回流液温度（T回）、加热蒸汽流量（Q蒸）、冷凝器冷却温度及塔压等等。 图图6-9影响提馏段温度的各种因素示影响提馏段温度的各种因素示意图意图1.操纵变量和干扰变量化工仪表及自动化图图6-10 干扰通道与控制通道的关系干扰通道与控制通道的关系由干扰通道施加由干扰通道施加在对象上，起着破坏作用，在对象上，起着破坏作用，使被控变量偏离给定值；使被控变量偏离给定值；由控制通道施加由控制通道施加到对象上，使被控变量回复到对象上，使被控变量回复到给定值，起着校正作用。到

11、给定值，起着校正作用。 2.对象特性对控制质量的影响化工仪表及自动化2.对象特性对控制质量的影响在选择操纵变量构成自动控制系统时，一般希望控制通道的放大系数K0要大一些，这是因为K0的大小表征了操纵变量对被控变量的影响程度。（1）对象静态特性对控制质量的影响对象静态特性对控制质量的影响K0越大，表示控制作用对被控变量影响越显著，使控制作用更为有效。所以从控制的有效性来考虑，K0应适当大些。K0过大时，控制作用过于灵敏，使控制系统不稳定。化工仪表及自动化2.对象特性对控制质量的影响（1）对象静态特性对控制质量的影响对象静态特性对控制质量的影响对象干扰通道的放大系数Kf越小越好。Kf越小，表示干扰

12、对被控变量的影响越小，过渡过程的超调量也就越小，余差越小，控制品质也就越好。故确定控制系统时，也要考虑干扰通道的静态特性。总之，在诸多变量都在影响被控变量时，从静态特性考虑，应选择其中放大系数大的可控变量作为操纵变量。化工仪表及自动化2.对象特性对控制质量的影响fp 控制通道的放大系数K0要大一些，这是因为K0的大小表征了操纵变量对被控变量的影响程度。n 对象干扰通道的放大系数Kf越小越好。n Kf越小，表示干扰对被控变量的影响越小，过渡过程的超调量也就越小，余差越小，控制品质也就越好。p K0越大，表示控制作用对被控变量影响越显著，使控制作用更为有效。p K0过大时，控制作用过于灵敏，使控制

13、系统不稳定。（2）对象动态特性对控制质量的影响对象动态特性对控制质量的影响化工仪表及自动化（2）对象动态特性对控制质量的影响对象的动态特性也可分为控制通道的动态特性和干扰通道的动态特性，分别由控制通道的时间常数T0、纯滞后时间0和干扰通道的时间常数Tf、纯滞后时间f来描述。控制通道时间常数的影响控制通道时间常数的影响p 控制通道的时间常数不能过大，否则会使操纵变量的校正作用迟缓、超调量大、过渡时间长，要求对象控制通道的时间常数T0小一些，使之反应灵敏、控制及时，从而获得良好的控制质量。p 控制通道的时间常数也并不是越小越好，如果过小，控制作用过于灵敏，容易引起系统振荡。化工仪表及自动化控制通道

14、纯滞后时间控制通道纯滞后时间0的影响的影响（2）对象动态特性对控制质量的影响A和和B分别表示无纯滞后和有纯滞后时操纵变量对被控变量的校正作用分别表示无纯滞后和有纯滞后时操纵变量对被控变量的校正作用；图图6-11 纯滞后纯滞后0对控制质量的影响对控制质量的影响C表示被控变量在干扰作用下的变化曲线；表示被控变量在干扰作用下的变化曲线；D和和E分别表示无纯滞后和有纯滞后情况下被控变量在分别表示无纯滞后和有纯滞后情况下被控变量在干扰作用与校正作用下的变化曲线。干扰作用与校正作用下的变化曲线。 控制通道的物料输送或能量传递都需要一定的时间，这样造成的纯滞后0对控制质量是有不利影响的，图6-11所示。化工

15、仪表及自动化（2）对象动态特性对控制质量的影响干扰通道时间常数的影响干扰通道时间常数的影响如果干扰通道存在纯滞后f，即干扰对被控变量的影响推迟了时间f，因而，控制作用也推迟了时间f，使整个过渡过程曲线推迟了时间f，只要控制通道不存在纯滞后，通常是不会影响控制质量的，如图6-12所示。干扰通道的时间常数Tf越大，表示干扰对被控变量的影响越缓慢，这是有利于控制的。所以，在确定控制方案时，应设法使干扰到被控变量的通道长些，即时间常数要大一些。干扰通道纯滞后时间干扰通道纯滞后时间f的影响的影响化工仪表及自动化（2）对象动态特性对控制质量的影响干扰通道纯滞后时间干扰通道纯滞后时间f的影响的影响图6-12

16、干扰通道纯滞后f的影响化工仪表及自动化 操纵变量应是可控的，即工艺上允许调节的变操纵变量应是可控的，即工艺上允许调节的变量。量。 操纵变量一般应比其他干扰对被控变量的影响更操纵变量一般应比其他干扰对被控变量的影响更 加灵敏。加灵敏。 在选择操纵变量时，除了从自动化角度考虑在选择操纵变量时，除了从自动化角度考虑外，还要考虑工艺的合理性与生产的经济性。外，还要考虑工艺的合理性与生产的经济性。 3.操纵变量的选择原则化工仪表及自动化（1）测量容量滞后的影响测量环节的容量滞后是由于测量元件自身具有一定的时间常数所致，一般称之为测量滞后。三、测量元件特性的影响1.测量滞后的影响（a） （b） （c）图图

17、6-13 测量元件时间常数的影响测量元件时间常数的影响化工仪表及自动化（2）测量纯滞后的影响测量参数变化的信号传递到检测点需要花费一测量参数变化的信号传递到检测点需要花费一定的时间，因而就产生了纯滞后。当测量存在纯滞定的时间，因而就产生了纯滞后。当测量存在纯滞后时，它和对象控制通道存在纯滞后一样，会严重后时，它和对象控制通道存在纯滞后一样，会严重地影响控制质量。纯滞后是控制系统设计中最不容地影响控制质量。纯滞后是控制系统设计中最不容易克服的影响因素。易克服的影响因素。1.测量滞后的影响测量滞后的影响三、测量元件特性的影响化工仪表及自动化（2）测量纯滞后的影响测量的纯滞后有时是由于测量元件安装位

18、置引起的。1.测量滞后的影响测量滞后的影响图图6-14 pH值控制系统示意图值控制系统示意图三、测量元件特性的影响2.信号传送滞后的影响信号传送滞后的影响信号传送滞后通常包括测量信号传送滞后和控制信号传送滞后两部分。信号传送滞后通常包括测量信号传送滞后和控制信号传送滞后两部分。测量信号测量信号传送滞后传送滞后控制信号控制信号传送滞后传送滞后由现场测量变送装置由现场测量变送装置的信号传送到控制室的信号传送到控制室的控制器所引起的滞的控制器所引起的滞后。后。由控制室内控制器的由控制室内控制器的输出控制信号传送到输出控制信号传送到现场执行器所引起的现场执行器所引起的滞后。滞后。 2.信号传送滞后的影

19、响尽可能缩短传送管线长度，一般气压信号管路长度不尽可能缩短传送管线长度，一般气压信号管路长度不超过超过300m，管径应大于，管径应大于mm。或在气路。或在气路60m距离间加距离间加气动继动器，提高气信号传输功率，减小传输时间。气动继动器，提高气信号传输功率，减小传输时间。采用气采用气-电、电电、电-气转换器实现转换传递，或用阀门定气转换器实现转换传递，或用阀门定位器等。位器等。四、执行器的选择（第五章）1.结构形式的选择2.控制阀流量特性的选择3.控制阀口径的选择执行器作用方式：气开式和气关式。执行器作用方式：气开式和气关式。化工仪表及自动化五、控制器的设计n 1.控制器控制规律的确定n目前工

20、业上常用的控制器主要有三种控制规律:比例控制规律P、比例积分控制规律PI和比例积分微分控制规律PID。特点特点适用于适用于比例控比例控制器制器控制器的输出与偏差成比例,阀门位置与偏差之间有一一对应关系。当负荷变化时,比例控制器克服干扰能力强,过渡过程时间短。纯比例控制器在过渡过程终了时存在余差。 调节通道滞后较小、负荷变化不大、工艺上没有提出无差要求的系统。 比例积比例积分控制分控制器器积分作用使控制器输出与偏差的积分成比例, 过渡过程结束时无余差。但使稳定性降低。 调节通道滞后较小、负荷变化不大、工艺参数不允许有余差的系统。 比例积比例积分微分分微分控制器控制器微分作用使控制器的输出与偏差变

21、化速度成比例。它对克服容量滞后有显著效果。在比例的基础上加上微分作用能提高稳定性,再加上积分作用可以消除余差。 容量滞后较大、负荷变化大、控制质量要求较高的系统 五、控制器的设计化工仪表及自动化 在系统投运前必须注意检查各环节的作用方向，其目的是通过改变控制器的正、反作用，以保证整个控制系统是一个具有负反馈的闭环系统。（1）判断被控对象的作用方向（2）确定测量元件及变送器的作用方向（3）确定执行器的作用方向（4）确定控制器的作用方向2.控制器正、反作用的确定图图6-16加热炉出口温度控制系统加热炉出口温度控制系统图图6-17 锅炉水位锅炉水位-压力控制系统压力控制系统图图6-18控制器正、反作

22、用开关示意图控制器正、反作用开关示意图2.控制器正、反作用的确定化工仪表及自动化 3.控制器参数的工程整定 按照已定的控制方案，求取使控制质量最好的控制器参数值。即确定最合适的控制器比例度、积分时间TI和微分时间TD。 理论计算的方法和工程整定法。 先通过试验得到临界比例度k和临界周期Tk，然后根据经验总结出来的关系求出控制器各参数值。 化工仪表及自动化图图6-19 临界振荡过程临界振荡过程控制作用比例度/%积分时间TI/min微分时间TD/min比例比例+积分比例+微分比例+积分+微分2k2.2k1.8k1.7k0.85Tk0.5Tk0.1Tk0.125Tk表 6-1临界比例度法参数计算公式

23、表 比较简单方便，容易掌握和判断，适用于一般的控制系统。对于临界比例度很小的系统不适用。 对于工艺上不允许产生等幅振荡的系统本方法亦不适用。 3.控制器参数的工程整定通过使系统产生衰减振荡来整定控制器的参数值。通过使系统产生衰减振荡来整定控制器的参数值。图图6-204 1和和10 1衰减振荡衰减振荡过程过程控制作用/%TI/minTD/min比例s比例+积分1.2s 0.5TS比例+积分+微分0.8s 0.3TS0.1TS控制作用/%TI/minTD/min比例s 比例+积分1.2s 2T升比例+积分+微分0.8s 1.2T升0.4T升表6-24 1衰减曲线法控制器参数计算表表6-210 1衰

24、减曲线法控制器参数计算表 3.控制器参数的工程整定化工仪表及自动化s 3.控制器参数的工程整定化工仪表及自动化（1）加的干扰幅值不能太大，要根据生产操作要求来定，一般为额定值的5左右，也有例外的情况。（2）必须在工艺参数稳定情况下才能施加干扰，否则得不到正确的S、TS或S和T升值。（3）对于反应快的系统，如流量、管道压力和小容量的液位控制等，要在记录曲线上严格得到4 1衰减曲线比较困难。一般以被控变量来回波动两次达到稳定，就可以近似地认为达到4 1衰减过程了。 3.控制器参数的工程整定化工仪表及自动化根据经验先将控制器参数放在一个数值上，直接在闭环的控制系统中，通过改变给定值施加干扰，在记录仪

25、上观察过渡过程曲线，运用、TI、TD对过渡过程的影响为指导，按照规定顺序，对比例度、积分时间TI和微分时间TD逐个整定，直到获得满意的过渡过程为止。 3.控制器参数的工程整定控制变量控制变量特特 点点/%TI/minTD/min流量流量对象时间常数小，参数有波动， 要大；TI要短；不用微分401000.3 1温度温度对象容量滞后较大，即参数受干扰候变化迟缓；应小；TI要长；一般需加微分20 603 100.5 3压力压力对象的容量滞后一般，不算大，一般不加微分30 700.4 3液位液位对象时间常数范围较大。要求不高时，可在一定范围内选取，一般不用微分20 80表6-3 不同被控变量的控制器参

26、数经验数据表 3.控制器参数的工程整定化工仪表及自动化 3.控制器参数的工程整定化工仪表及自动化图图6-21三种振荡曲线比较图三种振荡曲线比较图图图6-22比例度过大、积分时间过大时两比例度过大、积分时间过大时两种曲线比较图种曲线比较图比例度过小、积分时间过小或微分时间过大，产生的周期性激烈振荡。 如果比例度过大或积分时间过大，过渡过程变化缓慢的情形。 3.控制器参数的工程整定化工仪表及自动化（2）先按表6-3中给出的范围把TI定下来，如要引入微分作用，可取TD(1/31/4)TI，然后对进行凑试，凑试步骤与前一种方法相同。 方法简单，适用于各种控制系统。 特别是外界干扰作用频繁，记录曲线不规

27、则的控制系统，采用此法最为合适。 此法主要是靠经验，在缺乏实际经验或过渡过程本身较慢时，往往较为费时。 3.控制器参数的工程整定化工仪表及自动化 对于同一个系统，不同的人采用经验凑试法整定，可能得出不同的参数值。 在一个自动控制系统投运时，控制器的参数必须整定，才能获得满意的控制质量。同时，在生产进行的过程中，如果工艺操作条件改变，或负荷有很大变化，被控对象的特性就要改变，因此，控制器的参数必须重新整定。 3.控制器参数的工程整定第三节 简单控制系统分析和设计实例一、贮槽液位过程控制系统的设计图6-23为一液位储槽系统示意图，生产工艺要求储槽内的液位需要维持在某个设定值上，或只允许在某一小范围

28、内变化。同时，为确保生产过程的安全，还要绝对保证液体不产生溢出现象图图6-23 某液位储槽系统示意图某液位储槽系统示意图化工仪表及自动化一、贮槽液位过程控制系统的设计（1）被控变量的选择）被控变量的选择选择贮槽的液位为直接被控参数。选择贮槽的液位为直接被控参数。图图6-24 储槽液位控制系统示意图储槽液位控制系统示意图（2）操纵变量的选择）操纵变量的选择从保证液体不会溢出的要求从保证液体不会溢出的要求考虑，选择液体的流入量作为操考虑，选择液体的流入量作为操纵变量则更为合理。纵变量则更为合理。化工仪表及自动化一、贮槽液位过程控制系统的设计 测量元件及变送器的选择测量元件及变送器的选择选用差压式传

29、感器或选用差压式传感器或DDZ-差压式变送器以实现对储槽差压式变送器以实现对储槽液位的测量和变送。液位的测量和变送。 控制阀的选择控制阀的选择从生产工艺的安全性出发，选用气开式执行器，由于储从生产工艺的安全性出发，选用气开式执行器，由于储槽是单容特性，故选用对数流量特性的执行器即可。槽是单容特性，故选用对数流量特性的执行器即可。 (3)检测、控制仪表的选择检测、控制仪表的选择化工仪表及自动化一、贮槽液位过程控制系统的设计 选用选用P或或PI控制规律即可。控制规律即可。当液体流入量增加时，液位输出亦增加，故被控对当液体流入量增加时，液位输出亦增加，故被控对象为正作用；因执行器选为气开式，也为正作

30、用；测象为正作用；因执行器选为气开式，也为正作用；测量变送环节一般都为正。量变送环节一般都为正。根据简单控制系统具有负反馈的原则，控制器的方根据简单控制系统具有负反馈的原则，控制器的方向为反作用。向为反作用。2.控制方案设计(3)(3)检测、控制仪表的选择检测、控制仪表的选择 控制器的选择控制器的选择化工仪表及自动化储槽液位控制一个简单控制过程，宜采用反应曲线法进行控制器的参数整定，而不宜采用临界比例度法或衰减曲线法进行参数整定。一、贮槽液位过程控制系统的设计备注：化工仪表及自动化图6-25所示为工业中常用的物料蒸汽加热器示意图，通过改变蒸汽流量加热物料使物料的温度达到工艺的要求二、蒸汽加热物

31、料温度控制系统设计图图6-25蒸汽加热器示意图蒸汽加热器示意图化工仪表及自动化n（1）被控变量的选择）被控变量的选择根据生产工艺，希望出口处物料的温度维持在一定范根据生产工艺，希望出口处物料的温度维持在一定范围内，因而被控变量可选用出口处的物料温度围内，因而被控变量可选用出口处的物料温度n（2）操纵变量的选择）操纵变量的选择操纵变量应选择可控的蒸汽流量最为合适，因为它对操纵变量应选择可控的蒸汽流量最为合适，因为它对物料温度的影响最为显著。物料温度的影响最为显著。二、蒸汽加热物料温度控制系统设计2.控制方案设计化工仪表及自动化（3）检测、控制仪表的选择）检测、控制仪表的选择 测温元件的选择测温元

32、件的选择若被控温度在若被控温度在500以下，可选用铂热电阻为温度检测元以下，可选用铂热电阻为温度检测元件，为提高检测精度，铂热电阻应选用三线制接法。件，为提高检测精度，铂热电阻应选用三线制接法。 控制阀的选择控制阀的选择从生产工艺的安全性出发，应选用气开式的控制阀。从生产工艺的安全性出发，应选用气开式的控制阀。 控制器的选择控制器的选择根据工艺的特点，可选用根据工艺的特点，可选用PI或者或者PID控制规律。控制规律。二、蒸汽加热物料温度控制系统设计化工仪表及自动化物料蒸汽加热器控制方案如图6-26所示。二、蒸汽加热物料温度控制系统设计 图图6-26蒸汽加热器温度控制系统蒸汽加热器温度控制系统化

33、工仪表及自动化 图6-27所示为乳化物干燥过程工艺流程图。三、喷雾式干燥设备控制系统设计6-27 乳化物干燥过程工艺流程图乳化物干燥过程工艺流程图化工仪表及自动化n（1）被控变量的选择）被控变量的选择选干燥器的温度为被控变量（间接参数）选干燥器的温度为被控变量（间接参数）n（2）操纵变量的选择）操纵变量的选择三、喷雾式干燥设备控制系统设计根据操纵变量不同有三种选择方案：根据操纵变量不同有三种选择方案：化工仪表及自动化第一种方案以乳液流量第一种方案以乳液流量f1（t）作为操纵变量，通过改变）作为操纵变量，通过改变阀阀1乳液流量使得干燥温度维持恒定的温度控制系统，其方乳液流量使得干燥温度维持恒定的

34、温度控制系统，其方块图如图块图如图6-28（a）所示。）所示。三、喷雾式干燥设备控制系统设计（a）乳化物流量作为操纵变量的控制系统方框图 图图6-28 干燥塔温度控制方案比较干燥塔温度控制方案比较化工仪表及自动化第二种方案以加热蒸汽流量第二种方案以加热蒸汽流量f3（t）作为操纵变量，通过）作为操纵变量，通过改变阀改变阀3加热蒸汽流使得干燥温度维持恒定的单回路温度控制加热蒸汽流使得干燥温度维持恒定的单回路温度控制系统，其方块图如图系统，其方块图如图6-28（b）所示。）所示。三、喷雾式干燥设备控制系统设计（b）旁路空气流量作为操纵变量的控制系统方框图 图图6-28 干燥塔温度控制方案比较干燥塔温

35、度控制方案比较化工仪表及自动化第三种方案以旁路空气流量第三种方案以旁路空气流量f2（t）作为操纵变量，）作为操纵变量，通过改变流过旁路阀通过改变流过旁路阀2的空气流量使得干燥温度维持恒定的空气流量使得干燥温度维持恒定的单回路温度控制系统，其方块图如图的单回路温度控制系统，其方块图如图6-28（c）所示。）所示。三、喷雾式干燥设备控制系统设计（c）蒸汽量作为操纵变量的控制系统方框图 图图6-28 干燥塔温度控制方案比较干燥塔温度控制方案比较化工仪表及自动化三、喷雾式干燥设备控制系统设计方案的判别：方案的判别：q从控制效果考虑：从控制效果考虑： 方案方案1最佳最佳, 对干燥温度的校正作用最快；对干

36、燥温度的校正作用最快； 方案方案2次之次之 方案方案3最差最差q从工艺合理性考虑：从工艺合理性考虑： 方案方案1并不合适并不合适乳液流量是生产负荷（亦是产量），若作乳液流量是生产负荷（亦是产量），若作为操纵变量，则它不可能始终在最大的（而且为操纵变量，则它不可能始终在最大的（而且是稳定的）负荷点工作，从而限制了装置的生是稳定的）负荷点工作，从而限制了装置的生产能力。产能力。化工仪表及自动化图图6-29 乳化物干燥过程温度控制系统乳化物干燥过程温度控制系统三、喷雾式干燥设备控制系统设计q最佳方案：最佳方案： 方案方案2，即选择旁路空气流量，即选择旁路空气流量f2为操纵变量为操纵变量。化工仪表及自

37、动化 控制阀的选择控制阀的选择2.控制方案设计（3）检测、控制仪表的选择）检测、控制仪表的选择被控温度在被控温度在100左右，选用左右，选用热电阻温度计热电阻温度计。为提高检测精度，。为提高检测精度，配用配用DDZ-型热电阻温度变送器，并型热电阻温度变送器，并采用三线制接法采用三线制接法。检测元件及变送器的选择检测元件及变送器的选择 根据生产工艺安全原则和被控介质特点，选择控制阀为根据生产工艺安全原则和被控介质特点，选择控制阀为气关形式气关形式。根据过程特性与控制要求，选择理想流量特性为。根据过程特性与控制要求，选择理想流量特性为对数流量特性对数流量特性的控的控制阀。制阀。化工仪表及自动化2.

38、控制方案设计（3）检测、控制仪表的选择）检测、控制仪表的选择根据过程特性与工艺要求，由于被控过程具有一定时间常数和工根据过程特性与工艺要求，由于被控过程具有一定时间常数和工艺要求温度波动在艺要求温度波动在2以内，可选用以内，可选用PI或或PID控制规律的控制规律的DDZ-型型控制器控制器。根据构成负反馈系统原则，控制阀为气关形式，为反作用；当空根据构成负反馈系统原则，控制阀为气关形式，为反作用；当空气流量增加时，干燥温度下降，乳液含水量增加，被控对象为反作用气流量增加时，干燥温度下降，乳液含水量增加，被控对象为反作用，因此，因此，选择反作用式控制器选择反作用式控制器。控制器的选择控制器的选择化工仪表及自动化