第八章-化工过程自动控制优秀PPT.ppt

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1、化工流程中常常须要限制的部分工艺变量（参数）：化工流程中常常须要限制的部分工艺变量（参数）：温度 压力 流量液位搅拌转速PH值浊度、粘度、各种组份浓度对一个化工流程进行限制对一个化工流程进行限制人工限制人工限制仪表和计算机限制（自动限制）仪表和计算机限制（自动限制）自动限制是在人工限制的基础上发展而来的，由检测仪表、计算机装自动限制是在人工限制的基础上发展而来的，由检测仪表、计算机装置、自控阀门组成的自动限制系统分别代替人的眼睛视察、大脑推断决策置、自控阀门组成的自动限制系统分别代替人的眼睛视察、大脑推断决策、手动操作。、手动操作。计算机自动限制系统示意图计算机自动限制系统示意图化工过程（或化

2、工设备）一次仪表二次仪表（物理量）（变送器）计算机限制装置420mA05V执行机构（自控阀门）计算机自动限制系统仪表（一次和二次仪表）计算机限制装置动作机构（自控阀门）计算机主机（硬件、软件）A/D、D/A（模入、模出）限制软件（平台软件及二次开发的限制应用软件）序号名称符号序号名称符号1变送器4控制室仪表2就地安装仪表5孔板流量计3机组盘装仪表6转子流量计化工流程自控仪表的一些图形符号：化工流程自控仪表的一些图形符号：自控参量代号：T温度 F流量 P压力或真空度 L物位 C浓度 pH氢离子浓度A分析 V黏度 M搅拌转速自控功能代号：I指示 C限制 Q累积J记录 X信号 T调整L联锁 A报警

3、R人工遥控 表示将位号为表示将位号为101的流量信号引入计算机自控系统，显示并限制该值。的流量信号引入计算机自控系统，显示并限制该值。表示在设备旁边就地加装仪表显示温度表示在设备旁边就地加装仪表显示温度101，而不引入计算机自控系统。，而不引入计算机自控系统。FIC101TI101例如：例如：8.1 化工流程自控限制的一些基本概念化工流程自控限制的一些基本概念一、自动限制术语一、自动限制术语TIC换热器换热器冷流股热流股加热蒸汽冷凝水要求：热流股温度限制在8011、被控对象（被控过程、被控设备）TIC换热器换热器冷流股热流股加热蒸汽冷凝水定义：须要实现自动限制的生产流程（过程）或设备。定义：须

4、要实现自动限制的生产流程（过程）或设备。上述例子中，被控对象就是换热器。2、被控变量（被控参数）定义：被控对象中须要保持规定数值的物理量。定义：被控对象中须要保持规定数值的物理量。上述例子中，热流股的温度。TIC换热器换热器冷流股热流股加热蒸汽冷凝水3、限制变量（操纵变量）定义：受执行装置（自控阀门）操纵，用来使被控变量保持在设定值的定义：受执行装置（自控阀门）操纵，用来使被控变量保持在设定值的某个物理量。某个物理量。上述例子中，加热蒸汽的流量。4、干扰变量（扰动变量）定义：除限制变量以外，作用于被控对象，并可能引起被控变量发生变定义：除限制变量以外，作用于被控对象，并可能引起被控变量发生变更

5、的一些物理量。更的一些物理量。上述例子中，加热蒸汽的压力（温度）、冷流股的流量及温度。TIC换热器换热器冷流股热流股加热蒸汽冷凝水5、设定值与限制精度设定值被控变量的工艺规定值。设定值被控变量的工艺规定值。（留意：对开环限制系统，限制变量也可以有设定值。）（留意：对开环限制系统，限制变量也可以有设定值。）限制精度设定值允许的波动范围。限制精度设定值允许的波动范围。上述例子中，热流股的温度要求限制在801。80就是被控变量的设定值，1就是对热流股温度的限制精度要求。对连续过程，设定值是一个定值对连续过程，设定值是一个定值温度（）时间80温度（）时间对间歇过程，设定值也可以是一个随时间而变的曲线（

6、时变曲线）对间歇过程，设定值也可以是一个随时间而变的曲线（时变曲线）TIC换热器换热器冷流股热流股加热蒸汽冷凝水6、限制偏差限制偏差被控变量的设定值与其实际测量值之差。限制偏差被控变量的设定值与其实际测量值之差。上述例子中，热流股的温度要求限制在801。假照实际检测为80.6，那么0.6 就是限制偏差。偏差在限制精度以内限制有效（成功限制），如偏差在限制精度以内限制有效（成功限制），如80.9 偏差在限制精度以外限制失控，如偏差在限制精度以外限制失控，如81.2 限制失效的缘由有多种。限制失效的缘由有多种。二、限制系统类型二、限制系统类型计算机自动限制系统计算机自动限制系统开环限制系统开环限制

7、系统闭环限制系统闭环限制系统 TI换热器换热器冷流股热流股加热蒸汽冷凝水1、开环限制系统、开环限制系统人工预先给定蒸汽流量值计算机限制装置 TI换热器换热器冷流股热流股加热蒸汽冷凝水 FI2、闭环限制系统、闭环限制系统TIC换热器换热器冷流股热流股加热蒸汽冷凝水闭环限制系统作用原理：闭环限制系统作用原理：通过被控变量的检测值与其设定值的偏差（包括偏差正负方向），通过被控变量的检测值与其设定值的偏差（包括偏差正负方向），反过来通过计算机限制装置对限制变量进行操纵调整。反过来通过计算机限制装置对限制变量进行操纵调整。开环限制系统与闭环限制系统的几点显著区分：、闭环限制系统是按被控变量的检测值与其设

8、定值的偏差去操纵（影响）限制变量；而开环限制系统是依据限制变量本身的设定值或干扰变量的大小去操纵（影响）限制变量。、闭环限制系统在被控变量 限制装置 限制变量之间形成了相互影响的回路。即：限制变量可以变更到被控变量，反过来，被控变量的信息有可以指导限制变量的调整。而开环限制系统不存在此相互影响的回路。、闭环限制系统必需有被控变量的检测，而开环限制系统可以没有被控变量的检测。化工流程的限制系统类型，绝大多数为闭合限制系统。化工流程的限制系统类型，绝大多数为闭合限制系统。关于化工流程限制回路的限制算法（限制器算法）关于化工流程限制回路的限制算法（限制器算法）一般固定PID算法；自校正PID算法；自

9、适应限制算法；自校正限制算法；模糊（FUZZY）限制算法；专家限制系统算法；在化工流程的实际限制中，常常遇到一些干扰变量多、大滞后等问题，在化工流程的实际限制中，常常遇到一些干扰变量多、大滞后等问题，对限制回路的限制算法提出了挑战。对限制回路的限制算法提出了挑战。8.2 化工单元操作常见的限制方案化工单元操作常见的限制方案一、离心泵出口流量限制一、离心泵出口流量限制1、离心泵出口单路流量限制、离心泵出口单路流量限制FICFIC情形1情形22、离心泵出口多支路流量限制、离心泵出口多支路流量限制FICFIC留意：留意：全部调整阀均应当水平安装，并保证其前后直管段长度；全部调整阀均应当水平安装，并保

10、证其前后直管段长度；二、容器（釜）内液相温度限制二、容器（釜）内液相温度限制TIC蒸汽冷凝水疏水器三、容器（釜）内压力限制三、容器（釜）内压力限制PIC蒸汽冷凝水K情形1，釜内真空度限制去真空泵PIC蒸汽冷凝水情形2，釜内正压限制放空压力气体蒸汽冷凝水PHIC碱酸四、容器（釜）内液相四、容器（釜）内液相PH值限制值限制LIC蒸汽冷凝水进料五、容器（釜）内液体的液位限制五、容器（釜）内液体的液位限制通过进料流股流率来限制容器内液体的液位六、困难的串级限制六、困难的串级限制TIC换热器换热器冷流股热流股加热蒸汽冷凝水换热器困难串级限制示意图换热器困难串级限制示意图TITIFI七、化工流程中的间接测

11、量与限制七、化工流程中的间接测量与限制问题描述：一个真空蒸发结晶的间歇过程，蒸发结晶釜内（釜总体积为6m3）为正丁醇水帕罗西丁物系，釜外夹套接受1.3kgf/cm2的饱和蒸汽加热，系统真空度要求限制在72010mmHg，起先真空蒸发结晶前，首先一次性向釜内压入3m3的正丁醇水帕罗西盯均相物料（溶剂基水份含量质量百分数为23，起始温度为室温。），开启真空泵，待真空度稳定后，起先限制加热蒸汽流量进行升温蒸发，随着正丁醇水的馏出，釜内液位将下降，要求接受补加正丁醇的方式维持结晶釜内液位基本不变。当釜内水份含量降低到确定数值时，帕罗西盯起先结晶出来。整个过程为了保证晶体的成核与生长，还要求限制蒸发过程的蒸发速度，而且在出晶点时蒸发出的冷凝液要部分回流到结晶釜。为了防止帕罗西盯的热降解，整个蒸发过程温度不能超过50。蒸发结晶终点限制在结晶釜内物料溶剂基水份含量质量百分数为0.6，然后泄掉系统真空，进行过滤、干燥、洗涤，得到帕罗西盯产品（晶体）。蒸汽冷凝水补加正丁醇冷凝器冷凝器结晶釜冷凝液收集器缓冲罐去真空泵分流器蒸发结晶流程示意图蒸发结晶流程示意图蒸汽冷凝水补加正丁醇冷凝器冷凝器结晶釜冷凝液收集器缓冲罐去真空泵分流器蒸发结晶带限制点的流程示意图蒸发结晶带限制点的流程示意图TILICPIC PI