过程控制及自动化仪表课件-第七章-实现特殊工艺要求的过程控制系统资料优秀PPT.ppt
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1、 第第7 7章章 实现特殊要求过程限制系统实现特殊要求过程限制系统 本章要点本章要点1 1)了解比值限制的工业应用背景,熟悉比值限)了解比值限制的工业应用背景,熟悉比值限制系统的结构类型;制系统的结构类型;2 2)驾驭比值限制系统中比值器参数计算方法;)驾驭比值限制系统中比值器参数计算方法;3 3)了解比值限制系统中的非线性补偿、动态补)了解比值限制系统中的非线性补偿、动态补偿以及实施方案等;偿以及实施方案等;4 4)驾驭匀整限制的特点及设计方法;)驾驭匀整限制的特点及设计方法;5 5)驾驭分程限制的特点及应用场合;)驾驭分程限制的特点及应用场合;6 6)驾驭自动选择性限制的特点及应用场合。)
2、驾驭自动选择性限制的特点及应用场合。7.1 7.1 7.1 7.1 比值限制系统比值限制系统比值限制系统比值限制系统7.1.17.1.17.1.17.1.1比值限制系统概述比值限制系统概述比值限制系统概述比值限制系统概述 在现代工业生产过程中,常常要求两种或两种以上的物料流量成确定比例关系。假如比例失调,则会影响生产的正常进行,或者影响产品的产量与质量,奢侈原材料,造成环境污染,甚至发生生产事故。在锅炉的燃烧过程中,须要自动保持燃料量和空气量按确定比例混合后送入炉膛,以确保燃烧的效率。在重油气化的造气生产过程中,进入氧化炉的氧气和重油量应保持确定的比例,若氧油比过高,会因炉温过高而使喷嘴和耐火
3、砖烧坏,严峻时会引起炉子爆炸;假如氧量过低,则会生成的炭黑增多,会发生堵塞现象。比值限制系统即是:使一种物料随另一种物料按确定比例变更的限制系统。其中处于主导地位的物料为主物料或主流量,用q1表示;其他物料称为从物料或副流量,用q2表示。q2/q1=k1 1、开环比值限制系统、开环比值限制系统2 2、单闭环比值限制系统、单闭环比值限制系统只有当副流量没有干扰的状况下才适用,然而副流量的干扰不行避开只有当副流量没有干扰的状况下才适用,然而副流量的干扰不行避开 问题:可以精确的限制问题:可以精确的限制q1与与q2的比值关系,但的比值关系,但q1的值不行控,主的值不行控,主流量可以因干扰作用或负荷的
4、升降而随意变更。适用于负荷变更不流量可以因干扰作用或负荷的升降而随意变更。适用于负荷变更不大的场合。大的场合。丁烯洗涤塔的任务是除去丁烯馏分中所夹带的乙腈,为了保证洗涤质量,要求依据进料流量配以确定比例的洗涤水量。FTKFCFT带乙腈的丁烯馏分丁烯带乙腈的洗涤水洗涤水丁烯洗涤塔进料量与洗涤水量的比值限制系统洗涤塔3 3、双闭环比值限制系统、双闭环比值限制系统问题:该限制方案所用仪表较多,投资较高。问题:该限制方案所用仪表较多,投资较高。双闭环比值限制系统大大克服了主流量的干扰,使主流量变得比较平稳。另一个优点是升降负荷比较便利,只要变更主流量的设定值即可。双闭环比值限制系统常用在主流量干扰频繁
5、或工艺上常常须要升降负荷的场合。图示烷基扮装置中的双闭环比值限制系统。进入反应器的异丁烷-丁烯馏分要求按比例配以催化剂硫酸,同时又要求各自的流量比较稳定。反应器FCFCK异丁烷-丁烯出料硫酸异丁烷-丁烯馏分与硫酸的双闭环比值限制系统4 4、变比值限制系统、变比值限制系统基于除法器的变比值限制 应当留意:在变比值限制系统中,比值通常只是一种限制手段不是最终目的,而第三参数y(s)往往是产品质量指标。在有些生产过程中,要求两种物料的流量比随第三个工艺参数的要求而变更,也就是比值系数不是固定的而是随工况而变更的,这就是变比值限制。硝酸生产限制系统硝酸生产限制系统氧化炉温度串级比值限制流程图氧化炉温度
6、串级比值限制流程图 在变换炉生产过程中,半水煤气与水蒸气的量需保持确定的比值,但其比值系数要随一段触媒层的温度变更而变更,才能在较大负荷变化下保持良好的限制质量。在这里,蒸汽与半水煤气的流量经测量变送后,送往除法器,计算得到它们的实际比值,作为流量比值限制器FC的测量值。而FC的给定值来自温度限制器TC,最终通过调整蒸汽量(事实上是调整了蒸汽与半水煤气的比值)来使变换炉触媒层的温度恒定在规定的数值上。TCFC蒸汽煤气喷射泵触媒层变换炉变换炉的半水煤气与水蒸气的变值限制系统7.1.2 7.1.2 7.1.2 7.1.2 比值限制系统的设计比值限制系统的设计比值限制系统的设计比值限制系统的设计 比
7、值限制是解决不同物料流量之间的比例关系问题。当运用单元组合仪表时,因输入输出参数均为统一标准信号,所以,比值器参数必需由实际物料流量的比值系数折算成仪表的标准统一信号。(1 1)流量与检测信号呈非线性关系)流量与检测信号呈非线性关系 1 1、比值器参数的计算、比值器参数的计算 当物料流量的比值确定、流量与其检测信号呈平方关系时,当物料流量的比值确定、流量与其检测信号呈平方关系时,比值器的参数与物料流量的实际比值和最大值之比的乘积也呈平比值器的参数与物料流量的实际比值和最大值之比的乘积也呈平方关系。方关系。(2 2)流量与检测信号呈线性关系)流量与检测信号呈线性关系 当物料流量的比值确定、流量与
8、其测量信号呈线性关系当物料流量的比值确定、流量与其测量信号呈线性关系时,比值器的参数与物料流量的实际比值和最大值之比的乘时,比值器的参数与物料流量的实际比值和最大值之比的乘积也呈线性关系。积也呈线性关系。例:已知某流量比值系统接受差压式流量计测量主副流量,例:已知某流量比值系统接受差压式流量计测量主副流量,其最大量程分别为:其最大量程分别为:工艺要求工艺要求试计算不加开方器与加开方器后仪表的比值系数试计算不加开方器与加开方器后仪表的比值系数KK不加开方器时不加开方器时:解解:加开方器后加开方器后:2 2、比值限制系统中的非线性补偿、比值限制系统中的非线性补偿 比值限制系统中的非线性特性是指被控
9、过程的静态放大系数随负荷变更而变更的特性,在设计比值限制系统时必须要加以留意。(1 1)测量变送环节的非线性特性)测量变送环节的非线性特性 流量与测量信号无论是呈线性关系还是呈非线性关系,其比流量与测量信号无论是呈线性关系还是呈非线性关系,其比值系数与负荷的大小无关,均保持其为常数。但是,当流量与测值系数与负荷的大小无关,均保持其为常数。但是,当流量与测量信号呈非线性关系时对过程的动态特性却是有影响的。量信号呈非线性关系时对过程的动态特性却是有影响的。其输入输出关系有:其输入输出关系有:接受接受DDZDDZ型仪表将差压信号线性地转换为电流信号:型仪表将差压信号线性地转换为电流信号:测量变送环节
10、是非线性的,其静态放大系数为:测量变送环节是非线性的,其静态放大系数为:问题:当负荷增大时,调整器的整定参数假如不能随之变更,则系统的运行质量就会下降。(2 2)非线性补偿)非线性补偿 为了克服这一不利影响,通常用开方器进行补偿,即在差压变送器后串接一个开方器,使流量与测量信号之间呈现线性关系。差压变送器的输出电流信号与开方器的输出电流信号之间的关系为差压变送器的输出电流信号与开方器的输出电流信号之间的关系为:测量变送环节和开方器串接后总的静态放大系数为:测量变送环节和开方器串接后总的静态放大系数为:常量,它已不再受负荷变更的影响3 3、比值限制系统中的动态补偿、比值限制系统中的动态补偿 在某
11、些特殊的生产工艺中,对比值限制的要求特别高,即不仅在静态工况下要求两种物料流量的比值确定,而且在动态状况下也要求两种物料流量的比值确定。为实现动态比值确定,必需满足为实现动态比值确定,必需满足 4 4、比值限制系统的实现、比值限制系统的实现 二、把一个流量的测量值乘以比值系二、把一个流量的测量值乘以比值系数,其乘积作为副调整器的设定值,数,其乘积作为副调整器的设定值,称为相乘限制方案。称为相乘限制方案。在工程上,具体实现比值限制时,通常有比值器、乘法器或除法器等单元仪表可供选用,相当便利。一、把两个流量的测量值相除,其商一、把两个流量的测量值相除,其商作为调整器的反馈值,称为相除限制作为调整器
12、的反馈值,称为相除限制方案。方案。5 5、比值限制系统的参数整定、比值限制系统的参数整定 在比值限制系统中,双闭环比值限制系统的主流量回路可按单回路限制系统进行整定;变比值限制系统因结构上属串级限制系统,所以主调整器可按串级限制系统的整定方法进行。这样,比值限制系统的参数整定,主要是探讨单回路、双闭环的副回路、变比值限制的变比回路的整定问题。由于这些回路本质上都是随动系统,因此要求其快速、正确跟随主流量变更,而且不宜有超调,最好整定在振荡与不振荡的临界为宜。具体步骤如下:在满足工艺生产流量比的条件下,计算比值系数K,将比值限制系统投入自动运行。将积分时间置于最大,并由小到大渐渐调整比例度,使系
13、统响应快速,并处于振荡与不振荡的临界过程。若投入积分作用,则先适当放宽比例度,再投入积分作用,逐步减小积分时间,直到系统出现振荡与不振荡或稍有超调过程为止。合成氨生产某段转化反应中,为保证转化率,必需保持自然气、水蒸气和空气之间成确定比值(1:3:1.4)。流量测量都接受差压变送器,未运用开方器。水蒸气流量最大值 Q1max=32000m3/h,自然气流量的最大值Q 2max=12500m3/h,空气流量的最大值Q 3max=16000m3/h,其中水蒸气为主流量。接受相乘方案,试计算该比值限制系统的比值系数K1、K2解:7.2 7.2 7.2 7.2 匀整限制系统匀整限制系统匀整限制系统匀整
14、限制系统7.2.1 7.2.1 7.2.1 7.2.1 匀整限制的提出与特点匀整限制的提出与特点匀整限制的提出与特点匀整限制的提出与特点1 1、匀整限制的提出、匀整限制的提出 匀整限制系统具有使限制量与被限制量匀整缓慢地在确定范围内变更的特殊功能。1、稳定塔A的液位 解决的方法:增加中间储存容器 2、稳定塔B的进料流量 解决的方法:接受匀整限制 图a图c是一般的单回路限制系统的限制结果,只有图b才体现了匀整限制的思想,即L和F都缓慢波动且都稳定在确定范围内。将液位限制与流量限制统一在一个限制系统中,从系统内部解决将液位限制与流量限制统一在一个限制系统中,从系统内部解决两种工艺参数供求之间的冲突
15、,即使两种工艺参数供求之间的冲突,即使A A塔的液位在允许的范围内波动的塔的液位在允许的范围内波动的同时,也使流量平稳缓慢地变更。同时,也使流量平稳缓慢地变更。匀整限制的设计思想:匀整限制的设计思想:液位限制时前后设备的液位、流量关系液位限制时前后设备的液位、流量关系 2.2.匀整限制的特点匀整限制的特点 1、结构上无特殊性、结构上无特殊性 同样一个单回路液位限制系统,由于限制作用强弱不一,既可同样一个单回路液位限制系统,由于限制作用强弱不一,既可以是单回路定值限制系统,也可以是匀整限制系统。因此匀整限以是单回路定值限制系统,也可以是匀整限制系统。因此匀整限制是靠降低限制回路的灵敏度而不是靠结
16、构变更获得的。制是靠降低限制回路的灵敏度而不是靠结构变更获得的。2、参数有变更,而且是缓慢地变更 因为匀整限制是前后设备物料供求之间的匀整,所以表征两个物料的参数都不应是某一固定值。那种试图把两个参数都稳定不变的想法绝非匀整限制的目的。无需将两个参数平均安排,而是视前后设备的特性及重要件等因素来确定其主次。3、参数应在限定范围内变更、参数应在限定范围内变更 在匀整限制系统中,被控变量是非单一、非定值的,允许它们在匀整限制系统中,被控变量是非单一、非定值的,允许它们在确定的范围内变更,但前塔的液位变更有一个规定的上、下限。在确定的范围内变更,但前塔的液位变更有一个规定的上、下限。同样,后塔的进料
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