文档介绍：第六章其他控制系统
内容提要
在化工生产过程中,经常会遇到一些约束性条件,或者是对两个参数同时提出控制要求,以及一个控制器同时去控制两个或更多的执行器等,这样会遇到均匀、选择及分程控制系统。本章主要讲述均匀、选择、分程及自动保护控制系统的原理、结构及应用等方面的问题。
均匀控制系统 均匀控制原理
均匀控制系统是在连续生产过程中各种设备前后紧密联系的情况下提出来的一种特殊的液位(或气压)-流量控制系统。其目的在于使液位保持在一个允许的变化范围,而流量也保持平稳。均匀控制系统是就控制方案所起的作用而言,从结构上看,它可以是简单控制系统、串级控制系统,也可以是其他控制系统。
石油、化工等生产过程绝大部分是连续生产过程,一个设备的出料往往是后一个设备的进料。例如,为了将石油裂解气分离为甲烷、已烷、丙烷、丁烷、乙烯、丙烯等,前后串联了若干个塔,除产品塔将产品送至贮罐外,其余各精馏塔都是将物料连续送往下一个塔进行再分离。
为了保证精馏塔生产过程的稳定进行,总希望尽可能保证塔底液位比较稳定,因此考虑设计液位控制系统;同时又希望能保持进料量比较稳定,因此又考虑设置进料流量控制系统。对于单个精馏塔的操作,这样考虑是可以的,但对于前后有物料联系的精馏塔就会出现矛盾。。
精馏塔间相互冲突的控制方案
,前塔液位的稳定是通过控制塔的出料量来实现的,因此,前塔的出料量必然不稳定。而前塔的出料量正好是后塔的进料量,在保证前塔液位稳定时,后塔的进料量不可能稳定。反之,如果保证了后塔进料量的稳定,势必造成前塔的液位不稳定。这就是说,前塔液位稳定和后塔进料量稳定的要求发生了矛盾。解决这一矛盾的方法之一是在前、后两塔之间增设一个中间储罐。但增加一套容器设备就增加了流程的复杂性,加大了投资,占地面积增加,流体输送能耗也增加。另外,有些生产过程连续性要求较高,不宜增设中间储罐。尤为严重的是,某些中间产品停留时间一长,会产生分解或自聚等,更限制了这一方法的使用。
在理想状态不能实现的情况下,只有冲突的双方各自降低要求,以求共存。均匀控制系统就是在这样的应用背景下提出来的。
为使前后工序的生产都能正常运行,就需要进行协调,以缓和矛盾。通过分析可以看到,这类控制系统的液位和流量都不是要求很高的被控变量,可以在一定范围内波动,这也是可以采用均匀控制的前提条件。据此,工艺上要对前塔液位和后塔进料量的控制精度要求适当放宽一些,允许两者都有一些缓慢变化。这对生产过程来讲虽然是一种扰动,但由于这种扰动幅值不大,变化缓慢,所以在工艺上是可以接受的。显然,控制方案的设计要着眼于物料平衡的控制,让这一矛盾的过程限制在一定范围内渐变,从而满足前、后两塔的控制要求。在上例中,可让前塔的液位在允许的范围内波动,同时进料量做平稳缓慢的变化。
均匀控制系统的名称来自系统所能完成的特殊控制任务。均匀控制系统是指两个工艺参数在规定的范围内能缓慢地、均匀地变化,使前后设备在物料供求上相互均匀、协调,是统筹兼顾的控制系统。在具体实现时要根据生产的实际情况,哪一项指标要求高,就多照顾一些,而不是绝对平均的意思。
均匀控制通常是对液位和流量两个参数同时兼顾,通过均匀控制,使这两个相互矛盾的参数达到一定的控制要求。
(2)两个参数在控制过程中都应该是变化的,而且应是缓慢地变化。
因为均匀控制是指前后设备的物料供求之间的均匀,所以表征前后供求矛盾的两个参数都不应该稳定在某一固定的数值。,(a)中把液位控制成比较平稳的直线,因此下一设备的进料量必然波动很大。这样的控制过程只能看做液位定值控制而不能看作均匀控制。反之,(b)中把后一设备的进料量调成平稳的直线,那么前一设备的液位就必然波动得很厉害,所以,它只能被看做流量的定值控制。(c)所示的液位和流量的控制曲线才符合均匀控制的要求,两者都有一定的波动,但波动很均匀。
前一设备的液位和后一设备的进料量之间的关系
需要注意的是,在有些场合均匀控制不是简单地让两个参数平均分摊,而是视前后设备的特性及重要性等因素来确定均匀的主次。这就是说,有时应以液位参数为主,有时则以流量参数为主,在均匀方案的确定及参数整定时要考虑到这一点。
(3)前后相互联系又相互矛盾的两个参数应限定在允许范围内变化。,前塔液位的升降变化不能超过规定的上下限,否则就有淹过再沸器蒸汽管或被抽干的危险。同样,后塔进料量也不能超越它所能承受的最大负荷或低于最小处理量,否则就不能保证精馏过程的正常进行。所以,均匀控制的设计必须满足这两个限制条件。当然,这里的允许波动范围比定值控制的允许偏差范围要大得多。