文档介绍：第五章其它控制系统
5-1 均匀控制系统
一﹑均匀控制的目的和要求
在连续生产过程中, 前一设备的出料往往是后一设
备的进料, 且随生产的进一步强化, 前后生产过程的联
系更加紧密, 此时设计自动控制系统应从全局考虑. 例
如, 用精馏方法分离多组分的混合物时, 总是几个塔串
联运行; 在石油裂解气深冷分离的乙稀装置中, 前后串
联了八个塔进行连续生产. 为保证这些相互串联的塔能
正常地连续生产, 每一个塔都要求进入塔的流量保持在
一定的范围内, 同时也要求塔底液位不能过高或过低.
下图表示两个串联的精馏塔独立设置控制系统.
两个独立
甲塔
乙塔
运行的单回路液位控制系统
和流量控制系统工作时是相
互矛盾的. 为解决矛盾, 可
在两塔之间增设中间缓冲容
器来克服, 但这增加了投资
且对于某些生产连续性很强
的过程又不允许中间储存的时间过长, 因
此还需从自动化方案的设计上寻求解决的
方法. 均匀控制就是一种解决方案. 均匀
控制系统把液位﹑流量统一在一个控制系
甲塔
统中, 如左图所示.
所谓均匀控制系统是
指两个工艺参数在规定范围内能缓慢地﹑
均匀地变化, 使前后设备在物料供求
上相互兼顾﹑均匀协调的系统.
均匀控制的特点是表征前后供求矛盾的两个参数各自允
许在规定范围内缓慢地变化.
二﹑均匀控制系统的结构方案
(一)简单均匀方案
下图即为液位和流量的简单均匀控制系统的例子.
甲塔
从系统结构形式上看, 它与单回路液位定
值控制系统一样, 但两者控制目的不同,
所以在控制器的参数整定上也不同. 下面
分三种情况说明. 第一种情况, 控制器的
较大, 即控制作用较强, 在干扰作用下
液位偏离给定值时, 控制器给出强有力
的控制作用, 使液位迅速回到给定值,
且余差很小, 但流量发生
.
第二种情况, 控制器的
很小, 即控制作用很弱, 当干
扰使液位大幅波动时, 阀门开度基本不变, 则流量的波
动就很小. 如下左图所示.
第三种情况, 控制器的
取值适当, 使
控制作用较为
温和, 在干扰
作用下, 液位和流量均在各自允许的范围内缓慢变化,
如上右图所示.
通常, 简单均匀方案中的控制器采用纯
比例控制, 且比例度较大, 一般大于100%, 当需采用PI
控制时, 应使积分弱些, 即积分时间常数整定的大些.
简单均匀控制系统的最大优点是结构简单, 投运方
便, 成本低廉. 但当前后设备的压力变化较大时, 尽管
控制阀的开度不变, 输出流量也会发生变化, 所以它适
用于干扰不大, 要求不高的场合. 此外, 在液位对象的
自衡能力较强时, 均匀控制的效果也较差.
(二)串级均匀方案
当前后设备的压力变化较大, 或液位对象的自衡能
力较强而不宜采用简单均匀方案时, 可考虑串级均匀方
案. 下图是精馏塔的塔釜液位与采出流量的串级均匀控
制方案.
甲塔
乙塔
从结构上看, 它与一般的液位和流量串级控制
系统是一致的. 但在此引入一流量副回路与液
位回路组成串级控制
的目的不是为了提高
主变量液位的控制质
量, 而主要是克服控
制阀前后压力的波动
及自衡作用对流量的
影响, 使液位和采出流量变化平缓.
设干扰使甲塔液位上升, 正作用的液位控制器
的输出信号随之增大, 通过反作用的流量控制器
使控制阀缓慢开大, 则液位不是立即快速下降, 而是继
续缓慢上升, 同时乙塔的进料量也缓慢增加, 当液位上
升到某一数值时, 甲塔采出量等于在干扰作用下的入料
量, 液位不再上升而暂处某一高度. 从而使液位和流量
都处于缓慢变化中, 达到均匀协调的控制目的.
如干扰来自乙塔塔压变化而使其入料量发生变化,
则先由流量副回路控制, 当这一控制作用使甲塔液位受
到影响时, 再由液位控制器改变流量控制器的设定值,
让流量控制器作进一步的调整, 缓慢改变控制阀的开度
两控制器互相配合, 使液位和流量都在允许的范围内缓
慢地均匀变化.
串级均匀控制系统中两控制器一般采用P或PI控制,
而不加微分作用.
(三)双冲量均匀方案
“冲量”的原义是短暂作用的信号或参数, 在此引申
为连续的信号或参数. 双冲量均匀控制系统的结构见下
图.
甲塔
与串级均匀控制相比, 前者用一个加法器取代主控
制器, 是以液位和流量的测量信号经加法器后
作为系统的被控变量. 现假定采
用电动仪表构成系统, 阀门为气
开式, 流量控制器选正作用. 加
法器在稳定状态下的输出为:
上式中,
是加法器输出;
分别为液位变送器和流量
变送器的输出;
为恒流源输出. 在工况稳定的情况下,
通过调整
值, 使加法器的输出等于流量控制器的给定值
阀门处于某