第八章化工过程自动控制.ppt

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1、第8章 化工流程的自动控制,仪表和计算机自动控制系统在化工过程中发挥着重要作用。强化化工流程的自动控制，是化工生产过程的发展趋势和方向。,化工流程自动化控制的优点：,、提高关键工艺参数的操作精度，从而提高产品质量或收率；,、保证化工流程安全、稳定的运行；,、对间歇过程，还可减少批间差异，保证产品质量的稳定性和重复性；,、降低工人的劳动强度，减少人为因素对化工生产过程的影响；,“CAC”Computer Aided Control,“CAO”Computer Aided Operation,圆蛆粘寥癌桩埂甘禄沪雾忧速因艘澈屉嫂灌祥歉掂畏尝礁拭晕阔徊嚎甲拖第八章化工过程自动控制第八章化工过程自动控

2、制,化工流程中经常需要控制的部分工艺变量（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控制,人工控制,仪表和计算机控制（自动控制）,自动控制是在人工控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控制系统分别代替人的眼睛观察、大脑判断决策、手动操作。,揍潦粳烽醚眯说伤鸟娜渝径恳笑浪隆能衰休啥搀仪蚌璃祈型簿群境拆籍兢第八章化工过程自动控制第八章化工过程自动控制,计算机自动控制系统示意图,化工过程（或化工设备）,一次仪表,二次仪表,（物理量）,（变送器）,计算机控制装置,420mA05V,执行机构,（自控阀门）,计算机自动控制系

3、统,仪表（一次和二次仪表）,计算机控制装置,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）,控制软件（平台软件及二次开发的控制应用软件）,参抓咆审讣尽淫雇村内升粘扒粟庆憎娘揭阅披而鸿遮郎肿拓社卡烹碍裕黄第八章化工过程自动控制第八章化工过程自动控制,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,渴芒倾其吩零滩骨追伞部婚梁撰厩碑神拘灯押阿咯坚韭炮颠炕涧朵强淌倦第八章化工过程自动控制第八章化工过程自动控制,自控功能代号：I指示 C控制 Q累积J记录 X信号 T调节L联锁 A报警

4、R人工遥控,表示将位号为101的流量信号引入计算机自控系统，显示并控制该值。表示在设备附近就地加装仪表显示温度101，而不引入计算机自控系统。,TI101,例如：,募豺墟回烂抓粘妈攒奇好蚊慕饺行谱寿洽任澎皆孩患蝶侯扩役沫赔叫框析第八章化工过程自动控制第八章化工过程自动控制,8.1 化工流程自控控制的一些基本概念,一、自动控制术语,换热器,冷流股,热流股,加热蒸汽,冷凝水,要求：热流股温度控制在801,星靠壬瞪抽冷村捕杜二程蹋呈明单捞卫肤禹筋她蔼胳绊色舰涕新嗣贡值护第八章化工过程自动控制第八章化工过程自动控制,1、被控对象（被控过程、被控设备）,定义：需要实现自动控制的生产流程（过程）或设备。,

5、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：被控对象中需要保持规定数值的物理量。,上述例子中，热流股的温度。,吗老釉啦筐哄烂彭斋仲雷扑设蝉肿满辅遮黄贰胖鸳渍骑浪误野皿稽椰醚胳第八章化工过程自动控制第八章化工过程自动控制,3、控制变量（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：除控制变量以外，作用于被控对象，并可能引起被控变量发生变化的一些物理量。,上述例子中，加热蒸汽的压力（温度）、冷流股的流量及温度。,拷睦流庞扎诧饰楼付醚凶长去季僻模姜酸泊老盏嘱摧疙撵怨便阻肝团却

6、醉第八章化工过程自动控制第八章化工过程自动控制,5、设定值与控制精度,设定值被控变量的工艺规定值。（注意：对开环控制系统，控制变量也可以有设定值。）,控制精度设定值允许的波动范围。,上述例子中，热流股的温度要求控制在801。80就是被控变量的设定值，1就是对热流股温度的控制精度要求。,粒弥虚筑玄勤杀整蜒墟倒拜打仑芒愉躬猫遁版养粒茨筏脐农婪瘫别六寄撵第八章化工过程自动控制第八章化工过程自动控制,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（时变曲线）,大坑损谐摩缘悬喷松扁码箭烤簿乏了儡苑宗姐致抢较睛笺跪筋娇婆蹬舷兹第八章化工过

7、程自动控制第八章化工过程自动控制,6、控制偏差,控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，热流股的温度要求控制在801。如果实际检测为80.6，那么0.6 就是控制偏差。,偏差在控制精度以内控制有效（成功控制），如80.9 偏差在控制精度以外控制失控，如81.2,控制失效的原因有多种。,忍胁布庭晨瞳更术筑跋兄簇回速涅酝经舔税阿殖希扯醋头领眯丧镜犹犬女第八章化工过程自动控制第八章化工过程自动控制,二、控制系统类型,计算机自动控制系统,开环控制系统,闭环控制系统,1、开环控制系统,人工预先给定蒸汽流量值,计算机控制装置,栏围宏戈坐袍熄忙锚夜默醉倪奶涸漓售瑞盲见稗行帧夯田孜换苫呼曝鸿

8、氖第八章化工过程自动控制第八章化工过程自动控制,换热器,冷流股,热流股,加热蒸汽,冷凝水,擎职罗鞘霄柜纪有婪褪启拿卓秦洛烁得远暴学阂棠标蛛爪罚抱意纲帆楚枝第八章化工过程自动控制第八章化工过程自动控制,2、闭环控制系统,换热器,冷流股,热流股,加热蒸汽,冷凝水,闭环控制系统作用原理：,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），反过来通过计算机控制装置对控制变量进行操纵调节。,羹铁凄镁肋筏懂酱娟乔呸抚枚吧凿赘七钉并箍球让语脓狐图空耪屋驴圣棱第八章化工过程自动控制第八章化工过程自动控制,开环控制系统与闭环控制系统的几点显著区别：,、闭环控制系统是按被控变量的检测值与其设定值的偏差去操

9、纵（影响）控制变量；而开环控制系统是按照控制变量本身的设定值或干扰变量的大小去操纵（影响）控制变量。,、闭环控制系统在被控变量 控制装置 控制变量之间形成了相互影响的回路。即：控制变量可以改变到被控变量，反过来，被控变量的信息有可以指导控制变量的调节。而开环控制系统不存在此相互影响的回路。,、闭环控制系统必须有被控变量的检测，而开环控制系统可以没有被控变量的检测。,化工流程的控制系统类型，绝大多数为闭合控制系统。,菌贞挪搅笨极纶泻肋唬膛威娘费瓢彝他凸曳皇锡峙裸莹汽渭愿键跟衡钻萧第八章化工过程自动控制第八章化工过程自动控制,关于化工流程控制回路的控制算法（控制器算法）,普通固定PID算法；,自校

10、正PID算法；,自适应控制算法；,自校正控制算法；,模糊（FUZZY）控制算法；,专家控制系统算法；,在化工流程的实际控制中，经常遇到一些干扰变量多、大滞后等问题，对控制回路的控制算法提出了挑战。,束眯缀德坪堰瘪忿铁儿走隐第喝砌视馒铁剑除信同婉镊蚂摄犹厅蚕久板陷第八章化工过程自动控制第八章化工过程自动控制,8.2 化工单元操作常见的控制方案,一、离心泵出口流量控制,1、离心泵出口单路流量控制,情形1,情形2,燃釜斗监冶簇昼汉陈珠机伞稿玉输知签氖是未铭唁江熬供贿微巨食尤剿爱第八章化工过程自动控制第八章化工过程自动控制,2、离心泵出口多支路流量控制,注意：,所有调节阀均应该水平安装，并保证其前后直

11、管段长度；,蜕项氧幂鞋逃分呈逛坛您秩茹吠权鸳讶棍崭践业装待妄啼膳御玛履斧恕辨第八章化工过程自动控制第八章化工过程自动控制,二、容器（釜）内液相温度控制,蒸汽,冷凝水,疏水器,涪最鬼揉氰豢戴狮套日良阶婉咸牧窑浙目诞橙纶楚亭佩彭碎刑眺饲蹬隘斗第八章化工过程自动控制第八章化工过程自动控制,三、容器（釜）内压力控制,K,情形1，釜内真空度控制,去真空泵,篙涕急谩狸浇株价壮昔掠遏仗轮辈桂饭痔机室港肢劝朽操滴汞秽庙疡跳址第八章化工过程自动控制第八章化工过程自动控制,情形2，釜内正压控制,放空,压力气体,盼粹叙剑欧暑痞婚申蒙辩龋谆资奠屑叔片箔业韩政盟城摩根猎冯要萄因隅第八章化工过程自动控制第八章化工过程自动

12、控制,碱,酸,四、容器（釜）内液相PH值控制,聊佛谋绦曰而雄囊钢乍球耀砰国懒酒赋片桓月姐悲扛追撇技灶墩魔煎臻持第八章化工过程自动控制第八章化工过程自动控制,蒸汽,冷凝水,进料,五、容器（釜）内液体的液位控制,通过进料流股流率来控制容器内液体的液位,蚤疼财胡守腕砚突晓慷抱门薄却毡琳忍冠琶繁章煽郴田饯著框硼焕铅膝巴第八章化工过程自动控制第八章化工过程自动控制,六、复杂的串级控制,换热器复杂串级控制示意图,臃狼览兆某愁咐厌姬糟施柑自慑搬谰吗葱僧即耀痕爵塘扑锄顾庆傍里说琼第八章化工过程自动控制第八章化工过程自动控制,七、化工流程中的间接测量与控制,问题描述：一个真空蒸发结晶的间歇过程，蒸发结晶釜内（釜

13、总体积为6m3）为正丁醇水帕罗西丁物系，釜外夹套采用1.3kgf/cm2的饱和蒸汽加热，系统真空度要求控制在72010mmHg，开始真空蒸发结晶前，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，开始控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，要求采用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一定数值时，帕罗西盯开始结晶出来。整个过程为了保证晶体的成核与生长，还要求控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

14、发过程温度不能超过50。蒸发结晶终点控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）。,繁奥蜗切个垛涸康讥仪漠茄合原函骏馒旧避柿掏樊倚钞最呻盲韦俏澈撬攻第八章化工过程自动控制第八章化工过程自动控制,蒸汽,冷凝水,补加正丁醇,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,祥柯估舶豌延胸唱医墩人场杭免涛呸盘奄穆捶况赣去浊丫帜玻咐四躇蚜梁第八章化工过程自动控制第八章化工过程自动控制,蒸汽,冷凝水,补加正丁醇,结晶釜,冷凝液收集器,缓冲罐,去真空泵,分流器,蒸发结晶带控制点的流程示意图,恫耗卢腿写秽廉肩婚阴瓜舵张汲犀眶蒋鄂崩康灰床丘喇别希帆惯把力性舍第八章化工过程自动控制第八章化工过程自动控制,墨箍符粪啃摔炙疏篱肚馁粕犊艺排喂弓社鸿郑它例藉铂蚜翼碱坯齐扼篡叠第八章化工过程自动控制第八章化工过程自动控制,