5-典型工業(yè)過程控制工程解析

1、5 5 典型工業(yè)過程控制工程典型工業(yè)過程控制工程火力發(fā)電廠外觀火力發(fā)電廠外觀 在火力發(fā)電廠，最基本的工藝在火力發(fā)電廠，最基本的工藝過程是用鍋爐生產蒸汽，使汽輪機過程是用鍋爐生產蒸汽，使汽輪機運轉，進而帶動發(fā)電機發(fā)電。運轉，進而帶動發(fā)電機發(fā)電。 汽輪發(fā)電機組汽輪發(fā)電機組 鍋爐控制是火力發(fā)電生產過程自鍋爐控制是火力發(fā)電生產過程自動化的重要組成部分。它的主要任務動化的重要組成部分。它的主要任務是根據負荷設備（汽輪機）的需要，是根據負荷設備（汽輪機）的需要，供應一定規(guī)格（壓力、溫度、流量和供應一定規(guī)格（壓力、溫度、流量和純度）的蒸汽。純度）的蒸汽。 重點以重點以鍋爐汽包水位控鍋爐汽包水位控制制、過熱蒸

2、汽溫度控制過熱蒸汽溫度控制、鍋鍋爐燃燒控制爐燃燒控制為例討論它們的為例討論它們的控制方案。控制方案。1 1汽輪機高壓缸；汽輪機高壓缸；2 2汽輪機中、低汽輪機中、低壓缸；壓缸；3 3汽包；汽包；4 4爐膛；爐膛；5 5煙煙道；道；6 6發(fā)電機；發(fā)電機；7 7冷凝器；冷凝器；8 8補充水；補充水；9 9凝結凝結水泵；水泵；1010循環(huán)循環(huán)水泵；水泵；1111低壓低壓加熱器；加熱器；1212除除氧器；氧器；1313給水給水泵；泵；1414高壓加高壓加熱器；熱器；1515給水給水調節(jié)機構；調節(jié)機構；1616省媒器；省媒器；1717過過熱器；熱器；1818減溫減溫器；器；1919汽機高壓調汽門；汽機高

3、壓調汽門；2020再熱器；再熱器；2121再熱再熱器減溫器；器減溫器；2222汽機中壓調汽門；汽機中壓調汽門；2323媒粉倉；媒粉倉；2424燃料量控制機構；燃料量控制機構；2525噴燃器；噴燃器；2626送風送風機；機；2727空氣預熱器；空氣預熱器；2828調風門；調風門；2929水冷水冷壁管；壁管；3030引風機；引風機；3131煙道擋板煙道擋板。1.1.汽包水位控制的重要性汽包水位控制的重要性 將鍋爐的汽包水位控制在一個允許范圍內，是鍋爐運行的將鍋爐的汽包水位控制在一個允許范圍內，是鍋爐運行的主要指標主要指標，也是鍋爐能提供符合質量要求的蒸汽負荷的也是鍋爐能提供符合質量要求的蒸汽負荷的

4、必要條件必要條件。 2.2.汽包水位汽包水位的的控制方案控制方案 一種可行的控制方案是一種可行的控制方案是以汽包水位為主被控參數、給水流量為副被以汽包水位為主被控參數、給水流量為副被控參數、蒸汽流量為前饋信號控參數、蒸汽流量為前饋信號的三沖量前饋反饋串級控制系統。的三沖量前饋反饋串級控制系統。 采用這種控制方案的理由分析如下：采用這種控制方案的理由分析如下： （1）單沖量水位控制方案）單沖量水位控制方案 以以汽包水位為被控參數、給水流量為控制參數汽包水位為被控參數、給水流量為控制參數構成的單回路控制系構成的單回路控制系統稱為單沖量控制系統。這種系統結構簡單、設計方便，缺點是克服給統稱為單沖量控

5、制系統。這種系統結構簡單、設計方便，缺點是克服給水自發(fā)性干擾和負荷干擾的能力差（水自發(fā)性干擾和負荷干擾的能力差（虛假水位問題。虛假水位問題。）。）。（2）雙沖量水位控制方案）雙沖量水位控制方案 如果根據蒸汽流量的變化來校正如果根據蒸汽流量的變化來校正虛假水位虛假水位的誤動作，就能使調節(jié)閥動作的誤動作，就能使調節(jié)閥動作準確及時，減少水位的波動，改善控制質量。也就是說，若準確及時，減少水位的波動，改善控制質量。也就是說，若將蒸汽流量作為將蒸汽流量作為前饋信號前饋信號，就構成了雙沖量控制系統。，就構成了雙沖量控制系統。 顯而易見顯而易見，該控制方案與單沖量水位控制相比，控制質量已有明顯改，該控制方案

6、與單沖量水位控制相比，控制質量已有明顯改善，但它對于給水系統的干擾仍不能有效克服，需要再引入給水流量信號善，但它對于給水系統的干擾仍不能有效克服，需要再引入給水流量信號構成三沖量串級控制系統。構成三沖量串級控制系統。 （3） 三沖量串級控制方案三沖量串級控制方案 該控制系統由主、副兩個該控制系統由主、副兩個調節(jié)器和三個沖量（調節(jié)器和三個沖量（汽包水位、汽包水位、蒸汽流量、給水流量蒸汽流量、給水流量）構成。）構成。其中，主調節(jié)器為水位調節(jié)器，其中，主調節(jié)器為水位調節(jié)器，副調節(jié)器為給水流量調節(jié)器，副調節(jié)器為給水流量調節(jié)器，蒸汽流量為前饋信號。蒸汽流量為前饋信號。汽包水位三沖量串級控制系統流程圖汽包

7、水位三沖量串級控制系統流程圖 三沖量前饋反饋串級控三沖量前饋反饋串級控制系統在克服虛假水位的影響、制系統在克服虛假水位的影響、維持水位穩(wěn)定、提高給水控制維持水位穩(wěn)定、提高給水控制質量等多方面都優(yōu)于前述兩種質量等多方面都優(yōu)于前述兩種控制系統，是現場廣泛采用的控制系統，是現場廣泛采用的汽包水位控制方案。汽包水位控制方案。1控制要求與過程特性控制要求與過程特性 過熱蒸汽溫度是影響安全和經濟的重要參數，要求保持在過熱蒸汽溫度是影響安全和經濟的重要參數，要求保持在55的范圍內。的范圍內。 過熱蒸汽溫度控制系統的過熱蒸汽溫度控制系統的控制任務控制任務是使過熱器出口溫度維持在允許范圍內。是使過熱器出口溫度維

8、持在允許范圍內。 影響過熱蒸汽溫度的影響過熱蒸汽溫度的外界外界因素因素很多，例如蒸汽流量、減很多，例如蒸汽流量、減溫水量、流經過熱器的煙氣溫溫水量、流經過熱器的煙氣溫度和流速等的變化都會影響過度和流速等的變化都會影響過熱蒸汽的溫度。各種階躍干擾熱蒸汽的溫度。各種階躍干擾對過熱蒸汽溫度的階躍響應曲對過熱蒸汽溫度的階躍響應曲線如左圖所示。線如左圖所示。 不同干擾對過熱蒸汽溫度對象的階躍響應曲線不同干擾對過熱蒸汽溫度對象的階躍響應曲線 由左圖可知，在各種階躍由左圖可知，在各種階躍干擾作用下，其動態(tài)特性都有干擾作用下，其動態(tài)特性都有時延時延和和慣性慣性，只是時延和慣性，只是時延和慣性的大小不同而已。的

9、大小不同而已。 2控制變量的選擇與控制方案的確定控制變量的選擇與控制方案的確定 由于由于蒸汽流量蒸汽流量的變化是負荷干擾，因而不能作為控制變量；的變化是負荷干擾，因而不能作為控制變量； 若采用若采用煙氣煙氣側干擾作為控制變量，則會使鍋爐的結構復雜，給設計側干擾作為控制變量，則會使鍋爐的結構復雜，給設計制造帶來困難，也不宜作為控制變量；制造帶來困難，也不宜作為控制變量； 若采用若采用減溫水流量減溫水流量作為控制變量則既簡單又易行。但存在的問題是：作為控制變量則既簡單又易行。但存在的問題是：減溫水流量與過熱蒸汽溫度之間存在較大的時延和慣性；減溫水流量與過熱蒸汽溫度之間存在較大的時延和慣性；在工藝上

10、，在工藝上，鍋爐給水與減溫水常常合用一根總管，這樣會導致減溫水自身波動頻繁。鍋爐給水與減溫水常常合用一根總管，這樣會導致減溫水自身波動頻繁。 針對上述存在的問題，如果設計簡單控制系統則無法滿足生產工藝的針對上述存在的問題，如果設計簡單控制系統則無法滿足生產工藝的要求。為此，需要設計較為復雜的控制系統，以提高控制質量。要求。為此，需要設計較為復雜的控制系統，以提高控制質量。 一種可行的控制方案是設計串級控制系統，如下圖所示。一種可行的控制方案是設計串級控制系統，如下圖所示。 過熱蒸汽溫度串級控制過熱蒸汽溫度串級控制 為進一步提高控制質量，還可以考慮將負荷干擾作為前饋信號，構成前為進一步提高控制質

11、量，還可以考慮將負荷干擾作為前饋信號，構成前饋反饋串級控制系統。饋反饋串級控制系統。 1鍋爐燃燒過程的控制任務鍋爐燃燒過程的控制任務 鍋爐燃燒過程的鍋爐燃燒過程的控制任務控制任務是使燃料所產生的熱量能夠適應鍋爐產汽的需是使燃料所產生的熱量能夠適應鍋爐產汽的需要，同時還要保證鍋爐的安全經濟運行。其具體任務又可分為：要，同時還要保證鍋爐的安全經濟運行。其具體任務又可分為：使鍋爐出使鍋爐出口蒸汽壓力保持穩(wěn)定；口蒸汽壓力保持穩(wěn)定；保證燃燒過程的經濟性和對環(huán)境保護的要求；保證燃燒過程的經濟性和對環(huán)境保護的要求；使使爐膛負壓保持恒定；爐膛負壓保持恒定；確保燃燒過程的安全性等。確保燃燒過程的安全性等。 有三

12、個可供選擇的調節(jié)量，即有三個可供選擇的調節(jié)量，即燃料量、送風量和引風量燃料量、送風量和引風量。 該控制系統的該控制系統的設計原則設計原則是：當生產負荷產生變化時，燃料量、送風量是：當生產負荷產生變化時，燃料量、送風量和引風量應同時協調動作，達到既要適應負荷變化、又要使燃料量和送風和引風量應同時協調動作，達到既要適應負荷變化、又要使燃料量和送風量成一定比例、還要使爐膛負壓保持一定的效果；當生產負荷相對穩(wěn)定時，量成一定比例、還要使爐膛負壓保持一定的效果；當生產負荷相對穩(wěn)定時，應保持燃料量、送風量和引風量也相對穩(wěn)定，并能迅速消除外界干擾對它應保持燃料量、送風量和引風量也相對穩(wěn)定，并能迅速消除外界干擾

13、對它們各自的影響們各自的影響 。 此外，為確保設備與人身安全，對因燃料的流速過快而導致燒嘴背壓此外，為確保設備與人身安全，對因燃料的流速過快而導致燒嘴背壓過高產生的過高產生的 “ “脫火脫火”現象、或因燒嘴背壓過低產生的現象、或因燒嘴背壓過低產生的“回火回火”現象，都應現象，都應設計相應的安全保護系統，防止上述現象的產生設計相應的安全保護系統，防止上述現象的產生 。2蒸汽壓力控制方案蒸汽壓力控制方案 影響蒸汽壓力的外界因素主要是影響蒸汽壓力的外界因素主要是蒸汽負荷的變化蒸汽負荷的變化與與燃料量的波動燃料量的波動。 當蒸汽負荷及燃料量波動較小、對燃燒的經濟性要求不高時，可以采當蒸汽負荷及燃料量波

14、動較小、對燃燒的經濟性要求不高時，可以采用用調節(jié)燃料量調節(jié)燃料量以控制蒸汽壓力的簡單控制方案；以控制蒸汽壓力的簡單控制方案； 而當燃料量波動較大、對燃燒的經濟性又有較高要求時，則需采用而當燃料量波動較大、對燃燒的經濟性又有較高要求時，則需采用燃燃料量料量/ /空氣量空氣量對蒸汽壓力的串級對蒸汽壓力的串級/ /比值控制方案。比值控制方案。下圖為燃燒過程的兩種基本控制方案。下圖為燃燒過程的兩種基本控制方案。 在串級在串級/ /比值控制方案中，由于燃料量是隨蒸汽負荷而變化的，所以比值控制方案中，由于燃料量是隨蒸汽負荷而變化的，所以為主動量，它與空氣量（從動量）組成單閉環(huán)比值控制系統，使燃料量與為主動

15、量，它與空氣量（從動量）組成單閉環(huán)比值控制系統，使燃料量與空氣量保持一定比例，以確保燃燒的充分性。空氣量保持一定比例，以確保燃燒的充分性。 燃燒過程基本控制方案燃燒過程基本控制方案 圖（圖（a a）所示的基本控制方案是將蒸所示的基本控制方案是將蒸汽壓力調節(jié)器汽壓力調節(jié)器PCPC作為串級控制的主作為串級控制的主調節(jié)器，其輸出同時作為燃料流量調節(jié)器，其輸出同時作為燃料流量調節(jié)器和空氣流量調節(jié)器調節(jié)器和空氣流量調節(jié)器FCFC的設定的設定值，燃料流量調節(jié)器和空氣流量調值，燃料流量調節(jié)器和空氣流量調節(jié)器則構成各自的副回路用以迅速節(jié)器則構成各自的副回路用以迅速克服它們自身的干擾。克服它們自身的干擾。 圖（

16、圖（b b）所示的基本控制方案是將蒸汽壓所示的基本控制方案是將蒸汽壓力與燃料流量構成串級控制，而送風量力與燃料流量構成串級控制，而送風量則隨燃料量變化而變化，從而構成比值則隨燃料量變化而變化，從而構成比值控制，這樣可以確保燃料量與送風量的控制，這樣可以確保燃料量與送風量的比例，但該控制方案的缺點是，當負荷比例，但該控制方案的缺點是，當負荷發(fā)生變化時，送風量的變化必然落后于發(fā)生變化時，送風量的變化必然落后于燃料量的變化，導致燃燒不充分。燃料量的變化，導致燃燒不充分。 下圖為燃燒過程的改進型控制方案下圖為燃燒過程的改進型控制方案 該控制方案在蒸汽負荷減小、壓力增大時，可通過低值選擇器該控制方案在蒸

17、汽負荷減小、壓力增大時，可通過低值選擇器 LSLS先減少燃先減少燃料量，后減少空氣量；而當蒸汽負荷增加、壓力減小時，可通過高值選擇器料量，后減少空氣量；而當蒸汽負荷增加、壓力減小時，可通過高值選擇器 HSHS先加大空氣量，再加大燃料量，從而可使兩種情況下的燃燒均較為充分。先加大空氣量，再加大燃料量，從而可使兩種情況下的燃燒均較為充分。 燃燒過程的改進型控制方案燃燒過程的改進型控制方案 3燃燒過程的最優(yōu)化控制方案燃燒過程的最優(yōu)化控制方案 液體燃料的過?？諝饬颗c能量損失的關系圖液體燃料的過?？諝饬颗c能量損失的關系圖 過?？諝饬砍Ｓ眠^?？諝饴蔬^剩空氣量常用過剩空氣率 TPqq1來表示來表示， 為實際

18、空氣量和理論空氣量之比，為實際空氣量和理論空氣量之比， 一般情況下，一般情況下， 。由此可知，由此可知， 是衡量經濟燃燒的一種是衡量經濟燃燒的一種直接指標直接指標。但由于。但由于 很難直接測量，因而可用很難直接測量，因而可用 與煙氣中含氧量 a存在的近似關系，計算出 a的最優(yōu)值，即 aaa22. 0122. 022. 0例如，當例如，當 的最優(yōu)值為的最優(yōu)值為1.081.081.151.15時，可得時，可得 a的最優(yōu)值為的最優(yōu)值為1.6%1.6%2.9%2.9%。因此，煙氣中的含氧量因此，煙氣中的含氧量 a可作為一種衡量經濟燃燒的可作為一種衡量經濟燃燒的間接指標間接指標。 在該控制系統在該控制系

19、統中，只要把含氧量中，只要把含氧量成分控制器的給定成分控制器的給定值按正常負荷下煙值按正常負荷下煙氣含氧量的最優(yōu)值氣含氧量的最優(yōu)值設定，即可使過剩設定，即可使過?？諝饬糠€(wěn)定在最優(yōu)空氣量穩(wěn)定在最優(yōu)值，從而保證鍋爐值，從而保證鍋爐燃燒最經濟，熱效燃燒最經濟，熱效率最高。率最高。 根據以上分析可知，只要在上圖控制方案上對進風量用煙氣含氧量加以校根據以上分析可知，只要在上圖控制方案上對進風量用煙氣含氧量加以校正，就可構成如下圖所示的煙氣含氧量的閉環(huán)控制系統。正，就可構成如下圖所示的煙氣含氧量的閉環(huán)控制系統。 煙氣含氧量的閉環(huán)控制系統煙氣含氧量的閉環(huán)控制系統 要使不同負荷運行時的鍋爐總是處于最佳燃燒狀態(tài)

20、，則煙氣含氧量的最優(yōu)要使不同負荷運行時的鍋爐總是處于最佳燃燒狀態(tài)，則煙氣含氧量的最優(yōu)值還需隨之變化，這就需要對上圖的閉環(huán)控制系統進一步加以改進。值還需隨之變化，這就需要對上圖的閉環(huán)控制系統進一步加以改進。 蒸汽流量與煙氣中最優(yōu)含氧量之間呈一非線性曲線關系，在實際使用蒸汽流量與煙氣中最優(yōu)含氧量之間呈一非線性曲線關系，在實際使用時可用下圖所示的折線來近似。時可用下圖所示的折線來近似。 由圖可由圖可知，當負荷知，當負荷下降時，煙下降時，煙氣中最優(yōu)含氣中最優(yōu)含氧量增大，氧量增大，也即意味著也即意味著過?？諝饬窟^?？諝饬吭龃?，反之增大，反之亦然。亦然。 蒸汽流量與最優(yōu)含氧量近似關系蒸汽流量與最優(yōu)含氧量近

21、似關系 在在煙氣含氧量的閉環(huán)控制系統煙氣含氧量的閉環(huán)控制系統圖所示的閉環(huán)控制系統中增加一折線函數圖所示的閉環(huán)控制系統中增加一折線函數發(fā)生器，對空氣過剩量進行修正，構成如下圖所示的最佳煙氣含氧量鍋爐燃發(fā)生器，對空氣過剩量進行修正，構成如下圖所示的最佳煙氣含氧量鍋爐燃燒控制系統。燒控制系統。 最佳煙氣含氧量的鍋爐燃燒控制系統最佳煙氣含氧量的鍋爐燃燒控制系統 在該系統中，在該系統中，當蒸汽流量變化時，當蒸汽流量變化時，其變化的信號經函其變化的信號經函數發(fā)生器改變含氧數發(fā)生器改變含氧量成分調節(jié)器的設量成分調節(jié)器的設定值，然后再由含定值，然后再由含氧量成分調節(jié)器校氧量成分調節(jié)器校正過剩空氣量，使正過?？?/p>

22、氣量，使鍋爐燃燒過程在不鍋爐燃燒過程在不同負荷下，始終處同負荷下，始終處于最佳過?？諝饬坑谧罴堰^?？諝饬康臓顟B(tài)。的狀態(tài)。 4爐膛負壓控制與安全保護控制方案爐膛負壓控制與安全保護控制方案 下圖所示為鍋爐燃燒過程爐膛負壓及安全保護控制系統。由圖可知，下圖所示為鍋爐燃燒過程爐膛負壓及安全保護控制系統。由圖可知，該控制系統又由三個子系統構成。該控制系統又由三個子系統構成。 （1 1）爐膛負）爐膛負壓控制：一般可壓控制：一般可通過控制引風量通過控制引風量來實現。來實現。 （2 2）防）防“脫脫火火”控制：通?？刂疲和ǔ？梢圆捎米詣舆x可以采用自動選擇性控制方案。擇性控制方案。 （3 3）防）防“回回火火”

23、控制：是一控制：是一個連鎖保護控制個連鎖保護控制系統。系統。 爐膛負壓控制與安全保護控制系統爐膛負壓控制與安全保護控制系統 精餾過程的精餾過程的目的目的是利用混合液中各組分揮發(fā)度的不同，將各組分是利用混合液中各組分揮發(fā)度的不同，將各組分進行分離以達到規(guī)定的純度。進行分離以達到規(guī)定的純度。 1控制目標控制目標 精餾塔的控制目標通常表現在精餾塔的控制目標通常表現在產品質量產品質量、產品產量產品產量及及能量消耗能量消耗三個方面。三個方面。 （1 1）產品質量產品質量 精餾操作的目的是將混合液中各組分分離為產品，產品精餾操作的目的是將混合液中各組分分離為產品，產品 質量必須符合規(guī)定的要求。質量必須符合

24、規(guī)定的要求。 （2 2）產品產量與經濟效益產品產量與經濟效益 任何產品都要求在確保質量的前提下，盡可任何產品都要求在確保質量的前提下，盡可 能提高產品的產量和降低成本、最大限度地能提高產品的產量和降低成本、最大限度地 提高經濟效益提高經濟效益 。 2變量分析變量分析 精餾塔的進、出料流程圖精餾塔的進、出料流程圖 （1 1）不可控干擾：進料）不可控干擾：進料流量及進料成分的變化是精流量及進料成分的變化是精餾過程中的主要干擾量。其餾過程中的主要干擾量。其它干擾如進料溫度、進料熱它干擾如進料溫度、進料熱焓等，可以通過各自的控制焓等，可以通過各自的控制系統使它們保持相對穩(wěn)定。系統使它們保持相對穩(wěn)定。

25、（2 2）被控量與控制量：）被控量與控制量：在精餾塔控制中，控制變量在精餾塔控制中，控制變量與被控變量之間的配對關系與被控變量之間的配對關系共有共有2424種選擇。種選擇。 （3 3）變量配對原則：在）變量配對原則：在變量配對時首先要解決產品變量配對時首先要解決產品成分的變量配對問題。成分的變量配對問題。 1一端產品質量控制一端產品質量控制 所謂一端產品質量控制，是指塔頂產品或塔底產品要達到規(guī)定的純度，所謂一端產品質量控制，是指塔頂產品或塔底產品要達到規(guī)定的純度，而對另一端的產品純度只要保持在一定范圍內即可。它分為塔頂產品成分而對另一端的產品純度只要保持在一定范圍內即可。它分為塔頂產品成分控制

26、和塔底產品成分控制兩種控制和塔底產品成分控制兩種 （1）塔頂產品成分控制）塔頂產品成分控制 例如，在對甲醇進行分離的精餾塔中，其進料為甲醇、甲醛和水的混例如，在對甲醇進行分離的精餾塔中，其進料為甲醇、甲醛和水的混合液，工藝要求把甲醇分離出來。因甲醇為輕組分，所以這是一個塔頂產合液，工藝要求把甲醇分離出來。因甲醇為輕組分，所以這是一個塔頂產品成分的控制問題。某甲醇分餾的參數表如下表所示。品成分的控制問題。某甲醇分餾的參數表如下表所示。 y1y2y水的成分甲醛成分=0.0032=0.986 =0.046甲醇成分387.517.5400流量/kg/s塔底餾出物塔頂餾出物進 料y1785.0196.0

27、21792.0205.0y11008.0006.0y參數工況成分 根據變量配對的要求，通常采用的根據變量配對的要求，通常采用的控制方案控制方案是：用塔頂產品流量控制塔是：用塔頂產品流量控制塔頂產品成分；用回流量控制回流罐液位；用塔底產品流量控制塔底液位；蒸頂產品成分；用回流量控制回流罐液位；用塔底產品流量控制塔底液位；蒸汽的熱釜（再沸器）進行自身流量的控制，如下圖所示汽的熱釜（再沸器）進行自身流量的控制，如下圖所示 選用塔頂選用塔頂產品流量作為產品流量作為控制量。在圖控制量。在圖中，調節(jié)器的中，調節(jié)器的輸出均通過電輸出均通過電/ /氣轉換后變成氣轉換后變成氣壓信號，經氣壓信號，經氣動閥門定位氣

28、動閥門定位器進行功率放器進行功率放大，進而推動大，進而推動氣動薄膜調節(jié)氣動薄膜調節(jié)閥。閥。 塔頂產品成分控制方案塔頂產品成分控制方案 （2）塔底產品成分控制）塔底產品成分控制 由圖可由圖可知，用塔底知，用塔底產品流量控產品流量控制塔底產品制塔底產品成分，以保成分，以保證控制質量；證控制質量；對塔頂產品對塔頂產品只進行流量只進行流量控制；用回控制；用回流量控制回流量控制回流罐液位，流罐液位，用蒸汽量控用蒸汽量控制塔底液位，制塔底液位，使精餾操作使精餾操作能正常進行。能正常進行。 塔底產品成分控制方案塔底產品成分控制方案 2兩端產品質量均需控制兩端產品質量均需控制 當塔頂及塔底產品分別需要滿足一定

29、質量指標時，則需要對塔的兩端當塔頂及塔底產品分別需要滿足一定質量指標時，則需要對塔的兩端產品質量同時進行控制。產品質量同時進行控制。 在該控制方案在該控制方案中，用回流量控制中，用回流量控制塔頂產品成分，用塔頂產品成分，用塔底流量控制塔底塔底流量控制塔底產品成分，其目的產品成分，其目的是保證兩端產品的是保證兩端產品的控制質量；用塔頂控制質量；用塔頂流量控制回流罐液流量控制回流罐液位，用蒸汽流量控位，用蒸汽流量控制再沸器液位，使制再沸器液位，使精餾操作能正常進精餾操作能正常進行。行。 兩端產品質量控制方案兩端產品質量控制方案 當改變回流量時，當改變回流量時，不僅影響塔頂產品組不僅影響塔頂產品組分

30、的變化，同時也引分的變化，同時也引起塔底產品組分的變起塔底產品組分的變化；同理，當控制塔化；同理，當控制塔底的加熱用蒸汽流量底的加熱用蒸汽流量時，也將引起塔內溫時，也將引起塔內溫度的變化，從而不但度的變化，從而不但使塔底產品組分產生使塔底產品組分產生變化，同時也將影響變化，同時也將影響到塔頂產品組分的變到塔頂產品組分的變化?？梢姡@是一個化?？梢姡@是一個2 22 2的多變量耦合系的多變量耦合系統統. . 精餾塔兩端產品成分控制框圖精餾塔兩端產品成分控制框圖 顯然，此時應進行解耦設計，兩端產品成分解耦控制方案如圖所示。顯然，此時應進行解耦設計，兩端產品成分解耦控制方案如圖所示。 該控制方案的該

31、控制方案的設計思想設計思想是：為使回流量的變化只影響塔頂組分而不影響塔底是：為使回流量的變化只影響塔頂組分而不影響塔底組分，設計了解耦裝置組分，設計了解耦裝置 ，使蒸汽閥門預先動作，予以補償；同樣，為使蒸，使蒸汽閥門預先動作，予以補償；同樣，為使蒸汽量的變化只影響塔底組分而不影響塔頂組分，設計了另一個解耦裝置汽量的變化只影響塔底組分而不影響塔頂組分，設計了另一個解耦裝置 ，使，使回流閥預先動作，予以補償，從而實現了兩端產品質量的解耦控制。回流閥預先動作，予以補償，從而實現了兩端產品質量的解耦控制。 21( )D s12( )D s兩端產品質量的解耦控制方案兩端產品質量的解耦控制方案 關于解耦裝

32、置數學模型關于解耦裝置數學模型 、 的取得，可根據不變性原理的前饋的取得，可根據不變性原理的前饋補償法進行設計補償法進行設計 21( )Ds12( )Ds前饋補償法解耦控制系統框圖前饋補償法解耦控制系統框圖 5.1.3 加熱爐的過程控制加熱爐的過程控制加熱電爐加熱電爐加熱爐的控制問題：加熱爐的控制問題：n被控變量被控變量：工藝介質的出口溫度。n控制變量控制變量：燃料油或燃料氣的流量。n主要干擾主要干擾：n工藝介質工藝介質的進料溫度、流量、組分；燃料油燃料油/燃料氣燃料氣的壓力、流量、成分（或熱值）；燃料油的霧化情況；空氣充分情況；火嘴的阻力，爐膛壓力等。n對象特性建模方法對象特性建模方法：定性

33、分析+實驗測試，通?？捎靡浑A加純滯后環(huán)節(jié)來近似。管式加熱爐的單回路控制系統管式加熱爐的單回路控制系統FCTCPCPC回油燃料油霧化蒸汽工藝介質管式加熱爐的串級控制系統管式加熱爐的串級控制系統TCTC燃料油進料出料FCTC進料出料燃料油TC進料出料燃料油PCTC進料出料燃料油5.1.4 換熱器的過程控制換熱器的過程控制n被控變量被控變量(1) 被加熱/冷卻介質的出口溫度（無相變）；(2) 加熱/冷卻所需的熱量（有相變），如精餾塔底再 沸器的蒸發(fā)量。n控制變量控制變量(1) 調載熱體的流量；(2) 調節(jié)傳熱平均溫差；(3) 調傳熱面積； (4) 將工藝介質分路，一路經換 熱，另一路走旁路。換熱器的

34、控制方案換熱器的控制方案凝液蒸汽TCTCLC氨氣液氨TC蒸汽凝液TC載熱體工藝介質問題問題：若上述單回路控制方案仍未能滿足工藝要求，如何改進 控制方案，以進一步提高控制質量？反應器種類反應器種類再生器提升管反應器沉降器待生催化劑再生催化劑空氣煙氣進料油反應油氣氣體固相經提升或再生5.1.5 反應器的過程控制反應器的過程控制反應器的入口溫度控制反應器的入口溫度控制TC進料出料TC進料出料反應溫度的單回路控制反應溫度的單回路控制出料進料冷卻劑TC出料進料冷卻劑TC反應溫度的串級與分程控制反應溫度的串級與分程控制出料進料冷卻劑TCTC出料進料TC蒸汽冷水反應溫度的分段控制與優(yōu)化反應溫度的分段控制與優(yōu)

35、化TCTCTC冷卻劑冷卻劑冷卻劑Ty第一床層第二床層第三床層冷卻冷卻反應溫度分段控制與關聯分析反應溫度分段控制與關聯分析水物料( a )TCTCTC水進料TCTCTH出料( b )聚合釜反應溫度控制方案一聚合釜反應溫度控制方案一出料進料T2CT1C加熱器冷卻器熱水閥冷水閥T1, spT1T2冷卻水蒸汽熱水冷水TfTC聚合釜反應溫度控制方案二聚合釜反應溫度控制方案二出料進料T2CT1C加熱器冷卻器加熱閥冷卻閥T1, spT1T2熱水蒸汽60 H2O1 H2OTf聚合釜反應溫度聚合釜反應溫度-壓力串級控制壓力串級控制TCPC冷卻水PT1T1, sp具有壓力補償的聚合釜內溫控制具有壓力補償的聚合釜內

36、溫控制( a ) 控制方案( b ) 溫度補償裝置T1Pa+微分環(huán)節(jié)一階濾波環(huán)節(jié)Tc冷水PT1TCTc溫度補償RY原料油RF回煉油回煉油漿F-201霧化蒸汽反應油氣煙氣主風反應器再生器汽提蒸汽預提升蒸汽瓦斯氣TCFCFCFCFCFCFCLCPdCFCTRGTRALRAOFGTF催化劑 RCPdCTCLSPV催化裂化反應再生系統的控制催化裂化反應再生系統的控制 1目的目的 過程控制系統的工程化設計既是生產過程自動化項目建設中的一項過程控制系統的工程化設計既是生產過程自動化項目建設中的一項極其重要的環(huán)節(jié)，也是自動化類專業(yè)的學生強化工程實際觀念、運用極其重要的環(huán)節(jié)，也是自動化類專業(yè)的學生強化工程實際

37、觀念、運用過過程控制工程程控制工程的知識進行全面綜合訓練的重要實踐過程。的知識進行全面綜合訓練的重要實踐過程。 過程控制系統的工程化設計要求設計者既要掌握大量的專業(yè)知識，過程控制系統的工程化設計要求設計者既要掌握大量的專業(yè)知識，還要懂得設計工作的程序。還要懂得設計工作的程序。 過程控制系統的工程化設計，不管具體過程和控制方案如何，其基過程控制系統的工程化設計，不管具體過程和控制方案如何，其基本的設計程序和方法則是相似的。本的設計程序和方法則是相似的。 2主要內容主要內容 在熟悉工藝流程、確定控制方案的基礎上，完成工藝流程圖和控制在熟悉工藝流程、確定控制方案的基礎上，完成工藝流程圖和控制流程圖的

38、繪制；流程圖的繪制； 在儀表選型的基礎上完成有關儀表信息的文件編制；在儀表選型的基礎上完成有關儀表信息的文件編制； 完成控制室的設計及其相關條件的設計；完成控制室的設計及其相關條件的設計； 完成信號連鎖系統的設計；完成信號連鎖系統的設計； 完成儀表供電、供氣系統圖及管線平面圖的繪制以及控制室完成儀表供電、供氣系統圖及管線平面圖的繪制以及控制室與現場之間水、電、氣（汽）的管線布置圖的繪制；與現場之間水、電、氣（汽）的管線布置圖的繪制； 完成與過程控制有關的其它設備、材料的選用情況統計及安裝完成與過程控制有關的其它設備、材料的選用情況統計及安裝材料表的編制；材料表的編制； 完成抗干擾和安全設施的設

39、計；完成抗干擾和安全設施的設計； 完成設計文件的目錄編寫等。完成設計文件的目錄編寫等。 在確定了過程控制系統工程化設計的主要內容以后，可分兩步進行在確定了過程控制系統工程化設計的主要內容以后，可分兩步進行工程化設計，即工程化設計，即立項報告設計立項報告設計和和施工圖的設計施工圖的設計。 1設計前的準備工作設計前的準備工作 （1）調查研究調查研究 （2）規(guī)劃目標規(guī)劃目標 （3）收集資料收集資料 為了使設計的立項報告科學合理、切實可行，能夠比較順利地被審為了使設計的立項報告科學合理、切實可行，能夠比較順利地被審批通過，必須認真做好設計前的準備工作。批通過，必須認真做好設計前的準備工作。 2立項報告

40、的設計立項報告的設計1 1）系統控制方案的論證與確定；系統控制方案的論證與確定； 2 2）說明采用了哪種技術標準與技術規(guī)范作為設計的依據；說明采用了哪種技術標準與技術規(guī)范作為設計的依據；3 3）說明設計的分工范圍說明設計的分工范圍 ；4 4）說明所設計的控制系統在同行業(yè)中的自動化水平以及新工藝、新技說明所設計的控制系統在同行業(yè)中的自動化水平以及新工藝、新技 術的采用情況等術的采用情況等 ; ;5 5）提供儀表設備匯總表、材料清單以及主要的供貨廠家、供貨時間與提供儀表設備匯總表、材料清單以及主要的供貨廠家、供貨時間與 相應的價格，并和概算專業(yè)人員共同做出經費預算及使用情況的說相應的價格，并和概算

41、專業(yè)人員共同做出經費預算及使用情況的說 明明; ; 6 6）提出參加該項工作的有關人員和完成該項工作所需時間以及存在的提出參加該項工作的有關人員和完成該項工作所需時間以及存在的 問題及解決的辦法等；問題及解決的辦法等； 7 7）預測所設計的控制系統投入正常運行后所產生的經濟效益預測所設計的控制系統投入正常運行后所產生的經濟效益. . 當立項報告設計的審批文件下達后，即可進行施工圖的設計。施工圖是進當立項報告設計的審批文件下達后，即可進行施工圖的設計。施工圖是進行施工用的技術文件與圖紙資料，必須從施工的角度解決設計中的細節(jié)部分。行施工用的技術文件與圖紙資料，必須從施工的角度解決設計中的細節(jié)部分。

42、 現以常規(guī)儀表控制系統和集散控制系統（現以常規(guī)儀表控制系統和集散控制系統（DCSDCS）為例，簡要介紹施工圖的）為例，簡要介紹施工圖的設計內容。設計內容。 1常規(guī)儀表控制系統施工圖的設計常規(guī)儀表控制系統施工圖的設計 （1） 圖紙目錄圖紙目錄; （2） 說明書說明書; （3） 設備匯總表設備匯總表; （4） 設備裝置數據表設備裝置數據表; （5） 材料表材料表 ;（6） 連接關系表連接關系表; （7） 測量管路和絕熱、伴熱方式表測量管路和絕熱、伴熱方式表; （8） 銘牌注字表銘牌注字表; （9） 信號原理圖信號原理圖; （10）平面布置圖平面布置圖; （11） 接線（管）圖接線（管）圖; （12

43、）空視圖空視圖 ;（13） 安裝圖安裝圖; （14）工藝管道和儀表流程圖工藝管道和儀表流程圖; （15） 接地系統圖接地系統圖; （16）任選圖的設計任選圖的設計;（略）。（略）。2集散控制系統（集散控制系統（DCS）施工圖的設計）施工圖的設計集散控制系統（集散控制系統（DCSDCS）施工圖的設計內容主要有：）施工圖的設計內容主要有： （1） 文件目錄文件目錄; （2）集散控制系統技術規(guī)格說明書集散控制系統技術規(guī)格說明書; （3） 集散控制系統集散控制系統I/O表表; （4）連鎖系統邏輯圖連鎖系統邏輯圖; （5） 儀表回路圖儀表回路圖; （6）控制室布置圖控制室布置圖; （7） 端子配線圖端子

44、配線圖; （8）電纜布置圖電纜布置圖; （9） 儀表接地系統圖儀表接地系統圖; （10）集散控制系統監(jiān)控數據表集散控制系統監(jiān)控數據表; （11）集散控制系統配置圖集散控制系統配置圖; （12）端子（安全柵）柜布置圖端子（安全柵）柜布置圖; （13）機房設計機房設計; （14）集散控制系統組態(tài)文件的設計集散控制系統組態(tài)文件的設計; 儀表及控制系統的干擾是普遍存在的，若不對儀表或系統存在的干擾采儀表及控制系統的干擾是普遍存在的，若不對儀表或系統存在的干擾采取措施加以消除，輕者會影響儀表或系統的精度，重者使其無法工作，甚至取措施加以消除，輕者會影響儀表或系統的精度，重者使其無法工作，甚至會造成安全事

45、故。所以，分析干擾的來源，采取相應的消除措施，也是工程會造成安全事故。所以，分析干擾的來源，采取相應的消除措施，也是工程化設計的一項重要內容?；O計的一項重要內容。 儀表及控制系統的干擾主要來自以下幾個方面：儀表及控制系統的干擾主要來自以下幾個方面：1電磁輻射干擾電磁輻射干擾;（1 1）電源引入線傳輸干擾電源引入線傳輸干擾; ; （2 2）信號引入線傳輸干擾信號引入線傳輸干擾; ; 3接地系統的干擾接地系統的干擾; 4系統內部干擾系統內部干擾.2引入線傳輸干擾引入線傳輸干擾; 針對上述種種干擾，通常采用如下抗干擾措施：針對上述種種干擾，通常采用如下抗干擾措施： 1隔離隔離;4避雷保護避雷保護;

46、 在上述種種抗干擾措施中，有相當部分是和接地系統有關的。在上述種種抗干擾措施中，有相當部分是和接地系統有關的。 1接地系統的作用及類型接地系統的作用及類型 接地系統的主要作用是保護人身與設備的安全和抑制干擾。不良的接接地系統的主要作用是保護人身與設備的安全和抑制干擾。不良的接地系統，輕者使儀表或系統不能正常工作，重者則會造成嚴重后果。地系統，輕者使儀表或系統不能正常工作，重者則會造成嚴重后果。 2屏蔽屏蔽 ;3濾波濾波 ; 接地系統的類型主要分為兩類，即接地系統的類型主要分為兩類，即保護性接地保護性接地和和工作接地工作接地。工作接地。工作接地中又可分為中又可分為屏蔽接地、本質安全接地和信號回路

47、接地屏蔽接地、本質安全接地和信號回路接地。 （1）保護性接地保護性接地 （2）工作接地工作接地 保護性接地是指將電氣設備、用電儀表中不應帶電的金屬部分與接地體保護性接地是指將電氣設備、用電儀表中不應帶電的金屬部分與接地體之間進行良好的金屬連接，以保證這些金屬部分在任何時候都處于零電位。之間進行良好的金屬連接，以保證這些金屬部分在任何時候都處于零電位。 正確的工作接地可抑制干擾，提高儀表的測量精度，保證儀表系統能正正確的工作接地可抑制干擾，提高儀表的測量精度，保證儀表系統能正?？煽康毓ぷ鳌９ぷ鹘拥刂杏挚煞譃樾盘柣芈方拥?、屏蔽性接地和本質安全?？煽康毓ぷ?。工作接地中又可分為信號回路接地、屏蔽性接地和本質安全接地。接地。 1 1）信號回路接地是指由儀表本身結構所形成的接地和為抑制干擾而設信號回路接地是指由儀表本身結構所形成的接地和為抑制干擾而設 置的接地。置的接地。 2 2）屏蔽性接地是指對電纜的屏蔽層、排擾線、儀表外殼、未作保護接屏蔽性接地是指對