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图所示为聚合釜温度控制系统。试问：
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（1）这是一个什么类型的控制系统?试画出它的方块图 ； • （2）如果聚合釜的温度不允许过高，否则易发生事故 ，试确定控制阀的气开、气关型式； • （3）确定主、副控制器的正、反作用； • （4）简述当冷却水压力变化时的控制过程； •
• （5）如果冷却水的温度是经常波动的，上述系统应如何 改进? • （6）如果选择夹套内的水温作为副变量构成串级控制系 统，试画出它的方块图，并确定主、副控制器的正、反作 用。
由于液氨冷却器中液位不允许过高，则信号中断时液氨管 道上的阀门必须关闭， 因此阀门应选择气开阀。液氨的流 量越大，则冷却器中的温度越低，对象为反作用，要构成负 反馈系统，则温度调节器应该选为正作用。 当被冷却物料的出口温度升高时，温度变送器输出增加， 调节器为正作用，则调节器输出信号增大，而控制阀为气开 ，则控制阀开度增大，从而液氨流量增加。这样就有更多的 液氨气化吸收热量，使被冷却物料的出口温度下降。 在控制过程中如果液氨的液面淹没了换热器的全部列管而 出口温度仍偏高，此时若继续增大液氨量，一方面传热面 积已达极限，氨的蒸发量已无从增加，使出口温度降不下 来，另一方面会使得气氨带液从而损坏后面的氨压缩机， 因此当液位高于某个数值后，应采用氨的液位控制取代温 度控制。试设计该选择控制系统。
• （5）如果冷却水温度经常波动，则应选择冷却水温度作 为副变量，构成温度-温度串级控制系统。
聚合釜温度-冷却水温度串级控制系统
聚合釜温度-夹套水温度串级控制系统
• （6）如果选择夹套内的水温作为副变量构成串级控制系 统，其原理图如下图所示。方块图如前所示，但其中的副 对象是聚合釜夹套，副变量是夹套内的水温，副控制器是 温度控制器T2C。副控制器T2C为“反”作用，主控制器 T1C也为“反”作用。
• 7-29：选择控制有两类，注意例子与定义 应相符 • 7-30 FC FT
TC
LS Q
裂解气
TT
T
热交换器
FT
流量给 定
FC 选 择 器 TC 釜液调 节阀 换热器 出口裂解 气温度 釜液流量
温度给 定
TT
• （1）由于裂解气冷却后的出口温度不能低于15℃，否则 裂解气中的水分会产生水合物堵塞管道，因此信号中断时， 釜液流量应关断，故调节阀选气开式； • （2）对于FC来讲，由于调节阀为气开，而阀门开度越大， 流入换热器的釜液越多，因此对于釜液流量调节对象其特 性为正作用，因此为构成负反馈系统，FC选反作用；对 于TC来讲，进入换热器的釜液越多，则出口温度越低， 因此这部分控制通道为反作用，为构成负反馈系统，TC 选正作用。 • • （3）由于裂解气冷却后的出口温度不能低于15℃，如果 一旦温度低于15℃，TC输出减小，此时则应该放弃正常 流量控制，而改由温度调节器输出信号去进一步关小阀门， 使温度回调，因此选择器应该选用低选器。
• 7-23：概念参考课本。目的是解决前后工序的矛 盾，要求时前后互相联系又互相矛盾的两个变量 应保持在所允许的范围内波动；两个被控变量在 控制过程中都是缓慢变化的 • 7-24：注意是参数整定的特点，不是控制规律选 取的特点 • 7-25：分程控制的特点，一定要注意一点就是调 节器的信号要分段去控制不同的调节阀，若多个 调节阀同时动作则不叫分程控制。 • 应用范围： （1）扩大调节阀的调节范围 • （2）用于工艺上要求控制两种不同的介质流量， 以满足不同的工艺目的。
第七章 复杂控制系统
• 7-1：不只是串级控制系统的结构特点，串级控制 系统与单回路相比特点或优势有三点（1） 改造 副对象特性，。。。（2）提高了抗干扰能力（3） 提高了对负荷变化的适应能力 • 7-2串级系统的工作原理，从原理框图入手分析 • 7-3,提高了控制通道的工作频率，带宽增大，响 应速度变快 • 7-4 参见课本，注意副参数必须与主参数有一定 关系，是为提高主参数调节质量而引进的
【 例】氨冷器物料出口温度与液氨液位选择性控制系统。 在正常情况下根据物料出口温度控制液氨的进入量， 正常情况下根据物料出口温度控制液氨的流量，但液氨冷 却器中液位不允许过高，否则会使气氨中带液，以至于损 坏后续设备（压缩机）。
温度给定值
-
调节器 TC
液氨流 量阀 温度测量变送 TT
液氨冷 却器
温度
假定工艺要求液氨阀为气开形式，主流量控制器为反作用， 磷酸流量调节阀为气关形式，副流量控制器为正作用形式。 工作原理： （1）对主回路干扰的克服：假设由于外界干扰或其它原因导 致液氨流量减小，而主流量给定值不变，此时主控制器的输 入减小，主控制器为反作用，输出增大；液氨调节阀为气开 阀，则液氨阀的开度增加，液氨流量增加，使其慢慢达到给 定的流量。在液氨流量减小的同时，比值器输出减小，从控 制器的给定值将减小（相当于测量值增大），从控制器为正 作用，输出增大； 磷酸调节阀选择气关阀，则阀的开度减小 ，磷酸流量按比例减小，以适应液氨流量减小的需要；可见 由于主流量控制回路的存在，双闭环比值控制系统实现了对 主流量的定值控制，增强了主流量的抗干扰能力，使主流量 变得平稳。 （2）对副回路干扰的克服：由于干扰使磷酸流量减小时，从 控制器的测量值减小，从控制器为正作用，输出减小，磷酸 阀的开度增加，磷酸流量增加。
蒸汽流量 前馈补偿控 制器
水位给定值
蒸汽流量 测量
-
调节器 LC
给水阀
汽包
水位
液位测量变送 LT
• • • •
7-17框图参考P230图7-18 注意图7-19是一个等效图，不是实现 7-19，明确比值系数的概念 7-22 该题目所涉及方案为单闭环比值控制系统， 总流量不能保持恒定，如果要使得总流量保持恒 定，需要用双闭环比值控制系统，即
• 7-9，见课本及讲义 • 7-10：注意到前馈控制是开环控制 • 7-12 稳定性不变，注意不变性原理跟稳定 性不变无关 • 7-13：物理上无法实现超前环节 • 7-14：注意题目要求：1设计前馈反馈系统 • 2蒸汽用量波动 • 注意框图必须有反馈
蒸汽流量D
汽包
FT LT FC LC
+
给水G
Q1
F 1T F 1C
K’
F 2C F 1T
Q2
给定
Q1 主流量控制器 执行器 主流量对象
主测量、变送
K Q2
副流量控制器
执行器
副流量对象
副测量、变送
比值控制在磷酸二铵生产中的应用 液氨与磷酸在中和槽发生中和反应生成磷铵料浆，经造粒、干燥、冷 却，形成合格的产品。该反应中起主导作用的参数是氨流量，称为主 流量，用G1表示；随氨流量进行配比的另一个参数是磷酸流量，称为副 流量，用G2表示。为使磷酸流量与液氨流量保持一定比例，即满足关系 式：G2/G1= K ，选择比值控制方式，如果仅仅为了克服磷酸流量的波 动，可以采用单闭环比值控制。 生产中氨流量和磷酸流量均有可能受到干扰而发生变化，当要求生产 负荷比较稳定时，氨流量和磷酸流量都应控制，选择双闭环比值控制实 现控制要求。
pHC 反
酸液
气关 pHT
碱液 废液
气开
中和液
100%
酸阀 0 0.02 碱阀
0.06
0.10 MPa
• pH值大时，控制器输出减小，酸液阀开度增加，加入酸 ，使pH值减小。 • pH值小时，控制器输出增大，碱液7时，对应调节器输出为0.02MPa～0.06 MPa • pH值为7～1时，对应调节器输出为0.06MPa～0.1 MPa
为了防止气氨带液进入后续设备（氨压缩机），以致损 坏设备，所以控制阀应选择气开型。 这样一旦气源中断，控制阀就会自动关阀，停止液氨进 入氨冷器，使液位不致过高。 温度控制器TC，与液位控制器LC的正、反作用可以分 别按两个单回路控制系统来考虑
由于控制阀均为“＋”，温度对象特性为“－”（因为 液氨进入量增加，会使物料出口温度下降），所以TC应 选为“正”作用。液位对象特性为“十”（因为液氨进 入量增加，会使液位升高），所以LC 应为“反”作用。 由于LC是异常工况下工作的控制器，且是“反”作用的， 故在正常工况下，液位低于安全极限（实际上就是给定 值），所以LC的输出较高。当温度过高时，液氨液面可 能会超限，液位调节器反作用，输出信号为低值。为了 在正常工况下，LC不被选中，而当温度过高时液氨液面 超限时LC则被选中，故选择器应为低值选择器。
• 【例】 一热交换器，使用热水与 蒸汽对物料进行加热。工艺要求出 口物料的温度保 持恒定。为节省 能源，尽量利用工艺过程中的废热， 所以只是在热水不足以使物料温度 达到规定值时，才利用蒸汽予以补 充。
信号分段的特点 注意该例子的目的是扩大控制范围，这时要注意流量特性 的平滑衔接问题（1）直线阀流量特性尽可能一致，（2） 两阀的分成信号部分重叠。
• 7-28 框图：注意有两条控制通道 • 阀的气开气关方式的选择，对A、B阀要分 别进行 • 调节器正反作用形式则仅按一条控制通道 判断即可
阀门定位 器A 阀门定位 器B
A
调节器PC
调节阀A
反应器
B
调节阀B
• 在工业废液中和处理工艺中，需要根据废 液的酸碱性即pH值，分别控制加酸量或加 碱量。分析当pH值大时和pH值小时阀门的 动作。
• 【例】一个间歇反应器的温度控制系统，其 控制方案如右图所示，图中所采用了（ ）控 制方案完成控制。
TT TC
A.串级 B.选择性 C.分程 D.均匀
冷却水
A B 蒸汽
• 7-8温度压力串级控制系统 • 1）系统框图：注意被控参数与被控对象的区别
给定温度 温度 调节 器TC 压力调 节器FC 出口温度 加热炉
-
燃料调 节阀
燃料油 管道
压力测量变 送FT
温度测量变 送TT
• • • • •
2）气开阀 3）调节器正反作用的判断： 先判副调节器，再判主调节器 可按照主通道放大系数的积为正来判断 副回路为负反馈，等效为主通道上一个环 节，放大系数为正，主对象控制通道，燃 料越多，温度越高，放大系数为正，因此 TC的放大系数为正才能构成负反馈，故选 TC为反作用形式。