过程控制-第8章特殊控制系统.ppt

6.1比值控制系统（1）流量与其测量信号之间成非线性关系在如图8-6所示比值控制系统中。因为对于节流元件来说，压差与流量的平方成正比，故A、B两条管路上的节流元件的压差与流量的关系可以分别写为其中,k1和k2分别为节流元件的放大系数。流量测量变送器FT是将压差信号线性地转换为电信号。对于电动DDZ-III型仪表，当流量由零变至最大值Qmax时，仪表对应的输出信号范围为4～20mA（DC），因此可以写出变送器转换式为将式（8-2）代入式（8-3）可得（8-4）因为对于电动和气动仪表，比值器FY的输出信号与输入信号以及比值系数的之间的一般关系为：输出信号=比值系数×（输入信号-零点）+零点。根据控制阀的气开和气关作用方式，以及两个控制阀是同向动作还是异向动作，在分程控制的应用中，可以形成四种不同的组合形式如图8-19所示。图8-19（a）表示两个阀同方向动作。随着控制信号压力的增大（减小），两阀都同方向开大（关小）。以气开式为例，控制器输出信号压力为0．02MPa时，A,B两阀都全关闭，随着控制信号的增大,A阀开始打开，直到控制信号增大到0．06MPa时,A阀全开，此时,B阀才开始开启，直到控制信号增大到0．1MPa时,B阀也全开。当控制信号由0．1MPa减小时,B阀先关小，直到全关闭后A阀才开始关闭。图8-19(b)表示两阀异方向动作。一个阀是气开式，另一个阀就是气关式。以A阀为气开,B阀为气关为例，控制信号压力为0．02MPa时,A阀为全关,B阀为全开。随着控制信号压力的增大，A阀开始打开，B阀不动作。当控制信号压力至0．06MPa时，A阀全开，B阀仍全开。控制信号再增大，B阀开始关闭，直到控制信号为0．1MPa时，B阀全关闭。此时，A阀全开，B阀全闭。8.3.2分程控制的应用1．扩大控制阀的可调比在过程控制中，有些场合需要控制阀的可调范围很宽。如果仅用一个大口径的控制阀，当控制阀工作在小开度时，阀门前后的压差很大，流体对阀芯、阀座的冲蚀严重，并会使阀门剧烈振荡，影响阀门寿命，破坏阀门的流量特性，从而影响控制系统的稳定。若将控制阀换小，其可调范围又满足不了生产需要，致使系统不能正常工作。在这种情况下，可将大小两个间并联分程后当作一个阀使用，从而扩大了可调比，改善了阀的工作特性，使得在小流量时有更精确的控制。2．满足工艺操作上的特殊要求在某些间歇式生产的化学反应过程中，当反应物投入设备后，为了使其达到反应温度，往往在反应开始前需要给它提供一定的热量。一旦达到反应温度后，就会随着化学反应的进行而不断释放出热量，这些放出的热量如不及时移走，反应就会越来越剧烈，以致于会有爆炸发生的危险。因此，对这种间歇式化学反应器，既要考虑反应前的预热问题，又要考虑反应过程中及时移走反应热的问题。为此，针对该化学反应器可设计如图8-21所示的分程控制系统。针对该分程控制系统，当反应器配料工作完成以后，在进行化学反应前的升温阶段，由于起始温度低于设定值，因此反作用的控制器输出信号将逐渐增大，A阀逐渐关小至完全关闭，而B阀则逐渐打开，此时蒸汽通过热交换器使循环水被加热，再通过夹套对反应器进行加热、升温，以便使反应物温度逐渐升高。当温度达到反应温度时，化学反应发生，于是就有热量放出，反应物的温度将继续升高。当反应温度升高至超过设定值后，控制器的输出将减小，随着控制器输出的减小，B阀将逐渐关闭，而A阀则逐渐打开。这时反应器夹套中流过的将不再是热水而是冷水，反应所产生的热量就被冷水带走，从而达到维持反应温度的目的。3．用于安全生产的防护措施在炼油厂或石油化工厂中，有许多贮罐存放着各种油品或石油化工产品。这些贮罐建造在室外，为使这些油品或产品不与空气中的氧气接触，被氧化变质，或引起爆炸危险，常采用罐顶充氮气（N2）的办法，使其与外界空气隔绝。例如图8-23所示的罐顶氮封分程控制系统。实行氮封的技术要求是要始终保持罐内的N2气压为微量正压。贮罐内贮存的物料量增减时，将引起罐顶压力的升降，应及时进行控制，否则将会造成贮罐变形。因此，当贮罐内液位上升时，应停止继续补充N2，并将罐顶压缩的N2适量排出。反之，当液位下降时，应停止排放N2而继续补充N2。只有这样才能做到既隔绝了空气，又保证了贮罐不变形的目的。罐顶氮封分程控制系统中，PT为压力测量变送器，PC为压力控制器，选择PI控制规律，具有反作用；充气阀A选择气开式，排气阀B选择气关式。当罐顶压力减小时，控制器输出增大，从而将打开充气阀而关闭排气阀。反之当罐顶压力增大时，控制器输出减小，关