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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,化工流程的自動控制(PFD設(shè)計(jì)),儀表和計(jì)算機(jī)自動控制系統(tǒng)在化工過程中發(fā)揮著重要作用。,強(qiáng)化化工流程的自動控制，是化工生產(chǎn)過程的發(fā)展趨勢和方向。,化工流程自動化控制的優(yōu)點(diǎn)：,、提高關(guān)鍵工藝參數(shù)的操作精度，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量或收率；,、保證化工流程安全、穩(wěn)定的運(yùn)行；,、對間歇過程，還可減少批間差異，保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和重復(fù)性；,、降低工人的勞動強(qiáng)度，減少人為因素對化工生產(chǎn)過程的影響；,“,CAC,”,Computer Aided Control,“,CAO,”,Computer Aided Operation

2、,化工流程中經(jīng)常需要控制的部分工藝變量（參數(shù)）：,溫度 壓力 流量,液位,攪拌轉(zhuǎn)速,PH值,濁度、粘度、各種組份濃度,對一個(gè)化工流程進(jìn)行控制,人工控制,儀表和計(jì)算機(jī)控制（自動控制）,自動控制是在人工控制的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，由檢測儀表、計(jì)算機(jī)裝置、自控閥門組成的自動控制系統(tǒng)分別代替人的眼睛觀察、大腦判斷決策、手動操作。,計(jì)算機(jī)自動控制系統(tǒng)示意圖,化工過程（或化工設(shè)備）,一次儀表,二次儀表,（物理量）,（變送器）,計(jì)算機(jī)控制裝置,420mA,05V,執(zhí)行機(jī)構(gòu),（自控閥門）,計(jì)算機(jī)自動控制系統(tǒng),儀表（一次和二次儀表）,計(jì)算機(jī)控制裝置,動作機(jī)構(gòu)（自控閥門）,計(jì)算機(jī)主機(jī)（硬件、軟件）,A/D、D/A（模

3、入、模出）,控制軟件（平臺軟件及二次開發(fā)的控制應(yīng)用軟件）,序號,名稱,符號,序號,名稱,符號,1,變送器,4,控制室儀表,2,就地安裝儀表,5,孔板流量計(jì),3,機(jī)組盤裝儀表,6,轉(zhuǎn)子流量計(jì),化工流程自控儀表的一些圖形符號：,自控參量代號：,T溫度 F流量 P壓力或真空度,L物位 C濃度 pH氫離子濃度,A分析 V黏度 M攪拌轉(zhuǎn)速,自控功能代號：,I指示 C控制 Q累積,J記錄 X信號 T調(diào)節(jié),L聯(lián)鎖 A報(bào)警 R人工遙控,表示將位號為101的流量信號引入計(jì)算機(jī)自控系統(tǒng)，顯示并控制該值。,表示在設(shè)備附近就地加裝儀表顯示溫度101，而不引入計(jì)算機(jī)自控系統(tǒng)。,FIC,101,TI,101,例如：,5.

4、1 化工流程自控控制的一些基本概念,一、自動控制術(shù)語,TIC,換熱器,冷流股,熱流股,加熱蒸汽,冷凝水,要求：熱流股溫度控制在801,1、被控對象（被控過程、被控設(shè)備）,TIC,換熱器,冷流股,熱流股,加熱蒸汽,冷凝水,定義：需要實(shí)現(xiàn)自動控制的生產(chǎn)流程（過程）或設(shè)備。,上述例子中，被控對象就是換熱器。,2、被控變量（被控參數(shù)）,定義：被控對象中需要保持規(guī)定數(shù)值的物理量。,上述例子中，熱流股的溫度。,TIC,換熱器,冷流股,熱流股,加熱蒸汽,冷凝水,3、控制變量（操縱變量）,定義：受執(zhí)行裝置（自控閥門）操縱，用來使被控變量保持在設(shè)定值的某個(gè)物理量。,上述例子中，加熱蒸汽的流量。,4、干擾變量（擾

5、動變量）,定義：除控制變量以外，作用于被控對象，并可能引起被控變量發(fā)生變化的一些物理量。,上述例子中，加熱蒸汽的壓力（溫度）、冷流股的流量及溫度。,TIC,換熱器,冷流股,熱流股,加熱蒸汽,冷凝水,5、設(shè)定值與控制精度,設(shè)定值被控變量的工藝規(guī)定值。,（注意：對開環(huán)控制系統(tǒng)，控制變量也可以有設(shè)定值。）,控制精度設(shè)定值允許的波動范圍。,上述例子中，熱流股的溫度要求控制在801。80就是被控變量的設(shè)定值，1就是對熱流股溫度的控制精度要求。,對連續(xù)過程，設(shè)定值是一個(gè)定值,溫度（）,時(shí)間,80,溫度（）,時(shí)間,對間歇過程，設(shè)定值也可以是一個(gè)隨時(shí)間而變的曲線（時(shí)變曲線）,TIC,換熱器,冷流股,熱流股,加

6、熱蒸汽,冷凝水,6、控制偏差,控制偏差被控變量的設(shè)定值與其實(shí)際測量值之差。,上述例子中，熱流股的溫度要求控制在801。如果實(shí)際檢測為80.6，那么0.6 就是控制偏差。,偏差在控制精度以內(nèi)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種。,二、控制系統(tǒng)類型,計(jì)算機(jī)自動控制系統(tǒng),開環(huán)控制系統(tǒng),閉環(huán)控制系統(tǒng),TI,換熱器,冷流股,熱流股,加熱蒸汽,冷凝水,1、開環(huán)控制系統(tǒng),人工預(yù)先給定蒸汽流量值,計(jì)算機(jī)控制裝置,TI,換熱器,冷流股,熱流股,加熱蒸汽,冷凝水,FI,2、閉環(huán)控制系統(tǒng),TIC,換熱器,冷流股,熱流股,加熱蒸汽,冷凝水,閉環(huán)控制系統(tǒng)作用原理

7、：,通過被控變量的檢測值與其設(shè)定值的偏差（包括偏差正負(fù)方向），反過來通過計(jì)算機(jī)控制裝置對控制變量進(jìn)行操縱調(diào)節(jié)。,開環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)的幾點(diǎn)顯著區(qū)別：,、閉環(huán)控制系統(tǒng)是按被控變量的檢測值與其設(shè)定值的偏差去操縱（影響）控制變量；,而開環(huán)控制系統(tǒng)是按照控制變量本身的設(shè)定值或干擾變量的大小去操縱（影響）控制變量。,、閉環(huán)控制系統(tǒng)在,被控變量 控制裝置 控制變量,之間形成了相互影響的回路。,即：控制變量可以改變到被控變量，反過來，被控變量的信息有可以指導(dǎo)控制變量的調(diào)節(jié)。,而開環(huán)控制系統(tǒng)不存在此相互影響的回路。,、閉環(huán)控制系統(tǒng)必須有被控變量的檢測，而開環(huán)控制系統(tǒng)可以沒有被控變量的檢測。,化工流程的控

8、制系統(tǒng)類型，絕大多數(shù)為閉合控制系統(tǒng)。,關(guān)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；,自校正PID算法；,自適應(yīng)控制算法；,自校正控制算法；,模糊（FUZZY）控制算法；,專家控制系統(tǒng)算法；,在化工流程的實(shí)際控制中，經(jīng)常遇到一些,干擾變量多、大滯后,等問題，對控制回路的控制算法提出了挑戰(zhàn)。,5.2 化工單元操作常見的控制方案,一、離心泵出口流量控制,1、離心泵出口單路流量控制,FIC,FIC,情形1,情形2,2、離心泵出口多支路流量控制,FIC,FIC,注意：,所有調(diào)節(jié)閥均應(yīng)該水平安裝，并保證其前后直管段長度；,二、容器（釜）內(nèi)液相溫度控制,TIC,蒸汽,冷凝水,疏水器,情

9、形一,二、容器（釜）內(nèi)液相溫度控制,TIC,蒸汽,情形二,冷媒,三、容器（釜）內(nèi)壓力控制,PIC,蒸汽,冷凝水,K,情形1，釜內(nèi)真空度控制,去真空泵,PIC,蒸汽,冷凝水,情形2，釜內(nèi)正壓控制,放空,壓力氣體,蒸汽,冷凝水,PHIC,堿,酸,四、容器（釜）內(nèi)液相PH值控制,LIC,蒸汽,冷凝水,進(jìn)料,五、容器（釜）內(nèi)液體的液位控制,通過進(jìn)料流股流率來控制容器內(nèi)液體的液位,六、復(fù)雜的串級控制,TIC,換熱器,冷流股,熱流股,加熱蒸汽,冷凝水,換熱器復(fù)雜串級控制示意圖,TI,TI,FI,七、化工流程中的間接測量與控制,問題描述：,一個(gè)真空蒸發(fā)結(jié)晶的間歇過程，蒸發(fā)結(jié)晶釜內(nèi)（釜總體積為6m,3,）為正

10、丁醇水帕羅西盯物系，釜外加套采用1.3kgf/cm,2,的飽和蒸汽加熱，系統(tǒng)真空度要求控制在72010mmHg，開始真空蒸發(fā)結(jié)晶前，首先一次性向釜內(nèi)壓入3m,3,的正丁醇水帕羅西盯均相物料（溶劑基水份含量質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為23，起始溫度為室溫。），開啟真空泵，待真空度穩(wěn)定后，開始控制加熱蒸汽流量進(jìn)行升溫蒸發(fā)，隨著正丁醇水的餾出，釜內(nèi)液位將下降，要求采用補(bǔ)加正丁醇的方式維持結(jié)晶釜內(nèi)液位基本不變。當(dāng)釜內(nèi)水份含量降低到一定數(shù)值時(shí)，帕羅西盯開始結(jié)晶出來。整個(gè)過程為了保證晶體的成核與生長，還要求控制蒸發(fā)過程的蒸發(fā)速度，而且在出晶點(diǎn)時(shí)蒸發(fā)出的冷凝液要部分回流到結(jié)晶釜。為了防止帕羅西盯的熱降解，整個(gè)蒸發(fā)過程溫度不

11、能超過50。蒸發(fā)結(jié)晶終點(diǎn)控制在結(jié)晶釜內(nèi)物料溶劑基水份含量質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.6，然后泄掉系統(tǒng)真空，進(jìn)行過濾、干燥、洗滌，得到帕羅西盯產(chǎn)品（晶體）。,蒸汽,冷凝水,補(bǔ)加正丁醇,冷凝器,結(jié)晶釜,冷凝液收集器,緩沖罐,去真空泵,分流器,蒸發(fā)結(jié)晶流程示意圖,蒸汽,冷凝水,補(bǔ)加正丁醇,冷凝器,結(jié)晶釜,冷凝液收集器,緩沖罐,去真空泵,分流器,蒸發(fā)結(jié)晶帶控制點(diǎn)的流程示意圖,TI,LIC,PIC,PI,青霉素G鉀鹽,來自酶再生罐,去酶再生罐,空氣,真空泵,排空,緩沖罐,溶解罐,酶裂解,反應(yīng)器,過濾器,冷凝器,蒸汽進(jìn),無鹽水,冷水進(jìn),冷水出,熱水進(jìn),冷鹽水回,溫水罐,真空泵,排空,6APA,儲罐,升膜蒸發(fā)器,6AP

12、A,儲罐,反應(yīng),結(jié)晶器,緩沖罐,冷凝水,收集罐,分離器,冷凝水,進(jìn)水,NaOH水溶液,無鹽水,熱水罐,冷鹽水進(jìn),冷水罐,濾液罐,鹽水進(jìn),HCl進(jìn),鹽水回,6APA產(chǎn)品,過濾器,TIC,101,溫水罐,80熱水進(jìn),10冷水進(jìn)（少量）,TIC,102,堿進(jìn),酶進(jìn),青霉素水溶液,裂解液,熱水回,補(bǔ)水,溢流,排污,FT102,FPH101,FT101,PHIC,101,裂解反應(yīng)器,TI,104,LIC,101,FL101,PIC,101,FP101,K,P101,LIC,102,FL102,TIC,103,FT103,熱水罐,緩沖罐,冷凝水收集罐,冷凝器,分離器,升膜蒸發(fā)器,裂解液進(jìn),排空,抽真空,熱水回,蒸汽進(jìn),溢流,抽真空,熱水回,冷鹽水進(jìn),裂解液儲罐,來自濃縮液儲罐,FPH102B,PHIC,102,TIC,106,FPH102A,FT106,TIC,105,FT105,HCl進(jìn),冷鹽水進(jìn),補(bǔ)水,冷水罐,反應(yīng)結(jié)晶器,（過濾）,排空,接蒸發(fā)緩沖罐,來自分離器,（回蒸發(fā)器前儲罐）,濃縮液儲罐,