1、第五章 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,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
2、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。,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）,化工流程自控仪表的一些图形符号：,自控参量代号：T温
3、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,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 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：,5.1 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801,1、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。,上述例子中，被控对象就是换热器。,2、被控变量（被控参数）
4、,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。,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。,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
5、精度要求。,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）,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。,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,换热器,冷流股,热流股,加热蒸汽,冷凝水,2、闭环控制系统,换
6、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。,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
7、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。,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。, ,5.2 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2,2、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，并保证其前后直管段长度；,二、容器（釜）内液相温度控制,蒸汽,冷
8、凝水,疏水器,三、容器（釜）内压力控制,K,情形1，釜内真空度控制,去真空泵,情形2，釜内正压控制,放空,压力气体,碱,酸,四、容器（釜）内液相PH值控制,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,六、复杂的串级控制,换热器复杂串级控制示意图,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（釜总体积为6m3）为正丁醇水帕罗西盯物系，釜外加套采用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
9、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）。,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,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,
