第12章-单回路控制系统优秀PPT.ppt
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1、刘玉长刘玉长第十二章单回路限制系统第一节 概述其次节 被控量与操纵量的选择第三节 检测及变送环节的考虑第四节 限制阀的选择第五节 限制器限制规律及作用方向的选择第六节 限制器参数的工程整定第七节 自动限制系统的投运第八节 单回路限制系统设计实例刘玉长刘玉长第一节 概述一、单回路限制系统组成与工作原理由一个测量变送器、一个调整器、一个执行器和对象组成,仅有一个闭合回路的系统叫单回路限制系统。回路系统占总系统的80%以上。在选择限制方案时,只有在简洁限制系统不能满足生产过程限制的要求时,才考虑接受两个回路以上组成的困难限制系统。检测/变送限制器限制器执行器对象实际值期望值SP单回路限制系统刘玉长刘
2、玉长二、如何确定限制方案限制系统的设计就是在了解工艺要求基础上,选择合适的限制方案、确定相应的限制装置,以使被控量按预期自动运行。设计时主要考虑以下几个环节:(1)被控量(输出)和操纵量(输入)的确定;(2)检测变送环节的考虑(信息的获得与变送);(3)限制作用和限制阀的选择;(4)限制系统的工程整定和投运。刘玉长刘玉长其次节 被控量和操纵量的选择一、被控量的选择原则 作为被控量,必需能够获得检测信号并有足够大的灵敏度,滞后要小。必需考虑工艺生产的合理性和仪表的现状,检测点的选取必需合适。被控量的选择方法(1)选干脆参数。即能干脆反映生产过程产品产量和质量,以及平安运行的参数(如锅炉水位限制)
3、。(2)选间接参数。当选干脆参数有困难时接受,间接指标与干脆指标之间必需是一一对应的函数关系(如锌精矿沸腾炉的炉温限制,炉温是反映焙砂质量的一个间接指标)。刘玉长刘玉长二、操纵量的选择操纵量是克服扰动影响、使系统重新复原平稳运行的主动因素,应当遵循快速、有效地克服干扰的原则去选择操纵量。那如何选(从对象特性对限制质量的影响入手,完成下表)放大系数放大系数时间常数时间常数滞后时间滞后时间控制通道控制通道扰动通道扰动通道 刘玉长刘玉长操纵量的选择原则(1)限制通道对象放大系数适当地大些,时间常数适中,纯滞后越小越好;(2)扰动通道对象的放大系数应尽可能小,时间常数应尽可能大;(3)扰动作用点应尽量
4、靠近限制阀或远离检测元件,增大扰动通道的容量滞后,可削减对被控量的影响;(4)操纵量的选择不能单纯从自动限制的角度动身,还必需考虑生产工艺的合理性、经济性。刘玉长刘玉长第三节 检测及变送环节的考虑 一、检测及变送环节任务、作用及要求任务 对被控量进行正确测量,并将其转换为标准信号。要求 能正确、刚好地反映被控量的状况,供应操作人员推断生产工况和系统进行限制作用的依据。二、检测变送环节特性通常等效为带滞后的一阶惯性特性【志向特性为比例环节】。三、选型留意事项应尽量削减其时间常数与滞后时间。刘玉长刘玉长第四节 限制阀的选择问题:干扰(设定值、负荷或其它因素变更)的存在会破坏系统的正常运行状态,那么
5、用什么方法来克服扰动的影响【请依据系统框图回答】SP限制阀GV(s)检测与变送器Gm(s)PV对象GP(s)限制器GC(s)单回路限制系统扰动刘玉长刘玉长限制阀选择内容(1)流量特性(事实上就是选线性还是对数特性,因为抛物线特性阀通常用的很少,而蝶阀当导通角为0-70o时近似为对数特性);(2)结构形式;(3)开闭形式;(4)口径计算。ZXP(ZJHP)型新系列型新系列气动薄膜直通单座阀气动薄膜直通单座阀 ZAZN型电动双座阀型电动双座阀 刘玉长刘玉长一、限制阀的流量特性选择(一)选择原则系统稳定运行准则。使在生产负荷变动状况下,已整定的限制器的参数值不需变更,而限制系统仍能保持预定的品质指标
6、。系统稳定运行维持方法。通过选择适当的限制阀特性来保证【缘由:对象特性通常随负荷(工作点)而变,除限制器外系统中无其它可变部分】。流量特性选择实质与原则。以限制阀特性的变更来补偿对象特性的变更,使系统成为一个志向的限制系统,即保证系统特性在整个操作范围内基本维持不变:刘玉长刘玉长限制阀的流量特性选择原则G0(s)=GC(s)GV(s)GP(s)Gm(s)=const 通常使 G0(jwg)-0.5【为什么】其中wg为相位截止频率。若仅考虑静态特性,并考虑到限制器增益与检测变送环节增益通常维持不变,则有限制阀:KV阀与对象的放大系数输入输出合成:K0对象:KP式中KV、KP分别为限制阀与被控对象
7、的放大系数。刘玉长刘玉长(二)流量特性的选择方法1、数学分析法、数学分析法依据对象特性选取限制阀流量特性。依据对象特性选取限制阀流量特性。2、阅历法、阅历法(工程上多接受工程上多接受)依据被控对象、限制参数,依据阅历选取依据被控对象、限制参数,依据阅历选取流量特性。按阅历法选择流量特性时:流量特性。按阅历法选择流量特性时:(1)须要考虑工艺配管状况;须要考虑工艺配管状况;(2)考虑负荷变换的状况考虑负荷变换的状况:在负荷变更幅度大在负荷变更幅度大的场合,选等百分比阀较合适;当所选限制阀的场合,选等百分比阀较合适;当所选限制阀常常工作在小开度时,也宜选等百分比阀。常常工作在小开度时,也宜选等百分
8、比阀。刘玉长刘玉长对数/抛物线/蝶阀R2R1R2R1R2R1Q1 Q2数学分析法数学分析法:随动限制系统随动限制系统(设定值设定值R为干扰为干扰)(1)对象KP恒定,即被控量与限制阀输出流量Q成正比,则阀流量特性应选线性;(2)KP变更,且随Q增大反而削减,则应选对数(或抛物线/或蝶阀)流量特性;(3)KP变更,且随Q增大反而增大,则应选快开流量特性。QyQyQylQlQlQ设定值R变更快开直线刘玉长刘玉长RRRQ1Q2Q3数学分析法数学分析法:定值限制系统定值限制系统(负荷为干扰负荷为干扰)(1)对象KP恒定,即被控量与限制阀输出流量Q成正比,则阀流量特性应选线性;(2)KP变更,且随Q增大
9、反而削减,则应选对数(或抛物线/或蝶阀)流量特性;(3)KP变更,且随Q增大反而增大,则应选快开流量特性。yQylQlQlQ负荷线负荷线y负荷线负荷变更对数/抛物线/蝶阀快开直线刘玉长刘玉长数学分析法选限制阀流量特性留意事项(1)不同扰动引起的对象变更,要求补偿用的流量特性可能是不一样,甚至是相反的,所以应依据引起工作点移动的主要干扰来选取限制阀流量特性;(2)接受分析推理方法得到的流量特性有时为快开特性,考虑到快开特性特点,一般用于双位限制或程序限制而不适合于连续自动调整,此时可用线性阀代替;(3)生产实践中,通常阀前后压差是变更的,故选择时还需考虑配管条件等对流量特性的影响。刘玉长刘玉长阅
10、历法:按限制对象选择流量特性刘玉长刘玉长阅历法阅历法:按配管状况选择流量特性按配管状况选择流量特性配管状态S=1.00.6S=0.60.3S0.3实际特性直线对数直线对数不适宜控制理想特性直线对数对数对数刘玉长刘玉长(三)限制阀特性选择留意事项(1)应依据主要干扰的变更来选择阀门特性;(2)当对象特性可用图形表示时,用图解法选;而当特性可用解析式表示时用解析法选【留意对象特性必需是增量化前的方程】;(3)要求高时,应从动态角度考虑与分析;(4)限制阀流量特性的选择是使系统总的幅频与相频特性恒定,为此亦可通过选择限制器或检测变送环节特性满足此要求。如节流装置测流量,配开方器,用线性限制阀;如不加
11、开方器,从静态考虑要选快开特性,实际选线性。刘玉长刘玉长(四)阀门流量特性选择实例1、依据物料平衡求对象特性LTQ1Q2LCAh2、画限制系统方框图GC(s)Gm(s)GV(s)H(s)B(s)Q1(s)Q2(s)刘玉长刘玉长3、设定值扰动引起工作点移动出液阀开度b不变,KP会随设定值变更,静态推理:若h0KP要维持KVKP恒定要求KVQ2稳定时Q1=Q2Q1开度要求阀在开度增大时,阀增益减少,故应选快开阀若h0TC,稳定性要维持稳定性能不变要求KVQ2 Q1 要求阀开度要求阀增益随开度增大而增大,故应选对数特性阀考虑对动态特性的补偿:综合静态与动态要求,选直线特性限制阀。刘玉长刘玉长4、出液
12、阀开度b0变更引起工作点移动设定值恒定,即h0不变,KP1/b0,TC1/b0,要补偿对象特性变更对系统的影响,可按如下过程来选取限制阀流量特性:若b0KP 要维持K0恒定,需KVQ2 Q1 需阀开度要求阀在开度增大时,阀增益削减,故应选对数阀(静态补偿推理过程)(动态补偿推理过程)TC稳定性需KV若b0要维持稳定性能不变要求阀在开度增大时,阀增益削减,故应选快开阀Q2 Q1 需阀开度综合静态与动态 要 求,选直线阀刘玉长刘玉长二、限制阀结构形式的选择限制阀选用时需留意两点:(1)被控介质的工艺条件,如温度、压力、流量;(2)被控介质的流量特性,如黏度、腐蚀性、毒性、是否含悬浮颗粒、液态还是气
13、态等。(a)单座限制阀 (b)双座限制阀 (c)角形限制阀 (d)套筒限制阀1-阀杆;2-上阀盖;3-填料;4-阀芯;5-阀座;6-阀体部分限制阀结构刘玉长刘玉长限制阀结构形式特点及适用场所直通单直通单座阀座阀结构简单,装配方便,泄漏小,但受流体冲击不平结构简单,装配方便,泄漏小,但受流体冲击不平衡力大。适用于小口径衡力大。适用于小口径Dg25mm 的场合。的场合。直通双直通双座阀座阀 受流体冲击不平衡力影响小,但关不严渗漏较大,受流体冲击不平衡力影响小,但关不严渗漏较大,适用于大口径管道的场合。适用于大口径管道的场合。角形阀角形阀 阀体受流体的冲击小,体内不易结污,对粘度高、阀体受流体的冲击
14、小,体内不易结污,对粘度高、有悬浮物和颗粒物的流体尤为适用,并且调节稳定有悬浮物和颗粒物的流体尤为适用,并且调节稳定性较好。性较好。蝶阀蝶阀 流阻小,适用于低差压大流量的气体及含有固体悬流阻小,适用于低差压大流量的气体及含有固体悬浮物的介质,通常流量特性与等百分比相似。浮物的介质,通常流量特性与等百分比相似。隔膜阀隔膜阀 用于强腐蚀性粘度高带悬浮物或带纤维的介质,但用于强腐蚀性粘度高带悬浮物或带纤维的介质,但不耐高温和高压。不耐高温和高压。三通阀三通阀 分三通合流阀和三通分流阀,适用于介质三个方向分三通合流阀和三通分流阀,适用于介质三个方向的流通。对于三个系统的分合流控制非常有效。的流通。对于
15、三个系统的分合流控制非常有效。刘玉长刘玉长三、限制阀开闭(作用)形式的选择限制阀的开(信号增大时阀开大)闭(信号压力增大阀关小)形式选择主要基于以下几点考虑:平安角度:出现意外,保证人员、设备平安;质量角度:出现意外事故,考虑产品质量;消耗角度:考虑原料、成品及动力等的因素;介质特点:特殊介质,考虑结晶、蒸发等因素;限制阀作用方式的选择要和限制器作用方式的选择匹配以满足限制通道作用方向的要求。正正反反p0p0正反反正p0p0气关阀 气开阀刘玉长刘玉长限制阀开闭选择之平安原则限制阀开闭形式的选择主要从生产平安角度考虑,一般在限制阀气/电源中断时,应切断进入被控设备的原料或热源,停止向设备外输出产
16、品:(1)进料/出料阀(限制原料/热源)气开;(2)回流阀(如精馏罐回流)气关;(3)串级限制时如阀的开闭形式可任选,为使主控与串级切换便利,选KV与主对象放大系数符号相同的的(气开时KV为正,气关为负)。例如:加热炉的燃料油限制应接受气开阀,放热反应罐冷却水限制应接受气关阀。刘玉长刘玉长四、限制阀口径计算调整阀的口径选择是由调整阀流通实力C(或称流量系数)确定的。调整阀口径的选择实质上就是依据特定的工艺条件(即给定的介质流量与物性参数及阀前后的压差等)进行Cmax值的计算,然后按调整阀生产厂家的产品书目,选出相应的调整阀口径,使得通过调整阀的流量满足工艺要求的最大流量且留有确定的裕度,但裕度
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