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过程控制与仪表 第六讲：单回路系统设计Process Control System 主讲老师：廉迎战 副教授 五、单回路系统设计 例：喷雾式干燥设备控制系统设计 1．生产工艺概况 控制目标：生产工艺对干燥后的奶粉质量要求很高，奶粉的水分含量是主要质量指标，对干燥温度应严格控制在T（℃）范围内，否则产品质量不合格。 五、单回路系统设计 2．控制方案的设计 （1）被控参数的选择。产品中的水分含量直接影响产品的质量，是直接参数，但由于水分测量仪的精度不高，可选用间接参数作为被控参数。由于干燥温度与产品中水分含量具有单值函数关系，即温度愈高，水分含量愈低，因此可选择干燥温度作为被控参数。 五、单回路系统设计 2．控制方案的设计 （2）控制参数的选择 影响干燥温度的因素主要有三个：一是乳液的流量f1(t)；二是旁路阀2的空气流量f2(t) ；三是加热器的蒸汽流量f3(t) 。选择任一变量作为控制参数均可构成温度控制系统，因此有三种设计方案。 五、单回路系统设计 2．控制方案的设计 （2）控制参数的选择 ① 方案一为测量干燥温度控制阀1的乳液流量构成温度控制系统。该方案时间常数小，纯时延最小，似乎为最佳控制方案。但是，由于乳液流量是生产负荷，若乳液流量大小，产量太低，工艺上是不允许的，不宜作为控制参数，因此该方案不成立。 ② 方案二为测量干燥温度，控制流过阀3 的蒸汽流量，构成单回路控制系统。但是，由于热交换器的时间常数很大，纯时延和容量时延较长，所以其控制灵敏度很低，不适宜作为控制参数。 ③ 方案三测量干燥温度，控制流过旁路阀2的空气流量构成单回路控制系统。旁路空气量与热风量混合后经风管进入干燥器。该方案控制通道时间常数和时延都较小，有利于控制质量的提高。 五、单回路系统设计 2．控制方案的设计 （2）控制参数的选择 综合比较上述三种控制方案，以旁路空气量为控制参数的方案为最佳。 五、单回路系统设计 2．控制方案的设计 （3）检测控制仪表的选择 ① 检测变送器的选择：由于被控温度在600℃以下，故选择铂热电阻作为检测元件，配DDZ-Ⅲ型热电阻温度变送器。采用三线制接法。 ② 调节阀的选择：根据生产工艺安全原则和被控介质的特点选择调节阀为气关形式。根据过程的特性和控制要求选择理想流量特性为对数流量特性调节阀。调节阀的公称尺寸Dg和dg应根据被控介质流量计算后确定。 ③ 调节器的选择：由于被控过程具有一定时间常数和工艺要求温度波动在±2℃以内，应选择PI和PID控制规律的DDZ-Ⅲ调节器。 根据构成负反馈原则KcKvKoKm0。 由于调节阀为气关形式，Kv为负；当空气量增加时，干燥温度下降，故Ko为负；而变送器为正Km；因此调节器为Kc负，选用反作用调节器。 五、单回路系统设计 2．控制方案的设计 （3）检测控制仪表的选择 ① 检测变送器的选择：由于被控温度在600℃以下，故选择铂热电阻作为检测元件，配DDZ-Ⅲ型热电阻温度变送器。采用三线制接法。 ② 调节阀的选择：根据生产工艺安全原则和被控介质的特点选择调节阀为气关形式。根据过程的特性和控制要求选择理想流量特性为对数流量特性调节阀。调节阀的公称尺寸Dg和dg应根据被控介质流量计算后确定。 ③ 调节器的选择：由于被控过程具有一定时间常数和工艺要求温度波动在±2℃以内，应选择PI和PID控制规律的DDZ-Ⅲ调节器。 根据构成负反馈原则KcKvKoKm0。 由于调节阀为气关形式，Kv为负；当空气量增加时，干燥温度下降，故Ko为负；而变送器为正Km；因此调节器为Kc负，选用反作用调节器。 五、单回路系统设计 （二）例：贮槽液位控制系统设计 1．生产工艺概况 生产目标：进出贮液罐的物料需平衡，以维持液位在某一高度。 五、单回路系统设计 （二）例：贮槽液位控制系统设计 2．系统控制方案的设计 （1）被控参数的选择 生产工艺要求贮液罐的液位维持在某一高度，或在很小范围内波动，以保证生产过程的正常进行。可见液位的高低是反映生产过程直接质量指标的直接参数，而且工艺上也是允许的，所以可选择液位作为被控参数。 （2）控制参数的选择 从贮液罐生产过程的液位控制来看，有两种液位控制方案： 一是测量贮液罐的液位H，控制进液阀的流量Q1 二是测量贮液罐液位H，控制出液阀的流量Q2 两种方案的被控过程的特性基本相同，均为一阶惯性环节；但是，从保证液体不溢出和如果是生产过程的负荷量来看，图8-21 a方案更为合理。 五、单回路系统设计 （二）例：贮槽液位控制系统设计 2．系统控制方案的设计 (3)过程控制仪表的选择 ① 选择DDZ-Ⅲ型差压变送器作为液位测量变送器； ② 由于贮液罐为一阶惯性环节，可选择对数流量特性调节阀。对图8-21 a控制方案，为保证液体不溢出和根据生产工艺安全