化工仪表培训课程

阀结构形式 特点及使用场合
直通单座阀 适用于要求泄漏量小、阀前后压差小的场合
直通双座阀 角阀
有两个阀芯，适用于阀前后压差大，有较大泄漏 量的场合
适于高压差、高粘度、含悬浮颗粒物质场合
隔膜阀
适用于有腐蚀性介质的场合
蝶阀 三通阀
适于有悬浮物介质、大流量、压差小、允许大泄 漏量场合
适用于分流或合流控制的场合
简单控制系统是实现生产过程自动化的基本 单元，其结构简单、投资少、易于调整和投运， 能满足一般工业生产过程的控制要求。尤其适用 于被控过程的纯滞后和惯性小、负荷和扰动变化 比较平缓，或者控制质量要求不太高的场合。
7.1 过程控制系统设计的主要内容 7.1.1 过程分析
过程控制系统包括被控过程和控制仪表两 部分。
(3)必须注意控制系统之间的相互关联问题 当一个过程具有两个以上的独立变量，且又分别
组成控制系统，则容易产生系统间的相互关联。如图 所示的流体输送中的流量与压力控制系统，存在着严
重的相互关联。若因扰动导致压力p1升高，PC将控制 阀A开大，加大回流量q1；与此同时，由于p1升高将使 q2增大，为此FC将使阀B关小。这样会进一步加剧p1
如控制精馏塔进料的调节阀就常采用气开式，一旦 调节阀失去能源即处于关闭状态，不再给塔进料，以免造 成浪费。
7.2.5.3 调节阀流量特性的选择
阀的工作特性应根据过程特性来选择，其
目的是使广义过程特性为线性。
通常，根据工艺配管情况确定配管系数S
（Δpv/Δp ）值后，可以从所选的工作特性出
发，确定理想特性。当S＝0.6~1时，理想特性 与工作恃性几乎相同；当S＝0.3~0.6时，无论 是线性或对数工作特性，都应选对数的理想特 性；当S<0.3时，一般不适宜控制。
7.2.4.1 控制规律的选择原则 （1）当广义过程控制通道时间常数大，或容量滞后
大时，采用微分作用有良好效果，积分作用可以消除余
差，因此，选用PID控制规律。如温度过程。
（2）当广义过程控制通道时间常数小，系统负荷变 化不大时，可以采用PI控制规律，如流量过程。
（3）当广义过程控制通道时间常数小，而负荷变化 很大时，采用微分作用和积分作用都易引起振荡。可适
(2) 现场校验：安装完毕投运之前，必须对检测元件、 变送器、调节器、显示仪表和调节阀等进行现场校验。 校验仪表的零点、工作点、满刻度，校验记录调节仪 的指示值和控制点偏差等等。
(3) 检查调节器的内外设定、正反作用方向及调节阀 的气开、气关形式： 调节器的内外设定位置、正反作 用方向和调节阀的气开、气关形式是关系到控制系统 能否正常运行和安全操作的重要问题，投运前必须仔 细检查。
由于检测元件的安装位置所引入的纯滞后，有时是不可避免 的，但必须尽可能地减小。因此必须合理地选择检测元件的安装 位置。当检测元件的纯滞后太大、采用简单控制系统无法满足工 艺要求时，应考虑采用复杂控制等方案。
7.2.3.2 测量滞后（容量滞后） 测量滞后，是指由检测元件时间常数所引起的动
态误差。
例如，测温元件测量温度时，由于存在着热阻和热 容，其本身具有一定的时间常数。测量滞后可通过正确 选择检测元件的安装位置、选择快速检测元件、正确选 择控制器的微分控制作用等来克服测量滞后。
7 简单控制系统的设计、投运 及调节器参数的工程整定
本章先简要介绍过程控制系统的设计 方法及主要内容，然后介绍简单控制系统 的设计原则、系统投运的过程、调节器参 数的工程整定方法。
简单控制系统又称单回路反馈控制系统。由 一个被控过程、一个检测变送器、一个控制器和 一个执行器所组成，对一个被控变量进行控制的 单回路反馈闭环控制系统。
初步设计说明书包括设计指导思想、工艺流程和环 境特征、自动化技术水平、安全措施等说明。
B 工程设计 包括仪表选型、控制室和仪表盘设计、仪表供电
气系统设计、信号及联锁保护系统设计等。 提交自控设备汇总表、电气设备材料表，以及仪
表、电气设备接线图等详细资料。
C 工程安装和仪表调校 进行仪表和电气装备的安装、信号线路的连接。
高压阀
适用于高压控制的特殊场合
7.2.5.2 调节阀气开、气关形式的选择 选择原则：
从生产安全出发，当气源供气中断、或控制器因故 障而无输出、或调节阀膜片破裂漏气等原因导致调节阀 无法正常工作，以致阀芯回复到无能源的初始状态，应 确保操作人员和生产设备的安全，确保产品质量，降低 能源消耗。
如精馏塔回流量调节阀也应采用气关阀，一旦发生 事故，调节阀全开，使生产处于全回流状态，防止不合格 产品的蒸出，从而保证塔顶产品的质量。
选择原则： (1) 必须选择表征生产过程的质量指标作为被控变量
例如，在按精质馏量过指程标中进，行要直求接产控品制达并到不规多定见的。纯一度般。是理采论用上温 讲度，、塔压顶力馏等出作物为或间塔接底指残标液。的间浓接度指应标该与选质作量为指被标控之变间量必。 但因须由此具于，有缺常单乏用值直塔对接顶应测、关量塔系产底和品或足浓塔够度中大的某小工点的具的测，温量而度信且代号滞替。后浓时度间作较为大被， 控变量。
7.2.3.3 传递滞后（气动信号） 传递滞后是指气压信号在管路传递过程中所造成
的滞后。 在实行集中控制的大、中型工厂中，由于检测变
送器和调节阀安装在现场设备上，而控制器安装在控 制室，两者之间有一定的距离。如果采用气动仪表， 就会产生气压信号的传递滞后。
所以，应尽量选用电信号进行远距离传递。
7.2.4 控制器控制规律及作用方向的选择
件的滞后和信号传递的滞后问题上。因此，分析研究检 测元件本身的特性、安装位置、信息传递等问题，也是 提高系统控制质量的重要方面。
7.2.3.1 检测环节的纯滞后
图示的pH控制系统，测量电极不能放置在流速较大的主管道， 需要安装在流速较小的支管道上，其测量引入了纯滞后时间τo， 其大小为：τo =l1/V1+l2/V2
易引起调节过于频繁而造成被控变量振荡，稳定性变差。
因此，在T0太大或太小的情况下，都比较难以控制。一 般，要根据被控过程的特性来考虑控制通道时间常数T0
的大小。
C 纯滞后τ0的影响
控制通道纯滞后的存在，使控制作用落后于被控
变量的变化，容易引起超调和振荡，使被控变量的最大
偏差增大，过渡时间拉长，控制质量变差。
7BC.3现手.2场动人遥投工控运操过在作程控制室内通过控制器的手动操作旋钮，对
调控节制阀系门统的中开的度调进节行阀人在工安遥装控时。，一一般般在应自设动置控旁制路系阀统。投在运 调以节前A阀的检的调测前试系、 阶统后 段投各 ，入装在运有生行一产截过止程阀不1稳和定截或止负阀荷2，大幅旁度路变管化线上等 装情有况旁下路，根阀都据需3工。要业在对生自系产动统过控进程制行的系手实统动际投遥情入控况运，，行以将时便温，掌度先握、进生压行产力现状、场况 人和流工操量操作、作条液，件位即 的等先 变检将 化测阀。系1和统阀投2入关运闭行，，用观人察工测操量作指旁示路是阀否3，正 待D 确工自等况动。稳控定制后待，手转动入遥控控制使室工内况手稳动定遥、控被。控也变可量以接直近接或手等动
系统安装完成后，对每台仪表进行单独校验，对每个 控制回路进行联动校验。
D 控制器参数工程整定 整定控制器PID参数。
7.2 简单控制系统的设计
7.2.1 被控变量的选择 通过对过程分析，确定对产品产量、质量以及安
全生产和节能等方面具有决定性作用，而且是直接可测 或通过间接计算可得到的变量作为被控变量。
制精度可得到提高。但K0过大，控制作用过于灵敏，易
使调节过头，引起振荡。因此，在工艺条件允许的情况
下应选择控制通道放大系数K0较大的作为操纵变量。
B 时间常数T0的影响 控制通道时间常数T0越大，被控变量变化越缓慢，
恢复时间加长，控制作用不及时，过渡过程的最大偏差
将加大，使控制质量变差。相反，时间常数T0较小时， 反映灵敏，控制及时，恢复时间短。但当T0太小时，容
当引入反微分作用。
（4）当广义过程控制通道的时间常数或时滞很大， 而负荷变化又很大时，简单控制系统无法满足要求。
7.2.4.2 控制器作用方向的选择 控制器作用方向，是指控制器的输入变化后，输出
的变化方向有正作用和反作用两种形式。所谓正作用是 指控制器的输出随着测量值增大而增大；所谓反作用是 指控制器的输出随着测量值增大而减小。
结论：扰动离被控变量越近，离调节阀越远，则对 被控变量的影响越大。
综上所述，设计控制系统时，操纵变量选择的原则是：
(1) 操纵变量应是控制通道放大系数K0较大者。
(2) 应使扰动通道的时间常数越大越好，而控制通 道的时间常数适当小一些。
(3) 控制通道纯滞后时间越小越好，并尽量使扰动 远离被控变量而靠近调节阀。
(2) 必须正确确定表征生产过程的独立变量数目 根据物理化学中的相律关系进行判定。例如，确定
蒸汽的温度和压力是否都是独立变量，由下式求得：
F=C-P+2 F为独立变量数目，C为组分数，P为相数。 饱和蒸汽：存在着气、液两相，从而：
F=1（组分数）-2（相数）十2=1 上过式热表 蒸明 汽，：只由于要蒸选汽取在蒸过汽热温状度态或下蒸只汽存压在力气就相可，以则了：。 一般以选取F蒸=1汽（压组力分为数宜），-压1（力相测数量）元+件2=的2时间常数小。 如果在不这遵种循情这况个下原，则把，压设力计和出温既度有都温选度作又为有被压控力变作量为则被 控是变完量全的必控要制的方。案，则控制系统将是无法投运的。
另外，当广义过程的控制通道由几个一阶滞后环节 组成时，要避免各个时间常数相等或相接近的情况。需 考虑到工艺上的合理和方便。由于生产负荷直接关系到 产品的产量，不宜选择生产负荷作为操纵变量。
7.2.3 检测变送环节对控制系统的影响 检测变送环节在控制系统中起获取和传送信息的作
用。 检测变送环节对控制系统的影响主要7.2.2 操纵变量的选择 选定了操纵变量，实际上就确定了控制通道。因此，