液态氨冷却器控制系统

液态氨冷却器控制系统 武汉理工大学《调节仪表及过程控制系统》课程设计说明书 1 目 录 1引言 .................................................................... 2 2设计任务与方案分析 ....................................................... 2

2.1 控制系统的分析与选择 ...................................................................................................... 2 2.2选择控制系统的设计 .......................................................................................................... 3 3系统设计与实施 ........................................................... 4

3.1 正常调节器的设计 .............................................................................................................. 4 3.2 取代调节器的设计 .............................................................................................................. 5 3.3选择器高低值型式的选择 .................................................................................................. 5 3.4温度检测器 .......................................................................................................................... 6 3.5 液位变送器 .......................................................................................................................... 7 4系统的仿真 ............................................................... 8

4.1参数整定 .............................................................................................................................. 8 4.2 控制器的正反作用 .............................................................................................................. 9 4.3 仿真 .................................................................................................................................... 10 小结体会 ................................................................. 13 参考文献 ................................................................. 14 武汉理工大学《调节仪表及过程控制系统》课程设计说明书

2 液态氨冷却器控制系统 1引言 液态氨蒸发冷却器是工业生产中用的很多的一种换热设备，它利用液氨的蒸发吸取大量的气化热，来冷却流经管内的被冷却物料。通常需要被冷却物料出口温度稳定。此时液氨液位在一定允许范围内。而在非正常工况下，液位高度是不超过给定的上限的，所以需要使用选择控制方法，通过对液位的检测，来判断液位高度是否工作在正常情况，在正常情况下，使用被冷物料出口温度回路控制系统，非正常情况下，使用液位单回路控制系统，二者的切换通过选择器自动根据工况实现。

2设计任务与方案分析

2.1 控制系统的分析与选择 工艺上要求被冷却物料的出口温度稳定为某一定值，所以将被冷却物料的出口温度作为被控变量，以液态氨的流量为操纵变量，构成正常工况下的单回路温度定值控制系统如图2-1（a）所示。从安全角度考虑，调节阀选用气开式，温度控制器选择正作用方式。当武汉理工大学《调节仪表及过程控制系统》课程设计说明书 3 被冷却物料的出口温度升高时，控制器输出增大，调节阀门开度增大，液态氨流量增大，从而有更多的液态氨气化，使被冷却物料的出口温度下降。 这一控制方案实际上是基于改变换热器列管淹没在液态氨中的多少，以改变传热面积来达到控制温度的目的。所以液面的高度也就间接反映了传热面积的变化情况。在正常的工况下，操纵液氨流量使被冷却物料的出口温度得到控制，而液位在允许的一定范围内变化。如果突然出现非正常工况，假设有杂质油漏入被冷却物料管线，使导热系数下降，原来的传热面积不能带走同样多的热量，只有使液位升高，加大传热面积。如果当液位升高刀全部淹没换热器的所有列管时，传热面积以达到极限，出口温度任没有降下来，温度控制器会不断的开大调节阀门，使液位继续升高。这时就可能导致生产事故。这时因为气化氨要经过压缩机后，变成液态氨重复使用，如果液位太高，会导致氨中夹带液氨进入压缩机，损坏压缩机叶片。为了保护压缩机安全，要求氨蒸发器有足够的气化空间，这就限制了氨液面的上限高度（安全软限），这是根据工艺操作所提出的限制条件。为此，需要在温度控制系统的基础上，增加一个液面超限的取代单回路控制系统，如图2-1（b）所示。显然，从工艺上看，操作变量只有液氨的流量一个，而被控变量却有温度和液位两个，从而形成了对被控变量的选择性控制系统。

（a）一般控制系统 （b）选择性控制系统 图2-1 液态氨冷却器控制系统图

2.2选择控制系统的设计 根据以上对液态氨冷却器的工艺分析，可以画出整个系统的原理框图如图2-2所示。

TC气氨气开阀液氨

待冷却物料

TC

气氨

气开阀液氨LS

Tsp

Lsp

LC武汉理工大学《调节仪表及过程控制系统》课程设计说明书

4 图2-2：液态氨冷却器控制系统结构框图 3系统设计与实施 3.1 正常调节器的设计 选择性控制系统正常情况下是正常调节器回路工作而取代调节器回路不工作；事故时取代调节器回路工作，正常调节器回路不工作，所以2个回路系统可单独按单回路控制系统设计。正常调节器回路可按一般单回路系统设计；先确定被控量(即图1)，控制量，据工艺要求确定执行器气开、气关型式，被控过程(被控对象)特性来确定正常调节器的正、反作用。正常调节器的规律一般采用PI调节器或PID调节器，而调节器的参数整定可按一般工程整定方法整定，如临界比例度法、4：1衰减曲线等。

LC阀液位对象温度测量Tsp＋－液位测量Lmax＋－LSTC温度对象

Tm

Lm

u(t)武汉理工大学《调节仪表及过程控制系统》课程设计说明书

5 3.2 取代调节器的设计

取代调节器回路测量值Y：是生产过程中的某一个工业参数，它与正常调节器回路中的被控参数Y，并非一个参数，当其达到某一个极限值(或大或小)时，生产就会出现事故状态，这时整个系统应该由取代调节器回路工作，这时要求取代回路的等效增益大一些，以便有较强的控制作用，产生及时的保护作用，使系统迅速脱离危险状态而回到正常状态，然后又切回到正常调节器回路工作。所以取代调节器也是一个单回路控制系统，可按单回路控制系统设计，一般取代调节器回路为了满足快速性都只用比例规律，且该回路的比例增益K，要大一些，这是和正常调节器的主要区别。

3.3选择器高低值型式的选择

选择器在选择性控制系统中是重要的部件，它的功能相当于一个二选一的开关，它接受正常调节器的输出信号a和取代调节器的输出信号b，其输出信号c去驱动执行器。高值选择器是接收a信号和b信号数值高者作为选择器输出；低值选择器是选a信号和b信号低值作为输出。看上去问题较简单，但针对一个实际系统如何确定选择器高低值型式呢?我们首先统计工业生产过程可能出现的情况，做出选择器高低值选择的表格，如表2-1所示。

表2-1选择器型号选择统计表 取代调节器回路 正常调节器回路 气开阀 气关阀

1ck正作用 1ck反作用 1ck正作用 1ck反作用

气 开 阀 2ck正作用 高值 高值  

2ck反作用

低值 低值  

气 关 阀 2ck正作用   低值 低值

2ck反作用

  高值 高值

该表格是根据正常调节器回路的静态特性和取代调节器回路的静态特性联合考虑