2.2 均匀控制系统

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1、2.2均匀控制系统2.2.1均匀控制系统的由来和目的均匀控制是指一种控制方案所起的作用而言，因为就方案的结构看，有时像一个简单液位（或压力）定值控制系统，有时又像一个液位与流量（或压力与流量）的串级控制系统。所以要识别一些方案是否起均匀控制作用，或者在怎样的情况下应该设计均匀控制方案，从本质上去认识他们是非常重要的。石油化工生产过程是一个连续生产过程，随着生产的进一步强化，使得前后生产过程的关系更加紧密了，往往出现前一设备的出料直接作为后一设备的进料，而后者的出料又连续输送给其他设备作进料。现以连续精馏的多塔分

2、离过程为例，如图2.2-1所示。图2.2-1前后精馏塔的供求关系显然作为单个精馏塔，都希望自身操作平衡。对甲塔来说，塔釜液位往往是一个重要参数，因为它与塔釜的传热和汽化有较大关系（釜内有溢流用的隔板者除外），影响分离效果，为此装有液位控制系统。当液位由于某种干扰而变化时，液位控制器就通过改变出料量来维持液位稳定。而甲塔出料的波动对乙塔来说是一个进料扰动，使乙塔的平衡操作受到破坏，这种影响一直会继续下去，以至整个多塔系统的操作不能稳定。对乙塔来说，他从自身的平衡操作要求出发，希望进料稳定，会提出设置进料流量控制系

3、统。显然，这是与甲塔的液位控制系统的工作是相互矛盾的，以致两个系统都无法正常工作。为解决这一矛盾，以往靠增加缓冲罐的办法来解决。通过缓冲物料累积量的变化，以达到两塔操作平稳。但这要增加设备投资和扩大装置占地面积，并且有些化工中间产品经缓冲罐后有可能产生其他化学反应，因此也不是一种理想的办法。现在从控制方案上去寻找出路，这要着眼于物料平衡控制，让供求矛盾限制在一定条件下进行渐变，以满足前后两塔的不同要求。对这个例子来说，就是要将前塔塔釜看成一个缓冲罐，利用控制系统充分发挥它的缓冲作用。也就是说，在进料量（前塔）变

4、化时，让塔釜液位在最大允许的限度内平缓变化，从而使输出流量的到平缓（平稳缓变）。因为：（2.2-1）40要起缓冲作用，就要借助于的变化。例如，变化2，可以调节使H变化1，Q出变化1，这样来发挥贮罐的缓冲作用。由此可见，后塔的进料平缓变化是以前塔液位的波动为代价的。这种能充分发挥贮罐缓冲作用的控制系统，被称为均匀控制。因此，均匀控制不是指控制系统的结构，而是指控制目的而言。是为了使前后设备（或容器）在物料供求上达到相互协调，统筹兼顾。2.2.2均匀控制的特点①表征前后供求矛盾的两个变量都应该是变化的，且变化缓慢。

5、图2.2-2所示是反映液位与流量的几种不同变化情况。（a）是单纯的液位定值控制；（b）是单纯的流量定值控制；（c）是实现均匀控制以后，液位与流量都渐变的波动情况，但波动比较缓慢。那种试图把液位和流量都调整成直线的想法是不可能实现的。（a）只有液位控制（b）只有流量控制（c）均匀控制图2.2-2前一设备的液位与后一设备的进料量关系1——液位变化曲线；2——流量变化曲线②前后互相联系又互相矛盾的两个变量应保持在所允许的范围内。均匀控制要求在最大干扰作用下，液位在贮罐的上下限内波动，而流量应在一定范围内平稳渐变，避免

6、对后工序产生较大的干扰。2.2.3均匀控制方案1．简单均匀控制图2.2-3所示为精馏塔塔底液位与出料流量的均匀控制系统。从方案外表上看，他像一个单回路液位定值控制系统，并且确实常被误解。所不同的主要在于控制器的控制规律选择及参数整定问题上。在所有均匀控制系统中都不需要，也不应该加正微分作用，恰恰相反有时需要加反微分作用，一般采用纯比例控制，有时可用比例积分控制作用。而且在参数整定上，一般比例度要大于100%，且积分时间也要放的相当大，这样才能满足均匀控制要求。图2.2-3简单均匀控制方案图2.2-3方案结构简单

7、，但他对于克服阀前后压力变化的影响及液位贮罐自衡作用的影响效果较差。简单均匀控制系统适用于：进料量为主干扰，流量波动大，自衡能力弱的对象。40（自衡能力弱指：当流量变化很激烈，而液位变化很小）2．串级均匀控制图2.2-4所示是蒸馏塔塔底液位与采出流量的串级均匀控制，从外貌看与典型的串级控制系统完全一样，但他的目的是实现均匀控制，增加一个副环流量控制系统的目的是为了消除阀前后压力干扰及自衡作用对流量的影响。因此副环与串级控制中的副环一样，副控制器参数整定的要求与前面所讨论的串级控制对副环的要求相同。而主控制器（即

8、液位控制器）则与简单均匀控制的情况作相同处理。图2.2-4串级均匀控制系统需要指出，在有些容器里，液位是通过进料阀来控制的，用液位调节器对进料的流量作调节同样可以设计均匀控制系统。还需要指出，当物料为气体时，前后设备间物料的均匀控制不是液位和流量之间的均匀，是指前设备的气体压力与后设备的进气流量之间的协调。例如，脱乙烷塔塔顶分力气内压力是用来稳定精馏塔压力的，而从分离器出来的气体是加氢