2023年仪表笔记.doc

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1、多晶硅工艺复杂调节系统一、 前言1. 自动化水平的意义 随着工业装置向大型化和集约化方向飞速地发展，自动化装置越来越显示出其举足轻重的地位。自动化水平的高低意味着一个国家的工业是否发达，是公司经济实力与技术水平的综合体现，是生产装置先进限度的重要标志。2. 自动化装置的作用 保证生产装置在安全、高效、低耗的前提下长周期稳定运营，提高装置的生产效率和产品的质量；改善操作人员的工作环境和减少操作人员的劳动强度。3. 如何最大限度地发挥自控装置的作用 了解、熟悉和掌握自控系统的原理、性能及对的的操作方法，是充足发挥自控装置作用的基本前提和唯一途径！ 4. 自控系统分类 按照控制系统的结构，可分为简朴

2、控制系统和复杂控制系统。通常将多变量的调节系统称为复杂控制系统，它们是由两个或两个以上的变送器、控制器或调节阀所组成的多个回路的控制系统。常见的复杂控制系统有串级、均匀、比值、分程、前馈、选择控制系统等。 思考： 1.自动化装置的意义？2.自动话装置的作用？3.自动化装置如何分类？二、.分程调节系统1.1 组成 一套系统由一个PID（调节器）、一个输入信号、两个或两个以上调节阀组成。1.2 特点 除了调节阀的数量在一个以上，其余与单参数简朴调节系统没有任何区别。1.3 重要应用 1.3.1 装置负荷变化量较大，一台调节阀不能满足装置在整个负荷变化范围内对调节精度的规定， 需要增大调节阀的可调比

3、。下图所示为蒸汽系统蒸汽压力分程控制系统：1.3.2 某些特殊工序中需要分程的场合。 如下图所示：这是精馏塔（粗馏塔和回收塔相同）塔顶压力控制系统，两台调节阀分程动作。(调节阀为气开时，b阀前半程）1.4 调节阀分程的类型和动作的先后1.4.1分程的类型(共有4种) 1.4.2 动作的顺序 1.4.2.1不分先后 两台调节阀并联，并且阀的口径大小同样. 1.4.2.2 .必须严格拟定调节阀动作的先后 a. 两台调节阀口径大小不同样 一般情况是小阀前半程，大阀后半程 b. 如上图所示的特殊工序 此例中，精馏塔出口调节阀为前半程（为什么？）1.5 分程控制系统的操作 分程控制系统虽然属于复杂控制系

4、统，但其操作跟单参数简朴控制系统没有任何区别，手动时，调节器的PID停止工作，用手动输出增/减键或直接用数字键来控制调节阀的开度；自动时，通过给定值增/减键改变工艺参数给定值，调节器自动根据实际的工艺参数与给定值的偏差经PID运算后的结果去控制调节阀的开度。1.6 调节阀控制信号连接 由于调节器输出的信号为420mA电流信号，因此，调节阀应串联连接吗？（为什么？） 1.7 多精硅装置中的分程调节系统记录 共有11套，其中两套的调节阀对先后没有规定，其余9套必须严格前、后半程，否则会出问题。 1.7.1.调节阀不分先后（蒸汽系统 2套） 图号：20-01-0000-41-001 PIC002 P

5、V002a/b PIC003 PV003a/b 1.7.2.调节阀要严格先后思考：1.什么叫分程控制系统？2.分程控制系统用于那种工况？3.如何拟定两台调节阀中哪一台为前半程，哪一台为后半程？4.画出分程控制系统的原理图。二、比值控制系统2.1 比值控制系统的作用 它应用于多精硅装置中的氯化氢合成工序。其作用是保持氯气和氢气严格按一定的（预先规定的）质量比进入HCL合成炉进行燃烧反映，生成氯化氢产品，在保证工艺设备安全的前提下，获取最高的生产效率和最低的能源花费。在参与比值控制的两种物料中，其中必有一种处在主导地位，称之为主物料，另一种则称之为从物料。在瑞能的多精硅装置中，氢气为主物料，氯气为

6、从物料。 工艺生产过程中，在比值控制系统的作用下，从物料氯气的质量流量始终紧紧地自动跟踪主物料氢气的质量流量的变化，使两种物料的质量比（氯/氢比）始终为一常数（工艺指标规定的比值）。主、从物料拟定的原则是：供应量受限制的物料为主物料；生产过程中不能或不允许调节的物料为主物料；相对安全的物料为主物料。当上述情况不存在时可任意拟定主，副物料。（把相对危险的物料定为从物料，是由于比值控制系统中受直接控制的是从物料）2.2 比值控制系统的构成与分类 构成比值控制系统的方案很多，有开环比值控制系统、单闭环比值控制系统和双闭环比值控制系统。 2.2.1.开环比值控制系统 最简朴的比值控制方案。它不用调节器

7、控制调节阀，而是用一台比值计算器，把主物料F1的流量信号按规定的比值乘一个系数K（称为比值系数）后的输出信号，直接去控制从物料F2的调节阀，从而在理论上保持 F2K*F1。 此方案简朴，仅需一台比值计算器，但因许多因数的存在和影响，不能保证两流量的比值关系为恒定值。（实际生产中基本不再使用）2.2.2. 单闭环比值控制系统 主物料是没有调节阀的开环系统，只有从物料是具有负反馈的闭环控制系统，所以称为单闭环比值控制系统 。 单闭环比值控制系统的优点是所用仪控设备较少。在主物料的流量稳定期，能保证两种物料的流量比值较为精确。缺陷是当主物料出现较大较频繁的干扰（波动）时，从物料在调节过程中会产生较大

8、偏差，不能保证过度过程中的动态比值精度。对工艺过程中严格规定动态比值精度符合规定的氯化氢合成是不实用的。单闭环比值控制系统如下图所示:.双闭环比值控制系统 主物料和从物料均为带负反馈的闭环控制系统，所以称为双闭环比值控制系统。 氯化氢合成工序中使用了两套双闭环比值控制系统，图号和位号分别为： 图号：20-01-0300-41-002/3 位号： FIC002a （PID） PV002a（调节阀 控制从物料氯） FIC002b （PID） PV002b（调节阀 控制从物料氯） 氯/氢双闭环比值控制系统如下图所示：主物料（氢气）流量调节系统FIC001a是一个简朴的单参数闭环控制系统，其作用重要是

9、稳定氢气流量。氢气流量信号除了进入氢气流量调节系统，构成闭环控制系统外，同时送到从物料（氯气）流量控制系统FIC002a，或是乘以一个比值系数K后作为FIC002a的给定（外给定）， FIC002a根据此给定值自动调节氯气流量，使其与氢气保持一定的比值（暂且称为定比值）；或是与氢气流量信号进行比值运算后作为FIC002a的测量信号，通过与人工手动设定的给定值进行比较后自动控制调节阀来改变氯气流量，使氯/氢比值保持为一个定植（暂且称为变比值）。双闭环比值控制系统中，除了由于主物料流量稳定，所以能克服单闭环比值控制系统动态比值精度低的缺陷外，另一较大的优点是提或降工艺负荷比较简便。提或降工艺负荷时

10、，只需缓慢地改变主流量控制系统的给定（自动方式时）或手动改变输出（手动方式时），使主物料流量缓慢变化，随着主物料的变化，比值控制系统自动控制从物料流量调节阀，使从物料流量跟随主物料流量变化，从而保证氯/氢比始终为一个定值。 注意： 用这种方式提或降工艺负荷时，比值控制系统必须工作在自动方式。2.3. 由上述可知，双闭环比值控制系统又有定比值 和变比值 两种方案。这两种方案在系统特性和运营操作上存在极大的差异 ，对于仪表专业来说，系统中的参数计算方法也是不同的。下面以氯化氢合成工序中的氯/氢比值控制系统为例来介绍这两种控制方案。 2.3.1.定比值 控制 定比值 控制实质上可称为流量控制系统，其

11、理由如下所述。 2.3.1.1.系统构成 双闭环定比值控制系统框图如下图所示。双闭环定比值控制系统框图 1.图的上半部分是积极量流量控制系统 -一种单参数简朴控制系统，在此不作具体讨论。2.图的下半部分就是比定值控制系统。3.氢气流量信号进入比值器，乘以一个比值系数K后，其运算结果作为氯气流量调节器的给定信号，其信号的含义是代表在此氢气流量时所需的氯气流量，它与实际的氯气流量信号进行PID 运算后，输出信号去控制氯气流量调节阀，氯/氢比值保持为K的定值。4.由于比值控制系统的给定由氢气流量信号乘比值系数K以所决定，而 K值在一般条件下是不能进行人工更改的，所以我们把它叫做定比值控制方案。5.定

12、比值 控制系统有手动、自动和串级三种运营方式。不管在那种方式下运营，仪表的给定和测量指针指示的均是氢气流量，因此，这样的比值控制方案又可称作为流量控制方案。.1.2.比值系数K的计算方法 由于DCS内部一般都是以百分型数据进行运算的，而由于氯气和氢气流量变送器的流量测量范围不同，既相同的百分型信号所相应的工程量实际流量亦不同，所以图中的比值系数 K 的值并非就是实际的氯/氢比值，而是需要根据已知条件进行 K 值计算。 K值的计算方法如下：设：为实际的氯/氢比值 则： = H2 Cl -（1） 式中： Cl 氯气流量工程量（Nm3/h） Cl = Cl Cl max Cl 氯气流量%型信号 Cl

13、 max氯气流量测量范围上限 H2 氢气流量工程量（Nm3/h） H2 = H2 H2 max H2 氢气流量%型信号 H2 max氢气量测量范围上限将 Cl = Cl Cl max H2 = H2 H2 max 带入（1）式 ，并整理后得：=（ H2 / Cl ）（ H2 max /Clmax ）-（2）由图可知 Cl= H2 K 既 ： K = H2/Cl -（3） 将（3）式代如（2）式 得： K= （ H2 max /Cl max ） 上式既为比值系数 K 的计算公式。将已知条件、 Cl max、 H2 max代入上式既可求出比值系数 K。注意：很显然，K ，这一点很重要！ 控制系统若

14、由常规仪表构成，K值在离线时用标准仪器在乘法单元中进行设定，运营中不能更改（没有办法进行更改）。若控制系统由数字仪表或DCS 构成，则 K 值在离线组态时生成，系统在运营时，若没有特殊手段，K值是不能更改的；当系统采用了特殊措施，允许在线修改K值.定比值控制方案有手动、自动和串级三种运营方式。.3.2.变比值控制方案 .3.2.1.系统构成 双闭环变比值控制系统框图如图所示。 此方案是由经典的、被称为变比值控制系统的串级/比值控制系统演变而成，事实上就是串级/比值控制系统去掉串级部分，只使用品有变比值功能的比值控制部分。 此方案与定比值方案不同的是，氢气流量信号不是作为调节器的外给定，而是与氯气流量信号进行比值运算后的结果，作为调节器的测量信号，与调节器的内给定值SP（既氯-氢比值给定）进行PID运算后去控制氯气流量调节阀，从而使氯流量随氢气流量的变化而变化，从而始终保持实际的氯-氢比值等于规