【文章內(nèi)容簡介】 物 質(zhì) 能 量 信 息 系統(tǒng)主要功能 （變換、傳遞、存儲） 物 質(zhì) 能 量 信 息 控制 ( 人 ） 中國石油大學(xué)（華東）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)論文 3 變了位置和形態(tài)的物質(zhì)系統(tǒng)（或產(chǎn)品）稱為加工機(jī)。如各種機(jī)床、交通運(yùn)輸機(jī)械、食品加工機(jī)械、起重機(jī)械、紡織機(jī)械、 印刷機(jī)械、輕工機(jī)械等。 以能量轉(zhuǎn)換為主，輸入能量和信息，輸出不同能量的系統(tǒng)（或產(chǎn)品）稱為動力機(jī)，其中輸出機(jī)械能的為原動機(jī)。如電動機(jī)、水輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等。 以信息處理為主，輸入信息和能量。主要輸出某種信息。如數(shù)據(jù)、圖像、文字、聲音等的產(chǎn)品稱為信息機(jī)。如各種儀器、儀表、計(jì)算機(jī)、傳真機(jī)以及各種辦公機(jī)械等。 機(jī)械自動化系統(tǒng)除了具備上述必須的主功能外，還應(yīng)具備其它內(nèi)部功能，即動力 功能、檢測功能、控制功能、構(gòu)造功能。 基于上述的功能構(gòu)成原理，既有利于設(shè)計(jì)或分析各種機(jī)械自動化的產(chǎn)品，又有利于開拓思路，便于創(chuàng)造發(fā)明和 創(chuàng)新。例如，根據(jù) 3 種不同 的主功能及其不同的輸入，組合起來可形 成 9 大類型的系統(tǒng)產(chǎn)品。如表 11 所示： 表 11 不同主功能及輸入的組合 類型 主要功能 輸入 — 輸出 組合實(shí)例 1 變換 物質(zhì) 材料加工或處理機(jī) 2 傳遞 物質(zhì) 交通運(yùn)輸機(jī) 3 儲存 物質(zhì) 自動化倉庫、包裝機(jī) 4 變換 能量 動力機(jī)械 5 傳遞 能量 機(jī)械或流體傳動 6 儲存 能量 機(jī)械或流體儲能器 7 變換 信息 電子計(jì)算機(jī)、儀表 8 傳遞 信息 通信系統(tǒng)、傳真機(jī) 9 儲存 信息 儲存器、錄像機(jī) 此外，對于 不同主功能的加工機(jī)構(gòu)，其運(yùn)動方式不同，也構(gòu)成不同用途的機(jī)械。例如，金屬切削機(jī)床是根據(jù)工件與刀具相對運(yùn)動產(chǎn)生切削作用的原理進(jìn)行工作的。因此，工件與刀具的運(yùn)動方式不同，便產(chǎn)生不同用途的機(jī)床。所以說機(jī)械自動化的發(fā)展空間非常廣闊，需要我們利用先進(jìn)技術(shù)符合科學(xué)原理來不斷創(chuàng)新，設(shè)計(jì)制造出一流的自動化產(chǎn)品。 中國石油大學(xué)（華東）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)論文 4 第 2 章 機(jī)械自動化系統(tǒng)在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用 生產(chǎn)過程中，對各個工藝過程的物理量（或工藝變量）有著一定的控制要求。有些工藝變量直接表現(xiàn)生產(chǎn)過程，對產(chǎn)品的數(shù)量與質(zhì)量起著決定性的作用。例如 ，精餾塔的塔頂或塔釜溫度，一般在操作壓力不變的情況下必須保持一定，才能得到合格的產(chǎn)品；加熱爐出口溫度的波動不能超過允許范圍，否則將影響后一工段的效果；化學(xué)反應(yīng)器的反應(yīng)溫度必須保持平穩(wěn)，才能使效率達(dá)到指標(biāo)。有些工藝變量雖不直接地影響產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，然而保持其平穩(wěn)卻是使生產(chǎn)獲得良好控制的前提。 鍋爐汽包水位控制方面的研究 鍋爐汽包是生產(chǎn)蒸汽的設(shè)備，幾乎是工業(yè)生產(chǎn)不可缺少的設(shè)備，保持鍋爐汽包的液位高度在規(guī)定范圍內(nèi)是非常重要的，若水位過低，則會影響產(chǎn)氣量，且鍋爐易燒干而發(fā)生事故；若水位過高，生產(chǎn)蒸汽含水量 高，會影響蒸汽質(zhì)量。這些都是危險(xiǎn)的，因此對汽包的液位嚴(yán)加控制是保證鍋爐正常生產(chǎn)必不可少的措施。 單沖量控制系統(tǒng) 汽包水位控制手段是控制給水，基于這一原理，可構(gòu)成如圖 21 所示的單沖量控制系統(tǒng)。 L T L C蒸 汽給 水省 煤 器汽 包 圖 21 汽包單沖量控制系統(tǒng) 這里的“沖量”一詞是指變量，單沖量即汽包水位。這種控制系統(tǒng)是典型的簡單控制系統(tǒng)。當(dāng)蒸汽負(fù)荷突然大幅度增加時，由于假水位現(xiàn)象，控制器不但不能開大給水閥來增加給水量，以維持鍋爐的物料平衡，而是關(guān)小控制閥的開度，減小給水量。等到假 水位消失后，由于蒸汽量增加，送水量反而減小，將使水位嚴(yán)重下降，波動很厲害，嚴(yán)重時汽包水位降到危險(xiǎn)程度以至發(fā)生事故。因此對于停留時間短、負(fù)荷變動較大的情況，這樣的系統(tǒng)不能適應(yīng)，水位不能保證。然而對于小型鍋爐，由于水在汽中國石油大學(xué)（華東）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)論文 5 包中的停留時間較長，在蒸汽負(fù)荷變化時，假水位的現(xiàn)象并不顯著，配上一些聯(lián)鎖報(bào)警裝置，也可以保證安全操作，故采用這種單沖量控制系統(tǒng)尚能滿足生產(chǎn)要求。 雙沖量控制系統(tǒng) 在汽包水位的控制中，最主要的擾動是蒸汽負(fù)荷的變化。如果根據(jù)蒸汽流量來進(jìn)行校正，不僅可以補(bǔ)償“虛假水位”所引起的誤動作，而且 使給水位控制閥的動作十分及時，從而減少水位波動，改善控制品質(zhì)。將蒸汽流量信號引入，就構(gòu)成了雙沖量控制系統(tǒng)，如圖 22 所示。從本質(zhì)上看，雙沖量控制系統(tǒng)是一個前饋（蒸汽流量）控制加單回路反饋控制的復(fù)合控制系統(tǒng)。這里的前饋僅為靜態(tài)前饋，若需要考慮兩條通道在動態(tài)上的差異，需引入動態(tài)補(bǔ)償環(huán)節(jié)。 ( 雙 沖 量 控 制 原 理 圖 )L T L C汽 包給 水蒸 汽∑I CI FI省 煤 器F T( 雙 沖 量 控 制 方 框 圖 )G m DI FC 2C 1G C G V G PG m LX+ I C I OW LG fD 圖 22 汽包雙沖量原理圖及方框圖 圖 22 所示的連接方式中，加法器的輸 出 I 是 I＝ C1IC177。C 2IF177。I 0 (21) 式中 IC— 液位控制器的輸出； IF— 蒸汽流量變送器（一般經(jīng)開方器）的輸出； I0— 初始偏置值； C C2 — 加法器系數(shù)。 C1的設(shè)置一般取 1， C2的值應(yīng)考慮到靜態(tài)前饋補(bǔ)償，可現(xiàn)場湊試，也可經(jīng)理論推導(dǎo)得出。 設(shè)置 I0的目的是使其在正常負(fù)荷下，控制器和加法器的輸出都有一個比較適中的數(shù)值。最好在正常負(fù)荷下， I0 和 C2IF項(xiàng) 接近而相互抵消。 三沖量控制系統(tǒng) 雙沖量控制系統(tǒng)還有兩個 弱點(diǎn)：控制閥的工作特性不一定 能成為線性特性，這樣要做到靜態(tài)補(bǔ)償就比較困難，同時，對于給水系統(tǒng)的擾動仍不能克服，為此可再將給水流中國石油大學(xué)（華東）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)論文 6 量信號引入，構(gòu)成三沖量控制系統(tǒng)。 三沖量控制系 統(tǒng)的實(shí)施方案較多，如圖 23 所示為其中的典型控制方案之一。 L T L C汽 包蒸 汽∑I CF Tdd tF CF T給 水省 煤 器 圖 23 汽包三沖量控制系統(tǒng) 從圖 23 可以看出，這是前饋控制與串級控制組成的復(fù)合控制系統(tǒng)。其中，汽包水位是主沖量（主變量），蒸汽、給水流量為輔助沖量。在汽包停留時間較短、“虛假水位”嚴(yán)重時，需引入蒸汽流量信號的微 分作用。這種微分信號應(yīng)是負(fù)微分作用，以避免由于負(fù)荷突然增加和減少時，水位偏離設(shè)定值過高或過低而造成鍋爐停車。 圖 24 所示為三沖量控制系統(tǒng)的方框圖，加法器的運(yùn)算關(guān)系與雙沖量控制時相同，各系數(shù)設(shè)置如下： a 系數(shù) C1通?？扇?1 或稍小于 1 的數(shù)值； b 若采用氣開閥； C2取正值， C2的值可按物料平衡關(guān)系進(jìn)行計(jì)算； c I0的設(shè)置和取值仍與雙沖量控制系統(tǒng)相同。 +WI oI C+G P 1G P 2G F C G VG L CG fG m DLXI f∑G m wDG m L 圖 24 汽包三沖量系統(tǒng)方框圖 在三沖量的控制系統(tǒng)中，水位控制器和流量控制器的 參數(shù)整定方法與一般串級控制中國石油大學(xué)（華東）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)論文 7 系統(tǒng)相同。在有些裝置中，采用了比較簡單的三沖量控制系統(tǒng)，只用一臺控制器及一臺加法器，加法器可接在控制器之前 ，如圖 25(a)所示 ， 也可接在控制器之后 ， 如圖 25(b)所示 。 ∑L T F T F TC 2+ 給 水蒸 汽水 位C 3C 1L c正 作 用氣 關(guān) 閥∑L CL T F T F TC 2+ 給 水蒸 汽水 位氣 關(guān) 閥正 作 用C 3C 1 (a) (b) 圖 25 汽包三沖量控制系統(tǒng)的簡化接法 圖 25 中加法器的正負(fù)號是針對采用氣關(guān)閥及正作用控制器的情況。圖 25(a)接法的優(yōu)點(diǎn)是使用儀表最少，只要一臺多通道的控制器即可實(shí)現(xiàn)。但如果系數(shù)設(shè)置不能確保物料平衡，則當(dāng)負(fù)荷變化時，水位將有余差，圖 25(b)的接法，水位無余差，但使用儀表較前者多，在投運(yùn)及系數(shù)設(shè)置等方面較前 者麻煩一些。 冷卻器控制方案的研究 冷卻器的熱載體是冷卻劑，常采用液態(tài)氨等介質(zhì)作為冷卻