【正文】 器的正、反作用，并簡(jiǎn)述由于外界擾動(dòng)使精餾塔溫度升高時(shí)該系統(tǒng)的控制過程（此處假定精餾塔的溫度不能太高）。題716圖 精餾塔溫度控制系統(tǒng)解 精餾塔溫度控制系統(tǒng)的方塊圖如下圖所示。題解716 圖精餾塔溫度控制系統(tǒng)方塊圖控制閥應(yīng)為氣開型式；被控對(duì)象是“正”作用，控制器應(yīng)為“反”作用。當(dāng)外界擾動(dòng)使精餾塔溫度升高時(shí)，控制器TC輸出減小，控制閥開度變小，蒸汽流量降低，精餾塔溫度下降。718 某控制系統(tǒng)采用DDZⅢ型控制器，用臨界比例度法整定參數(shù)。已測(cè)得dk＝30％、Tk＝3min。試確定PI作用和PID作用時(shí)控制器的參數(shù)。解 PI作用時(shí)控制器的比例度d=66%，積分時(shí)間TI=。PID作用時(shí)控制器的比例度d=51%，積分時(shí)間TI=，微分時(shí)間TD=。 719 某控制系統(tǒng)用4:1衰減曲線法整定控制器的參數(shù)。已測(cè)得ds＝50％、Ts＝5min。試確定PI作用和PID作用時(shí)控制器的參數(shù)。解 PI作用時(shí)控制器的比例度d=60%，積分時(shí)間TI=。PID作用時(shí)控制器的比例度d=40%，積分時(shí)間TI=，微分時(shí)間TD= min。第8章 復(fù)雜控制系統(tǒng) 87 題87圖所示為聚合釜溫度控制系統(tǒng)。試問： （1）這是一個(gè)什么類型的控制系統(tǒng)？試畫出它的方塊圖； （2）如果聚合釜的溫度不允許過高，否則易發(fā)生事故，試確定控制閥的氣開、氣關(guān)型式； （3）確定主、副控制器的正、反作用； （4）簡(jiǎn)述當(dāng)冷卻水壓力變化時(shí)的控制過程； （5）如果冷卻水的溫度是經(jīng)常波動(dòng)的，上述系統(tǒng)應(yīng)如何改進(jìn)？（6）如果選擇夾套內(nèi)的水溫作為副變量構(gòu)成串級(jí)控制系統(tǒng)，試畫出它的方塊圖，并確定主、副控制器的正、反作用。題85圖 聚合釜溫度控制系統(tǒng)解 （1）這是一個(gè)溫度流量串級(jí)控制系統(tǒng)，其方塊圖如下：題解85圖1 溫度流量串級(jí)控制系統(tǒng)的方塊圖其中：主對(duì)象是聚合釜，主變量是聚合釜內(nèi)的溫度，主控制器是溫度控制器TC；副對(duì)象是冷卻水管道，副變量是冷卻水流量，副控制器是流量控制器FC；操縱變量是冷卻水流量。（2）如果聚合釜的溫度不允許過高，控制閥應(yīng)為氣關(guān)型式（“反”作用）。（3）由于副變量就是操縱變量（冷卻水流量）本身，所以副對(duì)象是“正”作用，因此副控制器FC為“正”作用。當(dāng)主變量（聚合釜內(nèi)的溫度）增加時(shí)，要使主變量減小，要求控制閥關(guān)?。桓弊兞浚ɡ鋮s水流量）增加時(shí)，要使副變量減小，要求控制閥關(guān)大。因此主控制器TC應(yīng)為“正”作用。（4）當(dāng)冷卻水壓力變化（如壓力增大）時(shí)，在控制閥開度不變時(shí)，其流量增大，聚合釜溫度會(huì)降低。首先，流量增大，副控制器FC輸出信號(hào)增大（“正”作用），使氣關(guān)閥門開度減小，減小冷卻水流量；其次，聚合釜溫度降低，主控制器TC輸出減?。ā罢弊饔茫?，F(xiàn)C給定值減小，F(xiàn)C輸出增大，進(jìn)一步關(guān)小控制閥，減小冷卻水流量。這樣可以有效地控制因冷卻水壓力增大，導(dǎo)致其流量增大所造成的聚合釜內(nèi)溫度降低的影響。（5）如果冷卻水溫度經(jīng)常波動(dòng)，則應(yīng)選擇冷卻水溫度作為副變量，構(gòu)成溫度溫度串級(jí)控制系統(tǒng)。如題解85圖2所示。題解85圖2 聚合釜溫度冷卻水溫度串級(jí)控制系統(tǒng)（6）如果選擇夾套內(nèi)的水溫作為副變量構(gòu)成串級(jí)控制系統(tǒng)，其原理圖如題解85圖3所示。方塊圖如前所示，但其中的副對(duì)象是聚合釜夾套，副變量是夾套內(nèi)的水溫，副控制器是溫度控制器T2C。副控制器T2C為“反”作用，主控制器T1C也為“反”作用。 題解85圖3 聚合釜溫度夾套水溫度串級(jí)控制系統(tǒng) 題89圖 串級(jí)均勻控制系統(tǒng)89 題89圖是串級(jí)均勻控制系統(tǒng)示意圖，試畫出該系統(tǒng)的方塊圖，并分析這個(gè)方案與普通串級(jí)控制系統(tǒng)的異同點(diǎn)。如果控制閥選擇為氣開式，試確定LC和FC控制器的正、反作用。解 控制系統(tǒng)的方塊圖（略）。該串級(jí)控制系統(tǒng)的副變量就是其操縱變量本身。當(dāng)控制閥選擇為氣開式時(shí)，LC應(yīng)為“正”作用，F(xiàn)C應(yīng)為“反”作用。 812 試簡(jiǎn)述題812圖所示單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，在Q1和Q2分別有波動(dòng)時(shí)控制系統(tǒng)的控制過程。題812圖 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)解 當(dāng)主流量Q1變化時(shí)，經(jīng)變送器送至主控制器F1C（或其他計(jì)算裝置）。FlC按預(yù)先設(shè)置好的比值使輸出成比例地變化，也就是成比例地改變副流量控制器F2C的給定值，此時(shí)副流量閉環(huán)系統(tǒng)為一個(gè)隨動(dòng)控制系統(tǒng)，從而Q2跟隨Q1變化，使得在新的工況下，流量比值K保持不變。當(dāng)主流量沒有變化而副流量由于自身干擾發(fā)生變化時(shí)，此副流量閉環(huán)系統(tǒng)相當(dāng)于一個(gè)定值控制系統(tǒng)，通過控制克服干擾，使工藝要求的流量比值仍保持不變。816 在題816圖所示的控制系統(tǒng)中，被控變量為精餾塔塔底溫度，控制手段是改變進(jìn)入塔底再沸器的熱劑流量，該系統(tǒng)采用2℃的氣態(tài)丙烯作為熱劑，在再沸器內(nèi)釋熱后呈液態(tài)進(jìn)入冷凝液貯罐。試分析：（1）該系統(tǒng)是一個(gè)什么類型的控制系統(tǒng)？試畫出其方塊圖； （2）若貯罐中的液位不能過低，試確定調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)型式及控制器的正、反作用型式； （3）簡(jiǎn)述系統(tǒng)的控制過程。題816圖 精餾塔控制系統(tǒng)解 該控制系統(tǒng)是溫度流量串級(jí)控制與液位簡(jiǎn)單控制構(gòu)成的選擇性控制系統(tǒng)（串級(jí)選擇性控制系統(tǒng)）。系統(tǒng)方塊圖如下圖所示。題解816圖 串級(jí)選擇性控制系統(tǒng)方塊圖根據(jù)工藝要求，貯罐中的液位不能過低，則調(diào)節(jié)閥應(yīng)為氣開式。液位控制器LC應(yīng)為“正”作用；溫度控制器為“反”作用；流量控制器為“反”作用。正常工況下，為一溫度流量串級(jí)控制系統(tǒng)，氣態(tài)丙烯流量（壓力）的波動(dòng)通過副回路及時(shí)得到克服。如塔釜溫度升高，則TC輸出減少，F(xiàn)C的輸出減少，控制閥關(guān)小，減少丙烯流量，使溫度下降，起到負(fù)反饋的作用。異常工況下，貯罐液位過低，LC輸出降低，被LS選中，這時(shí)實(shí)際上是一個(gè)液位的單回路控制系統(tǒng)。串級(jí)控制系統(tǒng)的FC被切斷，處于開環(huán)狀態(tài)。第9章 典型設(shè)備控制方案 92 為了控制往復(fù)泵的出口流量，采用題92圖所示的方案行嗎？為什么？題92圖 往復(fù)泵的流量控制解 這種控制方案不行。往復(fù)泵的出口管道上不允許安裝控制閥，因?yàn)橥鶑?fù)泵活塞每往返一次，總有一定體積的流體排出。當(dāng)在出口管線上節(jié)流時(shí)，壓頭H會(huì)大幅度增加。在一定的轉(zhuǎn)速下，隨著流量的減少壓頭急劇增加。因此，企圖用改變出口管道阻力來改變出口流量，既達(dá)不到控制流量的目的，又極易導(dǎo)致泵體損壞。 93 試述題93圖所示的離心式壓縮機(jī)兩種方案的特點(diǎn)，它們?cè)诳刂颇康纳嫌惺裁床煌?？題93圖 離心式壓縮機(jī)的控制方案解 第一種控制方案是控制旁路回流量的大小，其目的是控制出口流量恒定；第二種控制方案控制旁路流量控制進(jìn)口流量的，其目的是控制入口流量恒定（足夠的吸入流量）以防“喘振”。96某換熱器，其載熱體是工藝中的主要介質(zhì)，其流量不允許控制。為了使被加熱的物料出口溫度恒定，采用了載熱體旁路的控制方案如圖1l—30(a)、(b)所示。試問該兩種方案是否合理？為什么？題96圖 換熱器控制方案 解 不合理。因?yàn)樵趫D11—30(a)中，控制閥與旁路并聯(lián)，在圖(b)中控制閥與換熱器并聯(lián)。這種并聯(lián)的連接方式使閥的特性變壞，可調(diào)范圍降低。且因換熱器內(nèi)流路簡(jiǎn)單，旁路更是如此，因此阻力小，壓差小，必須選擇大口徑的控制閥，使投資增加。97 題97圖中 (a)、(b)表示蒸汽加熱器，(c)、(d)表示氨冷器，都是屬于一側(cè)有相變的換熱器。試從傳熱速率方程式來分析，上述各方案是通過什么方法來改變傳熱量，從而維持物料出口溫度恒定的？題97圖 出口物料溫度控制解 題97圖中(a)、(d)是通過改變冷熱兩流體的傳熱溫差，來達(dá)到控制物料出口溫度的目的。 題97圖中(b)、(c)是通過改變傳熱面積的方法，來達(dá)到控制物料出口溫度的目的。 98 題98圖所示蒸汽加熱器，工藝要求出口物料溫度穩(wěn)定在(90177。1)℃。已知主要干擾為進(jìn)口物料流量的波動(dòng)。題98圖 蒸汽加熱器 (1) 確定被控變量，并選擇相應(yīng)的測(cè)量元件； (2) 制定合理的控制方案，以獲得較好的控制質(zhì)量； (3) 若物料溫度不允許過低，否則易結(jié)晶，試確定控制閥的氣開、氣關(guān)型式；(4) 畫出控制系統(tǒng)的原理圖與方塊圖；(5) 確定溫度控制器的正、反作用。解 (1) 被控變量是出口物料的溫度。測(cè)量元件應(yīng)為熱電阻體，可選Ptl00、Cu50或Cul00；也可選K型或E型熱電偶測(cè)溫元件。(2) 應(yīng)設(shè)計(jì)前饋反饋控制系統(tǒng)。題解98圖1 前饋反饋控制系統(tǒng)原理圖(3) 控制閥應(yīng)為氣關(guān)型。(4) 控制系統(tǒng)原理圖如題解98圖1所示，控制系統(tǒng)方塊圖如題解98圖2所示。題解96圖2 前饋反饋控制系統(tǒng)方塊圖圖中TC為反饋控制器，F(xiàn)C為前饋控制器(或前饋補(bǔ)償裝置)。(5) TC應(yīng)為正作用。99 題99圖所示的列管式換熱器，工藝要求出口物料溫度穩(wěn)定，無余差，超調(diào)量小。已知主要干擾為載熱體（蒸汽）壓力不穩(wěn)定。試確定控制方案，畫出該自動(dòng)控制系統(tǒng)原理圖與方塊圖；若工藝要求換熱器內(nèi)不允許溫度過高，試確定控制閥的氣開、氣關(guān)型式，并確定所選控制器的控制規(guī)律及正、反作用。如果主要干擾是入口介質(zhì)流量不穩(wěn)定，又如何設(shè)計(jì)控制方案？題99圖 列管式換熱器解 根據(jù)工藝要求，可以設(shè)計(jì)如下圖所示的前饋反饋控制系統(tǒng)，題解99圖1 列管式換熱器的前饋反饋控制系統(tǒng)其方塊圖如下圖所示，題解99圖2 列管式換熱器的前饋反饋控制系統(tǒng)方塊圖其中，被控對(duì)象是列管式換熱器；被控變量是出口物料溫度；操縱變量是蒸汽流量；主要干擾是蒸汽壓力不穩(wěn)定；前饋控制器是壓力控制器PC；反饋控制器是溫度控制器TC。由于工藝要求換熱器內(nèi)溫度不宜過高，則控制閥應(yīng)確定為氣開型，控制器TC應(yīng)為“反”作用，PC應(yīng)為“反”作用；（如果工藝要求換熱器內(nèi)溫度不宜過底，則控制閥應(yīng)確定為氣關(guān)型，控制器TC應(yīng)為“正”作用，PC應(yīng)為“正”作用。）溫度控制器TC一般為比例積分控制規(guī)律；壓力控制器PC一般為比例控制規(guī)律。還可以設(shè)計(jì)溫度壓力串級(jí)控制系統(tǒng)。如果主要干擾是入口介質(zhì)流量不穩(wěn)定，可以設(shè)計(jì)如下圖所示的溫度與流量的前饋反饋控制系統(tǒng)題解99圖3 列管式換熱器的溫度與流量的前饋反饋控制系統(tǒng) 也可以設(shè)計(jì)成溫度流量串級(jí)控制系統(tǒng)。920某原油加熱爐系統(tǒng)如題920圖所示，工藝要求原油出口溫度穩(wěn)定，無余差，已知燃料入口的壓力波動(dòng)頻繁，是該控制系統(tǒng)的主要干擾。試根據(jù)上述要求設(shè)計(jì)一個(gè)溫度控制系統(tǒng)，畫出控制系統(tǒng)原理圖和方塊圖，確定調(diào)節(jié)閥的作用形式，并選擇合適的控制規(guī)律和控制器的正、反作用。（加熱器內(nèi)不允許溫度過高）如果原油的流量波動(dòng)頻繁，如何設(shè)計(jì)使原油出口溫度穩(wěn)定的控制系統(tǒng)？題920圖 原加熱爐的溫度控制解 根據(jù)工藝要求，可以設(shè)計(jì)如下圖所示的溫度壓力串級(jí)控制系統(tǒng)，題解920圖1 加熱爐溫度壓力串級(jí)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)的方塊圖如下圖所示，題解920圖2 加熱爐溫度流量串級(jí)控制系統(tǒng)方塊圖其中，主對(duì)象是加熱爐，主變量是出料溫度，主控制器是溫度控制器TC；副對(duì)象是加熱燃料管道，副變量燃料壓力，副控制器是壓力控制器PC。工藝要求加熱器內(nèi)不允許溫度過高，則控制閥應(yīng)確定為氣開型，主控制器TC應(yīng)為“反”作用，副控制器PC應(yīng)為“反”作用。主控制器TC一般為比例積分控制規(guī)律，副控制器PC一般為比例控制規(guī)律。35 /