影响,试计算系统的阻力比(或分压比) 液体)。
s,并说明串联管道对可调范围的影响(假设被控流体为非阻塞的
解 由于阻力比 s 等于控制阀全开时阀上压差与系统总压差之比,在不考虑阀的泄漏量的影响时,阀 全关时阀两端的压差就可视为系统总压差,故本系统总压差为 阻力比:
60 s
0.6
100
3,则最 由于该阀的 Cmax=100,R=30,在理想状况下,阀两端压差维持为 1g/cm
3
3
l00kPa,阀全开时两端压差为 60kPa,所以
。
l00kPa,流体密度为
大流量 Qmax=l00m /h,最小流量 Qmin=Qmax/R=100/30=3.33m /h。
对于非阻塞流的液体,
K max 10Qmax
串联管道时,由于压差由
/ p 。
3/h,而是 l00m
3
l00kPa 降为 60kPa,故这时通过阀的最大流量将不再是
100
Qmax
这时的可调范围
p / 10 60/ 1 77.46m / h 。
Q Rr
max
77.46
;(或 Rr
30 0.6 23.24 )
31. Q
min
3. 33
s 值很低,
由上可见,串联管道时,会使控制阀的流量特性发生畸变,其可调范围会有所降低。如果 会使可调范围大大降低,以至影响控制阀的特性,使之不能发挥应有的控制作用。
当然,从节能的观点来看, 6-16 某台控制阀的流量系数
s 值大,说明耗在阀上的压降大,能量损失大,这是不利的一面。
3
Kmax=200。当阀前后压差为 1.2MPa ,流体密度为 0.81g/cm
,流动状态
0.2MPa 时,所能通过的最大流量为多少?
为非阻塞流时,问所能通过的最大流量为多少?如果压差变为
解 由公式
K max 10Qmax
得
K
p
max
/ p ,
200 1200
3
Qmax
10 10
当压差变为 0.2MPa 时,所能通过的最大流量为:
769.8( m / h)
0.81
K
p
max
200 10
200
3
Qmax
314.3(m / h)
10
0.81
上述结果表明,提高控制阀两端的压差时,对于同一尺寸的控制阀,会使所能通过的最大流量增加。 换句话说,在工艺上要求的最大流量已经确定的情况下,增加阀两端的压差,可以减小所选择控制阀的尺 寸(口径 ),以节省投资。这在控制方案选择时,有时是需要加以考虑的。例如离心泵的流量控制,其控制 阀一般安装在出口管线上,而不安装在吸入管线上,这是因为离心泵的吸入高度 常工作。
6-18 什么叫气动执行器的气开式与气关式?其选择原则是什么?
解 气动执行器(控制阀)的气开式为,有压力控制信号时阀开,无压力控制信号时阀处于全关;气 关式为,有压力控制信号时阀关,无压力控制信号时阀处于全开。气动执行器的气开式与气关式的选择原 则是考虑工艺生产的安全,即控制信号中断时,应保证设备和工作人员的安全。
(压头 )是有限的,压差较
小,将会影响控制阀的正常工作。同时,由于离心泵的吸入压头损失在控制阀上,以致会影响离心泵的正
第 7 章 简单控制系统
7-2 题 7-2 图是一反应器温度控制系统示意图。试画出这一系统的方块图,并说明各方块的含义,指 出它们具体代表什么?假定该反应器温度控制系统中,反应器内需维持一定温度,以利反应进行,但温度 不允许过高,否则有爆炸危险。试确定执行器的气开、气关型式和控制器的正、反作用。
题 7-2 图 反应器温度控制系统
解 该反应器温度控制系统方块图如下图所示。
题解 7-2 图 反应器温度控制系统方块图
其中:被控对象是反应器;被控变量是反应器内温度;操纵变量是蒸汽流量;控制器是温度控制器
根据工艺要求,执行器应为气开型式;蒸汽流量增加时,反应器内温度升高,被控对象是“正”作用; 所以,控制器应为“反”作用。
7-13 试确定题 7-13 图所示两个系统中执行器的正、反作用及控制器的正、反作用。
(1)题 7-13(a) 图为一加热器出口物料温度控制系统,要求物料温度不能过高,否则容易分解; (2)题 7-13(b) 图为一冷却器出口物料温度控制系统,要求物料温度不能太低,否则容易结晶。
TC。
题 7-13 图 温度控制系统
解 (1)根据工艺要求,题 7-13(a) 图所示加热器出口物料温度控制系统,执行器应为气开阀;加热 剂流量增加时,加热器内温度升高,被控对象是“正”作用,所以,控制器应为“反”作用。
(2)根据工艺要求,题 7-13(b) 图所示冷却器出口物料温度控制系统,执行器应为气开阀;冷剂流量 增加时,冷却器内温度降低,被控对象是“反”作用,所以,控制器应为“正”作用。
7-14 题 7-14 图为贮槽液位控制系统,为安全起见,贮槽内液体严格禁止溢出,试在下述两种情况下, 分别确定执行器的气开、气关型式及控制器的正、
(1)选择流入量 Qi 为操纵变量; (2)选择流出量 Qo 为操纵变量。
解 (1)当选择流入量 Qi 为操纵变量时,为 体严格禁止溢出的工艺要求,执行器应为气开阀; 是“正”作用,所以,控制器应为“反”作用。
(2)当选择流入量 Qo 为操纵变量时,为满足
图 液位控制
反作用。
满足贮槽内液 由于被控对象 贮
题 7-14
槽内液体严格禁止溢出的工艺要求,执行器应为气关阀;此时被控对象是“反”作用,所以,控制器应为 “反”作用。
7-15 题 7-15 图所示为一锅炉汽包液位控制系统的示意图,要求锅炉不能烧干。试画出该系统的方块 图,判断控制阀的气开、气关型式,确定控制器的正、反作用,并简述当加热室温度升高导致蒸汽蒸发量 增加时,该控制系统是如何克服扰动的?
题 7-15 图 锅炉气包液位控制系统
解 该控制系统的方块图如下图所示。
题解 7-15 图 锅炉气包液位控制系统方块图
其中: 被控对象是锅炉汽包; 被控变量是锅炉汽包内液位; 操纵变量是冷水流量; 控制器是温度控制器 LC 。
控制阀应为气关型式;被控对象是“正”作用,控制器应为“正”作用。 当加热室温度升高导致蒸汽蒸发量增加时,汽包内液位下降,控制器 增大(关小) ,冷水流量增大。克服汽包内液位降低。
7-16 题 7-16 图所示为精馏塔温度控制系统的示意图, 它通过控制进入再沸器的蒸汽量实现被控变量 的稳定。试画出该控制系统的方块图,确定控制阀的气开气、关型式和控制器的正、反作用,并简述由于 外界扰动使精馏塔温度升高时该系统的控制过程(此处假定精馏塔的温度不能太高)
。
LC 输出信号减小,气关阀开度
题 7-16 图 精馏塔温度控制系统
解 精馏塔温度控制系统的方块图如下图所示。
题解 7-16 图精馏塔温度控制系统方块图
控制阀应为气开型式;被控对象是“正”作用,控制器应为“反”作用。 当外界扰动使精馏塔温度升高时,控制器 度下降。
7-18 某控制系统采用 DDZ- Ⅲ型控制器,用临界比例度法整定参数。已测得 确定 PI 作用和 PID 作用时控制器的参数。
解 PI 作用时控制器的比例度
=66%,积分时间 TI=2.55min 。
PID 作用时控制器的比例度 =51%,积分时间 TI=1.5min ,微分时间 TD=0.375min 。 7-19 某控制系统用 4:1 衰减曲线法整定控制器的参数。已测得 =50%、Ts=5min 。试确定 PI 作用和s
k=30%、Tk=3min。试
TC 输出减小,控制阀开度变小,蒸汽流量降低,精馏塔温
PID 作用时控制器的参数。
解 PI 作用时控制器的比例度
PID 作用时控制器的比例度
=60%,积分时间 TI=2.5min 。
=40%,积分时间 TI=1.5min ,微分时间 TD=0.5 min 。
第 8 章 复杂控制系统
8-7 题 8-7 图所示为聚合釜温度控制系统。试问: (1)这是一个什么类型的控制系统?试画出它的方块图;
(2)如果聚合釜的温度不允许过高,否则易发生事故,试确定控制阀的气开、气关型式; (3)确定主、副控制器的正、反作用; (4)简述当冷却水压力变化时的控制过程;
(5)如果冷却水的温度是经常波动的,上述系统应如何改进?
(6)如果选择夹套内的水温作为副变量构成串级控制系统,试画出它的方块图,并确定主、副控制 器的正、反作用。
题 8-5 图 聚合釜温度控制系统
解 (1)这是一个温度 -流量串级控制系统,其方块图如下:
题解 8-5 图 1 温度 -流量串级控制系统的方块图
其中:主对象是聚合釜,主变量是聚合釜内的温度,主控制器是温度控制器 变量是冷却水流量,副控制器是流量控制器
FC;操纵变量是冷却水流量。
(2)如果聚合釜的温度不允许过高,控制阀应为气关型式( “正”作用。
TC;副对象是冷却水管道,副
“反”作用) 。
FC 为
(3)由于副变量就是操纵变量(冷却水流量)本身,所以副对象是“正”作用,因此副控制器 当主变量(聚合釜内的温度)增加时,要使主变量减小,要求控制阀关小;副变量(冷却水流量)增 加时,要使副变量减小,要求控制阀关大。因此主控制器 首先,流量增大,副控制器
TC 应为“正”作用。
(4)当冷却水压力变化(如压力增大)时,在控制阀开度不变时,其流量增大,聚合釜温度会降低。
FC 输出信号增大( “正”作用) ,使气关阀门开度减小,减小冷却水流量;其
TC 输出减小(“正”作用) ,FC 给定值减小, FC 输出增大,进一步关小
次,聚合釜温度降低,主控制器 度降低的影响。
控制阀,减小冷却水流量。这样可以有效地控制因冷却水压力增大,导致其流量增大所造成的聚合釜内温
(5)如果冷却水温度经常波动,则应选择冷却水温度作为副变量,构成温度 题解 8-5 图 2 所示。
-温度串级控制系统。如