4.4 主要控制单元

4.4.1 液位控制

以贮槽液位为操作指标，以改变出口阀门开度来实现贮槽液位稳定。当贮槽液位上升时，将出口阀门开大，贮槽液位上升越多，出口阀门开得越大；反之，当贮槽液位下降时，则关小出口阀门，贮槽液位下降越多，出口阀门关得越小。为了使贮槽液位的上升和下降都有足够的余地，选择玻璃管液位计指示值中间的某一点为正常工作时的液位高度，通过改变出口阀门开度而使液位保持在这一高度，这样就不会出现贮槽液位过高而溢出或使贮槽内液体抽空而发生事故的现象。如图4-1所示，在该控制系统中，被控对象为贮槽a，被控变量为贮槽液位 L ， L 通过差压变送器（b、c为引压管）测得并将其通过d送至控制器（具有指示、控制功能，是某号工段的第一个液位仪表），控制器把测量值与给定值（实际中的给定值被设定在控制器中）进行比较、计算后通过e送至执行器f，执行器f根据控制器的信号进行动作，并作用于被控对象贮槽a。

液位控制系统能较好地克服出口流量波动对液位的干扰，而且在出口流量尚未影响液位时就给予控制，具有超前控制的特点。但是它不能克服来自进口流量的干扰，当进口流量波动时，系统不再处于平衡状态，就会出现溢槽或抽干现象。为避免这一现象，我们需要在液位控制系统基础上再设置一个流量控制系统，但不能在其出口管道上设置执行器，而是把液位控制系统的输出值作为流量控制系统的给定值，如图4-2所示。

4.4.2 压力控制

压力控制的核心是维持压力稳定，其取决于容器内气体的量和气体的空间大小，当气体空间变化时，气体的量也要随之变化，否则压力就会出现波动。对于常压容器来说，可以通过放空管来实现容器内气体的进入和排出。对于加压容器，不能借助放空管，但可以设置两根管道——进气管道和出气管道，如图4-3所示。

在压力控制系统中，一台控制器的输出可以同时控制两台甚至两台以上的控制阀，控制器的输出信号被分割成若干个信号范围段，每一段信号控制一台控制阀。由于属于分段控制，因而将其称之为压力分程控制系统，如图4-4所示。

4.4.3 温度控制

温度控制就是使温度稳定在某一数值，一般采用换热器，如图4-5所示。

在温度控制系统中，所有影响被控变量的因素如进口物料的流量、温度及蒸汽压力等，它们对出口物料温度的影响都可以通过反馈控制来克服。但是在这样的系统中，控制信号总是要在干扰已经造成影响、被控变量偏离给定值后才能产生，控制作用总是不及时的。特别是在干扰频繁、被控变量出现较大滞后时，控制质量的提高受到了很大的限制。为了及时克服这一干扰对被控变量的影响，可以测量进口物料流量，根据进口物料流量的变化直接去改变过热蒸汽量的大小，这就是所谓的“前馈”控制。当进口物料流量变化时，通过控制器开大或关小加热蒸汽阀，以削弱进口物料流量变化对出口物料温度的影响，如图4-6所示。

4.4.4 流量控制

流量控制主要通过控制流体比值使流体的浓度稳定在某一数值，如图4-7所示。

在流量控制系统中，没有反馈的控制系统叫开环比值控制系统，有反馈的控制系统叫闭环比值控制系统。开环比值控制示意图及其系统方框示意图分别如图4-8和图4-9所示。

开环比值控制系统是最简单的比值控制方案，这种方案的优点是结构简单，只需一台纯比例控制器，其比例度可以根据比值要求来设定。但是这种开环比值控制系统只能保持执行器的阀门开度与主流量 Q _A 之间呈一定比例关系。因此，当副流量 Q _B 因阀门两侧压力差发生变化而波动时，该系统不起到控制作用，此时就无法保证 Q _A 与 Q _B 的比值关系。也就是说，这种比值控制方案对 Q _B 本身无抗干扰能力。因此，开环比值控制系统只能适用于副流量较平稳且对流量比值要求不高的场合。

闭环比值控制系统又分为单闭环比值控制系统和双闭环比值控制系统，图4-10为单闭环比值控制系统方框示意图。单闭环比值控制系统的 Q _A 类似于串级控制系统中的主流量，但其并没有构成闭环系统，而 Q _B 的变化并不影响 Q _A 。尽管它也有两个控制器，但只有一个闭合回路。这种控制方式的形式较简单，实施起来较方便，因而得到了广泛的应用，尤其适用于主物料在工艺上不允许进行控制的场合。

单闭环比值控制系统虽然能保持两种物料量比值一定，但由于主流量是不受控制的，当主流量变化时，总物料量就会跟着变化。双闭环比值控制系统是为了克服由于单闭环比值控制系统主流量不受控制，生产负荷（与总物料量有关）在较大范围内波动的不足而设计的，它是由在单闭环比值控制的基础上增加主流量控制回路构成的。

如图4-11和图4-12所示，当 Q _A 变化时，一方面通过主流量控制器FIC102对它进行控制，另一方面它通过比值控制器K（可以是乘法器）乘以适当的系数后作为副流量控制器FIC101的给定值，使 Q _B 随 Q _A 的变化而变化。由图4-12可以看出，该系统具有两个闭合回路，分别对主、副流量进行定值控制。同时，由于比值控制器的存在，在主流量由受到干扰作用开始到重新稳定于给定值的这段时间内，副流量能跟随主流量的变化而变化。这样不仅实现了比较精确的流量比值，而且确保了两种物料总量基本不变，这是它的一个主要优点。双闭环比值控制系统的另一个优点是提降生产负荷比较方便，只要缓慢地改变主流量控制器给定值，就可以提降主流量，同时副流量也就自动跟踪提降，并保持两者比值不变。该控制系统结构比较复杂，使用的仪表较多，投资较大，系统调整比较麻烦。双闭环比值控制系统主要适用于主流量干扰频繁、工艺上不允许生产负荷有较大波动或经常需要提降生产负荷的场合。