题目
7.8 某生产工艺有一个脱水工序,用95%浓度的酒精按卡拉胶与酒精之比为1:6的比-|||-例加入到卡拉胶中,以脱除卡拉胶中所含的一部分水分,工艺流程如图7.24所示。酒精来源-|||-有两个:一为酒精回收工序所得;一为新鲜酒精。工艺要求尽量使用回收酒精,只有在回 收酒-|||-精量不足时,才允许添加新鲜酒精给予补充。根据上述情况应采用何种控制方式为好?画出-|||-系统的结构图与方块图。选择系统中控制间的开、闭形式,控制阀的工作信号及控制器的正、-|||-反作用。-|||-卡拉胶 回收酒精-|||-新鲜酒精
题目解答
答案
解析见答案第一扁卡拉胶 回收酒精新鲜酒精图7.24 习题7.8图
解析
本题主要考察工业生产过程中的控制方式选择及系统设计，涉及控制策略、系统结构图/方块图、控制阀形式、工作信号及控制器正反作用的确定，具体分析如下：
一、控制方式选择
工艺要求“尽量使用回收酒精，不足时补充新鲜酒精”，需优先保证回收酒精的充分利用，仅当回收酒精量无法满足脱水需求时，再启用新鲜酒精补充。因此，应采用分程控制方式：
- 回收酒精控制阀：优先工作，全程或大部分开度范围用于提供回收酒精；
- 新鲜酒精控制阀：仅在回收酒精量不足时开启，补充剩余需求，实现“回收优先、新鲜补充”的工艺目标。
二、系统结构图与方块图
核心结构
- 被控变量：脱水工序中酒精的实际加入量（需跟踪设定的“卡拉胶:酒精=1:6”比例）；
- 测量元件：流量传感器（测量回收酒精流量 $F_{回}$ 和新鲜酒精流量 $F_{新}$）；
- 控制器：分程控制器（接收总酒精流量偏差信号，输出分程信号给两个控制阀）；
- 执行机构：两个控制阀（回收酒精阀 $V_1$、新鲜酒精阀 $V_2$）；
- 扰动：回收酒精流量波动、卡拉胶进料量变化等。
方块图描述
卡拉胶进料量 → 流量设定（1:6比例）→ 分程控制器
↓ ↓
回收酒精阀V₁ ←—— 分程信号（低信号段）—— 控制器输出
新鲜酒精阀V₂ ←—— 分程信号（高信号段）—— 控制器输出
↓ ↓
混合酒精流量 → 脱水工序 → 被控变量（实际酒精流量）→ 测量反馈 三、控制阀形式、工作信号及控制器正反作用
1. 控制阀开/闭形式
- 回收酒精阀 $V_1$：采用气开阀（FA）
优先使用回收酒精，无信号时关闭（避免浪费），有信号时开启，信号增大→开度增大→回收酒精量增加。 - 新鲜酒精阀 $V_2$：采用气关阀（FC）
仅在回收酒精不足时开启，无信号时全开（故障时切断新鲜酒精，防止过量），信号增大→开度减小→新鲜酒精量减少（与回收酒精互补）。
2. 控制阀工作信号
分程控制中，控制器输出信号分段：
- 回收酒精阀 $V_1$：接收4~8mA（或0.02~0.06MPa） 信号（低信号段）；
- 新鲜酒精阀 $V_2$：接收8~12mA（或0.06~0.1MPa） 信号（高信号段）。
3. 控制器正反作用
- 控制目标：实际酒精流量 $F_{总}=F_{回}+F_{新}$ 跟踪设定值 $F_{设}$（基于卡拉胶进料量计算）；
- 偏差信号：$e=F_{设}-F_{总}$；
- 正反作用选择：采用正作用控制器
当 $F_{总}