6.比值控制-過程控制(自動化)解析

1、2021/2/111 課堂提問 前饋控制的原理是什么? 是否可用普通的PID控制器作為前饋控制器,為什么? 為什么一般不單獨(dú)使用前饋控制? 2021/2/112 比值控制 Ratio Control 2021/2/113 本講內(nèi)容 比值控制問題的由來; 常用的比值控制方案與系統(tǒng)結(jié)構(gòu); 流量比值與比值器參數(shù)的關(guān)系; 變比值控制系統(tǒng)的特點(diǎn)與應(yīng)用場合; 比值控制系統(tǒng)的參數(shù)整定; 比值控制系統(tǒng)的投運(yùn)。 2021/2/114 溶液配制問題 問題問題:假設(shè)NaOH用量QB和稀釋 水量QA可測并且QA可調(diào)。如果 QB變化,如何調(diào)整以使稀釋液 NaOH的濃度為68%左右? 解決方案解決方案: （1）出口濃度控

2、制; （2）入口流量的比值控制（流 量比值 ?）。 混 合 器 68% NaoH 30% NaoHH2O QAQB NaOH NaOH 2021/2/115 流量比值控制問題 要求要求:QA / QB = KAB（比值系數(shù)）而QB 為主動流 量, QA 為從動流量（可控量）,要求設(shè)計(jì)一控制系統(tǒng) 通過調(diào)節(jié)QA 以實(shí)現(xiàn)上述比值控制目標(biāo)。 后 續(xù) 裝 置 物料 B 物料 A QB QA 2021/2/116 開環(huán)比值控制方案 缺點(diǎn):Q2受干擾時(shí),同樣 開度Q2值不同,則 FT K Q1 Q2 12 KQQ 1 2 Q Q K 只適合于對比值精度要求不高,從動物料流量比較穩(wěn)定的場合。 2021/2/1

3、17 單、雙閉環(huán)比值控制方案 IA IB K F2C F1C QB QA 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng) 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng) Return 2021/2/118 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的方塊圖 圖中的F1C是比值計(jì)算器 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):兩種物料比較精確;結(jié)構(gòu)簡單、易實(shí)施,廣泛應(yīng)用。 缺點(diǎn)缺點(diǎn):QB可變,總物料量QA+QB也變化。有些生產(chǎn)不允許總物料（負(fù)荷）大幅 度變化,如反應(yīng)器（負(fù)荷變化破壞反應(yīng)器的熱平衡） 2021/2/119 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的方塊圖 IA IB K F2C F1C QB QA 特點(diǎn)特點(diǎn):對QB定值控制。優(yōu)點(diǎn):QB平穩(wěn),則QA也平穩(wěn),總負(fù)荷QA+QB穩(wěn)定;改變QBSP, 可改變QB,QA自動跟

4、蹤,且比值不變,動態(tài)比值。若比值K變化時(shí),怎么辦? 2021/2/1110 變比值控制系統(tǒng) maxmax maxmax BBA AB BAA QQQ KK QQQ 對DDZ III型儀表, 除法器的輸 入輸出關(guān)系為 4 4 4 A B I KmA I 2021/2/1111 變比值控制系統(tǒng)方塊圖 變比值控制系統(tǒng)的方塊圖 2021/2/1112 max max 1 A B AB Q Q KK 比值控制系統(tǒng)方案1-相乘方案 maxmax (204)4mA,(204)4mA AB AB AB QQ II QQ K1 FC QA QB IB IA 穩(wěn)態(tài)條件穩(wěn)態(tài)條件: IA = K1( IB-4)+4

5、, max 1 maxB B A A Q Q K Q Q B A AB Q Q K 假設(shè)流量測量變送為線性環(huán)節(jié)。 乘法器K1在副流量回路外 以單閉環(huán)比值系統(tǒng)為例 相乘方案無法了解兩個(gè)流量的實(shí) 際比值;為不影響精度,K不宜過小 或過大,以接近1為宜 2021/2/1113 乘法器的設(shè)定 穩(wěn)態(tài)條件穩(wěn)態(tài)條件: IA = I0 max max max max 164 164 BA s BA B AB A QQ I QQ Q KmA Q 對DDZ-III型儀表, 乘法器的輸 入輸出關(guān)系為 0 4 (4) 4 16 sB II ImA 2021/2/1114 2 2 max max AB B A Q KK

6、 Q 比值控制系統(tǒng)方案1（續(xù)） 22 maxmax (204)4mA,(204)4mA AB AB AB QQ II QQ 22 maxmax AB AB QQ K QQ 假設(shè)流量測量變送環(huán)節(jié)為非線性環(huán)節(jié)。 穩(wěn)態(tài)條件穩(wěn)態(tài)條件:IA = K ( IB-4)+4 2021/2/1115 比值控制方案2-相乘方案 2( 4)4 BA IKImA 1max max 2 11 KQ Q K K B A AB K2FC QA QB IB IA 穩(wěn)態(tài)條件穩(wěn)態(tài)條件: , maxmax 2 B B A A Q Q Q Q K B A AB Q Q K 乘法器K2在副流量回路中 流量變送器為DDZ-線 性儀表 總

7、結(jié):當(dāng)K在0-1之間,乘法器應(yīng)設(shè) 置在從動量控制回路外;當(dāng)K大 于1時(shí),乘法器應(yīng)設(shè)置在從動量 控制回路內(nèi)。 2021/2/1116 比值控制系統(tǒng)方案3-相除方案 穩(wěn)態(tài)條件穩(wěn)態(tài)條件: K3 = IA / IB max max max max 3 A B AB A B B A Q Q K Q Q Q Q K RC IA / IB IB K3 QA QB IA 存在問題存在問題:物料A的流量回路存在非線性,當(dāng)物料B的流量減少時(shí),回路增益 增大,有可能使系統(tǒng)不穩(wěn)定,并可能出現(xiàn)“除零”運(yùn)算。 相除方案中,儀表比值系數(shù)K與負(fù)荷變化有關(guān),呈非線性關(guān)系,近年已不采用相 除方案實(shí)施比值控制。 但該方案可直接得到

8、兩個(gè)流量的實(shí)際比值;為使調(diào)節(jié) 有裕度,設(shè)定宜在中間,即K在50%左右為宜。 2021/2/1117 比值控制系統(tǒng)方案3 3（續(xù)） 相除方案的方塊圖 2021/2/1118 換熱器出口溫度 變比值串級控制系統(tǒng) 蒸汽 凝液 工藝 介質(zhì) T2 RV RF FC T2sp RVsp TC 系統(tǒng)功能系統(tǒng)功能: （1）變比值串級? （2）變增益串級? （3）前饋反饋串級 控制 ? 2021/2/1119 變比值串級控制 21 1 () spsp VF v RR TT K 蒸汽 凝液 工藝 介質(zhì) T2 RV RF FC T2sp RVsp TC 系統(tǒng)功能系統(tǒng)功能: （3）前饋反饋串級 控制 上一節(jié)中所采用的

9、前饋控制器: 2021/2/1120 系統(tǒng)功能變增益串級 蒸汽 凝液 工藝 介質(zhì) T2 RV RF FC T2sp RVsp TC 1 F K R 2021/2/1121 系統(tǒng)功能前饋串級控制 蒸汽 凝液 工藝 介質(zhì) T2 RV RF FC T2sp RVsp TC T1 k1 前饋控制器 2021/2/1122 比值控制的邏輯提降量 LS PC HS K F2CF1C 蒸汽 燃料空氣 I0 I2 I3 I4 I1 Q1Q2 功能: (1) 正常工況下實(shí)現(xiàn) 鍋爐蒸汽壓力對燃料流量 的串級控制,以及燃料與空 氣流量的比值控制 (2) 提負(fù)荷時(shí)先提空氣,而 降負(fù)荷時(shí)先降燃料量。 分析要點(diǎn):正常工況

10、時(shí), 04321 IIIII 2021/2/1123 正常工況下,這是爐出口蒸汽壓力對燃油流量的串級控制系統(tǒng)和燃 油流量與空氣流量的比值控制系統(tǒng)。蒸汽壓力控制器是反作用的, 當(dāng)蒸汽壓力下降時(shí)（如因蒸汽耗量增加）,壓力控制器輸出增加, 提高了燃油流量控制器的設(shè)定值。 方案分析方案分析 2021/2/1124 正常工況時(shí):通過信號匹配,低選器LS選通PC調(diào)節(jié)器的輸出作為燃料流 量控制器F1C的設(shè)定值,構(gòu)成蒸汽壓力對燃料流量的串級控制系統(tǒng)。而 燃料流量測量信號通過高選器HS作為F2C調(diào)節(jié)器的設(shè)定值,構(gòu)成以燃 料為主動量、空氣量為從動量的雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)。 2021/2/1125 提升負(fù)荷（提負(fù)荷）

11、時(shí):因?yàn)镻C是反作用的,因 此,當(dāng)蒸汽壓力下降（如因蒸汽耗量增大） 時(shí),PC輸出將上升。由于該信號不能通過低選 器,因此不能立即增加燃料量,但該信號將被高 選器選通以使F2C設(shè)定值增加,即加大空氣量。 隨著空氣量的增加,低選器的輸出逐漸增加,使 燃料量逐漸上升。這樣就達(dá)到了提量時(shí)先提空 氣量,后提燃料量的要求。 2021/2/1126 當(dāng)蒸汽壓力上升（降負(fù)荷）時(shí):此時(shí),壓力控制器PC輸出下降,該信號被低 選器選通使F1C的設(shè)定值減小,從而減小燃料量,隨著燃料量減小,通過比值 控制系統(tǒng)自動減少空氣量。從而達(dá)到降量時(shí)先降燃料,后降空氣量的要求。 2021/2/1127 比值控制系統(tǒng)的參數(shù)整定 單閉

12、環(huán)控制系統(tǒng) 按隨動控制系統(tǒng)參數(shù)整定方法整定從動量控制器 參數(shù) 雙閉環(huán)控制系統(tǒng) 主動量控制器按定值控制系統(tǒng)整定參數(shù);從動量控 制器按隨動控制系統(tǒng)整定參數(shù) 變比值控制系統(tǒng) 變比值控制器按串級控制系統(tǒng)主控制器整定參數(shù), 從動量控制器按串級控制系統(tǒng)副控制器整定參數(shù)。 2021/2/1128 比值控制系統(tǒng)的投運(yùn) 按單回路控制系統(tǒng)投運(yùn)方法各自投運(yùn)主、從動量控制回路。 變比值控制按串級控制系統(tǒng)投運(yùn)的方法。 2021/2/1129 結(jié) 論 討論了流量比值控制問題; 介紹了常用的比值控制方案; 分析了流量比值與比值器參數(shù)的關(guān)系; 詳細(xì)列舉了燃燒控制中常用的邏輯提降量問題 與解決方案; 簡單介紹了變比值控制系統(tǒng)的特點(diǎn)與應(yīng)用場合。 介紹了比值控制系統(tǒng)的參數(shù)整定方法; 介紹了比值控制系統(tǒng)的投運(yùn)。 2021/2/1130 練習(xí)題 右圖表示了NaOH溶液的稀釋過程,輸 入溶液濃度為20%,要求進(jìn)一步用清水 稀釋成濃度為5%的溶液。流量F1、F2 的測量儀表均為線性變送器,儀表量程 分別為030T/hr和0120T/hr,并采用 DDZ-型,K為比值計(jì)算單元。 （1）求K值與工藝比值的關(guān)系式; （2）根據(jù)所描述的工藝情況,確定K 值; （3）若F1的變化范圍為1020T/hr, 試求取穩(wěn)態(tài)條件下I2與I3的變化范圍 （用mA表示） F1 ( NaOH溶液 ) FCK F2 ( 清水