第7章實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制

1、第七章第七章 實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng).7 7 實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng)制系統(tǒng)71 比值控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)72 均勻控制系統(tǒng)均勻控制系統(tǒng)73 分程控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)74 自動選擇性控制系統(tǒng)自動選擇性控制系統(tǒng)第七章第七章 實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng). 隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，對于某些生產(chǎn)過程隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，對于某些生產(chǎn)過程工藝復(fù)雜、控制要求高、控制任務(wù)特殊的情況，單回工藝復(fù)雜、控制要求高、控制任務(wù)特殊的情況，單回路控制系統(tǒng)已不能滿足要求。為此，需要開發(fā)和運(yùn)用路控制系統(tǒng)已不能滿足要求。為此，需要開發(fā)和運(yùn)

2、用實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng)。 其中最常用的有：其中最常用的有： 比值控制系統(tǒng)、比值控制系統(tǒng)、 均勻控制系統(tǒng)、均勻控制系統(tǒng)、 分程控制系統(tǒng)、分程控制系統(tǒng)、 自動選擇性控制系統(tǒng)等自動選擇性控制系統(tǒng)等。第七章第七章 實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng).71 比值控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng) 一、概述一、概述 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，常常要求兩種或多種物料流量成一定比例在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，常常要求兩種或多種物料流量成一定比例關(guān)系。如果比例失調(diào)，就會影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行，影響產(chǎn)品質(zhì)量，浪費(fèi)關(guān)系。如果比例失調(diào)，就會影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行，影響產(chǎn)品質(zhì)量，浪費(fèi)原材料，造成環(huán)境

3、污染，甚至產(chǎn)生生產(chǎn)事故。原材料，造成環(huán)境污染，甚至產(chǎn)生生產(chǎn)事故。例如：例如： 1）在工業(yè)鍋爐燃燒過程中，需要自動保持燃料量與空氣量按一定比在工業(yè)鍋爐燃燒過程中，需要自動保持燃料量與空氣量按一定比例混合后送入爐膛。例混合后送入爐膛。 2）在制藥生產(chǎn)過程中，要求將藥物和注入劑按規(guī)定比例混合。在制藥生產(chǎn)過程中，要求將藥物和注入劑按規(guī)定比例混合。 3）在硝酸生產(chǎn)過程中，進(jìn)入氧化爐的氨氣和空氣的流量要有合適在硝酸生產(chǎn)過程中，進(jìn)入氧化爐的氨氣和空氣的流量要有合適的比例。但同時(shí)還應(yīng)從安全角度考慮，因?yàn)楫?dāng)氨氣在空氣中的含量低溫的比例。但同時(shí)還應(yīng)從安全角度考慮，因?yàn)楫?dāng)氨氣在空氣中的含量低溫時(shí)在（時(shí)在（1528）

4、之間，高溫時(shí)在（）之間，高溫時(shí)在（1430）之間都會有產(chǎn)生爆炸的）之間都會有產(chǎn)生爆炸的危險(xiǎn)。因此，保證氨氣和空氣進(jìn)料量的比例，不讓它進(jìn)入爆炸范圍，這危險(xiǎn)。因此，保證氨氣和空氣進(jìn)料量的比例，不讓它進(jìn)入爆炸范圍，這對安全生產(chǎn)來說具有重要意義。對安全生產(chǎn)來說具有重要意義。 為了實(shí)現(xiàn)上述種種特殊的要求，必須設(shè)計(jì)一種特殊的過程控制系統(tǒng)，為了實(shí)現(xiàn)上述種種特殊的要求，必須設(shè)計(jì)一種特殊的過程控制系統(tǒng)，即比值控制系統(tǒng)。即比值控制系統(tǒng)。第七章第七章 實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng).1 .定義：定義： 所謂比值控制系統(tǒng)，簡單地說，就是使一種物料隨另一種物所謂比值控制系統(tǒng)，簡單地說，就是使一種物

5、料隨另一種物料按一定比例變化的控制系統(tǒng)。料按一定比例變化的控制系統(tǒng)。2 .主動物料：主動物料：在比值控制系統(tǒng)中，需要保持比值的兩種物料必有一種在比值控制系統(tǒng)中，需要保持比值的兩種物料必有一種處于主導(dǎo)地位，這種物料稱為主動物料或主流量，用處于主導(dǎo)地位，這種物料稱為主動物料或主流量，用 Q1表示。表示。 一般情況下，總的生產(chǎn)中的主要物料的流量作為主流量，或一般情況下，總的生產(chǎn)中的主要物料的流量作為主流量，或者以不可控物料的流量作為主流量。者以不可控物料的流量作為主流量。 從動流量：從動流量：隨主流量的變化而變化的物料，稱之為從動流量或副流隨主流量的變化而變化的物料，稱之為從動流量或副流量，用量，用

6、Q2表示。表示。3 . 比值控制系統(tǒng)就是要實(shí)現(xiàn)副流量和主流量成一定的比例關(guān)系，即滿比值控制系統(tǒng)就是要實(shí)現(xiàn)副流量和主流量成一定的比例關(guān)系，即滿足足Q2Q1k，k為副流量和主流量的比值為副流量和主流量的比值。 如上所述，在比值控制系統(tǒng)中，從動量是隨主動量按一定比如上所述，在比值控制系統(tǒng)中，從動量是隨主動量按一定比例變化的，因此，比值控制系統(tǒng)實(shí)際上是一種例變化的，因此，比值控制系統(tǒng)實(shí)際上是一種隨動控制系統(tǒng)。隨動控制系統(tǒng)。第七章第七章 實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng). 二、比值控制系統(tǒng)的類型二、比值控制系統(tǒng)的類型 1. 開環(huán)比值控制系統(tǒng)開環(huán)比值控制系統(tǒng) 圖圖7-1所示為開環(huán)比值控

7、制系統(tǒng)示意圖。所示為開環(huán)比值控制系統(tǒng)示意圖。FT為檢測變送器，為檢測變送器，F(xiàn)C為比值控制為比值控制器。在穩(wěn)定工況下，兩種物料的流量應(yīng)滿足器。在穩(wěn)定工況下，兩種物料的流量應(yīng)滿足Q2=kQ1的要求。的要求。 1) 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：該系統(tǒng)對副流量無抗干擾能力，當(dāng)副流量管線壓力改變時(shí)，就滿該系統(tǒng)對副流量無抗干擾能力，當(dāng)副流量管線壓力改變時(shí)，就滿足不了所要求的比值。足不了所要求的比值。 2) 應(yīng)用范圍：應(yīng)用范圍：只適用于從動物料管線壓力比較穩(wěn)定，對比值精度要求不高只適用于從動物料管線壓力比較穩(wěn)定，對比值精度要求不高的場合。的場合。 3) 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，投資省。結(jié)構(gòu)簡單，投資省。FCFTQ1Q2圖圖

8、7-1開開環(huán)環(huán)比比值值控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)示示意意圖圖Q2Q1k第七章第七章 實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng).2單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng) 為了克服開環(huán)比值控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)，在開環(huán)比值控制的基礎(chǔ)上，增加一為了克服開環(huán)比值控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)，在開環(huán)比值控制的基礎(chǔ)上，增加一個(gè)副流量的閉環(huán)控制，組成如圖個(gè)副流量的閉環(huán)控制，組成如圖72所示的單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)。所示的單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)。圖圖7-2單單閉閉環(huán)環(huán)比比值值控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)a)控控制制流流程程圖圖 b)系系統(tǒng)統(tǒng)框框圖圖F1CF1TF2CF2TGV(s)Go(s)Gc1(s)Gc2(s)Gm2(s)Q2Q1Gm1(s)Q1

9、Q2a)b)-分析：當(dāng)主流量受擾動而變化時(shí)，分析：當(dāng)主流量受擾動而變化時(shí)，其流量信號經(jīng)變送器送到比值運(yùn)其流量信號經(jīng)變送器送到比值運(yùn)算器算器Gc1(s)，比值運(yùn)算器則按預(yù)先設(shè)置的比值器參數(shù)使輸出成比例地變，比值運(yùn)算器則按預(yù)先設(shè)置的比值器參數(shù)使輸出成比例地變化，即成比例地改變副調(diào)節(jié)器化，即成比例地改變副調(diào)節(jié)器Gc2(s)的給定值，使副流量的給定值，使副流量Q2跟隨主流量跟隨主流量Q1而變化，從而保證而變化，從而保證原設(shè)定的比值不變原設(shè)定的比值不變。第七章第七章 實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng). 當(dāng)主、副流量同時(shí)受到擾動時(shí)，當(dāng)主、副流量同時(shí)受到擾動時(shí)，調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器Gc2(s)在

10、克服副流量擾動的同時(shí)，又根據(jù)新的給在克服副流量擾動的同時(shí)，又根據(jù)新的給定值，改變調(diào)節(jié)閥的開度，使主、副流量在新的流量數(shù)值的基礎(chǔ)上，保持其原設(shè)定值定值，改變調(diào)節(jié)閥的開度，使主、副流量在新的流量數(shù)值的基礎(chǔ)上，保持其原設(shè)定值的比值關(guān)系。的比值關(guān)系。 可見，該系統(tǒng)能確保主、副兩個(gè)流量的比值不變，而系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)又較簡單，所以在可見，該系統(tǒng)能確保主、副兩個(gè)流量的比值不變，而系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)又較簡單，所以在工業(yè)生產(chǎn)過程自動化中應(yīng)用較廣。工業(yè)生產(chǎn)過程自動化中應(yīng)用較廣。 穩(wěn)態(tài)下，從動量回路是定值控制。穩(wěn)態(tài)下，從動量回路是定值控制。 當(dāng)主動量受干擾變化，從動量回路是隨動控制。當(dāng)主動量受干擾變化，從動量回路是隨動控制。1)

11、 應(yīng)用場合：應(yīng)用場合：尤其適用于主物料在工藝上不允許進(jìn)行控制的場合。尤其適用于主物料在工藝上不允許進(jìn)行控制的場合。2) 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 不但實(shí)現(xiàn)副流量隨主流量的變化而變化，而且可以克服副流量本身干擾對不但實(shí)現(xiàn)副流量隨主流量的變化而變化，而且可以克服副流量本身干擾對比值的影響，因此，主、副流量的比值較為精確。比值的影響，因此，主、副流量的比值較為精確。2) 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 主流量主流量Q1是可變的，因而其總流量是不固定的，這對于負(fù)荷變化較大、又是可變的，因而其總流量是不固定的，這對于負(fù)荷變化較大、又直接參與化學(xué)反應(yīng)的場合是不適宜的，這是因?yàn)榭偭髁康母淖儠o化學(xué)反應(yīng)直接參與化學(xué)反應(yīng)的場合是不適宜的，這

12、是因?yàn)榭偭髁康母淖儠o化學(xué)反應(yīng)過程帶來一定影響。過程帶來一定影響。 因此，單閉環(huán)比值控制方案一般在負(fù)荷變化不太大時(shí)選用為宜。因此，單閉環(huán)比值控制方案一般在負(fù)荷變化不太大時(shí)選用為宜。第七章第七章 實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng).應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例 丁烯洗滌塔的任務(wù)是用水除去丁烯餾分中所夾帶的乙腈，為丁烯洗滌塔的任務(wù)是用水除去丁烯餾分中所夾帶的乙腈，為了保證洗滌質(zhì)量，要求根據(jù)進(jìn)料流量配以一定比例的洗滌水量了保證洗滌質(zhì)量，要求根據(jù)進(jìn)料流量配以一定比例的洗滌水量。FTFCK洗洗滌滌水水含含乙乙腈腈的的洗洗滌滌水水FT含含乙乙腈腈的的丁丁烯烯餾餾水水丁丁烯烯洗洗滌滌塔塔圖圖7-3 丁

13、丁烯烯洗洗滌滌塔塔進(jìn)進(jìn)料料量量與與洗洗滌滌水水量量的的比比值值控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)第七章第七章 實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng). 3雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng) 為了克服單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)對主流量不受控制所引起的不足，為了克服單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)對主流量不受控制所引起的不足，在單閉環(huán)控制的基礎(chǔ)上又提出了雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，如下圖所示。在單閉環(huán)控制的基礎(chǔ)上又提出了雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，如下圖所示。 1) 組成：組成：由一個(gè)定值控制的主流量控制回路和一個(gè)跟隨主流量變化的副由一個(gè)定值控制的主流量控制回路和一個(gè)跟隨主流量變化的副流量控制回路組成。流量控制回路組成。主流量控制回路：

14、主流量控制回路：克服主流量擾動，克服主流量擾動， 實(shí)現(xiàn)其定值控制。實(shí)現(xiàn)其定值控制。副流量控制回路副流量控制回路:抑制作用于副回路的干擾，抑制作用于副回路的干擾， 從而使主、副流量均比較穩(wěn)定，從而使主、副流量均比較穩(wěn)定， 使總物料量也比較平穩(wěn)。使總物料量也比較平穩(wěn)。2) 應(yīng)用場合：應(yīng)用場合：在工業(yè)生產(chǎn)過程中，當(dāng)要求在工業(yè)生產(chǎn)過程中，當(dāng)要求負(fù)荷變化比較平穩(wěn)時(shí)，可以采用這種控制方案。負(fù)荷變化比較平穩(wěn)時(shí)，可以采用這種控制方案。3)缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：該方案所用儀表較多，投資較高。該方案所用儀表較多，投資較高。Q1F2CF2TQ2F1CF1TK總結(jié)：總結(jié)： 單、雙閉環(huán)比值控制單、雙閉環(huán)比值控制比值器參數(shù)不變。比

15、值器參數(shù)不變。第七章第七章 實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng). 4變比值控制系統(tǒng)變比值控制系統(tǒng) 在有些生產(chǎn)過程中，要求在有些生產(chǎn)過程中，要求兩種物料流量的比值隨第三個(gè)工藝參數(shù)兩種物料流量的比值隨第三個(gè)工藝參數(shù)的需要而變化的需要而變化，為滿足這種工藝的要求，開發(fā)并設(shè)計(jì)了變比值控制系，為滿足這種工藝的要求，開發(fā)并設(shè)計(jì)了變比值控制系統(tǒng)。下圖為用除法器構(gòu)成的變比值控制系統(tǒng)方塊圖。統(tǒng)。下圖為用除法器構(gòu)成的變比值控制系統(tǒng)方塊圖。特點(diǎn)：特點(diǎn)：以第三參數(shù)或稱以主參數(shù)和兩個(gè)流量比為副參數(shù)所組成的比值以第三參數(shù)或稱以主參數(shù)和兩個(gè)流量比為副參數(shù)所組成的比值串級組合控制系統(tǒng)。串級組合控制系統(tǒng)。GV

16、(s)Go2 (s)Gc1(s)Gc2(s)Gm2(s)Gm1(s)Q1Q2(s)- Go1(s)-X(s)Gm(s)Y(s)第七章第七章 實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng).分析：分析： 當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，Gc1(s)輸出不變，主、副流量恒定，其比輸出不變，主、副流量恒定，其比值也一定，主參數(shù)符合工藝要求，產(chǎn)品質(zhì)量合格值也一定，主參數(shù)符合工藝要求，產(chǎn)品質(zhì)量合格; 當(dāng)系統(tǒng)當(dāng)系統(tǒng)(如氣體等如氣體等)受到干擾時(shí)（當(dāng)出現(xiàn)除流量擾動外如溫度、受到干擾時(shí)（當(dāng)出現(xiàn)除流量擾動外如溫度、壓力、成分等變化時(shí)），雖然通過單閉環(huán)比值控制回路（相當(dāng)于串壓力、成分等變化時(shí)），雖然通過

17、單閉環(huán)比值控制回路（相當(dāng)于串級控制的副回路），保證了流量比值一定，卻不能保證總流量不變，級控制的副回路），保證了流量比值一定，卻不能保證總流量不變，一旦總流量發(fā)生變化，會導(dǎo)致主參數(shù)偏離了設(shè)定值，此時(shí)一旦總流量發(fā)生變化，會導(dǎo)致主參數(shù)偏離了設(shè)定值，此時(shí)Gc1(s)的的輸出輸出X2(s)產(chǎn)生變化，從而修正了產(chǎn)生變化，從而修正了Gc2(s)的設(shè)定值，相當(dāng)于修正了兩的設(shè)定值，相當(dāng)于修正了兩個(gè)變流量的比值個(gè)變流量的比值(即變化值即變化值)，使系統(tǒng)在新的比值上重新穩(wěn)定。，使系統(tǒng)在新的比值上重新穩(wěn)定。注意：注意： 在變比值控制系統(tǒng)中，流量比值只是一種控制手段，不是最終目在變比值控制系統(tǒng)中，流量比值只是一種控制

18、手段，不是最終目的，而第三參數(shù)往往是產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)。的，而第三參數(shù)往往是產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)。第七章第七章 實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng).舉例舉例: 如圖如圖75所示，在硝酸生產(chǎn)過程中，氨氣和空氣混合后進(jìn)入氧所示，在硝酸生產(chǎn)過程中，氨氣和空氣混合后進(jìn)入氧化爐，在鉑觸媒作用下進(jìn)行氧化反應(yīng)，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)化爐，在鉑觸媒作用下進(jìn)行氧化反應(yīng)，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度必須嚴(yán)格控制在溫度必須嚴(yán)格控制在(840 5o)C。反應(yīng)方程為：。反應(yīng)方程為： 4NH3+5O2 4NO+6H2O+Q 反應(yīng)放出的熱量可使?fàn)t內(nèi)溫度高達(dá)反應(yīng)放出的熱量可使?fàn)t內(nèi)溫度高達(dá)750820OC，反應(yīng)后生成，反應(yīng)后

19、生成的一氧化氮?dú)怏w通過廢熱鍋爐進(jìn)行熱量回收，并經(jīng)快速冷卻器降的一氧化氮?dú)怏w通過廢熱鍋爐進(jìn)行熱量回收，并經(jīng)快速冷卻器降溫，再進(jìn)入硝酸吸收塔，與空氣第二次氧化后再與水作用而生成溫，再進(jìn)入硝酸吸收塔，與空氣第二次氧化后再與水作用而生成稀硝酸。稀硝酸。混混合合器器FCTTTCF2TF1T氧氧化化爐爐氨氨氣氣Q2空空氣氣Q1圖圖7-5氧氧化化爐爐溫溫度度與與氨氨氣氣/空空氣氣串串級級比比值值控控制制系系統(tǒng)統(tǒng) 第七章第七章 實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng). 在整個(gè)生產(chǎn)過程中，穩(wěn)定氧化爐的操作是保證優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、低耗、在整個(gè)生產(chǎn)過程中，穩(wěn)定氧化爐的操作是保證優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、低耗、無事故的首要條件

20、，而穩(wěn)定氧化爐操作的關(guān)鍵條件是無事故的首要條件，而穩(wěn)定氧化爐操作的關(guān)鍵條件是反應(yīng)溫度反應(yīng)溫度，影響，影響溫度的主要因素是溫度的主要因素是氨氣和空氣的比值氨氣和空氣的比值。 根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，當(dāng)氨氣流量變化根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，當(dāng)氨氣流量變化1%，氧化爐反應(yīng)溫度就會改變，氧化爐反應(yīng)溫度就會改變64OC。另外，空氣量變化，觸媒的老化等影響著反應(yīng)溫度。另外，空氣量變化，觸媒的老化等影響著反應(yīng)溫度。 因此，當(dāng)溫度受到干擾而變化時(shí)，均以改變氨流量來補(bǔ)償，即改因此，當(dāng)溫度受到干擾而變化時(shí)，均以改變氨流量來補(bǔ)償，即改變氨氣與空氣的比值來補(bǔ)償。所以設(shè)計(jì)了變氨氣與空氣的比值來補(bǔ)償。所以設(shè)計(jì)了以氧化爐反應(yīng)溫度為主參數(shù)，以氧化

21、爐反應(yīng)溫度為主參數(shù)，氨氣與空氣之比為副參數(shù)的串級一比值控制系統(tǒng)氨氣與空氣之比為副參數(shù)的串級一比值控制系統(tǒng)，即變比值控制系統(tǒng)。，即變比值控制系統(tǒng)。混混合合器器FCTTTCF2TF1T氧氧化化爐爐氨氨氣氣Q2空空氣氣Q1圖圖7-5氧氧化化爐爐溫溫度度與與氨氨氣氣/空空氣氣串串級級比比值值控控制制系系統(tǒng)統(tǒng) 第七章第七章 實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng).三三. 比值控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)比值控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1 主、從動量的設(shè)計(jì)主、從動量的設(shè)計(jì)原則：原則：在生產(chǎn)過程中起主導(dǎo)作用、可測而不可控，且較昂貴的物料流量在生產(chǎn)過程中起主導(dǎo)作用、可測而不可控，且較昂貴的物料流量一般為主動量，其余的物料流

22、量以它為準(zhǔn)進(jìn)行配比，則為從動量。一般為主動量，其余的物料流量以它為準(zhǔn)進(jìn)行配比，則為從動量。2 控制方案的選擇控制方案的選擇 根據(jù)不同工藝情況、負(fù)荷變化、擾動性質(zhì)、控制要求進(jìn)行合理選擇。根據(jù)不同工藝情況、負(fù)荷變化、擾動性質(zhì)、控制要求進(jìn)行合理選擇。如如:工藝上僅要求兩物料流量之比值一定，負(fù)荷變化不大，而對總流量變工藝上僅要求兩物料流量之比值一定，負(fù)荷變化不大，而對總流量變化無要求，則選用單閉環(huán)比值控制方案?；療o要求，則選用單閉環(huán)比值控制方案。又如：又如：在生產(chǎn)過程中，主副流量的擾動頻繁，負(fù)荷變化較大，同時(shí)要保在生產(chǎn)過程中，主副流量的擾動頻繁，負(fù)荷變化較大，同時(shí)要保證主、副物料總量恒定，則可選用雙閉

23、環(huán)比值控制方案。證主、副物料總量恒定，則可選用雙閉環(huán)比值控制方案。再如：再如：當(dāng)生產(chǎn)要求兩種物料流量的比值能靈活地隨第三參數(shù)的需要進(jìn)行當(dāng)生產(chǎn)要求兩種物料流量的比值能靈活地隨第三參數(shù)的需要進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，則可選用變比值控制方案。調(diào)節(jié)時(shí)，則可選用變比值控制方案?？傊?，控制方案選擇應(yīng)根據(jù)不同的生產(chǎn)要求進(jìn)行具體分析而定，同時(shí)還總之，控制方案選擇應(yīng)根據(jù)不同的生產(chǎn)要求進(jìn)行具體分析而定，同時(shí)還需考慮經(jīng)濟(jì)性原則。需考慮經(jīng)濟(jì)性原則。第七章第七章 實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng).3 調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的確定：調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的確定： 由不同控制方案和控制要求確定。由不同控制方案和控制要求確定。1）單閉

24、環(huán)比值控制系統(tǒng)：）單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)：比值器：比值器：僅接受主流量的測量信號，僅起比值計(jì)算作用，故選僅接受主流量的測量信號，僅起比值計(jì)算作用，故選P控制控制 規(guī)律；規(guī)律；單閉環(huán)從動回路調(diào)節(jié)器：單閉環(huán)從動回路調(diào)節(jié)器：PI（起比值控制和穩(wěn)定從動量的作用）（起比值控制和穩(wěn)定從動量的作用） 2）雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)：）雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)：雙閉環(huán)主、從動回路調(diào)節(jié)器雙閉環(huán)主、從動回路調(diào)節(jié)器均選用均選用PI控制規(guī)律，因?yàn)樗粌H起比值控控制規(guī)律，因?yàn)樗粌H起比值控制作用，而且起穩(wěn)定各自的物料流量的作用。制作用，而且起穩(wěn)定各自的物料流量的作用。 3）變比值控制系統(tǒng)：）變比值控制系統(tǒng)： 可仿效串級系統(tǒng)調(diào)節(jié)器控制規(guī)律

25、的選用原則，可仿效串級系統(tǒng)調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的選用原則，主調(diào)節(jié)器主調(diào)節(jié)器選選PI或或PID控制規(guī)律，控制規(guī)律，比值調(diào)節(jié)器比值調(diào)節(jié)器選用選用P控制規(guī)律?？刂埔?guī)律。第七章第七章 實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng).4 比值器參數(shù)的計(jì)算比值器參數(shù)的計(jì)算 (難點(diǎn)難點(diǎn)) 在工業(yè)生產(chǎn)中，比值控制是解決物料流量之間的比例關(guān)系問題。在工業(yè)生產(chǎn)中，比值控制是解決物料流量之間的比例關(guān)系問題。工藝要工藝要求的比值系數(shù)求的比值系數(shù)k，指兩流量的體積流量或重量流量之比，比值器參數(shù)，指兩流量的體積流量或重量流量之比，比值器參數(shù)K則是則是儀表的讀數(shù)，它是流量比值儀表的讀數(shù)，它是流量比值k的函數(shù)，一般情況并不相

26、等。的函數(shù)，一般情況并不相等。 因此，在設(shè)計(jì)和運(yùn)用比值控制系統(tǒng)時(shí)，必須把工藝上的比值因此，在設(shè)計(jì)和運(yùn)用比值控制系統(tǒng)時(shí)，必須把工藝上的比值k折算成儀折算成儀表的讀數(shù)表的讀數(shù)k。當(dāng)使用單元組合儀表時(shí)，參數(shù)均以相應(yīng)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號互相聯(lián)。當(dāng)使用單元組合儀表時(shí)，參數(shù)均以相應(yīng)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號互相聯(lián)系。系。所以，所以，比值器參數(shù)的計(jì)算也就是將比值器參數(shù)的計(jì)算也就是將k折算成相應(yīng)儀表的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號折算成相應(yīng)儀表的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號k。PCQ1）流量與測量信號成非線性關(guān)系。）流量與測量信號成非線性關(guān)系。 對于節(jié)流元件來說，壓差與流量的平方成正比，即對于節(jié)流元件來說，壓差與流量的平方成正比，即 式中，式中，C為差壓式流量

27、計(jì)的比例系數(shù)。為差壓式流量計(jì)的比例系數(shù)。第七章第七章 實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng).當(dāng)流量從當(dāng)流量從0Qmax變化時(shí)，壓差從變化時(shí)，壓差從0 Pmax變化，變送器的輸出為變化，變送器的輸出為420mA.DC(對對DDZ-III型儀表而言）則任一中間流量值型儀表而言）則任一中間流量值Q1或或Q2所對應(yīng)的所對應(yīng)的變送器的輸出信號為變送器的輸出信號為 416QQI416QQI22max22221max211式中，式中，Q1主流量的體積流量或重量流量主流量的體積流量或重量流量 Q2副流量的體積流量或重量流量副流量的體積流量或重量流量 Q1max測量測量Q1所用變送器的最大量程所

28、用變送器的最大量程 Q2max測量測量Q2所用變送器的最大量程所用變送器的最大量程I1、I2為測量為測量Q1、Q2所用變送器的輸出電流信號。所用變送器的輸出電流信號。由于生產(chǎn)工藝要求由于生產(chǎn)工藝要求Q2/Q1=k，則，則22max21max221max22max121max222max21222QQQQ k)4I (Q)4I (QQQkkk 即為儀表為儀表信號之信號之比比第七章第七章 實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng).補(bǔ)充：補(bǔ)充：DDZ-II：010mA.DC QDZ變送器：變送器：20100KPa其任一中間流量其任一中間流量Q即相應(yīng)壓力即相應(yīng)壓力P所對應(yīng)于變送器的輸出為：

29、所對應(yīng)于變送器的輸出為：416QQI2max20208QQP2max210QQ10I2max2maxPP)37(QQkk22max221maxDDZ-III: DDZ-II: QDZ儀表儀表: 比值系數(shù)均為：比值系數(shù)均為： 推導(dǎo)：推導(dǎo)：416164,4042002040 ,2max22max2maxmaxmaxQQIQQIPPIPPPIPPCQ即為即為所要所要求的求的比值比值器參器參數(shù)數(shù)上式說明：上式說明： 雖然流量與其測量雖然流量與其測量信號成非線性關(guān)系，但信號成非線性關(guān)系，但是比值器參數(shù)卻是一個(gè)是比值器參數(shù)卻是一個(gè)常數(shù)，它只與測量流量常數(shù)，它只與測量流量變送器的最大量程有關(guān)，變送器的最大量

30、程有關(guān)，而與負(fù)荷大小無關(guān)。而與負(fù)荷大小無關(guān)。第七章第七章 實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng).(2)流量與測量信號成線性關(guān)系流量與測量信號成線性關(guān)系 在有些系統(tǒng)中，當(dāng)在變送器后又加上了開方器，或直接用線性流量在有些系統(tǒng)中，當(dāng)在變送器后又加上了開方器，或直接用線性流量計(jì)，如轉(zhuǎn)子流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、橢圓齒輪流量計(jì)等進(jìn)行測量時(shí)，流量計(jì)，如轉(zhuǎn)子流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、橢圓齒輪流量計(jì)等進(jìn)行測量時(shí)，流量與測量信號之間呈線性關(guān)系。此時(shí)，比值器參數(shù)的計(jì)算需要稍加改變，與測量信號之間呈線性關(guān)系。此時(shí)，比值器參數(shù)的計(jì)算需要稍加改變，此時(shí)有此時(shí)有416QQI416QQI2max221max11則：則：

31、1max2max11max22max12QQ k)4I (Q)4I (QQQk即：即：)57(QQkk2max1max主流量變送器量程上限副流量變送器量程上限補(bǔ)充補(bǔ)充:(信號范圍為信號范圍為20100KPa的氣動儀表的氣動儀表) 當(dāng)流量由當(dāng)流量由0變至變至Qmax時(shí)時(shí),變送器對應(yīng)輸出信號為變送器對應(yīng)輸出信號為20100KPa,變送器的變送器的轉(zhuǎn)換關(guān)系為轉(zhuǎn)換關(guān)系為:2080QQPmax第七章第七章 實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng).結(jié)論：結(jié)論：1）流量比值流量比值k與比值器參數(shù)與比值器參數(shù)k是兩個(gè)不同的概念，不能混淆。是兩個(gè)不同的概念，不能混淆。2）比值器參數(shù)比值器參數(shù)k的大

32、小與流量比值的大小與流量比值k有關(guān)，也與變送器的量程有關(guān)，但與負(fù)荷的有關(guān)，也與變送器的量程有關(guān)，但與負(fù)荷的大小無關(guān)。大小無關(guān)。3）流量與測量信號之間有無非線性關(guān)系對計(jì)算式有直接影響，但儀表的信號范流量與測量信號之間有無非線性關(guān)系對計(jì)算式有直接影響，但儀表的信號范圍不一及起始點(diǎn)是否為零，均對計(jì)算式無影響。圍不一及起始點(diǎn)是否為零，均對計(jì)算式無影響。4）線性測量與非線性測量（平方根關(guān)系）情況下線性測量與非線性測量（平方根關(guān)系）情況下k間的關(guān)系為間的關(guān)系為k非非（k線線)2。比值器參數(shù)比值器參數(shù)k為為:20P20P k12式中式中P2副流量測量信號值副流量測量信號值 P1主流量測量信號值主流量測量信號

33、值上式中上式中k應(yīng)為儀表輸出信號變化量之比，所以均需減去儀表信號的起始值。應(yīng)為儀表輸出信號變化量之比，所以均需減去儀表信號的起始值。則：則：2max1max2max1max121max12max2QQkQQQQ202080QQ202080QQ k第七章第七章 實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng).例例 已知某比值控制系統(tǒng)，采用差壓式流量計(jì)（即由孔板和差壓變送器已知某比值控制系統(tǒng)，采用差壓式流量計(jì)（即由孔板和差壓變送器組成）測量主副流量，主流量變送器的最大量程為組成）測量主副流量，主流量變送器的最大量程為Q1max=12.5m3/h，副流量變送器的最大量程為副流量變送器的最大量程

34、為Q2max=20m3/h ，生產(chǎn)工藝要求，生產(chǎn)工藝要求Q2/Q1=1.4。 試求：試求：(1)不加開方器時(shí)儀表的比值器參數(shù)不加開方器時(shí)儀表的比值器參數(shù)k; (2)加開方器后儀表的比值器參數(shù)加開方器后儀表的比值器參數(shù)k。76. 0205 .124 . 1QQkk22222max221max875. 0205 .124 . 1QQkk2max1max解解: 根據(jù)題意，根據(jù)題意，1)不加開方器時(shí)，不加開方器時(shí)，實(shí)際流量與測量信號成非線性關(guān)系，故采用實(shí)際流量與測量信號成非線性關(guān)系，故采用(73)式計(jì)式計(jì)算儀表的比值器參數(shù)算儀表的比值器參數(shù)k，即，即 2)當(dāng)加開方器時(shí)，當(dāng)加開方器時(shí)，實(shí)際流量與測量信號

35、成線性關(guān)系，故采用式實(shí)際流量與測量信號成線性關(guān)系，故采用式(75)計(jì)計(jì)算儀表的比值器參數(shù)算儀表的比值器參數(shù)k，即，即第七章第七章 實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng).5 . 正確選用流量計(jì)與變送器正確選用流量計(jì)與變送器 流量測量與變送是實(shí)現(xiàn)比值控制的基礎(chǔ)，必須正確選用。流量測量與變送是實(shí)現(xiàn)比值控制的基礎(chǔ)，必須正確選用。 用差壓流量計(jì)測量氣體流量時(shí)，若環(huán)境溫度和壓力發(fā)生變化，其用差壓流量計(jì)測量氣體流量時(shí)，若環(huán)境溫度和壓力發(fā)生變化，其流量測量值將發(fā)生變化。所以對于溫度、壓力變化較大，控制質(zhì)量要流量測量值將發(fā)生變化。所以對于溫度、壓力變化較大，控制質(zhì)量要求較高的場合，必須引入溫度、

36、壓力補(bǔ)償裝置，對其進(jìn)行補(bǔ)償，以獲求較高的場合，必須引入溫度、壓力補(bǔ)償裝置，對其進(jìn)行補(bǔ)償，以獲得精確的流量測量信號。得精確的流量測量信號。6比值控制系統(tǒng)的實(shí)施方案比值控制系統(tǒng)的實(shí)施方案 比值控制系統(tǒng)的實(shí)施方案基本上有比值控制系統(tǒng)的實(shí)施方案基本上有相乘方案相乘方案和和相除方案相除方案兩大類。兩大類。 在工程上，具體實(shí)施比值控制時(shí)，通?？刹捎迷诠こ躺?，具體實(shí)施比值控制時(shí)，通?？刹捎帽戎灯?、乘法器和比值器、乘法器和除法器除法器等儀表，來解決兩個(gè)流量的配比問題。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，則等儀表，來解決兩個(gè)流量的配比問題。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，則可以通過簡單的乘、除運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)?？梢酝ㄟ^簡單的乘、除運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)。第

37、七章第七章 實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng).F1Tv vF YF CF2Tv vI1I1I2Q1Q2（1）應(yīng)用比值器方案）應(yīng)用比值器方案 右圖為應(yīng)用比值器實(shí)施的單右圖為應(yīng)用比值器實(shí)施的單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)。圖中的虛線閉環(huán)比值控制系統(tǒng)。圖中的虛線框表示對流量檢測信號是否進(jìn)行框表示對流量檢測信號是否進(jìn)行線性化處理。以線性化處理。以DDZ-III型電動型電動比值器為例，比值器的輸入、輸比值器為例，比值器的輸入、輸出信號關(guān)系式為出信號關(guān)系式為 I1=(I1-4).k+4 (mA) 在流量比值穩(wěn)定操作時(shí)，調(diào)在流量比值穩(wěn)定操作時(shí)，調(diào)節(jié)器的測量值應(yīng)等于設(shè)定值，即節(jié)器的測量值應(yīng)等于設(shè)定值，

38、即 I2=I1=(I1-4).k+4 (mA)4I4I k12由上式可知，只要將比值器的比值由上式可知，只要將比值器的比值器參數(shù)器參數(shù)k按前面講的換算公式求得按前面講的換算公式求得后設(shè)置，就可實(shí)現(xiàn)比值控制。后設(shè)置，就可實(shí)現(xiàn)比值控制。第七章第七章 實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng).（2）應(yīng)用乘法器方案）應(yīng)用乘法器方案（仍以電動儀表（仍以電動儀表DDZ-III為例）為例）設(shè)計(jì)的主要任務(wù)：設(shè)計(jì)的主要任務(wù)： 按照工藝要求的流量比值按照工藝要求的流量比值k，正確設(shè)置乘法器的設(shè)定值，正確設(shè)置乘法器的設(shè)定值I0。 乘法器的運(yùn)算信號為乘法器的運(yùn)算信號為416)4I)(4I (I011式中式

39、中 I1,I0乘法器的輸入信號；乘法器的輸入信號； I1輸出信號輸出信號因?yàn)橄到y(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時(shí)，控制器的設(shè)定值因?yàn)橄到y(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時(shí)，控制器的設(shè)定值I1和測量值和測量值I2相等，所以相等，所以將將I1=I2代入上式可得代入上式可得如果采用開方器，流量為線性變送時(shí)，如果采用開方器，流量為線性變送時(shí)，4(mA)16k4164I4II1202max1maxQQkk 則則)mA(416QQkI2max1max0如果沒有使用開方器，流量為非線性變送時(shí)，如果沒有使用開方器，流量為非線性變送時(shí)，22max21max2QQk k 則則)mA(416QQkI22max21max20第七章第七章 實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng)實(shí)

40、現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng).FCF2Tv vI1I1I2Q2F1Tv vQ1I0 根據(jù)根據(jù)DDZ-III單元組合式儀表的輸入、輸出信號只能為單元組合式儀表的輸入、輸出信號只能為420mA，由上式可知，要保證，由上式可知，要保證I0在標(biāo)準(zhǔn)信號范圍內(nèi)，則要求在標(biāo)準(zhǔn)信號范圍內(nèi)，則要求11QQkk2max22max122max1maxQQkk或所以在選擇流量檢測儀表所以在選擇流量檢測儀表的量程時(shí)，應(yīng)滿足的量程時(shí)，應(yīng)滿足其中其中: kmax為工藝要求的可為工藝要求的可能最大比值。能最大比值。1maxmax2maxQkQ第七章第七章 實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng).（3）應(yīng)用除法器方案

41、）應(yīng)用除法器方案（以（以DDZ-III單元組合式儀表為例）單元組合式儀表為例）除法器的信號關(guān)系為除法器的信號關(guān)系為)(41644120mAIII由于穩(wěn)態(tài)時(shí)由于穩(wěn)態(tài)時(shí)Is=I0，所以，所以 )(416mAkIs 因?yàn)槌ㄆ鞯妮敵鼍褪莾闪髁恳驗(yàn)槌ㄆ鞯妮敵鼍褪莾闪髁康谋戎担缘谋戎?，所以對比值可以直接顯示對比值可以直接顯示，非常直觀非常直觀。 而且調(diào)節(jié)器的設(shè)定值就是比值，而且調(diào)節(jié)器的設(shè)定值就是比值，便于精確設(shè)定，操作方便便于精確設(shè)定，操作方便。 若將比值設(shè)定改作第三參數(shù)，若將比值設(shè)定改作第三參數(shù)，就可實(shí)現(xiàn)變比值控制。就可實(shí)現(xiàn)變比值控制。FCF2Tv vI1IsI2Q2F1Tv vQ1I0 第七章

42、第七章 實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng). 7比值控制系統(tǒng)的參數(shù)整定比值控制系統(tǒng)的參數(shù)整定 （1）在比值控制系統(tǒng)中：）在比值控制系統(tǒng)中： 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的主流量回路主流量回路可按單回路控制系統(tǒng)進(jìn)行整定；可按單回路控制系統(tǒng)進(jìn)行整定； 變比值控制系統(tǒng)因結(jié)構(gòu)上屬串級控制系統(tǒng)，所以變比值控制系統(tǒng)因結(jié)構(gòu)上屬串級控制系統(tǒng)，所以主調(diào)節(jié)器主調(diào)節(jié)器可按串可按串級控制的整定方法進(jìn)行。級控制的整定方法進(jìn)行。 （2）比值控制系統(tǒng)的參數(shù)整定，主要是討論單閉環(huán)、雙閉環(huán)的副流量）比值控制系統(tǒng)的參數(shù)整定，主要是討論單閉環(huán)、雙閉環(huán)的副流量回路、變比值控制的變比回路的整定問題?；芈?、變

43、比值控制的變比回路的整定問題。 由于這些回路由于這些回路本質(zhì)上都是隨動系統(tǒng)本質(zhì)上都是隨動系統(tǒng)，因此要求其快速、正確跟，因此要求其快速、正確跟隨主流量變化，而且不宜有超調(diào)，最好整定在振蕩與不振蕩的邊界隨主流量變化，而且不宜有超調(diào)，最好整定在振蕩與不振蕩的邊界為宜。為宜。第七章第七章 實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng).（3）具體整定步驟可歸納如下：）具體整定步驟可歸納如下： 1） 在滿足工藝生產(chǎn)流量比的條件下，計(jì)算比值器參數(shù)在滿足工藝生產(chǎn)流量比的條件下，計(jì)算比值器參數(shù)k，將，將比值控制系統(tǒng)投入自動運(yùn)行。比值控制系統(tǒng)投入自動運(yùn)行。 2）將積分時(shí)間置于最大，并由大到小逐漸調(diào)節(jié)比例度

44、，使系統(tǒng)將積分時(shí)間置于最大，并由大到小逐漸調(diào)節(jié)比例度，使系統(tǒng)響應(yīng)迅速，并處于振蕩與不振蕩的臨界過程。響應(yīng)迅速，并處于振蕩與不振蕩的臨界過程。 3） 若欲投入積分作用，則先適當(dāng)放寬比例度，再投入積分作用，若欲投入積分作用，則先適當(dāng)放寬比例度，再投入積分作用，逐步減小積分時(shí)間，直到系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩與不振蕩或稍有超調(diào)過逐步減小積分時(shí)間，直到系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩與不振蕩或稍有超調(diào)過程為止。程為止。第七章第七章 實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng).四四. 工業(yè)應(yīng)用舉例工業(yè)應(yīng)用舉例 1 . 自來水消毒的比值控制自來水消毒的比值控制 （1）工藝簡介：）工藝簡介：來自江河湖泊的水，雖然經(jīng)過凈化，但往往還

45、有大量的微生物，來自江河湖泊的水，雖然經(jīng)過凈化，但往往還有大量的微生物，這些微生物對人體健康是有害的。這些微生物對人體健康是有害的。因此，自來水廠將自來水供給用戶因此，自來水廠將自來水供給用戶之前，還必須進(jìn)行消毒處理。之前，還必須進(jìn)行消毒處理。 氯氣是常用的消毒劑，氯氣具有很強(qiáng)氯氣是常用的消毒劑，氯氣具有很強(qiáng)的殺菌能力，但如果用量太少，的殺菌能力，但如果用量太少，則達(dá)不到滅菌的作用，而用量太多，則達(dá)不到滅菌的作用，而用量太多，則會對人們飲用帶來副作用，同時(shí)則會對人們飲用帶來副作用，同時(shí)過多的氯氣注入水中，不但造成浪費(fèi)，過多的氯氣注入水中，不但造成浪費(fèi)，而且使水的氣味難聞，另外對餐具會而且使水的

46、氣味難聞，另外對餐具會產(chǎn)生強(qiáng)烈的腐蝕作用。產(chǎn)生強(qiáng)烈的腐蝕作用。（2）為了使氯氣注入自來水中的量合適，必須使氯氣注入量與自來水量成一定）為了使氯氣注入自來水中的量合適，必須使氯氣注入量與自來水量成一定的比值關(guān)系，的比值關(guān)系，故設(shè)計(jì)如圖所示的比值控制系統(tǒng)。故設(shè)計(jì)如圖所示的比值控制系統(tǒng)。F1TF1CF2TF2C氯氯氣氣過過濾濾器器來來的的凈凈化化水水供供用用戶戶q1q2自自來來水水消消毒毒的的比比值值控控制制第七章第七章 實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng).2 . 藥劑配制過程的比值控制系統(tǒng)藥劑配制過程的比值控制系統(tǒng) （1）工藝簡介：工藝簡介： 在制藥工業(yè)中，為了增強(qiáng)藥效，需要對某

47、種成份的藥物注入一定在制藥工業(yè)中，為了增強(qiáng)藥效，需要對某種成份的藥物注入一定量的鎮(zhèn)定劑、緩沖劑，或加一定量的酸、堿，使藥物呈現(xiàn)酸性或堿性。這種注入量的鎮(zhèn)定劑、緩沖劑，或加一定量的酸、堿，使藥物呈現(xiàn)酸性或堿性。這種注入過程一般都在一個(gè)混合槽中進(jìn)行。過程一般都在一個(gè)混合槽中進(jìn)行。（2）工藝要求：）工藝要求：生產(chǎn)藥物與注入劑混合后的含量必須符合規(guī)定的比例，同時(shí)在混合生產(chǎn)藥物與注入劑混合后的含量必須符合規(guī)定的比例，同時(shí)在混合過程中，不允許藥物流量突然發(fā)生變化，以免引起混合過程產(chǎn)生局部的化學(xué)副反過程中，不允許藥物流量突然發(fā)生變化，以免引起混合過程產(chǎn)生局部的化學(xué)副反應(yīng)。應(yīng)。LTLCFCFYFTFTG2Gi

48、G1G停停留留槽槽混混合合槽槽藥藥物物配配制制過過程程的的比比值值控控制制系系統(tǒng)統(tǒng) 為了防止藥物流量為了防止藥物流量G1產(chǎn)生急劇變化，通常在混產(chǎn)生急劇變化，通常在混合槽前面增加一個(gè)合槽前面增加一個(gè)停留槽停留槽，如圖所示，使藥物流量先如圖所示，使藥物流量先進(jìn)入停留槽，然后再進(jìn)入進(jìn)入停留槽，然后再進(jìn)入混合槽混合槽，同時(shí)停留槽設(shè)有，同時(shí)停留槽設(shè)有液位控制，從而使液位控制，從而使Gi經(jīng)停經(jīng)停留槽后的流量留槽后的流量G1平穩(wěn)地變平穩(wěn)地變化。化。第七章第七章 實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng).72 均勻控制系統(tǒng)均勻控制系統(tǒng) 一、均勻控制問題的提出及特點(diǎn)一、均勻控制問題的提出及特點(diǎn) 在連

49、續(xù)生產(chǎn)過程中，前一設(shè)備的出料往往是后一設(shè)備的進(jìn)料。在連續(xù)生產(chǎn)過程中，前一設(shè)備的出料往往是后一設(shè)備的進(jìn)料。 例如：例如：用精餾方法分離多組分的混合物時(shí)，總是有幾個(gè)塔串聯(lián)在一起運(yùn)行。用精餾方法分離多組分的混合物時(shí)，總是有幾個(gè)塔串聯(lián)在一起運(yùn)行。 為了保證這些相互串聯(lián)的塔能正常地連續(xù)生產(chǎn)，要求：為了保證這些相互串聯(lián)的塔能正常地連續(xù)生產(chǎn)，要求： 進(jìn)入后續(xù)塔的流量應(yīng)保持在一定的范圍內(nèi)，這就不可避免的要求前一個(gè)塔的液位不進(jìn)入后續(xù)塔的流量應(yīng)保持在一定的范圍內(nèi)，這就不可避免的要求前一個(gè)塔的液位不能過高也不能過低。能過高也不能過低。左圖是兩個(gè)串聯(lián)的精餾塔孤立設(shè)左圖是兩個(gè)串聯(lián)的精餾塔孤立設(shè)置的兩個(gè)控制系統(tǒng)。置的兩個(gè)

50、控制系統(tǒng)。A塔塔液位控制系統(tǒng)液位控制系統(tǒng)B塔塔流量控制系統(tǒng)流量控制系統(tǒng)相互相互矛盾矛盾解決解決方案方案1 兩個(gè)塔之間增加中間緩兩個(gè)塔之間增加中間緩沖容器沖容器2 設(shè)計(jì)一個(gè)均勻控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一個(gè)均勻控制系統(tǒng)PCPTLCLTBA圖圖7-10前前后后精精餾餾塔塔間間不不協(xié)協(xié)調(diào)調(diào)的的控控制制方方案案FTFC第七章第七章 實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng). 均勻控制系統(tǒng)：均勻控制系統(tǒng)： 把液位、流量的控制統(tǒng)一在一個(gè)系統(tǒng)中，從系統(tǒng)內(nèi)部解決工藝參數(shù)之間的把液位、流量的控制統(tǒng)一在一個(gè)系統(tǒng)中，從系統(tǒng)內(nèi)部解決工藝參數(shù)之間的矛盾。矛盾。 具體地說，就是讓具體地說，就是讓A塔的液位在允許的范圍內(nèi)波動

51、，與此同時(shí)，也讓塔的液位在允許的范圍內(nèi)波動，與此同時(shí)，也讓流量平穩(wěn)緩慢地變化。流量平穩(wěn)緩慢地變化。 假如把圖假如把圖79中的流量控制系統(tǒng)刪去，只設(shè)置一個(gè)液位控制系統(tǒng)，其結(jié)果中的流量控制系統(tǒng)刪去，只設(shè)置一個(gè)液位控制系統(tǒng)，其結(jié)果可能出現(xiàn)三種情況，如圖可能出現(xiàn)三種情況，如圖711所示。所示。其中，其中，圖圖a的液位控制系統(tǒng)的液位控制系統(tǒng)具有較強(qiáng)的控制作用具有較強(qiáng)的控制作用，所以在干擾作用下，為使液位，所以在干擾作用下，為使液位不變，流量需產(chǎn)生較大的變化。不變，流量需產(chǎn)生較大的變化。L,Ft 0L,FL,Ft t 00a)b)c)圖圖7-11 液位控制時(shí)前后設(shè)備的液位流量關(guān)系液位控制時(shí)前后設(shè)備的液位流

52、量關(guān)系a).KC較大較大 b).KC較小較小 c).KC0 0FLFFLL第七章第七章 實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng).圖圖b的液位控制系統(tǒng)的的液位控制系統(tǒng)的控制作用相對適中控制作用相對適中，在干擾作用下，液位在較小的范圍，在干擾作用下，液位在較小的范圍內(nèi)發(fā)生一些變化，與此同時(shí)，流量也在一定范圍內(nèi)產(chǎn)生了緩慢變化；內(nèi)發(fā)生一些變化，與此同時(shí)，流量也在一定范圍內(nèi)產(chǎn)生了緩慢變化；圖圖c的液位控制系統(tǒng)其的液位控制系統(tǒng)其控制作用較小控制作用較小。 在干擾作用下，由于流量的調(diào)節(jié)作用很?。椿静蛔儯瑥亩鴮?dǎo)致液在干擾作用下，由于流量的調(diào)節(jié)作用很?。椿静蛔儯?，從而導(dǎo)致液位產(chǎn)生大幅度波

53、動。位產(chǎn)生大幅度波動。1. 均勻控制含義：均勻控制含義： 均勻控制系統(tǒng)的名稱來自生產(chǎn)工藝所要求的特殊控制任務(wù)，其控制目的均勻控制系統(tǒng)的名稱來自生產(chǎn)工藝所要求的特殊控制任務(wù)，其控制目的是使前后設(shè)備的工藝參數(shù)相互協(xié)調(diào)、統(tǒng)籌兼顧，以確保生產(chǎn)的正常進(jìn)行。是使前后設(shè)備的工藝參數(shù)相互協(xié)調(diào)、統(tǒng)籌兼顧，以確保生產(chǎn)的正常進(jìn)行。 均勻控制系統(tǒng)具有能使被控量與控制量均勻緩慢地在一定范圍內(nèi)變化的均勻控制系統(tǒng)具有能使被控量與控制量均勻緩慢地在一定范圍內(nèi)變化的特殊功能。特殊功能。 所謂均勻控制就是指控制方案具有這種作用而言的。所謂均勻控制就是指控制方案具有這種作用而言的。由此可見：由此可見： 只有圖只有圖b才符合均勻控制

54、的要求。才符合均勻控制的要求。第七章第七章 實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng).2. 均勻控制的三個(gè)特點(diǎn)：均勻控制的三個(gè)特點(diǎn)： （1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無特殊性）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無特殊性 從圖從圖711可以看出，同樣一個(gè)單回路液位控制系統(tǒng)，由于控可以看出，同樣一個(gè)單回路液位控制系統(tǒng)，由于控制作用強(qiáng)弱不一，既可以是單回路定值控制系統(tǒng)，如圖制作用強(qiáng)弱不一，既可以是單回路定值控制系統(tǒng)，如圖a；也可以；也可以是簡單的均勻控制系統(tǒng)，如圖是簡單的均勻控制系統(tǒng)，如圖b。 因此，因此，均勻控制是指控制目的而言，而不是由控制系統(tǒng)的結(jié)均勻控制是指控制目的而言，而不是由控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)決定的，在結(jié)構(gòu)上，它沒有任何特殊

55、性。構(gòu)決定的，在結(jié)構(gòu)上，它沒有任何特殊性。它可以是一個(gè)單回路控它可以是一個(gè)單回路控制系統(tǒng)，也可以是一個(gè)串級控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，或者是其他結(jié)構(gòu)制系統(tǒng)，也可以是一個(gè)串級控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，或者是其他結(jié)構(gòu)形式。形式。 所以，一個(gè)普通結(jié)構(gòu)形式的控制系統(tǒng)，能否實(shí)現(xiàn)均勻控制的所以，一個(gè)普通結(jié)構(gòu)形式的控制系統(tǒng)，能否實(shí)現(xiàn)均勻控制的目的，目的，主要在于其控制器的參數(shù)整定如何主要在于其控制器的參數(shù)整定如何。 均勻控制是靠降低控制回路的靈敏度而不是靠結(jié)構(gòu)的變化體現(xiàn)均勻控制是靠降低控制回路的靈敏度而不是靠結(jié)構(gòu)的變化體現(xiàn)的。的。第七章第七章 實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng). （2）參數(shù)均應(yīng)緩慢地變

56、化）參數(shù)均應(yīng)緩慢地變化 均勻控制的任務(wù)是使前后設(shè)備物料供求之間相互協(xié)調(diào)，所以表征物料的所有參均勻控制的任務(wù)是使前后設(shè)備物料供求之間相互協(xié)調(diào)，所以表征物料的所有參數(shù)都應(yīng)緩慢變化。數(shù)都應(yīng)緩慢變化。那種試圖把兩個(gè)參數(shù)都穩(wěn)定不變或使其中一個(gè)變一個(gè)不變的想法那種試圖把兩個(gè)參數(shù)都穩(wěn)定不變或使其中一個(gè)變一個(gè)不變的想法都不能實(shí)現(xiàn)均勻控制。由此可見，圖都不能實(shí)現(xiàn)均勻控制。由此可見，圖7-11a和圖和圖7-11c均不符合均勻控制的思想，只有均不符合均勻控制的思想，只有圖圖7-11b才是均勻控制。才是均勻控制。 此外，還需注意的是，此外，還需注意的是，均勻控制在有些場合無需將兩個(gè)參數(shù)平均分配，而是視均勻控制在有些場

57、合無需將兩個(gè)參數(shù)平均分配，而是視前后設(shè)備的特性及重要性等因素來確定其主次，前后設(shè)備的特性及重要性等因素來確定其主次，有時(shí)以液位參數(shù)為主，有時(shí)則以流有時(shí)以液位參數(shù)為主，有時(shí)則以流量參數(shù)為主。量參數(shù)為主。（3）參數(shù)變化應(yīng)限制在允許范圍內(nèi)）參數(shù)變化應(yīng)限制在允許范圍內(nèi) 在均勻控制系統(tǒng)中，參數(shù)的緩慢變化必須被限制在一定的范圍內(nèi)，在均勻控制系統(tǒng)中，參數(shù)的緩慢變化必須被限制在一定的范圍內(nèi)，如在圖如在圖710中所示兩個(gè)串聯(lián)的精餾塔中，中所示兩個(gè)串聯(lián)的精餾塔中，A塔的液位變化有一個(gè)規(guī)定的上、下限，過高或塔的液位變化有一個(gè)規(guī)定的上、下限，過高或過低可能造成過低可能造成“沖塔沖塔”現(xiàn)象或現(xiàn)象或“抽干抽干”的危險(xiǎn)。同

58、樣，的危險(xiǎn)。同樣，B塔的進(jìn)料流量也不能超過它塔的進(jìn)料流量也不能超過它所能承受的最大負(fù)荷和最低處理量，否則不能保證精餾過程的正常進(jìn)行。所能承受的最大負(fù)荷和最低處理量，否則不能保證精餾過程的正常進(jìn)行?？傊嚎傊?均勻控制系統(tǒng)使前后設(shè)備在物料供求上相互均勻、協(xié)調(diào)、統(tǒng)籌兼顧。均勻控制系統(tǒng)使前后設(shè)備在物料供求上相互均勻、協(xié)調(diào)、統(tǒng)籌兼顧。第七章第七章 實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng).二、均勻控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)二、均勻控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)均勻控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括以下內(nèi)容。1.控制方案的選擇控制方案的選擇 均勻控制通常有多種可供選擇的方案，常見的有簡單均勻控制系統(tǒng)、串級均勻控制系統(tǒng)等，各自適用

59、于不同的場合和不同的控制要求。（1）簡單均勻控制）簡單均勻控制 簡單均勻控制采用單回路控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，如圖712所示。第七章第七章 實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng). 從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式上看，它與單回路液位定值控制系統(tǒng)沒有什么不同。但由從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式上看，它與單回路液位定值控制系統(tǒng)沒有什么不同。但由于它們的控制目的不同，因此在于它們的控制目的不同，因此在調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定上有所不同調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定上有所不同。 均勻控制系統(tǒng)在調(diào)節(jié)器參數(shù)整定時(shí)，比例作用和積分作用均不能太強(qiáng)，通均勻控制系統(tǒng)在調(diào)節(jié)器參數(shù)整定時(shí)，比例作用和積分作用均不能太強(qiáng)，通常需設(shè)置較大的比例度常需設(shè)置較大的比例度

60、(大于大于100)和較長的積分時(shí)間，以較弱的控制作用達(dá)到和較長的積分時(shí)間，以較弱的控制作用達(dá)到均勻控制的目的。均勻控制的目的。最大優(yōu)點(diǎn)：最大優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、投運(yùn)方便、成本低。結(jié)構(gòu)簡單、投運(yùn)方便、成本低。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：控制效果差，它只能適用于干擾較小，對控制要求較低的場合?？刂菩Ч?，它只能適用于干擾較小，對控制要求較低的場合。 當(dāng)被控過程的自平衡能力較強(qiáng)時(shí)，簡單均勻控制的效果較差。當(dāng)被控過程的自平衡能力較強(qiáng)時(shí)，簡單均勻控制的效果較差。 當(dāng)調(diào)節(jié)閥兩端的壓差變化較當(dāng)調(diào)節(jié)閥兩端的壓差變化較大時(shí)，流量大小不僅取決于調(diào)節(jié)大時(shí)，流量大小不僅取決于調(diào)節(jié)閥開度的大小，還將受到壓差波閥開度的大小，還將受到壓差波動