第3章 比值控制系統(tǒng)

過程控制工程第3章比值控制系統(tǒng)第6課ProcessControlEngineering北京化工大學信息科學與技術(shù)學院自動化系宿翀比值控制系統(tǒng)3.1概述3.2比值控制系統(tǒng)的類型3.3比值系數(shù)的計算3.4比值控制方案的實施3.5比值控制系統(tǒng)的投運與整定3.6比值控制系統(tǒng)的其他問題

實驗：比值控制系統(tǒng)實驗

第3章教學進程3.1概述

工業(yè)過程中，經(jīng)常需要控制兩種或兩種以上的物料保持一定的比例關(guān)系

如：造紙過程中，紙漿和水要成一定的比例關(guān)系石化重油氣化，重油和氧氣量要成一定的比例關(guān)系鍋爐燃燒，煤氣和空氣成一定的比例關(guān)系，等等比值控制系統(tǒng)：實現(xiàn)兩個或兩個以上參數(shù)符合一定比例關(guān)系的控制系統(tǒng)流量比值較多，流量比值控制系統(tǒng)教學進程主物料/主流量：

處于比值控制中的主導地位F1從物料/從流量：

按主物料進行配比F2

比值控制系統(tǒng)，要求副流量F2與主流量F1成一定的比值關(guān)系，K為流量比值

3.1概述教學進程比值控制系統(tǒng)3.1概述3.2比值控制系統(tǒng)的類型3.3比值系數(shù)的計算3.4比值控制方案的實施3.5比值控制系統(tǒng)的投運與整定3.6比值控制系統(tǒng)的其他問題

實驗：比值控制系統(tǒng)實驗

第3章教學進程3.2比值控制系統(tǒng)的類型3.2.1開環(huán)比值控制系統(tǒng)(a)原理圖FCF1F2教學進程(b)方塊圖3.2.1開環(huán)比值控制系統(tǒng)控制器控制閥對象F2測量變送F1本質(zhì)：整個控制系統(tǒng)處于開環(huán)狀態(tài)，F(xiàn)2流量根據(jù)F1流量，按比例系數(shù)開閉閥門場合：這種方案應用較少優(yōu)點：簡單，儀表少缺點：系統(tǒng)開環(huán)，F(xiàn)2波動時比值難以保證教學進程3.2.2單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)在開環(huán)比值控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了一個副流量的閉環(huán)控制系統(tǒng)

KF1F2FC教學進程

從方塊圖上看，與串級控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相似，只是主參數(shù)沒有閉環(huán)，F(xiàn)2不影響F1

副流量系統(tǒng)閉環(huán)，穩(wěn)定副流量，定值控制。3.2.2單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)控制器控制閥對象F2測量變送F1

K測量變送教學進程3.2.2單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)優(yōu)點：1）能克服F2的波動

2）結(jié)構(gòu)簡單，特別是在主流量參數(shù)工藝不能控制的場合實施。缺點：1）F1不固定2）F1+F2總量不定

3）動態(tài)比值較差場合：應用較廣泛，幾種物料直接進反應器受到限制丁烯洗滌塔進料與洗滌水的比值控制系統(tǒng)例子：KFC洗滌水丁烯教學進程3.2.3雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)在單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了主流量控制回路

F1CF1F2F2CK教學進程Gc1Gv1Gp1F1F2

KGm1GC2Gv2Gp2Gm23.2.3雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)教學進程3.2.3雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)●由于主流量控制回路的存在，實現(xiàn)了主流量定值控制，克服了對主流量的干擾的影響●另一個優(yōu)點是，提升主負荷比較容易，緩慢改變主控制器的給定值?！袢秉c：使用的儀表較多，另外，若主副回路工作頻率相近時，容易產(chǎn)生共振

F1CF2CK二氧化碳氧氣反應器混合例子：教學進程3.2.4其他類型的比值控制系統(tǒng)（1）變比值控制系統(tǒng)定比值控制方案只能克服流量干擾對比值的影響，當其它參數(shù)存在對比值系數(shù)的擾動時，必須時時修正比值系數(shù)，變比值控制

XCF1F2FfC÷教學進程主控制器比值控制器控制閥流量對象主對象測量變送測量變送測量變送除法器F1F2X3.2.4其他類型的比值控制系統(tǒng)XCF1F2FfC÷這實際上是一個以某種指標X為主參數(shù)，兩物料比值為副參數(shù)的串級控制系統(tǒng)——串級比值控制系統(tǒng)、自整配比控制系統(tǒng)教學進程氧化爐例子：3.2.4其他類型的比值控制系統(tǒng)TCFfC÷空氣氧化爐預熱氨氣混合教學進程3.2.4（2）串級和比值控制組合的系統(tǒng)

動態(tài)比值控制其他類型的比值控制系統(tǒng)F1F2KF1CF2CLC(a)F1F2KF1CF2CLC(b)教學進程比值控制系統(tǒng)3.1概述3.2比值控制系統(tǒng)的類型3.3比值系數(shù)的計算3.4比值控制方案的實施3.5比值控制系統(tǒng)的投運與整定3.6比值控制系統(tǒng)的其他問題

實驗：比值控制系統(tǒng)實驗

第3章教學進程3.3比值系數(shù)的計算3.3.1流量與測量信號成線性關(guān)系時的計算工藝上，比值K是指兩個物料的流量之比，而比值控制系統(tǒng)的K’一般是儀表的信號單位的比值，電動儀表4~20mA,氣動儀表是20~100KPa，信號轉(zhuǎn)換問題。（1）DDZ-Ⅲ型儀表0~Fmax4~20mADC教學進程3.3.1流量與測量信號成線性關(guān)系時的計算比值系數(shù)K’是儀表信號之比，即：

F1max是主流量變送器量程上限

F2max是副流量變送器量程上限

教學進程（2）氣動單元組合儀表

0~Fmax20~100KPa對于不同信號范圍的儀表，比值系數(shù)的計算公式是一樣的。3.3.1流量與測量信號成線性關(guān)系時的計算結(jié)論：教學進程

差壓變送器測量流量，流量與差壓成開方的關(guān)系DDZⅢ型儀表：

QDZ儀表：

比值系數(shù)的計算：3.3.2流量與測量信號成非線性關(guān)系時的計算教學進程幾點結(jié)論：（1）流量比值K與比值系數(shù)K’是兩個不同的概念，不能混淆（2）比值系數(shù)K’與K有關(guān)，同時也和流量變送器的量程有關(guān)（3）注意變送器的流量與測量的線性關(guān)系3.3.2流量與測量信號成非線性關(guān)系時的計算教學進程比值控制系統(tǒng)3.1概述3.2比值控制系統(tǒng)的類型3.3比值系數(shù)的計算3.4比值控制方案的實施3.5比值控制系統(tǒng)的投運與整定3.6比值控制系統(tǒng)的其他問題

實驗：比值控制系統(tǒng)實驗

第3章教學進程3.4比值控制方案的實施3.4.1兩類實施方案（1）相乘方案×FCF1F2比值運算部件：乘法器、比值器、分流器、比率器教學進程3.4.1兩類實施方案（2）相除方案FfC÷教學進程3.4.2比值控制方案實施舉例

控制器控制閥流量對象測量變送2測量變送1乘法器I0I'1I1F2F1I0=K’*16+4由K’計算出I0

，再由恒流器給出電流值，K’<1采用電動儀表乘法器教學進程

I0=K’*16+4由K’計算出I0，再由恒流器給出電流值。

采用電動儀表除法器3.4.2比值控制方案實施舉例FC×XCI1I2I3教學進程3.4.3比值控制系統(tǒng)中非線性環(huán)節(jié)的影響

K正比于靜態(tài)工作點流量F0F0變化，K變化，影響動態(tài)質(zhì)量。（1）測量環(huán)節(jié)的非線性流量測量時采用差壓變送器時，流量與差壓為開方關(guān)系：對于0~10mA

解決辦法：加入開方器，或通過閥特性補償教學進程補償辦法：通過對數(shù)閥特性補償3.4.3比值控制系統(tǒng)中非線性環(huán)節(jié)的影響（2）除法器的非線性除法器本身就是一個非線環(huán)節(jié)比值控制器控制閥流量對象測量變送2除法器測量變送1開方器KF2F1教學進程3.4.4比值控制系統(tǒng)中的信號匹配問題儀表本身一般有統(tǒng)一的量程，如0~10mA、4~20mA、0.01~0.1Mpa

要盡可能在達到最大量程下進行運算而得到較大的精度，需要合理調(diào)整儀表量程，設置一定的系數(shù)——儀表的信號匹配。如：K=F2/F1=2：1若：F2：0~100m3/hI2：4~20mAF1：0~50m3/hI1：4~20mA則：I2、I1都滿量程變化若：F2：0~100m3/h，則：I2：4~12mA(k=1:1)教學進程3.4.4比值控制系統(tǒng)中的信號匹配問題相乘方案：K’接近1時最靈敏，精度最高教學進程比值控制系統(tǒng)3.1概述3.2比值控制系統(tǒng)的類型3.3比值系數(shù)的計算3.4比值控制方案的實施3.5比值控制系統(tǒng)的投運與整定3.6比值控制系統(tǒng)的其他問題

實驗：比值控制系統(tǒng)實驗

第3章教學進程

3.5比值控制系統(tǒng)的投運與整定整定的方法步驟：投運前的準備工作與單回路相同，只是注意比值系數(shù)問題根據(jù)比值系數(shù)計算方法進行計算時，若采用差壓法測流量時，由于非線性問題，比值系數(shù)需要在線調(diào)整。教學進程隨動系統(tǒng)整定步驟，P107

參數(shù)整定：根據(jù)比值控制方案的不同，按相應的系統(tǒng)（單回路、串級）進行整定。雙閉環(huán)比值主回路——定值系統(tǒng)變比值主回路—串級系統(tǒng)單閉環(huán)比值、雙閉環(huán)比值副回路、變比值副回路——隨動系統(tǒng)3.5比值控制系統(tǒng)的投運與整定教學進程3.6比值控制系統(tǒng)的其他問題3.6.1流量測量中的壓力、溫度的校正采用差壓方法測量氣體流量時，若實際工況與設計工況的溫度、壓力不一致時，將會影響比值精度，需要補償。

P108式3-31

教學進程在靜態(tài)比值基礎(chǔ)上，要求動態(tài)比值一致，即在外界干擾作用下，主副流量接近同步變化。

P109圖3-18，加入動態(tài)補償環(huán)節(jié)Gz(s)，式3-35理論推導工程做法，也可以通過閉環(huán)動態(tài)特性測試獲得動態(tài)補償環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)在穩(wěn)定好副流量控制器參數(shù)的基礎(chǔ)上，將比值系統(tǒng)投入；對主流量加階躍干擾，得到副流量控制曲線，做近似處理，可以得到補償環(huán)節(jié),P110圖3-203.6.2主、副流量的動態(tài)比值問題教學進程3.6.3具有邏輯規(guī)律的比值控制

比值控制時，負荷變化時，控制主副流量升降順序——加入邏輯控制（邏輯提量）例子：鍋爐燃燒系統(tǒng)，燃料量與空氣量成一定比值蒸汽用量邏輯規(guī)律：提量：P汽空氣燃料降量：蒸汽用量P汽燃料空氣

——保證燃燒完全教學進程HS高選器，選高LS低選器，選低3.6.3具有邏輯規(guī)律的比值控制PCHSLSF2CF1CK提量P汽空氣量燃料降量燃料空氣圖3-20鍋爐燃燒過程的具有邏輯規(guī)律的比值控制系統(tǒng)IPHSP汽IPLS空氣燃料IPI1I2教學進程

副流量隨主流量變化，但當副流量不足，即閥全開時仍不能保證比值控制流量時，一般的控制系統(tǒng)就無能為力了。

采用閥位控