比值控制系統(tǒng)PPT課件

1、2021/3/91過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)2021/3/92方法的產(chǎn)生方法的產(chǎn)生在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，要求兩種或多種物料流量成一定的比例關(guān)系：一旦比例失調(diào)，會(huì)影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行，影響產(chǎn)品的質(zhì)量，浪費(fèi)勞動(dòng)力，造成環(huán)境的污染，甚至產(chǎn)生生產(chǎn)事故。如：1、燃燒過程：燃料與空氣要保持一定的比例，才能滿足生產(chǎn)和環(huán)保的要求。2、造紙過程：濃紙漿與水要以一定比例混合，才能制造出合格 紙漿。3、不少化學(xué)反應(yīng)過程，多個(gè)進(jìn)料要保持一定 比例。4、制藥生產(chǎn)中要求藥物和注入劑按比例混合。5、水泥配料系統(tǒng)2021/3/93基本概念與原理比值控制中，需要保持比例的兩種物料：處于主導(dǎo)地位的稱為主動(dòng)量（主流量），通

2、常用F1表示，如燃燒中的燃料量。另一種物料稱為從動(dòng)量（副流量），用F2表示，如燃燒比值系統(tǒng)中的空氣量。比值系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)：F2/F1=kK為從動(dòng)量與主動(dòng)量的比值。2021/3/94比值控制系統(tǒng)：比值控制系統(tǒng)：凡是用來實(shí)現(xiàn)兩個(gè)凡是用來實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上的物料按一定比例關(guān)系或兩個(gè)以上的物料按一定比例關(guān)系控制以達(dá)到某種控制目的的控制系控制以達(dá)到某種控制目的的控制系統(tǒng)。統(tǒng)。 比值系統(tǒng)是按功能來命名的。主動(dòng)量 F1 ，從動(dòng)量 F2 ，比值 F2/F1=k常用的比值系統(tǒng)有：開環(huán)比值控制系統(tǒng)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)變化值控制系統(tǒng)2021/3/951、開環(huán)比值控制系統(tǒng)、開環(huán)比值控制系統(tǒng)兩種物料的比值關(guān)

3、系很難保證不變。對流量的波動(dòng)無法克服，比值精度較低，在實(shí)際生產(chǎn)上很少采用。適用場合：適用于副流量較平穩(wěn)且比值關(guān)系要求不高的場合。2021/3/962、單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)、單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)單閉環(huán)比值系統(tǒng)是為了克服開環(huán)比值系統(tǒng)的存在的不足，在開環(huán)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加一個(gè)副流量的閉環(huán)控制系統(tǒng)。即實(shí)現(xiàn)副流量跟隨主流量的變化而變化，又可克服副流量本身干擾對比值的影響。2021/3/97兩種控制方式兩種控制方式2021/3/98該系統(tǒng)存在的問題：該系統(tǒng)存在的問題：1、由于主流量不受控制，所以總物料量不固定，不適合負(fù)荷變化幅度大的場合。2、無法保證動(dòng)態(tài)比值。單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)與串級控制系統(tǒng)的單閉環(huán)比值控制系

4、統(tǒng)與串級控制系統(tǒng)的區(qū)別：區(qū)別：單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的主流量相當(dāng)于串級控制系統(tǒng)的主參數(shù)，而主流量沒有構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，F(xiàn)2的變化并不影響到F1。2021/3/993、雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)、雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)主流量回路：克服流量擾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)定值控制。副流量回路：抑制副回路的擾動(dòng)，使副流量與主流量成比值關(guān)系。優(yōu)點(diǎn)：1、克服單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)主流量不受控，生產(chǎn)負(fù)荷在較大范圍內(nèi)波動(dòng)不足，故增設(shè)了主流量控制回路，克服主流量干擾的影響。2、實(shí)現(xiàn)精確的流量比值關(guān)系，確保兩物料總量基本保持不變。3、提降負(fù)荷比較方便，只需緩慢主流量控制器的給定，就可以擔(dān)降主流量，副流量自動(dòng)跟蹤提降，并保持比值不變。存在問題：需要防止共振的

5、產(chǎn)生。2021/3/9102021/3/9114、變比值控制系統(tǒng)、變比值控制系統(tǒng)定義：按照一定的工藝指標(biāo)自行修正比值系數(shù)的變化值控制系統(tǒng)，比稱為串級比值控制系統(tǒng)。注意：第三參數(shù)必須可連續(xù)的測量變送，否則系統(tǒng)將無法實(shí)施。2021/3/9122021/3/913兩種方案兩種方案2021/3/914氧化爐溫度對氨氣氧化爐溫度對氨氣/空氣串級比空氣串級比值控制系統(tǒng)值控制系統(tǒng)2021/3/915串級和比值控制組合的系統(tǒng)串級和比值控制組合的系統(tǒng)2021/3/916比值系數(shù)的計(jì)算比值系數(shù)的計(jì)算1、采用線性流量檢測單元情況 )()(max2max1max2max112max11max22FFkFFFFFFFF

6、K對于不同信號制的儀表，在非線性測量情況下比值系數(shù)的計(jì)算式是一樣的；比值系數(shù)只一要實(shí)現(xiàn)的兩物料流量比和所選用的測量儀表量程有關(guān)，與實(shí)際流量無關(guān)。2021/3/917應(yīng)注意下列問題：1、采用線性流量檢測單元情況時(shí)，只有在亦F1max=F2max的場合，k=K。在同樣的比值k下，通過調(diào)整F1max,F2max可以改變比值。2、采用電動(dòng)和氣動(dòng)儀表時(shí)，乘法器輸入的比值電流或氣壓和相除方案中比值控制器設(shè)定電流或氣壓可按下列公式計(jì)算：一般標(biāo)準(zhǔn)公式：輸入信號=儀表量程范圍K + 零點(diǎn)3、在采用相乘的方案中，采用分流器、加法器等儀表可直接設(shè)置儀表比值系數(shù)K。 4、在采用相除的方案中，如果計(jì)算所得的儀表比值系數(shù)

7、K大于1，則除法器的輸入信號更換，即主動(dòng)量信號作為被除數(shù)信號，從動(dòng)量信號作為除數(shù)信號。 2021/3/918 2max22max122max22max12122FFkFFFFK該比值系數(shù)只與變送器的量程和所要求從動(dòng)量與主動(dòng)量的對應(yīng)比例關(guān)系有關(guān)，與變送器的電氣點(diǎn)無關(guān)。2021/3/919比值系數(shù)計(jì)算示例 合成氨一段轉(zhuǎn)化反應(yīng)中，為保證甲烷的轉(zhuǎn)化率，需保持甲烷、蒸汽和空氣三者的比值為1:3:1.4。流量測量都采用節(jié)流裝置和差壓變送器，未裝開方器，其中，蒸汽最大流量為31100m3/h；天然氣最大流量為11000m3/h；空氣最大流量為14000m3/h；采用相乘和相除方案，確定各差壓變送器的量程，儀

8、表比值系數(shù)K1和K2，乘法器和除法器輸入電流I k1和I k2。 2021/3/9202021/3/921從儀表精確度考慮，流量儀表測量范圍分為十擋：1、1.25、1.6、2、2.5、3.2、4、5、6.3、810n（n為整數(shù)）。根據(jù)題意，各差壓變送器的量程應(yīng)選擇為：Fsmax=32000m3/h；Fhmax=12500m3/h；Famax=16000m3/h；采用蒸汽作為主動(dòng)量Fs，天然氣Fh和空氣Fa為從動(dòng)量。防止水碳比過低造成析碳。工藝比值系數(shù)為：k1= ；k2= 。3/1shFF3/4.1saFF2021/3/922因采用非線性檢測變送環(huán)節(jié)，儀表比值系數(shù)的計(jì)算公式為：即 ；假設(shè)采用電動(dòng)

9、III型儀表，則乘法器輸入電流（即恒流給定器輸出）和相除方案中比值控制器設(shè)定電流應(yīng)為： mA； mA；7282. 01250032000312222max2max211hsFFkK2021/3/923比值控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用中比值控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用中的問題的問題1、主動(dòng)量和從動(dòng)量的選擇、主動(dòng)量和從動(dòng)量的選擇 1、主動(dòng)量通常選擇可測量但不可控制的過程變量；2、從安全考慮，如該過程變量供應(yīng)不足會(huì)不安全時(shí)，應(yīng)選擇該過程變量為主動(dòng)量，例如，水蒸汽和甲烷進(jìn)行甲烷轉(zhuǎn)化反應(yīng)，由于水蒸氣不足會(huì)造成析碳，因此，應(yīng)選擇水蒸汽作為主動(dòng)量；3、從動(dòng)量通常應(yīng)是既可測量又可控制，并需要保持一定比值的過程變量。202

10、1/3/9242、比值控制系統(tǒng)類型的選擇、比值控制系統(tǒng)類型的選擇1、主動(dòng)量不可控時(shí)，選用單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，例如，主動(dòng)量來自上一工序；2、主動(dòng)量可控可測，并且變化較大時(shí)，宜選雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)；3、當(dāng)比值根據(jù)生產(chǎn)過程的需要由另一個(gè)控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，應(yīng)選擇變比值控制系統(tǒng)；4、當(dāng)質(zhì)量偏離控制指標(biāo)需要改變流量的比值時(shí)，應(yīng)采用變比值控制系統(tǒng)；5、變比值控制系統(tǒng)的第三過程變量通常選擇過程的質(zhì)量指標(biāo)，例如，煙道氣中的氧含量等。2021/3/925比值控制系統(tǒng)的實(shí)施方案有相乘和相除兩類。1、一般情況下，宜選擇相乘控制方案。2、采用計(jì)算機(jī)或DCS控制時(shí)，應(yīng)選擇相乘控制方案。3、需要獲得主從動(dòng)量流量的實(shí)際比值時(shí)

11、，建議用除法器作比值運(yùn)算，但不包含在控制回路內(nèi)部2021/3/9263、比值函數(shù)環(huán)節(jié)的選擇、比值函數(shù)環(huán)節(jié)的選擇比值函數(shù)環(huán)節(jié)可從乘法器、分流器、加法器等儀表中選擇。采用乘法器需要配套恒流給定器，但比值系數(shù)設(shè)置的精度較高；分流器比較簡單，可直接用電位器實(shí)施，但精度不高；加法器實(shí)施時(shí)可直接用控制器的輸入乘以比值系數(shù)，同樣，設(shè)置比值系數(shù)的精度也不高。計(jì)算機(jī)控制裝置或DCS實(shí)施比值控制時(shí)，儀表比值系數(shù)采用工藝比值系數(shù)直接設(shè)置，使用系統(tǒng)內(nèi)部乘法運(yùn)算或比值控制功能模塊直接完成比值運(yùn)算（采用相乘控制方案）。采用常規(guī)儀表實(shí)施，如果K大于1，應(yīng)將比值函數(shù)環(huán)節(jié)設(shè)置在從動(dòng)量控制回路內(nèi)。用DCS或計(jì)算機(jī)實(shí)施時(shí)，K可大于

12、1，比值函數(shù)環(huán)節(jié)仍設(shè)置在從動(dòng)量控制回路設(shè)定值通道。2021/3/9274、變送器量程的選擇：、變送器量程的選擇：常規(guī)儀表實(shí)施比值控制系統(tǒng)時(shí)，為提高控制精確度，通常應(yīng)使KF1的數(shù)值位于從動(dòng)量控制器量程范圍的中間（儀表比值系數(shù)小于1），或者使KF2的數(shù)值位于從動(dòng)量控制器量程范圍的中間（儀表比值系數(shù)大于1）。采用計(jì)算機(jī)DCS組成比值控制系統(tǒng)時(shí)，為提高控制精確度，可適當(dāng)縮小檢測變送器的量程范圍，并且，不需計(jì)算儀表比值系數(shù)。采用常規(guī)儀表時(shí)，如果采用線性檢測變送環(huán)節(jié)，主、從動(dòng)量的儀表量程范圍相等，則工藝比值系數(shù)k與儀表比值系數(shù)K相等；如果采用非線性檢測變送環(huán)節(jié)，主、從動(dòng)量的儀表量程范圍滿足： ，則工藝比值

13、系數(shù)k與儀表比值系數(shù)K相等。2max12max2FFk 2021/3/9285、流量的溫度壓力補(bǔ)償：、流量的溫度壓力補(bǔ)償：當(dāng)采用孔板等節(jié)流裝置測量氣體流量時(shí)，如果設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)的工況溫度和壓力與實(shí)際運(yùn)行時(shí)的工況溫度和壓力有偏差，就會(huì)對氣體流量測量造成誤差。因此，當(dāng)被測氣體的工況溫度較高，變化較大或工況壓力較高，變化較大時(shí)應(yīng)對該氣體流量進(jìn)行溫度壓力補(bǔ)償。其中，溫度應(yīng)換算到凱氏溫度，壓力應(yīng)換算到絕對壓力。2021/3/929比值控制系統(tǒng)的參數(shù)整定和投運(yùn)1、單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)是隨動(dòng)控制系統(tǒng)，應(yīng)按照隨動(dòng)控制系統(tǒng)的整定原則整定從動(dòng)量控制器的參數(shù)。即整定為非振蕩或衰減比10:1的過渡過程為宜。2、雙閉環(huán)比值控

14、制系統(tǒng)中主動(dòng)量的控制系統(tǒng)是定值控制系統(tǒng)，以衰減比為4:1整定主控制器參數(shù)，從動(dòng)量控制系統(tǒng)是隨動(dòng)控制系統(tǒng)為主的控制系統(tǒng)，以非振蕩或衰減比為10:1整定從動(dòng)量控制器參數(shù)。3、變比值控制系統(tǒng)中從動(dòng)量控制系統(tǒng)是串級控制系統(tǒng)的副環(huán)，因此，按串級控制系統(tǒng)副環(huán)的整定方法整定參數(shù)，變比值控制器按串級控制系統(tǒng)主對象整定控制器參數(shù)。2021/3/930整定步驟1、把控制器的積分時(shí)間Ti放在最大，然后從大到小逐漸減小比例帶，直到被調(diào)量在主流量階躍擾動(dòng)下的過渡過程處于振蕩與不振蕩的臨界情況，如圖曲線中b所示。（接近1） 2、在確定好比例帶后，逐步減小Ti，直到調(diào)節(jié)過程中被調(diào)量稍有一點(diǎn)過調(diào)，如圖曲線中C所示。的主流量回路可按單回路控制系統(tǒng)進(jìn)行整定；的主調(diào)節(jié)器可按串級系統(tǒng)進(jìn)行整定。2021/3/931比值控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例一段轉(zhuǎn)化爐的主要功能是將原料轉(zhuǎn)化為合成所需要的氫，該轉(zhuǎn)化過程是在一定的溫度條件下進(jìn)行的，所以轉(zhuǎn)化過程中原料量與加熱燃料量有一定的比例關(guān)系，為此設(shè)計(jì)了雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)。簡化的控制系統(tǒng)方框圖如5-15所示。比值控制系統(tǒng)的主動(dòng)量為原料量，從動(dòng)量為燃料量，其目的