過程控制-4.4-比值控制系統(tǒng)

1、第四章4.4比值控制系統(tǒng)溶液配制問題溶液配制問題問題：問題：當(dāng)NaoH用量QB變化時，調(diào)整稀釋水量QA 以使稀釋液NaoH的濃度為68%左右。解決方案解決方案：（1）出口濃度控制；（2）入口流量的比值控制（流量比值 ？）。混合器68% NaoH30% NaoHH2OQAQB一般的比值控制問題一般的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 為從動量，要求設(shè)計一控制系統(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 AQBQA比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)的作用：根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，控制兩個或多個工藝參數(shù)變量 按照一定的比例變化。典型示例： 1、鍋爐燃燒系

2、統(tǒng)：要保持燃料與空氣的比例，以保證高效、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保。 2、合成氨生產(chǎn)：氫、氮比例要一定以使生產(chǎn)處于最佳工況。 3、紙機(jī)傳動系統(tǒng)：各傳動系要嚴(yán)格按照一定比例同步升/降速，不斷紙。 4、連軋系統(tǒng) 5、配方生產(chǎn)比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)的分類： 1、開環(huán)比值控制系統(tǒng) 2、單閉環(huán)比值調(diào)節(jié)系統(tǒng) 3、雙閉環(huán)比值調(diào)節(jié)系統(tǒng) 4、變比值控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)開環(huán)比值控制系統(tǒng)應(yīng)用：1、F1濃度穩(wěn)定 2、F2壓力穩(wěn)定 3、總量不限主動物料：生產(chǎn)中的主要物料，其信號稱之主信號從動物料：與主物料相匹配的物料，或隨主物料變化的物料。開環(huán)比值控制系統(tǒng)特點(diǎn)： 1、開環(huán)系統(tǒng)，F(xiàn)1有檢測無控制，F(xiàn)2有控制無檢測 2、由于F2無檢測無法了解F2/

3、F1的工藝比值 3、閥采用線性 4、結(jié)構(gòu)簡單，儀表少單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)(1) 引入：單閉環(huán)控制系統(tǒng)主要解決從動物料壓力波動造成的比例失調(diào)。 開環(huán)比值缺點(diǎn)：不能保證F2=KF1（F2壓力變化） (2) 特點(diǎn)： 1、在靜態(tài)上始終能保證F2=KF1 2、實(shí)施方便，容易，比值器，乘法器，除法器，分流器 3、信號連接象串級，副環(huán)為隨動。 4、主物料不能控制(3) 應(yīng)用： 1、主物料比較穩(wěn)定，濃度穩(wěn)定總量不限 2、應(yīng)用廣泛。單閉環(huán)比值控制系統(tǒng) 單閉環(huán)比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成原理原理圖：方塊圖：孔板A孔板BFT2FT1比值器FIC1V1管道AAQBQByByAyAPBPFIC1對象AQBQAPBPABByByAy

4、比值器FT1FT2V1雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)（1）引入 單閉環(huán)雖然應(yīng)用廣泛，但存在最大弊?。褐魑锪喜荒芎愣ǎ瑢ξ锪现粰z測不控制，生產(chǎn)上有較大波動，而工藝上又不允許，特別是要求總量一定時，就不能滿足工藝生產(chǎn)要求。（2）動作過程 1、主物料波動自身調(diào)整 2、同時作為從動物料調(diào)節(jié)器給定值同單閉環(huán) 3、從動物料波動自身調(diào)整。（3）特點(diǎn) 1、具單閉環(huán)特點(diǎn) 2、主從物料各自穩(wěn)定在給定值上，總量一定 3、提、降負(fù)荷容易 4、投資多（4）應(yīng)用場合 1、主從物料波動頻繁，比較大 2、總量一定情況 3、工藝上經(jīng)常需要改變給定值 4、主從物料濃度穩(wěn)定 5、儀表多，使用受限制。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)比

5、值調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成原理原理圖：OBy方塊圖：AQBQFIC1FT1比值器FT2AOyFIC2OByV2管道BV1管道AByByAyFIC1比值器對象ABByByAyFIC2FT1FT2V1V2二者的區(qū)別說明：（1）、在方塊圖上，單閉環(huán)是一個閉環(huán)，雙 閉環(huán)是兩個并列的單閉環(huán)。（2）、單閉環(huán)比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)是B管流量 自由變化，要求A管流量 能積極跟蹤；而雙閉環(huán)比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)則是各自單閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定，A、B流量保持不變，且成一定比值。（3）、另外，單閉環(huán)的 會發(fā)生較大變化，引起生產(chǎn)能力變化 。而雙閉環(huán) 則基本不變。即 不變， 也基本不變，生產(chǎn)能力不變。（4）、單閉環(huán)比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)只有一個調(diào)節(jié)閥；而雙閉環(huán)比

6、值調(diào)節(jié)系統(tǒng)則有兩個調(diào)節(jié)閥。（5）、可以和其他復(fù)雜調(diào)節(jié)系統(tǒng)組合。BQAQAQBQAQBQAQBQ單/雙閉環(huán)比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)的比較變比值控制系統(tǒng)(1)引入：1、定比值系統(tǒng)，其比值系數(shù)是固定的，即儀表投運(yùn)后，K總是保證不變的，但實(shí)際生產(chǎn)中，根據(jù)工藝要求需改變工業(yè)比值，即改變比值系數(shù)K，這樣定比值系統(tǒng)是不能作到。2、當(dāng)主從物料濃度變化時，須自動調(diào)整，工藝比值，也就是自動修正比值系數(shù)，定比值系統(tǒng)也難適應(yīng)。變比值控制系統(tǒng)當(dāng)氨氣在混當(dāng)氨氣在混合器中含量合器中含量增加增加1%，氧，氧化爐溫度將化爐溫度將上升上升64.9度。度。氨氧化生成氨氧化生成一氧化氮，一氧化氮，同時放出大同時放出大量的熱量。量的熱量。穩(wěn)定氧化

7、爐的關(guān)鍵穩(wěn)定氧化爐的關(guān)鍵條件是氧化爐溫度條件是氧化爐溫度主要干擾主要干擾p成分變化是在比值不變情況下改變混合器內(nèi)氨含成分變化是在比值不變情況下改變混合器內(nèi)氨含量的直接干擾；量的直接干擾；p進(jìn)入氧化爐的氨氣、空氣初始溫度；進(jìn)入氧化爐的氨氣、空氣初始溫度；p進(jìn)入混合器的氨氣、空氣的溫度、壓力變化；進(jìn)入混合器的氨氣、空氣的溫度、壓力變化；p負(fù)荷的變化（比值不變，負(fù)荷變化，溫度變化）；負(fù)荷的變化（比值不變，負(fù)荷變化，溫度變化）；p觸媒的活性變化、大氣溫度、壓力變化。觸媒的活性變化、大氣溫度、壓力變化。 因此，需要根據(jù)溫度的變化，適當(dāng)修正氨氣和因此，需要根據(jù)溫度的變化，適當(dāng)修正氨氣和空氣的流量比值，保證

8、氧化爐溫度恒定?？諝獾牧髁勘戎担ＷC氧化爐溫度恒定。變比值控制系統(tǒng)(2)動作過程盡管保證主從物料流量F1F2穩(wěn)定，但主從物料濃度變化，必須修改工藝比值，即修改比值系數(shù)K過程： 1、穩(wěn)定時F1/F2=K，除法器輸出為某一定值（比值系數(shù)）為測量值 2、從動物料波動自整 3、主參數(shù)（變量）變化通過TC輸出改變副變量（作為FC給定值），即改變比值系數(shù)K1，當(dāng)穩(wěn)定時，改變比值系數(shù)，保證F2/F1=K1變比值控制系統(tǒng)變比值控制系統(tǒng)(3) 特點(diǎn)： 1、調(diào)節(jié)質(zhì)量高，即保證工藝比值系數(shù)又保證工藝指標(biāo) 2、具有串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特點(diǎn)和自適應(yīng)性（魯棒性） 3、應(yīng)用儀表多，投資高 4、應(yīng)用較廣泛(4) 應(yīng)用：應(yīng)用比較高級

9、控制串級和比值控制組合的系統(tǒng)串級和比值控制混合系統(tǒng)框圖串級和比值控制混合系統(tǒng)框圖)(1sGC)(1sGV)(01sG)(1sGmK)(2sGC)(2sGV)(02sG)(2sGm)(sL1F2F)(0sG)(sGC)(sR)(sGm比值系數(shù)的計算比值系數(shù)的計算為信號零點(diǎn)。、為信號上限；、主動流量的測量信號從動流量的測量信號比值系數(shù)主動流量從動流量流量比2001max2max110max110120max220212IIIIIIIIIIIIKFFK比值系數(shù)的計算1. 流量與測量信號成線性關(guān)系的計算22max1max221112max1max1644441644FFFIFKFIFFF2. 流量與測

10、量信號成非線性關(guān)系的計算Fkp222222 max1max222221112 max21max1644441644FFFIFKIFFFFmaxmax1ABABQQKK K1FCQAQBIBIA穩(wěn)態(tài)條件穩(wěn)態(tài)條件: IA = K1 IB,max1maxBBAAQQKQQBAABQQK假設(shè)流量測量變送環(huán)節(jié)為線性對象（對于用孔板測量的信號須經(jīng)開方運(yùn)算）。比值控制系統(tǒng)的實(shí)施-乘法器11K1maxmax211KQQKKBAABK2FCQAQBIBIA穩(wěn)態(tài)條件穩(wěn)態(tài)條件: K2 IA = IB,maxmax2BBAAQQQQKBAABQQK比值控制系統(tǒng)的實(shí)施-乘法器11K穩(wěn)態(tài)條件穩(wěn)態(tài)條件: K3 = IA /

11、 IBmaxmaxmaxmax3ABABABBAQQKQQQQKRCIA / IBIBK3QAQBIA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，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。比值控制系統(tǒng)的實(shí)施-除法器比值控制系統(tǒng)的實(shí)施-除法器特點(diǎn)：1、直觀，可隨時了解兩個流量比值關(guān)系2、除法器輸出為兩個流量比值；3、可以進(jìn)行遠(yuǎn)程操縱4、K設(shè)置較窄0 K15、用除法器實(shí)施存在非線性，小負(fù)荷放大系數(shù)大，大負(fù)荷下小除法器存在的非線性問題除法器存在的非線性問題償，提高控制質(zhì)量。非線性進(jìn)行補(bǔ)成比值控制系統(tǒng)，能對采用除法器組隨負(fù)荷增大而增大），（放大系數(shù)如果過程本身為

12、非線性系統(tǒng)不易穩(wěn)定。在小負(fù)荷時，除法器非線性的引入，控制器由于如果過程為線性，比值. 2. 1除法器非線性的解決方案除法器非線性的解決方案p方法一：采用具有相反特性曲線的對數(shù)流量特方法一：采用具有相反特性曲線的對數(shù)流量特性的控制閥，能實(shí)現(xiàn)部分補(bǔ)償。因?yàn)閷?shù)流量性的控制閥，能實(shí)現(xiàn)部分補(bǔ)償。因?yàn)閷?shù)流量特性控制閥的放大系數(shù)是隨著負(fù)荷的增加而增特性控制閥的放大系數(shù)是隨著負(fù)荷的增加而增加。加。p方法二：當(dāng)主、副流量均為差壓法測量時，主流方法二：當(dāng)主、副流量均為差壓法測量時，主流量加開方器，而副流量不加開方器，量加開方器，而副流量不加開方器，利用副流量利用副流量測量變送的非線性去補(bǔ)償除法器的非線性測量變

13、送的非線性去補(bǔ)償除法器的非線性。但此。但此時，主、副流量測量信號一個是線性、一個是非時，主、副流量測量信號一個是線性、一個是非線性，造成比值系數(shù)隨主流量變化，因此必須采線性，造成比值系數(shù)隨主流量變化，因此必須采取措施。取措施。補(bǔ)償是利用二者隨流量負(fù)荷的增補(bǔ)償是利用二者隨流量負(fù)荷的增加一個放大倍數(shù)增加，另一個放加一個放大倍數(shù)增加，另一個放大倍數(shù)下降的原理進(jìn)行補(bǔ)償?shù)?。大倍?shù)下降的原理進(jìn)行補(bǔ)償?shù)摹３ㄆ鞣蔷€性的解決方案除法器非線性的解決方案比值控制器比值控制器控制閥控制閥流量對象流量對象測量變送測量變送1測量變送測量變送2除法器除法器F2F1I1I2I0開方器開方器Kp由于主、副流量測量信號一個是線

14、性、一個是非線性，由于主、副流量測量信號一個是線性、一個是非線性，造成各工作點(diǎn)比值系數(shù)變化，因此，必須保證給定值也造成各工作點(diǎn)比值系數(shù)變化，因此，必須保證給定值也隨隨F1的變化而變化，確保給定與反饋的差值一定。的變化而變化，確保給定與反饋的差值一定。除法器非線性的解決方案除法器非線性的解決方案比值控制系統(tǒng)的投運(yùn)及整定l單閉環(huán)比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)： 比值器為工業(yè)要求的比值即 ；（要求 ， ）調(diào)節(jié)器1按單回路調(diào)節(jié)算法參數(shù)整定法進(jìn)行。KQQBAAQKyAABBQKy Bl雙閉環(huán)比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)： 調(diào)節(jié)器2、調(diào)節(jié)器1均按單回路調(diào)節(jié)算法參數(shù)整定法進(jìn)行；BAQQK（要求 ， ）比值器AQKyAABBQKy Bl變比值

15、調(diào)節(jié)系統(tǒng)： 按串級整定。 2、若變送器1、變送器2均為差壓變速器，即 ，注：1、以上設(shè)變送器1、變送器2均為差壓流量變速器，即 ，AQKyAA則 BBQKy BBAyyK2AQKyAA2BBBQKy 則 。BBAAKyKyK 比值控制系統(tǒng)的投運(yùn)及整定1關(guān)于開方器的選用在差壓法測量流量時，測量信號與流量之間關(guān)系（1）未加開方器在工作點(diǎn)F = F0 時，放大倍數(shù)為：K = 1/F1max2F0,差壓法測量流量時，其靜態(tài)放大系數(shù)，是隨負(fù)荷變化而變化，F(xiàn)1K造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，影響動態(tài)品質(zhì)（2）開方后：在工作點(diǎn)F = F0 時，放大倍數(shù)為：K = 1/F1max,與工作點(diǎn)無關(guān)*結(jié)論：在負(fù)荷變化較大時，或控制精度較高時必須加開方器比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)的注意事項(xiàng)2邏輯提量問題在比值系統(tǒng)中，為使兩個流量在提降負(fù)荷時保持某種邏輯關(guān)系，而設(shè)計邏輯提量比值系統(tǒng)。例：如天然氣、水蒸氣、空氣比值系統(tǒng)：正常維持3：1，但在提降負(fù)荷時，應(yīng)保證某種關(guān)系（保證不析碳）提量原料氣（天然氣）時，先提蒸汽，避免析碳（但消耗蒸汽）減量時，先減原料氣，后減蒸汽。比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)的注意事項(xiàng)比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)的注意事項(xiàng)邏輯實(shí)現(xiàn)：正常蒸汽為主物料，天然氣為從動物料