第六章 典型過程控制系統(tǒng)應用方案

1、過控教研室過控教研室 目 錄 第一章 控制系統(tǒng)的基本概念 第二章 過程裝備控制基礎 第三章 過程檢測技術 第四章 過程控制裝置 第五章 計算機控制系統(tǒng) 第六章 典型過程控制系統(tǒng)應用方案 第六章 典型過程控制系統(tǒng)應用方案 本章介紹了幾種典型的過程控制系統(tǒng)的應用。主要有“熱交換器溫度反饋靜態(tài)前饋控制系統(tǒng)”；“單回路控制系統(tǒng)的應用”；“流體輸送設備的控制”；“反應器的控制”等等。通過這些典型控制系統(tǒng)的應用實例，可以幫助學生和讀者更好地去理解本課程的理論知識，同時也可以使學生學會運用理論知識解決實際問題的技能。 6.1 熱交換器溫度反饋熱交換器溫度反饋-靜態(tài)前饋控制系統(tǒng)靜態(tài)前饋控制系統(tǒng) 6.2 單回路

2、控制系統(tǒng)的應用單回路控制系統(tǒng)的應用 6.3 計算機數(shù)字控制的典型實例計算機數(shù)字控制的典型實例 6.4 流體輸送設備的控制流體輸送設備的控制 6.5 反應器的控制反應器的控制 附錄附錄:思考題與習題思考題與習題6.1.2 系統(tǒng)組成 根據(jù)穩(wěn)態(tài)時的熱平衡關系，若不考慮散熱損失，則加熱介質(zhì)釋放的熱量應該等于被加熱介質(zhì)吸收的熱量，即 )()(12222111cchhTTcqvTTcqv （6-1） 式中 1qv、2qv分別為加熱介質(zhì)和被加熱介質(zhì)的體積(或質(zhì)量)流量,sm3（或skg） 1c、2c分別為加熱介質(zhì)和被加熱介質(zhì)的平均比熱容,)(KkgkJ； 1hT、2hT分別為加熱介質(zhì)進、出熱交換器的溫度，或

3、 K； 1cT，2cT分別為被加熱介質(zhì)進、出熱交換器的溫度，或 K。 由式（6-1）可以得到各個有關變量的靜態(tài)前饋函數(shù)計算關系式 111221212)()(qvTTKqvTTTTccqvchcchh （6-2） 式中 ，21ccK 。靜態(tài)前饋函數(shù)的實施線路如圖 6-2 的虛線框所示。 當1hT、2hT、1cT或1qv中任意一個變量變化時，其變化量都可以通 過前饋函數(shù)部分及時調(diào)整流量2qv，使這些變量的變化對被控制變 量2cT的影響得到補償。 6.1.3 儀表靜態(tài)參數(shù)的設置 本系統(tǒng)設計的關鍵是正確設置比值器的參數(shù) a 與加減器的偏置信號I5，下面通過具體數(shù)據(jù)來說明這些系數(shù)的設置情況。 有兩股氣體

4、在熱交換器中進行熱量交換。已知 K=c1/c2=1.20，在正常 情 況 下1hT=380 ，2hT=300 ，1cT=150 ，2cT=260 ， qv1=0.125sm3，qv2=0.109sm3。選擇電動單元組合儀表 DDZ型組成控制系統(tǒng)，線路中的陳法器與除法器可以用一臺型號為 DJS1000的乘除器代替， 比值器與加減器可以用一臺 DJJ1000 的通用加減器代替。電動單元組合儀表 DD型的儀表信號范圍為 420mA(或 15V DC)。若取 Tc2 溫度變送器的量程為 100，儀表零位為 210，則可以得到 Tc2 溫度變送器的儀表轉(zhuǎn)換系數(shù)為 CmACmAKcT/16.0100)42

5、0(2 KTc= KTh=100)420(mA=0.1067mA/ 流量變送器 qv1 與 qv2 的量程均為 0.178sm3，則可知其儀表轉(zhuǎn)換系數(shù)分別為 Kqv1= Kqv2=smmA/178. 0)420(3=89.888mA/ )(3sm 由此可以求得在正常工況下各個變送器的輸出信號值分別為 I1= KTh(380-300)+4=12.54 mA I3= KTc(260-150)+4=15.74 mA I2=Kqv10.125+4=15.24 mA I6= Kqv20.109+4=13.81 mA I9= KTc2(260-210)+4=12 mA 求出正常工況下 DJS1000 乘除

6、器的輸出信號為 I4=n)43()42)(41(III 取 n=1.2,則 I4=9.81 mA。 假設生產(chǎn)過程的各個變量都保持在正常工況下的數(shù)值,則前饋函數(shù)的輸出信號應該等于 I6,即 I4=I6 故知比值器的系數(shù)為 =46II=81. 981.13=1.408 PI 調(diào)節(jié)器的輸入信號為 I 入=I7-I8=I5+I4-I6-I8 因為 PI 調(diào)節(jié)器是一種無靜差的調(diào)節(jié)器,因此在穩(wěn)態(tài)時, I 入=0,若取I6=I4,則有 85II I8為 Tc2調(diào)節(jié)器的控制點,一般設置為儀表信號的中間值,即 I8=12 mA,因此 I5取 12 mA。 I8為 Tc2調(diào)節(jié)器的控制點,一般設置為儀表信號的中間值

7、,即 I8=12 mA,因此 I5取 12 mA。 Tc2溫度變送器、PID 調(diào)節(jié)器、PI 調(diào)節(jié)器、qv2流量變送器、電/氣轉(zhuǎn)換器與 qv2控制閥門組成一個串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)，Tc2 為主被調(diào)節(jié)變量，qv2為副被調(diào)節(jié)變量。 這個串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)與靜態(tài)前饋函數(shù)計算回路組成一個復合調(diào)節(jié)系統(tǒng)。這種控制系統(tǒng)對于來自 qv2、Tc1、Th1、Th2或 qv1的擾動，都具有很高的適應能力。 6.2 單回路控制系統(tǒng)的應用 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)裝置自動化過程中，即使在計算機控制獲得迅速發(fā)展的今天，單回路控制系統(tǒng)任在合成氨的現(xiàn)代化大型裝置中，約有 85%的控制系統(tǒng)是單回路控制系統(tǒng)。所以，掌握單回路控制系統(tǒng)的設計原則應用對于實現(xiàn)

8、過程裝置的自動化具有十分重要的意義。 單回路控制系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、投資少，易于調(diào)整，投運，又能滿足一般生產(chǎn)過程的工藝要求。單回路控制系統(tǒng)一般由被控過程 Wo（s） 、測量變送器 Wm（s） 、調(diào)節(jié)器 Wc（s）和調(diào)節(jié)閥 Wv（s）等環(huán)節(jié)組成，如圖 6-3 所示為用拉氏變換表示的單回路控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)框圖。 下面通過一個工程設計實例說明單回路控制系統(tǒng)的應用， 來達到舉一反三的目的。 6.2.1 生產(chǎn)工藝簡況 圖 6-4 所示為牛奶乳化物干燥過程中的噴霧式干燥工藝設備.由于乳化物屬于膠體物質(zhì),激烈攪拌易固化,不能用泵輸送。故采用高位槽的辦法，即濃縮的乳液由高位槽流經(jīng)過濾器 A 或 B（兩個交換使

9、用，保證連續(xù)操作） ，除去凝結(jié)塊等雜物，再通過干燥器頂部噴嘴噴出?？諝庥晒娘L機送至換熱器（用蒸汽間接加熱） ，熱空氣與鼓風機直接來的空氣混合后，經(jīng)過風管進入干燥器，從而蒸發(fā)出乳液中的水分，成為奶粉，并隨濕空氣一起輸出，再進行分離。生產(chǎn)工藝對干燥后的產(chǎn)品質(zhì)量要求很高，水分含量不能波動太大，而對于干燥的溫度要求嚴格控制。試驗證明，若溫度波動小于C2，則產(chǎn)品符合質(zhì)量要求。 6.2.2 系統(tǒng)設計 （1） 被控參數(shù)和控制參數(shù)的選擇 被控參數(shù)的選擇 根據(jù)上述生產(chǎn)工藝情況，產(chǎn)品質(zhì)量（水分含量）與干燥溫度密切相關，若測量水分的儀表精度不夠高，可采用對間接參數(shù)溫度的測量，因為水分與溫度一一對應。因此必須控制溫度

10、在一定值上，故選用干燥器的溫度為被控對象。 控制參數(shù)選擇 若知道被控過程的數(shù)學模型，則可以選取可控性良好的參量作為控制參數(shù)。在未掌握過程的數(shù)學模型情況下，僅以圖 6-4 所示裝置進行分析。 影響干燥器溫度的因素有乳液流量f 1（t） 、旁路空氣流量 f 2（t） 、加熱蒸汽用量 f 3（t） 。選取其中任一變量作為控制參數(shù)，均可構(gòu)成溫度控制系統(tǒng)。圖中用調(diào)節(jié)閥位置代表三種控制方案，其框圖分別為圖 6-5、圖 6-6、圖 6-7 所示。 按照圖 6-5 分析可知，乳液直接進入干燥器，滯后最小，對于干燥溫度的校正作用最靈敏， 而且干擾進入裝置最靠近調(diào)節(jié)閥 1， 似乎控制方案最佳。但是，乳液流量即為生

11、產(chǎn)負荷，一般要求能保證產(chǎn)量穩(wěn)定。若作為控制參數(shù)，則在工藝上不合理。所以不宜選乳液流量為控制參數(shù)，該控制方案不能成立。 再對圖 6-6 進行分析，可以發(fā)現(xiàn)，調(diào)節(jié)旁路空氣流量與熱風量混合后，再經(jīng)過較長的風管進行干燥器。如圖 6-5 所示方案相比，由于混合空氣傳輸管道長， 存在管道傳輸滯后,故控制通道時間滯后教大，對于干燥溫度校正作用的靈敏度要差一些。若按照圖 6-7 所示調(diào)節(jié)換熱器的蒸汽流量，以改變空氣的溫度，則由于換熱器通常為一雙容過程，時間常數(shù)較大，控制通道的滯后最大，對干燥溫度的校正作用靈敏度最差。顯然，選擇旁路空氣量作為控制參數(shù)的方案最佳。 （1） 過程檢測控制儀表的選用 根據(jù)生產(chǎn)工藝和用

12、戶的要求， 選用電動單元組合儀表（DDZ型） 測溫元件及變送器 被控溫度在 500以下，選用鉑熱電阻溫度計。為了提高檢測精度，應用三線制接法，并配用 DDZ型熱電阻溫度變送器。 調(diào)節(jié)閥 根據(jù)生產(chǎn)工藝安全原則及被控介質(zhì)特點，選用氣關形式的調(diào)節(jié)閥；根據(jù)過程特性與控制要求選用對數(shù)流量特性的調(diào)節(jié)閥；根據(jù)被控介質(zhì)流量選擇調(diào)節(jié)閥公稱直徑和閥芯直徑的具體大尺寸。 調(diào)節(jié)器 根據(jù)過程特性與工藝要求，可選用 PI 或 PID 控制規(guī)律；根據(jù)構(gòu)成系統(tǒng)負反饋的原則，確定調(diào)節(jié)器正、反作用方向。 由于本例中選用調(diào)節(jié)閥為關氣式，則調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù) Kv 為負。對于過程放大系數(shù) Ko 為正。一般測量變送器的放大系數(shù) Km 為

13、正。為了使系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)放大系數(shù)極性乘積為正，則調(diào)節(jié)器的放大系數(shù) Kc 取負，即選用正作用調(diào)節(jié)器。 （2） 畫出溫度控制流程圖極其控制系統(tǒng)方框圖 溫度控制流程圖及控制系統(tǒng)方框圖如圖 6-8 所示。 （4） 調(diào)節(jié)器參數(shù)整定 為了使溫度控制系統(tǒng)能運行在最佳狀態(tài)，可以按照調(diào)節(jié)器 工程整定方法中的任一種進行調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定。 6.3 計算機數(shù)字控制的典型實例 爐溫控制系統(tǒng)的計算機控制 某真空電阻爐（在實驗室里該爐也可以用油槽代替）的加熱功率為5KW，實驗室工作環(huán)境。控制任務要求如下。 給定值在 100300之間實現(xiàn)恒溫控制 控制精度為 0.5%（安全程允許誤差5） ； 實時數(shù)字顯示溫度； 溫度超過 33

14、0 時要有警報指示； 可以在線改變給定溫度。 6.3.1 控制方案設計 （1） 目標和任務估計 從控制任務要求可知是單點、恒值控制。控制范圍和精度要求一般，功能上無特殊要求?？刹捎靡话愕拈]環(huán)控制系統(tǒng)實現(xiàn)。 (2)元件選擇 計算機的選擇 按上述要求只需單點控制和顯示， 沒有特別的數(shù)據(jù)處理任務。因此適宜于采用單扳機、單片機控制。為了使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，采用 Z80-CPU 的計算機控制系統(tǒng)。 A/D 轉(zhuǎn)換器的選擇 假定控制范圍設定為 0330。若選用 8 位A/D 轉(zhuǎn)換器，其分辨率約為 1.5/字。它雖然在5的允許誤差范圍之內(nèi)，但是裕量太小。因為系統(tǒng)的其他環(huán)節(jié)，特別是傳感元件的非線性， 也會產(chǎn)生誤差引

15、起精度損失， 因此實際精度很難達到要求。若選用 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，其分辨率為 0.3/字，在要求的精度范圍內(nèi)有較大裕量，可以滿足要求。若采用 12 位的 A/D 轉(zhuǎn)換器，其分辨率約為 0.1/字，但是由于其他環(huán)節(jié)對精度的影響，單純過高追求 A/D 的高分辨率是一種資源浪費。而無論采用 10 位，還是 12位 A/D 轉(zhuǎn)換器，與 8 位 CPU 連接都比較麻煩，增加了系統(tǒng)的復雜性。 針對本系統(tǒng)的實際情況，實際控溫范圍只有（330100）=230，因此可用 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，再加放大器偏置措施實現(xiàn)。所謂偏置，在本系統(tǒng)中就是調(diào)整放大器的零點，當溫度達到 80時，放大器才開始有輸出，并且

16、調(diào)整其放大倍數(shù)，保證在 330時，其輸出為最大（與 A/D 匹配） 。這樣，采用8 位的 A/D 轉(zhuǎn)換器，也可以達到 1/字的分辨率。 對于 A/D 轉(zhuǎn)換器的速度，沒有過高的要求，采用一般中速芯片如 ADC0809 即可滿足。 傳感元件的選擇 根據(jù)控溫范圍，選用鎳鉻-鎳鋁（K 型）熱電偶可以滿足。 下面根據(jù)它的分度表列出幾個在控制范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)： 溫度（） 80 100 150 200 250 300 豪伏值（mV） 3.266 4.095 6.137 8.137 10.151 12.207 可見，其線性度比較好，如果不進行非線性補償，把 100300之間作為線性看待，下面具體分析一下由于非線性

17、帶來的誤差。 100300的平均斜率為（12.207-4.095）/（300-100）=0.04mV/ 下面列出幾個考慮偏置之后實際溫度值與計算溫度值的偏差： 實際溫度值（） 100 150 200 250 300 計算溫度值（） 100.75 151.75 202 251.75 300.75 誤 差（） 0.75 1.75 2 1.75 0.75 可見，把 100300之間作為線性對待，產(chǎn)生的誤差最大約 2，因此是允許的，程序?qū)⒉辉僮鞣蔷€性補償。 執(zhí)行元件的選擇 電阻加熱爐按通常方法，采用晶閘管（SCR）做功率控制。根據(jù)爐子功率小、慣性小的特點，為了減少爐溫的紋波，對輸出通道采用教高分辨率的

18、方案。因此采用移相觸發(fā)方式，并且由模擬觸發(fā)器實現(xiàn)移相觸發(fā)。 D/A 轉(zhuǎn)換器的選擇 D/A 轉(zhuǎn)換器的位數(shù)一般可低于 A/D 的位數(shù)。因為一般控制系統(tǒng)對輸出通道的分辨率的要求比對輸入通道低。因此選用常用的 DAC0832 芯片。 放大器的選擇 因為要求偏置，又需要對熱電偶進行冷端補償，故采用常規(guī)的 DDZ 系列溫度變送器。 顯示元件的選擇 因為要求顯示單數(shù)據(jù)，只要顯示四位數(shù)碼，因此采用七段碼顯示，并用四位動態(tài)掃描顯示法。 給定元件的選擇 由于給定溫度范圍為 100300，故采用撥盤輸入。 (3)軟件控制方案的確定 按照系統(tǒng)的要求，采用程序巡回控制方式或者定時中斷控制方式都可以實現(xiàn)。為了便于功能的擴

19、充，便于使用動態(tài)顯示，采用定時中斷控制方式。因此，在硬件方面必須具備 CTC 芯片，作為控制的定時時鐘。 6.3.2 硬件線路 根據(jù)上述分析，具體的硬件線路表示于圖 6-9。 （1） 口地址分配 占有 I/O 口地址的元件，其口地址分配為 PIO-80H，CTC-84H 至87H，ADC0809-90H 至 93H，DAC0832-94H 至 97H，數(shù)字顯示器的段寄存器 SEGLH-88H 至 8BH，位寄存器 DIGLH-8CH 至 8FH。 (2) ADC0809 與 DAC0832 均采用和 CPU 直接連接方式 A/D 輸入選用 0 通道（口地址 90H） ，D/A 輸出運算放大器

20、LM324之后再加一級射及跟隨器，提高輸出能力，并可通過電位器微調(diào) D/A的輸出。 D/A的基準電源VREF為負極性， 因為SCR觸發(fā)器要求正極性輸入。 DAC0832 接成一步直通的工作方式（2WR、XFER均接地） 。 （3）SCR 觸發(fā)器線路 （4）CTC的連接0通道輸出連接到1的輸入，0通道初始化為定時工作方式，定時時間20ms，1通道初始化為計數(shù)方式，串接之后總延時時間為0.5s。 6.3.3 控制方法的確定 （1） 對象特性的測量與識別 按照階躍響應法測得加熱爐的飛升曲線如圖 6-11 所示。 從曲線形狀確認為帶純滯后的一階慣性 對象，但純滯后時間不長，其傳遞函數(shù)為 G（s）=11

21、1skes（6-3） 實測得1=20min 1=2min k=6 因此有 G（s）=ses120112006 （2） 控制算法的確定 因為控制算法由程序?qū)崿F(xiàn)，不需要附加硬件。所以為了增加靈活性和修改調(diào)整方便，程序按照 PID 算法編程，然后在實際調(diào)試時再確定 P、I、D 之間的比例，或者消去 I 或 D 的成分。因為執(zhí)行元件是 SCR，因此要采用位置式 PID 算法 )1()() 1()()()(kekeKkpkeKkeKkpdip（6-4） 參數(shù)pK、iK、dK的確定方法如下。 一般可以在開環(huán)情況下測得廣義飛升曲線。由于本系統(tǒng)放大器、SCR、熱電偶等其他元件的滯后和慣性時間相對于加熱爐對象而

22、言，都是很小的。因此可用對象飛升曲線近似表示系統(tǒng)開環(huán)的廣義飛升曲線。 由此可得基準參數(shù) 21min 2011Tmin 10/1T 取控制度為 1.2，根據(jù)階躍響應曲線的經(jīng)驗公式得 1000. 11TKp sTi2281209 . 19 . 1 sTd6612055. 055. 0 采樣周期sT2 .1912016.016.0取為 20s 計算得 877. 02282010ipiTTKK 取為 1.0 33206610TTKKdpd 確定為 33 這些值都是進似值，需要在實際調(diào)試時進行 反復調(diào)整才能最后確定。 6.3.4 程序流程框圖 圖 6-12 表示了中斷服務流程圖， 圖 6-13 表示了中

23、斷服務程序流程圖。 l6.3.5控制系統(tǒng)的調(diào)試 以下的調(diào)試工作是在硬件已正常工作的條件下進行的。l（1） 輸入通道的調(diào)整 溫度變送器偏置調(diào)整：本系統(tǒng)的偏置溫度是80，相應的熱電偶毫伏值為3.266mV。 調(diào)整步驟是輸入3.266 mV直流電信號，調(diào)整偏置電位器，使變送器從輸出下調(diào)至0為止。 溫度變送器放大倍數(shù)調(diào)整：本系統(tǒng)溫度測量上限值為330（13.456 mV），因此放大倍數(shù)的計算值為 5V的放大輸出對應的A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字量為255，因此實際調(diào)整步驟為輸入13.456 mV，調(diào)整放大倍數(shù)使A/D輸出為FFH（255），并校驗幾點。校驗幾點后若能都與計算值相符，說明A/D和放大器的線性都是符合要

24、求的，可以保證系統(tǒng)精度。 490266. 3456.135000Kl（1） 輸出通道調(diào)整 調(diào)整SCR觸發(fā)電路，在最大和最小的控制量輸出范圍內(nèi)，應有足夠大的移相范圍，以及當控制量最大時，晶閘管離全導通尚有一定余量，以保證調(diào)節(jié)速度。l（2） PID參數(shù)的現(xiàn)場調(diào)整 根據(jù)P、I、D對系統(tǒng)性能影響的方向，對 、 、 進行試湊性細調(diào)整，直到得到滿意的效果。pKiKdK6.4 流體輸送設備的控制流體輸送設備的控制 6.4.1 概述 一個生產(chǎn)流程中的各個生產(chǎn)設備， 均由管道中的物料流和能量將他們連接在一起，一進行各種各樣的化學反應、分離、吸收過程，從生而產(chǎn)出人們所希望的產(chǎn)品。物料流和能量流都稱為流體，流體有液

25、體和氣體之分， 通常固體固體物料也轉(zhuǎn)換成流態(tài)化的形式在管道中輸送。為了強化生產(chǎn)，流體常常連續(xù)輸送，以便進行連續(xù)生產(chǎn)。用于輸送流體和提高流體壓力的機械設備，統(tǒng)稱為流體輸送設備。其中輸送液體并提高其壓力的機械稱為泵， 而輸送氣體并提高其壓力的機械稱為風機和壓縮機。 流體輸送設備的任務是輸送流體。在連續(xù)的生產(chǎn)過程中，除了在特殊情況下開停機、泵的程序控制和信號連鎖動作外，所謂對流體輸送設備的控制，其實質(zhì)是為了實現(xiàn)物料平衡的流量、壓力控制，以及諸如離心式壓縮機的放喘振控制這樣一類為了保護輸送設備安全的控制方案。所以，在本章中將著重討論流體輸送的流量、壓力的基本控制方案和離心式壓縮機的防喘控制。 流體輸送

26、設備控制系統(tǒng)具有如下幾個特點。 控制通道的對象時間常數(shù)小，一般需要考慮控制閥和測量元件的慣性滯后。這是由于在流量控制系統(tǒng)中，受控變量和操控變量常常是同一物料的流量，只是檢測點和控制點處于同一管道的不同位置。因此對象時間常數(shù)一般很小， 故廣義對象特性必須考慮測量元件和控制閥的慣性滯后，而且對象、測量元件和控制閥的時間常數(shù)在數(shù)量級上相同，顯然系統(tǒng)可靠性教差，頻率較高。為此，控制器的比例度需要放的大些，積分時間在 0.1min 到數(shù)分鐘的數(shù)量級?？刂崎y一般不裝閥門控制器，以避免定位器引入的串級內(nèi)環(huán)造成系統(tǒng)振蕩加劇，可控性差。 測量信號伴有高頻噪聲。 目前測量的一次元件常采用節(jié)流裝置。由于流體通過節(jié)流

27、裝置時喘動加大， 使受控變量的測量信號常常具有脈動性質(zhì)，混有高頻噪聲，這種噪聲會影響控制品質(zhì)，故應考慮測量信號的濾波。此外，控制器不應加微分作用，因為微分對高頻信號很敏感，會放大噪聲，影響控制的平穩(wěn)度。為此，工程上往往在控制器與變送器之間，引入反微分環(huán)節(jié)，以改善系統(tǒng)的品質(zhì)。 靜態(tài)非線性。 流量廣義對象的靜態(tài)特性往往是非線性的， 特別是在采用節(jié)流裝置測量流量時更為嚴重。 為此常可適當選用控制閥的流量特性來加以補償，使廣義對象達到的靜態(tài)特性近似線性，以便克服負荷變化對控制品質(zhì)的影響。 流量控制系統(tǒng)的測量儀表精確度要求無須很高，在物料平衡控制中，常常將流量控制作為一個復雜回路中的副環(huán)，它的設定值是浮

28、動的。 所以， 對流量控制回路的測量儀表， 在精度上并沒有過高的要求，而保持變差小、性能穩(wěn)定則是需要的。只有當流量信號同時要作為經(jīng)濟核算所用，或是其他測準的場合，才需要滿足相應的精度要求。 6.4.2 泵及壓縮機的典型控制方案 （1）防止喘振的泵輸出壓力控制方案 泵的工作特性與防止喘振的措施。泵可分為離心泵和容積泵兩大類，而容積泵又可分為往復泵、旋轉(zhuǎn)泵。由于工業(yè)生產(chǎn)中以離心泵的使用更為普遍，所以下面將仔細地介紹離心泵的特性及控制方案。在大型生產(chǎn)過程中，由于強化生產(chǎn)，時常引起泵的喘振。 離心泵的工作特性如圖 6-14 所示。在正常情況下，泵輸出多少流體到管網(wǎng)， 用戶就從管網(wǎng)取走多少流體，泵處于穩(wěn)

29、定工作狀態(tài)。但是如果用戶需要的流體突然減少， 泵輸出的流體會在管網(wǎng)里堆積起來，使其壓力上升， 泵的工作點就沿著圖 6-14 中的 CDE 曲線移動到 C 點，因泵輸出的壓力受機器的限制不能再繼續(xù)升高，此時管網(wǎng)壓力就會大于泵的最大壓力，導致流體倒流。倒流開始后管網(wǎng)壓力下降，工作點由 C 移到 A 點并繼續(xù)移動到 B 點，泵產(chǎn)生空轉(zhuǎn)，使工作點滑行至 D 點。如此過程重復進行，就產(chǎn)生一種破壞力極大的喘振現(xiàn)象。 由圖6-14可以看出，如果輸出流量不低于qc，泵就不會產(chǎn)生喘振。因此可以利用高值選擇器，把壓力與流量控制系統(tǒng)統(tǒng)一起來，組成如圖6-15所示的壓力與流量選擇性控制系統(tǒng)。為了安全起見，流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)

30、的給定值取為：q給定=qc l 一種防止喘振的特殊調(diào)節(jié)器。本例介紹一種專門的特殊調(diào)節(jié)器，由兩個積分外反饋型的PI調(diào)節(jié)器與一個高值比較器構(gòu)成，其調(diào)節(jié)器線路如圖6-16所示。圖中 與 分別組成一個比例運算器， 與 分別組成一個積分運算器， 與 分別組成一個1：1的加法器， 與 及 與 組成一個高值選擇器。l 系統(tǒng)切換條件的分析。下面分析q回路處于工作狀態(tài)、p回路處于等待狀態(tài)時，線路中信號之間的關系。因此，的輸出呈現(xiàn)低電平狀態(tài)，因而能通過與輸出：由圖6-16知道，當q給q測時，為高電平，低電平信號能通過二級管輸出。由圖還可以得出如下關系式l比例器的運算關系式 （6-5） 1A4A3A5A2A5A7A

31、8A1D2D1)()(11pKsesU 式中，1pK為1U 的分壓系數(shù)。 慣性環(huán)節(jié)的運算關系式11)()(173siTsUsU（6-6） 上式中，RCTi1。 加法器的運算關系式為)()()(312sUsUsU(6-7) )()(27sUsU（6-8） 且將上述各式聯(lián)立后得到 )(11)()(21211sUTseKsUip（6-9） 或者寫成)(11)(1211sesTKsUip 由于p回路處于等待狀態(tài)， 運算放大器10A的輸入信號仍然是 7U。同樣可得 比例運算關系式2)()(24pKsesU（6-10） 慣性環(huán)節(jié)的運算關系式 11)()(226sTsUsUi（6-11）式中 CRTi2。

32、5U的輸出信號為)(11)()(22522sUsTseKsUip（6-12） 式 （6-12） 表明， 等待回路的輸出信號受工作回路的輸出信號影響。當2U穩(wěn)定時，5U也穩(wěn)定下來，避免通常等待回路由于輸出切斷，而輸入沒有切斷所產(chǎn)生的積分飽和現(xiàn)象。當 q回路工作、p回路等待時，由式（6-9）與式（6-12）可得 dtteTKteKtUipp)()()(112111（6-13a） )()1 ()()(22522tUeteKtUiTtp 2U穩(wěn)定后，經(jīng)過一段時間以后，02iTte，故有 )()()(2252tUteKtUp（6-14） 從 q回路切換到 p回路時，25UU ，可見，從 q回路切換到 p

33、回路的切換條件是 0)(2te（6-15） 同理可知，從 q回路切換到 p回路的條件是 0)(2te。由于任一回路被切斷都處于該回路是調(diào)節(jié)偏差為零的狀態(tài)， 所以切換時被切換的調(diào)節(jié)器不會產(chǎn)生輸出的突變，保證了切換過程平滑的進行。 （1） 壓縮機輸出壓力控制系統(tǒng) 為了防止壓縮機喘振， 常常限制其吸入流量， 不使它低于某一界限值，并且調(diào)節(jié)回流量來控制吸入流量。 這種控制方式， 在壓縮機入口壓力變化較大的場合下， 會有許多能量消耗在壓縮機自身的回流上。 因此，在此介紹一種既防喘振又比較節(jié)能的壓縮機輸出壓力控制系統(tǒng)的設計方法。 壓縮機喘振時， 其吸入流量同輸出壓力 2p與輸入壓力 1p之比有關， 圖 6-17 表示臨界喘振時 12pp與吸入流量 入q的關系曲線。一般的控制方法是維持 kqq入，由于 入q要求較大，當從外界輸入的流量較小的場合，就要求從壓縮機輸出的流量 q中分出一部分來打回流。kq越大，回流量