比值控制系統(tǒng)課件

5.2比值控制系統(tǒng)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)……一、基本概念：比值控制系統(tǒng)（流量比值控制系統(tǒng)）：實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上參數(shù)符合一定比例關(guān)系的控制系統(tǒng)。主物料或主動(dòng)量：在保持比例關(guān)系的兩種物料中處于主導(dǎo)地位的物料，稱為主物料；表征主物料的參數(shù)，稱為主動(dòng)量（主流量），用F1表示。從物料或從動(dòng)量：按照主物料進(jìn)行配比，在控制過程中跟隨主物料變化而變化的物料，稱為從物料；表征從物料特性的參數(shù)，稱為從動(dòng)量（副流量），用F2表示。有些場(chǎng)合，用不可控物料為主物料，用改變可控物料即從物料來實(shí)現(xiàn)比值關(guān)系。K=F2/F1二、比值控制系統(tǒng)的類型開環(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)變比值比值控制系統(tǒng)串級(jí)和比值混合系統(tǒng)2、單閉環(huán)比值控制增加一個(gè)副流量閉環(huán)控制系統(tǒng)2、單閉環(huán)比值控制單閉環(huán)比值控制特點(diǎn)不但能實(shí)現(xiàn)副流量跟隨主流量的變化而變化，而且可以克服副流量本身干擾對(duì)比值的影響，主副流量的比值較為精確。總物料量不固定，對(duì)于負(fù)荷變化幅度大，物料又直接去化學(xué)反應(yīng)器的場(chǎng)合是不適合的。當(dāng)主流量出現(xiàn)大幅度波動(dòng)時(shí)，副流量給定值大幅度波動(dòng)，在調(diào)節(jié)的一段時(shí)間里，比值會(huì)偏離工藝要求的流量比，不適用于要求嚴(yán)格動(dòng)態(tài)比的場(chǎng)合。適用于主物料在工藝上不允許進(jìn)行控制的場(chǎng)合3、雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)增設(shè)了主流量控制回路雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)流量比值精確，物料總量基本不變。只要緩慢改變主流量控制器給定值，可以提降主流量，副流量會(huì)自動(dòng)跟蹤變化，兩種比值不變。適用于主流量干擾頻繁及工藝上不允許負(fù)荷有較大波動(dòng)或工藝上經(jīng)常需要提降符合的場(chǎng)合。當(dāng)主動(dòng)量采用定值控制后，由于調(diào)節(jié)作用，變化幅值會(huì)減小，變化頻率會(huì)加快，從而使從動(dòng)量控制器的給定值處于不斷變化中，當(dāng)它的變化頻率與從動(dòng)量控制回路的工作頻率接近時(shí)，可能引起“共振”。4、變比值控制系統(tǒng)變比值控制系統(tǒng)：按照工藝指標(biāo)自行修正比值系數(shù)的變化值。（副回路是個(gè)比值控制系統(tǒng)的串級(jí)控制系統(tǒng)）以某種質(zhì)量指標(biāo)X（第三參數(shù)）為主變量，以兩個(gè)流量比為副變量的串級(jí)控制系統(tǒng)。例如：在燃燒控制中，最終的控制目標(biāo)是煙道氣中的氧含量（反映燃料完全燃燒指標(biāo)），而燃料與空氣的比值實(shí)質(zhì)上是控制手段，因此，比值的設(shè)定值由氧含量控制器給出。穩(wěn)態(tài)時(shí)，主、副量恒定，分別經(jīng)變送器送除法器，其輸出（比值）作為比值控制器的測(cè)量反饋信號(hào)。此時(shí)，主參數(shù)恒定，所以主控制器輸出信號(hào)穩(wěn)定，且與比值測(cè)量值相等，比值控制器輸出穩(wěn)定，控制閥處于某一開度，產(chǎn)品質(zhì)量合格。當(dāng)F1、F2出現(xiàn)擾動(dòng)，通過比值控制回路，保持比值一定，從而不影響或大大減小擾動(dòng)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響（相當(dāng)于串級(jí)控制系統(tǒng)的副回路調(diào)節(jié)）。對(duì)于某些物料流量，當(dāng)出現(xiàn)擾動(dòng)如溫度、壓力、成分等變化時(shí)，雖然它們的流量比值不變，但由于真實(shí)流量（在新的溫度、壓力或成分下）與原來流量不同，將影響產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)，輸出X偏離設(shè)定值，此時(shí)主控器起作用，輸出變化，修正比值控制器給定值，即修正了比值，使系統(tǒng)在新的比值上重新穩(wěn)定。工作原理氧化爐溫度對(duì)氨氣/空氣串級(jí)比值控制系統(tǒng)氧化爐預(yù)熱器混合TCFfC空氣氨氣穩(wěn)定氧化爐的關(guān)鍵條件是氧化爐溫度氨氧化生成一氧化氮，同時(shí)放出大量的熱量。當(dāng)氨氣在混合器中含量增加1%，氧化爐溫度將上升64.9度。第三參數(shù)是氧化爐溫度主要干擾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；進(jìn)入氧化爐的氨氣、空氣初始溫度；進(jìn)入混合器的氨氣、空氣的溫度、壓力變化；負(fù)荷的變化（比值不變，負(fù)荷變化，溫度變化）；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)修正氨氣和空氣的流量比值，保證氧化爐溫度恒定。系統(tǒng)工作原理當(dāng)出現(xiàn)氨氣空氣比值變化干擾時(shí)，通過比值控制系統(tǒng)及時(shí)克服保持氧化爐溫度不變。當(dāng)其它干擾引起爐溫變化時(shí)，主控制器輸出變化，相當(dāng)于比值控制器給定值變化，改變比值大小，從而改變溫度。溫度升高測(cè)量值升高主控制器輸出減小比值控制器輸出減小控制閥開度減小氨氣流量減小溫度下降假設(shè)控制器均為反作用形式，控制閥為氣開式串級(jí)和比值控制混合系統(tǒng)F1CLCF1CkF1F2LT要求主流量隨另一參數(shù)的需要而改變，屬于定比值控制。主、副流量控制回路對(duì)液位控制器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)一致，保證動(dòng)態(tài)比值恒定。兩物料進(jìn)入反應(yīng)器流程兩物料組成雙閉環(huán)比值控制，而反應(yīng)器液面需要恒定除了比值恒定，還要求反應(yīng)器中液位恒定工作原理以液面為主參數(shù)，主流量為副參數(shù)的串級(jí)控制系統(tǒng)。當(dāng)液面由于某種干擾而變化時(shí)，通過液位控制器的輸出改變主流量的給定值，使主流量跟著變化，同時(shí)副流量的給定值也變化，保持比值不變（動(dòng)態(tài)比值不變），這樣由總負(fù)荷變化來克服外界擾動(dòng)對(duì)液位的影響。已知：標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)：4-2mA標(biāo)準(zhǔn)氣信號(hào)：20-100KPaF1——主流量，I1——主流量對(duì)應(yīng)測(cè)量信號(hào)；F2——副流量，I2——副流量對(duì)應(yīng)測(cè)量信號(hào)；當(dāng)主流量F1與副流量F2的比值為F2/F1=K時(shí)，如何設(shè)置比例控制器參數(shù)K’（比值系數(shù)）。？5、比值系數(shù)的計(jì)算采用線性流量檢測(cè)單元原因：區(qū)分流量比值K和設(shè)置于儀表的比值系數(shù)K'。因?yàn)楣に嚿弦?guī)定的比值K是指兩種物料的流量（體積或質(zhì)量）之比，而目前通用儀表使用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，因此必須把工藝規(guī)定的流量比值K折算成儀表信號(hào)的比值系數(shù)K'，才能進(jìn)行比值設(shè)定。②流量信號(hào)為氣信號(hào)時(shí)：由上式可知，比值系數(shù)只有變送器的量程和所要求從動(dòng)量與主動(dòng)量的對(duì)應(yīng)比例關(guān)系有關(guān)，與變送器的電氣零點(diǎn)無關(guān)。注意（1）采用線性流量單元檢測(cè)時(shí)，只有在F1max=F2max的場(chǎng)合，K‘=K，也可通過調(diào)整F1max、F2max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(hào)=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)K大于1，則除法器的輸入信號(hào)更換，即主動(dòng)量信號(hào)作為被除數(shù)信號(hào)，從動(dòng)量信號(hào)作為除數(shù)信號(hào)。平方測(cè)量關(guān)系用比值器組成的方案控制器控制閥流量對(duì)象測(cè)量變送器1測(cè)量變送器2F2F1I入I出比值器用乘法器組成的方案控制器控制閥流量對(duì)象測(cè)量變送器1測(cè)量變送器2F2F1I1I0乘法器用除法器組成的方案用除法器組成的單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)比值控制器控制閥流量對(duì)象測(cè)量變送器1測(cè)量變送器2除法器F2F1I1I2I0IR比值控制系統(tǒng)中非線性的影響測(cè)量環(huán)節(jié)的非線性影響除法器的非線性影響測(cè)量環(huán)節(jié)的非線性影響當(dāng)流量測(cè)量采用節(jié)流裝置時(shí)，流量與壓差之間的非線性會(huì)對(duì)比值控制系統(tǒng)產(chǎn)生影響結(jié)論采用差壓法測(cè)量流量時(shí)，隨著負(fù)荷的增加，靜態(tài)放大系數(shù)增大。由于靜態(tài)放大系數(shù)的變化，將導(dǎo)致控制質(zhì)量下降，甚至不穩(wěn)定。解決辦法選用不同流量特性的控制閥，用非線性補(bǔ)償非線性。選用帶有開方功能的差壓變送器，使變送器的輸出信號(hào)與流量成線性關(guān)系。流量測(cè)量的非線性對(duì)比值系數(shù)計(jì)算的影響假若兩個(gè)流量均采用節(jié)流式儀表，若兩管道中的孔板及差壓計(jì)的量程選擇不合適，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)近似線性，一個(gè)非線性，用一個(gè)比值系數(shù)確保各點(diǎn)都成比例是不可能的。要求：對(duì)于用節(jié)流法測(cè)量流量的比值系統(tǒng)，兩流量要么具有相似的非線性，要么經(jīng)開方都成為線性。除法器的非線性比值控制器控制閥流量對(duì)象測(cè)量變送器1測(cè)量變送器2除法器F2F1I1I2I0IR除法器非線性的解決方案方法一：采用具有相反特性曲線的對(duì)數(shù)流量特性的控制閥，能實(shí)現(xiàn)部分補(bǔ)償。因?yàn)閷?duì)數(shù)流量特性控制閥的放大系數(shù)是隨著負(fù)荷的增加而增加。方法二：當(dāng)主、副流量均為差壓法測(cè)量時(shí)，主流量加開方器，而副流量不加開方器，利用副流量測(cè)量變送的非線性去補(bǔ)償除法器的非線性。但此時(shí)，主、副流量測(cè)量信號(hào)一個(gè)是線性、一個(gè)是非線性，造成比值系數(shù)隨主流量變化，因此必須采取措施。補(bǔ)償是利用二者隨流量負(fù)荷的增加一個(gè)放大倍數(shù)增加，另一個(gè)放大倍數(shù)下降的原理進(jìn)行補(bǔ)償?shù)?。解決方案比值控制器控制閥流量對(duì)象測(cè)量變送1測(cè)量變送2除法器F2F1I1I2I0開方器K由于主、副流量測(cè)量信號(hào)一個(gè)是線性、一個(gè)是非線性，造成各工作點(diǎn)比值系數(shù)變化，因此，必須保證給定值也隨F1的變化而變化，確保給定與反饋的差值一定。比值控制系統(tǒng)的信號(hào)匹配問題儀表的信號(hào)匹配：合理調(diào)整有關(guān)儀表的量程或設(shè)置必要的系數(shù)。比值系數(shù)的計(jì)算是比值控制系統(tǒng)信號(hào)匹配的主要內(nèi)容。選擇量程上限與工藝規(guī)定的K成比例,使比值系數(shù)接近1，例如：應(yīng)用舉例水蒸氣F2CK2F2CK3F1C空氣天然氣甲烷轉(zhuǎn)化反應(yīng)基本參數(shù)相乘方案比值控制系統(tǒng)的其它問題流量測(cè)量中壓力溫度的校正習(xí)題3.8FC控制閥流量對(duì)象測(cè)量變送1測(cè)量變送2F2F1I1I2I0乘法器-(1)畫出比值系統(tǒng)方框圖（2）要求F1:F2=2:1,求I0習(xí)題3.9比較幾種比值控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，確定選用雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)。雙閉環(huán)