第三章-_比值控制系統(tǒng)

1、過程控制系統(tǒng)及工程,,,第三章 比值控制系統(tǒng),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(jì)算3.4 比值控制方案的實(shí)施3.5 比值控制系統(tǒng)的投運(yùn)與整定3.6 比值控制系統(tǒng)的其他問題,,第3章,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：1.造紙過程中，紙漿和水要成一定的比例關(guān)系2.石化重油氣化，重油和氧氣量要成

2、一定的比例關(guān)系3.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(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) 流量比值較多，流量比值控制系統(tǒng),主物料/主流量： 可測(cè)或可控，處于比值控制中的主導(dǎo)地位 F1從物料/從流量： 可控，一般供應(yīng)有余， 按主物料進(jìn)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

3、的比值關(guān)系，K為流量比值,3.1,概述,,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(jì)算3.4 比值控制方案的實(shí)施3.5 比值控制系統(tǒng)的投運(yùn)與整定3.6 比值控制系統(tǒng)的其他問題,,第3章,,,教學(xué)進(jìn)程,3.2,比值控制系統(tǒng)的類型,,按結(jié)構(gòu)分類： 開環(huán)和閉環(huán)比值控制系統(tǒng),按實(shí)施方案分類： 相乘和相除方案,按比值分類： 定比值和變比值控制方案,按控制原理： 屬于前饋控制系統(tǒng),3.2,比值控制

4、系統(tǒng)的類型,,3.2.1,,開環(huán)比值控制系統(tǒng),(a)原理圖,(b)方塊圖,3.2.1,,開環(huán)比值控制系統(tǒng),本質(zhì)：整個(gè)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(chǎng)合：這種方案應(yīng)用較少,優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單，儀表少,缺點(diǎn)：系統(tǒng)開環(huán)，F(xiàn)2波動(dòng)時(shí)比值難以保證,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(gè)副流量的閉環(huán)控制系統(tǒng),,從方塊圖上看，與串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相似，只是主參數(shù)沒

5、有閉環(huán)，F(xiàn)2不影響F1 主流量變化，改變副流量控制器給定值 —〉隨動(dòng)控制。 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),3.2.2,,單閉環(huán)比值控制系統(tǒng),優(yōu)點(diǎn)：1）能克服F2的波動(dòng) 2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，特別是在主 流量參數(shù)工藝不能控制 的場(chǎng)合實(shí)施。 3）控制品

6、質(zhì)提高較多,缺點(diǎn)：1）F1不固定 2 ）F1+F2總量不定 3）動(dòng)態(tài)比值較差,場(chǎng)合：應(yīng)用較廣泛，幾種物料直接進(jìn)反應(yīng)器受到限制,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,,,3.2.3,,雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng),3.2.3,,雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng),3.2.4,,其他類型的比值控制系統(tǒng),3.2.4,,其他類型的比值控制系統(tǒng),這實(shí)際上是一個(gè)以某種指標(biāo)X為主參數(shù)

7、，兩物料比值為副參數(shù)的串級(jí)控制系統(tǒng)——串級(jí)比值控制系統(tǒng)、自整配比控制系統(tǒng),氧化爐,例子：,3.2.4,,其他類型的比值控制系統(tǒng),硝酸生產(chǎn)中氧化爐的爐溫與氨氣/空氣比值的串級(jí)控制方案,影響氧化爐溫度的干擾：,當(dāng)氨氣在混合器中含量增加1%時(shí)，氧化爐溫度將上升64.9度，成分變化是在比值不變的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、空氣的初始溫度的變化，意味著物料帶入的能量變化，直接影響爐內(nèi)的溫度；負(fù)荷的變化關(guān)系到單位時(shí)

8、間內(nèi)慘叫化學(xué)反應(yīng)的物料量，由改變釋放反應(yīng)熱的多少而影響爐溫進(jìn)入混合器的空氣、氨氣的溫度、壓力變化，會(huì)影響流量測(cè)量的精度，若不進(jìn)行補(bǔ)償，則要影響它們的真實(shí)比值，也將影響氧化爐的溫度；觸媒的活性變化、大氣溫度、壓力變化等均對(duì)氧化爐溫度有不同程度的影響。,3.2.4,其他類型的比值控制系統(tǒng),,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(jì)算3.4 比值控制方案的實(shí)施3.5 比值控制系統(tǒng)的投運(yùn)與整

9、定3.6 比值控制系統(tǒng)的其他問題,,第3章,,,教學(xué)進(jìn)程,3.3,比值系數(shù)的計(jì)算,,3.3.1,,流量與測(cè)量信號(hào)成線性關(guān)系時(shí)的計(jì)算,工藝上，比值K是指兩個(gè)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(hào)之間的比值，電動(dòng)儀表4~20mA/0 ~10mA,氣動(dòng)儀表是20~100KPa，信號(hào)轉(zhuǎn)換問題。,（1）DDZ-Ⅲ型儀表,0~Fmax 4~20mA DC,3.3.1,,流量與測(cè)量信號(hào)成線性關(guān)系時(shí)的計(jì)算,比值系數(shù)K’是儀

10、表信號(hào)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,（2）氣動(dòng)單元組合儀表,0~Fmax 20~100 KPa,對(duì)于不同信號(hào)范圍的儀表，比值系數(shù)的計(jì)算公式是一樣的。,3.3.1,,流量與測(cè)量信號(hào)成線性關(guān)系時(shí)的計(jì)算,結(jié)論：,差壓變送器測(cè)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(jì)算：,3.3.2,,流量與測(cè)量信號(hào)成非線性關(guān)系時(shí)的計(jì)算,,幾點(diǎn)結(jié)論：（1）流量比值

11、K與比值系數(shù)K’是兩個(gè)不同的概念，不能混淆 （2）比值系數(shù)K’與K有關(guān)，同時(shí)也和流量變送器的量程有關(guān)，與負(fù)荷大小無關(guān)（3）注意變送器的流量與測(cè)量的線性關(guān)系（4）線性測(cè)量與非線性測(cè)量情況下K’間的關(guān)系為： K’非 = （K’線）2,3.3.2,,流量與測(cè)量信號(hào)成非線性關(guān)系時(shí)的計(jì)算,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(jì)算3.4 比值控制方案的實(shí)施3.5 比值控制

12、系統(tǒng)的投運(yùn)與整定3.6 比值控制系統(tǒng)的其他問題,,第3章,,,教學(xué)進(jìn)程,3.4,比值控制方案的實(shí)施,,3.4.1,,兩類實(shí)施方案,（1）相乘方案,比值運(yùn)算部件：乘法器、比值器、分流器、比率器,3.4.1,,兩類實(shí)施方案,（2）相除方案,3.4.2,,比值控制方案實(shí)施舉例,采用比值器,比率設(shè)定系數(shù) = 比值系數(shù),3.4.2,,比值控制方案實(shí)施舉例,,I0=K’ * 16+4 由K’計(jì)算出I0 ，再由恒流器給出電流值，K’<

13、1,采用電動(dòng)儀表乘法器,I0=K’ * 16+4 由K’計(jì)算出I0，再由恒流器給出電流值。,采用電動(dòng)儀表除法器,3.4.2,,比值控制方案實(shí)施舉例,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(diǎn)流量F0 F0變化，K變化，影響動(dòng)態(tài)質(zhì)量。,（1）測(cè)量環(huán)節(jié)的非線性,流量測(cè)量時(shí)采用差壓變送器時(shí)，流量與差壓為開方關(guān)系：,對(duì)于0~10mA,解決辦法：加入開方器，或通過閥特性補(bǔ)償,補(bǔ)償辦法：通過對(duì)數(shù)閥特性補(bǔ)償,3.4.3

14、,,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(gè)非線環(huán)節(jié),3.4.4,,比值控制系統(tǒng)中的信號(hào)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(dá)到最大量程下進(jìn)行運(yùn)算而得到較大的精度，需要合理調(diào)整儀表量程，設(shè)置一定的系數(shù)——儀表的信號(hào)匹配。,相乘方案：K’接近1時(shí)最靈敏，精度最高,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)

15、的計(jì)算3.4 比值控制方案的實(shí)施3.5 比值控制系統(tǒng)的投運(yùn)與整定3.6 比值控制系統(tǒng)的其他問題 實(shí)驗(yàn)：比值控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn),,第3章,,,教學(xué)進(jìn)程,,3.5,比值控制系統(tǒng)的投運(yùn)與整定,,整定的方法步驟：,投運(yùn)前的準(zhǔn)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(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算時(shí)，若采用差壓法測(cè)流量時(shí)，由于非線性問題，比值系數(shù)需要在線調(diào)整。,隨動(dòng)系統(tǒng)整定步驟,參數(shù)整定：,根據(jù)比值控制方案的不同，按相應(yīng)的系統(tǒng)（單回路

16、、串級(jí)）進(jìn)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(jí)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(dòng)系統(tǒng),3.5,比值控制系統(tǒng)的投運(yùn)與整定,,3.6,比值控制系統(tǒng)的其他問題,,3.6.1,,流量測(cè)量中的壓力、溫度的校正,采用差壓方法測(cè)量氣體流量時(shí)，若實(shí)際工況與設(shè)計(jì)工況的溫度、壓力不一致時(shí)，將會(huì)影響比值精度，需要補(bǔ)償。,在靜態(tài)比值基礎(chǔ)上，要求動(dòng)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。 P78

17、圖3-17， 加入動(dòng)態(tài)補(bǔ)償環(huán)節(jié)Gz(s)，式3-32 理論推導(dǎo) 工程做法，也可以通過閉環(huán)動(dòng)態(tài)特性測(cè)試獲得動(dòng)態(tài)補(bǔ)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(duì)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(bǔ)償環(huán)節(jié) P79 圖3-19,3.6.2,,主、副流量的動(dòng)態(tài)比值問題,3.6.3,,具有邏輯規(guī)律的比值控制,比值控制時(shí)，負(fù)荷變化時(shí)，控制主副流量升降順序——加入邏輯控制（邏輯提量）,

18、例子：,鍋爐燃燒系統(tǒng)，燃料量與空氣量成一定比值,邏輯規(guī)律：,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,圖 鍋爐燃燒過程的具有邏輯規(guī)律的比值控制系統(tǒng),燃料,副流量隨主流量變化，但當(dāng)副流量不足，即閥全開時(shí)仍不能保證比值控制流量時(shí)，一般的控制系統(tǒng)就無能為力了。 采用閥位控制，自動(dòng)解決這個(gè)問題 P80 圖3-22 閥位控制系統(tǒng)（第七章） 通過閥位控制器VC（輸入信號(hào)閥位開度）和選擇器HS 在