比值控制系统

过程控制系统及工程 信息学院自动化系 孙洪程Email Sunhc 第三章比值控制系统 比值控制系统 3 1概述3 2比值控制系统的类型3 3比值系数的计算3 4比值控制方案的实施3 5比值控制系统的投运与整定3 6比值控制系统的其他问题实验 比值控制系统实验 第3章 3 1 概述 工业过程中 经常需要控制两种或两种以上的物料保持一定的比例关系如 造纸过程中 纸浆和水要成一定的比例关系石化重油气化 重油和氧气量要成一定的比例关系锅炉燃烧 煤气和空气成一定的比例关系 等等 比值控制系统 实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统流量比值较多 流量比值控制系统 主物料 主流量 可测或可控 处于比值控制中的主导地位F1从物料 从流量 可控 一般供应有余 按主物料进行配比F2比值控制系统 要求副流量F2与主流量F1成一定的比值关系 K为流量比值 3 1 概述 比值控制系统 3 1概述3 2比值控制系统的类型3 3比值系数的计算3 4比值控制方案的实施3 5比值控制系统的投运与整定3 6比值控制系统的其他问题实验 比值控制系统实验 第3章 教学进程 3 2 比值控制系统的类型 按结构分类 开环和闭环比值控制系统 按实施方案分类 相乘和相除方案 按比值分类 定比值和变比值控制方案 按控制原理 属于前馈控制系统 3 2 比值控制系统的类型 3 2 1 开环比值控制系统 a 原理图 b 方块图 3 2 1 开环比值控制系统 本质 整个控制系统处于开环状态 F2流量根据F1流量 按比例系数开闭阀门 场合 这种方案应用较少 优点 简单 仪表少 缺点 系统开环 F2波动时比值难以保证 3 2 2 单闭环比值控制系统 在开环比值控制系统的基础上 增加了一个副流量的闭环控制系统 从方块图上看 与串级控制系统的结构相似 只是主参数没有闭环 F2不影响F1主流量变化 改变副流量控制器给定值 随动控制 副流量系统闭环 稳定副流量 定值控制 3 2 2 单闭环比值控制系统 3 2 2 单闭环比值控制系统 优点 1 能克服F2的波动2 结构简单 特别是在主流量参数工艺不能控制的场合实施 3 控制品质提高较多 缺点 1 F1不固定2 F1 F2总量不定3 动态比值较差 场合 应用较广泛 几种物料直接进反应器受到限制 3 2 3 双闭环比值控制系统 在单闭环比值控制系统的基础上 增加了主流量控制回路 3 2 3 双闭环比值控制系统 3 2 3 双闭环比值控制系统 二氧化碳 3 2 4 其他类型的比值控制系统 3 2 4 其他类型的比值控制系统 这实际上是一个以某种指标X为主参数 两物料比值为副参数的串级控制系统 串级比值控制系统 自整配比控制系统 氧化炉 例子 3 2 4 其他类型的比值控制系统 硝酸生产中氧化炉的炉温与氨气 空气比值的串级控制方案 3 2 4 其他类型的比值控制系统 比值控制系统 3 1概述3 2比值控制系统的类型3 3比值系数的计算3 4比值控制方案的实施3 5比值控制系统的投运与整定3 6比值控制系统的其他问题实验 比值控制系统实验 第3章 教学进程 3 3 比值系数的计算 3 3 1 流量与测量信号成线性关系时的计算 工艺上 比值K是指两个物料的流量之比 而比值控制系统的K 一般是仪表的信号之间的比值 电动仪表4 20mA 0 10mA 气动仪表是20 100KPa 信号转换问题 1 DDZ 型仪表 0 Fmax4 20mADC 3 3 1 流量与测量信号成线性关系时的计算 比值系数K 是仪表信号之比 即 F1max是主流量变送器量程上限F2max是副流量变送器量程上限 2 气动单元组合仪表 0 Fmax20 100KPa 对于不同信号范围的仪表 比值系数的计算公式是一样的 3 3 1 流量与测量信号成线性关系时的计算 结论 差压变送器测量流量 流量与差压成开方的关系 DDZ 型仪表 QDZ仪表 比值系数的计算 3 3 2 流量与测量信号成非线性关系时的计算 几点结论 1 流量比值K与比值系数K 是两个不同的概念 不能混淆 2 比值系数K 与K有关 同时也和流量变送器的量程有关 与负荷大小无关 3 注意变送器的流量与测量的线性关系 4 线性测量与非线性测量情况下K 间的关系为 K 非 K 线 2 3 3 2 流量与测量信号成非线性关系时的计算 比值控制系统 3 1概述3 2比值控制系统的类型3 3比值系数的计算3 4比值控制方案的实施3 5比值控制系统的投运与整定3 6比值控制系统的其他问题实验 比值控制系统实验 第3章 教学进程 3 4 比值控制方案的实施 3 4 1 两类实施方案 1 相乘方案 比值运算部件 乘法器 比值器 分流器 比率器 3 4 1 两类实施方案 2 相除方案 3 4 2 比值控制方案实施举例 采用比值器 比率设定系数 比值系数 3 4 2 比值控制方案实施举例 I0 K 16 4由K 计算出I0 再由恒流器给出电流值 K 1 采用电动仪表乘法器 I0 K 16 4由K 计算出I0 再由恒流器给出电流值 采用电动仪表除法器 3 4 2 比值控制方案实施举例 3 4 3 比值控制系统中非线性环节的影响 K正比于静态工作点流量F0F0变化 K变化 影响动态质量 1 测量环节的非线性 流量测量时采用差压变送器时 流量与差压为开方关系 对于0 10mA 解决办法 加入开方器 或通过阀特性补偿 补偿办法 通过对数阀特性补偿 3 4 3 比值控制系统中非线性环节的影响 2 除法器的非线性 除法器本身就是一个非线环节 3 4 4 比值控制系统中的信号匹配问题 仪表本身一般有统一的量程 如0 10mA 4 20mA 0 01 0 1Mpa要尽可能在达到最大量程下进行运算而得到较大的精度 需要合理调整仪表量程 设置一定的系数 仪表的信号匹配 相乘方案 K 接近1时最灵敏 精度最高 比值控制系统 3 1概述3 2比值控制系统的类型3 3比值系数的计算3 4比值控制方案的实施3 5比值控制系统的投运与整定3 6比值控制系统的其他问题实验 比值控制系统实验 第3章 教学进程 3 5 比值控制系统的投运与整定 整定的方法步骤 投运前的准备工作与单回路相同 只是注意比值系数问题 根据比值系数计算方法进行计算时 若采用差压法测流量时 由于非线性问题 比值系数需要在线调整 随动系统整定步骤 参数整定 根据比值控制方案的不同 按相应的系统 单回路 串级 进行整定 双闭环比值主回路 定值系统 变比值主回路 串级系统 单闭环比值 双闭环比值副回路 变比值副回路 随动系统 3 5 比值控制系统的投运与整定 3 6 比值控制系统的其他问题 3 6 1 流量测量中的压力 温度的校正 采用差压方法测量气体流量时 若实际工况与设计工况的温度 压力不一致时 将会影响比值精度 需要补偿 在静态比值基础上 要求动态比值一致 即在外界干扰作用下 主副流量接近同步变化 P78图3 17 加入动态补偿环节Gz s 式3 32理论推导工程做法 也可以通过闭环动态特性测试获得动态补偿环节的传递函数在稳定好副流量控制器参数的基础上 将比值系统投入 对主流量加阶跃干扰 得到副流量控制曲线 做近似处理 可以得到补偿环节P79图3 19 3 6 2 主 副流量的动态比值问题 3 6 3 具有逻辑规律的比值控制 比值控制时 负荷变化时 控制主副流量升降顺序 加入逻辑控制 逻辑提量 例子 锅炉燃烧系统 燃料量与空气量成一定比值 逻辑规律 HS高选器 选高LS低选器 选低 3 6 3 具有逻辑规律的比值控制 图锅炉燃烧过程的具有逻辑规律的比值控制系统 副流量随主流量变化 但当副流量不足 即阀全开时仍不能保证比值控制流量时 一般的控