比值控制系统的参数整定.ppt

比率控制系统在内容进料生产过程中经常以一定比例混合2种以上材料后，要求参加化学反应，节约反应安全、充分、能源，提出了比率控制。 本章重点阐述比率控制的一般结构类型、比率系数的计算、比率控制方案的实施、实施中的问题和比率控制的出厂和调整的步骤。 5.1概述在工业生产过程中，两种以上的材料需要以一定比例混合或反应。 比例一旦崩溃，就会影响生产的正常进行，影响产品质量，浪费原料，消耗动力，造成环境污染，造成生产事故。 最常见的是燃烧过程，燃料和空气保持一定的比例关系，在满足生产和环境保护要求的造纸中，浓纸浆和水必须以一定比例混合，不能制造合格纸浆的许多化学反应的大量供给必须保持一定比例。 因此，两种以上的材料量自动地维持一定的比例关系，实现某个控制目的的控制系统被称为比率控制系统。 比率控制系统是控制两种材料流量比率的控制系统，一种材料需要随着另一种材料流量的变化。 需要维持比例关系的两个项目中，一个项目处于主导地位，这种项目称为主动量(或主项目)，用表示的另一个项目以一定比例变化，称为从量(或从量)，用表示。 因为主、从品种都是流量参数，所以也称为主流量和副流量。 例如，在燃烧过程的比率控制系统中，随着燃料量增加或减少，空气流量也增加或减少，所以燃料量为能量，空气量为从量。 比率控制是通过实现从量与主动量的对应比率关系，满足关系式，(5-1)，式中，k是从量与主动量的比率。 由此，在比率控制系统中，从量是随着能量量的变化的材料流量，因此比率控制系统实际上是从量控制系统。 根据5.2比率控制的类型，比率控制可以分为单环、双环、比率控制三种结构类型。 从控制原理来看，比控制系统属于前馈控制系统。 开环比控制系统是最简单的比控制系统。 如果F2因线两端的压力变动而变化，则系统无法控制，难以保证F2和F1的比率关系。 即，开环比控制系统仅适用于对来自具有从量的管线的干扰没有抗噪声能力，从量相对稳定，比的要求低的情况。 在实际的生产过程中，对F2的干扰大多是不可避免的，因此在生产中很少采用开环比控制系统。 通常在工业生产过程中采用闭环比控制系统。 为了调节从量，从量必须构成闭环，所以可以根据能动量是否构成闭环，分为单闭环比控制系统和双闭环比控制系统。 如果比率k来自另一控制器，即主项目和子项目的流量比率不是固定值，则比率控制系统是比率控制系统。 5.2.1单闭环比控制系统、单闭环比控制系统基于开环比控制系统，从运动量上添加了闭环控制系统，以克服开环比控制方案的不足。 与图5.2单闭环比控制系统、串行控制系统有什么不同？ 在稳定状态下，主、副流量满足工艺要求之比，F2/F1=K。 当主流量变化时，主流量信号F1经由振荡器发送到比率计算装置(通常是乘法器或比率器)，比率计算装置以预先设定的比率使输出成比例地变化，即使副流量控制器的设定值成比例地变化，副流量闭环系统是追踪控制系统，所以使F2追随F1如果主流量不变，副流量因自己的干扰而变化，则副流量闭环系统相当于定值控制系统，通过自己的控制克服干扰，过程所需的流量比不变。 如图5.3所示，是单闭环比控制系统的例子。 丁烯清洗塔的作用是用水除去夹在丁烯馏分中的微量乙腈。 为了保证洗涤质量，要求根据供给流量配合一定比例的洗涤水量。 也就是说，单闭环比控制系统不仅能够使从动动量的流量随着活动量的变化而变化，还能够实现主动、从动动量的正确流量比，克服进入从动动量控制电路的干扰的影响。 因此，其主从动量比率比较准确，优于开环比率控制系统的控制质量。 单闭环比控制系统的结构形式简单。 增加的仪表投资少，实施方便，但控制质量大幅度提高，因此大量应用于生产过程的控制，特别适合主材料在过程中不允许控制的情况。 图5.3丁烯洗涤塔的供给和洗涤水的比率控制、单闭环比率控制系统中，两种材料的比率是一定的，但能量量没有控制，因此总材料量(即生产负荷)不一定，负荷的变化幅度大-材料直接去化学反应器时不适合。 由于负荷的变动反应不完全，反应放出的热不能马上被夺走等，对反应带来一定的影响，有可能导致事故。 另外，该方案也不适用于严格要求动态比的情况。 由于该方案的能力量不一定，所以如果能力量变动较大，则从量与控制器的设定值的偏差变大，即，在此期间，从量的比率大大偏离过程请求的流量比，即，不能保证动态的比率。 5.2.2双闭环比控制系统、双闭环比控制系统不受单闭环比控制系统的能动量控制，是为了克服生产负荷在大范围内变动的不足而设计的。 在还需要控制能移动量的情况下，添加能移动量控制电路时，单闭环比控制系统成为双闭环比控制系统。 图5.4双闭环比控制系统，如图5.5所示，是某溶剂工厂生产中采用的二氧化碳和氧流量的双闭环比控制系统的例子。 双闭环比控制系统在能移动量控制电路的存在下实现了对能移动量的定值控制，大大克服了主流量干扰的影响，使主流量比较平稳，用比控制副流量也比较平稳。 这不仅实现了比较准确的流量比，而且保证两种材料的总流量(即生产负荷)稳定，是双闭环比控制的主要优点。 图5.5二氧化碳和氧气流量的双闭比控制系统，双闭比控制的另一个优点是升降负荷很方便，只要慢慢改变活动量控制器的设定值，就能够升降活动量，同时从动量也能自动跟踪升降，不改变两者的比但是，双闭环比控制方案多使用仪表，投资高，而且投寄也很麻烦，所以如果没有以上的控制要求，可以采用两个单独的单环路值控制系统，分别稳定主、副流量，也可以使两种材料的比例关系保持一定这样的投资可以节省一台比率装置，而且两个单环路流量控制系统在操作上也很方便。 采用双闭环比控制方式时，为了防止谐振，必须尽可能保证输出不周期性变化。 5.2.3变比控制，前面介绍的两个控制都属于定比控制，控制的目的是保持主、从属材料的比关系恒定。 但是，在一些化学反应过程中，要求两种材料的比例能够根据第三变量的需求灵活调整，出现了比例控制系统。 在生产上，保持流量比一定，不是控制的最终目的，只是保证产品质量的一种手段。定比控制方案只能克服流量方面的干扰对比的影响，系统中存在流量干扰以外的干扰(温度、压力、成分、反应器的催化活性变化等干扰)时，为了保证产品质量，必须适当地修改两材料的比，即必须重新设定比系数。 这些干扰往往是随机的，干扰的大小也各不相同，显然不能用人工的方法经常修正比率系数，比率控制系统也是无力的。 因此，出现了按照一定的过程指标自行修正比率系数的比率控制系统。 如图5.6所示，是由除法器构成的可变比控制系统。 另外，图5.6可变比控制系统，由图可知，可变比控制系统是根据其他控制器的输出而变化的比较控制系统。 其结构是串行控制系统和比率控制系统的结合。 因为这是实质上以某一质量指标为主变量、以两个材料比率为副变量的串行控制系统，所以也称为串行比率控制系统。 因此，在可变比控制系统中，流量比是控制手段，其最终目的是保证表现产品质量指标的主要被控制变量是恒定的。 以图5.7所示的硝酸生产中氧化炉的炉温和氨/空气比构成的串行比控制方案为例，说明了比控制系统的应用。 图5.7氧化炉温度和氨气/空气串联比的控制系统，在变化比的控制方案中，选定的第三参数主要是测定质量的最终指标，流量间的比只是参考指标和控制手段。 因此，在选择可变比控制的情况下，只要不考虑作为测定质量指标的第三参数是否能够进行连续的测定变更，就不能实施系统。 由于第三参数具有自动补偿比率的优点，随着质检仪表的发展，比率控制越来越有可能应用于生产。 另外，上述的比例变化控制方式通过除法器来实现，实际上，也可以通过乘法器等的其它运算装置来实现。 此外，从系统的结构来看，上述例子是单闭环变比值控制系统，如果需要过程控制，还可以构成双闭环变比值控制系统。 5.3比率系数的计算，这里，需要区分流量比率k和仪表中设置的比率系数k。 过程中规定的比率是两种材料的(质量和体积)流量的比，但是现在通用的仪表使用统一的标准信号(例如，电表使用010mA和420mA的直流电流信号，气压计使用20100kPa的气压信号等)。 因此，如果不将过程规定的流量比k换算为计测信号的比系数k，就无法进行比设定。 比系数的换算方法根据流量和测量信号之间是否有线性关系而不同。 5.3.1流量与测量信号呈线性关系时的换算为，使用转子流量计、涡轮流量计、椭圆齿轮流量计或开路侧的差压变送器测量流量时，流量信号与测量信号呈线性关系。 其次，以图5.8所示的单闭环比控制系统为例，研究采用ddz-型、ddz-型和空气表时的比系数的换算方法。 使用图5.8带分散压变送器的比率控制系统，1 .信号范围为420mADC的DDZ-型仪表，流量从0变化到最大值时，如果与变送器对应的输出为420mADC，则与流量的任意一个中间值f对应的输出电流为、(5-2) 由式(5-3)处理所要求的流量比率为，(5-4)，因此能够换算成仪表的比率系数为，(5-5)，式中，式中，式中F2max子流量变送器的范围上限I1主流量的测定信号值I2子流量的测定信号值。2 .信号范围为010mADC的DDZ-型仪表在流量从0变化为最大值Fmax时，如果与变送器对应的输出为010mADC，则与流量的任意一个中间值f对应的输出电流为、(5-6)、因此根据式(5-7)要求处理F2max子流量变送器的范围上限I1主流量的测量信号值I2子流量的测量信号值。 3 .使用信号范围为20100kPa的气表，流量从0变化为最大值时，与变送器对应的输出为20100kPa，变送器的转换关系为，(5-10 )，仪表的比系数为，(5-11 )，(5-11 )，式(5-12 )，式中F2max子流量变送器的范围上限p1的主流量的测量信号值p2子流量的测量信号值。 对于不同信号范围的仪表，可知比率系数的计算公式一致。 也就是说，、5.3.2流量与测量信号处于非线性关系时的换算，如果使用差压式流量计测量流量，未进行开放处理，则单闭环比率控制系统如图5.9所示构成。 流量和差压的非线性关系为，(5-14 )，式中，c是差压式流量计的比例系数。 在没有图5.9色散压发生器的比控制系统中，此时，对于不同信号范围的仪表，测量信号和流量的转换关系如下。 以010mADC的ddz-型电动仪表：(5-15 )，420mADC的ddz-型电动仪表：(5-16 )，20100kPa的空气仪表：(5-17 )信号范围为420mADC的ddz-型电动仪表为例这说明比系数的换算方法与仪表的结构形式无关，只与测定的方法有关。 对流量和测量信号的关系和信号范围不同的仪表导出比率系数的计算公式，可以得到以下结论。 (1)流量比k和比系数k是两个不同的概念，不可混淆(2)比系数k的大小与流量比k有关，也与变送器的范围有关，但与负载的大小无关(3)流量与测量信号之间有非线性关系直接影响计算式，线性关系的情况下仪表的信号范围不同和起点是否为零不会影响计算式，(4)线性测量和非线性测量(平方根关系)的情况下，之间的关系为5.4比例控制系统的实施，比例控制系统有单环、双环、比例值等多种类型，各自的类型为但是，基本上是用什么样的方法来实现主、副流量的比运算呢？ 分析所有的比控制系统，其计算公式分为乘法和除法两种，具体实施分为乘法和除法两种。 5.4.1两种实施方案，比率控制有两种实现方案。 F1的测量值乘以比k后，作为F2流量控制器的设定值，称为乘法方案。 F2和F1的测量值相除后，作为比控制器的测量值被称为除法方案。 1 .乘法方案是使用乘法方案实现单闭环比控制的方案，如图5.10所示。 另外，图5.10乘法方案，图中“”(乘法符号)表示乘法器。 比率控制系统的设计任务是用过程要求的流量比率k正确地设定图中仪表的比率系数k。 在该图所示的乘法方式中，由于差压变送器之后有开路器，所以流量信号与测量信号呈线性关系，计量器的比系数k用式(5-13 )计算。图5.11除法方式的乘法装置，如果使用气表来实施，则能够采用比例器、分配器及乘法器等的ddz -型计量器来实施，如果用具有分流和乘法器的ddz -型计量器来实施，则能够对具有比较器和乘法器等的可编程控制器和其他计算机进行控制如果比率为常数，则上述现有的仪表可适用的k为变量(可变比控制)的情况下，必须采用乘法器，但是在这种情况下，只要将比设定信号切换为第三参数即可。 2 .除法方案的应用除法方案在图5.11中示出，其中“”(除法符号)表示除法器。 显然是单电路控制系统，但控制器的测定值和设定值是流量信号的比，而不是流