过程控制-4.4-比值控制系统

1、第四章4.4比值控制系统溶液配制问题溶液配制问题问题：问题：当NaoH用量QB变化时，调整稀释水量QA 以使稀释液NaoH的浓度为68%左右。解决方案解决方案：（1）出口浓度控制；（2）入口流量的比值控制（流量比值 ？）。混合器68% NaoH30% NaoHH2OQAQB一般的比值控制问题一般的比值控制问题要求要求：QA / QB = KAB（比值系数）而QB 为主动流量， QA 为从动量，要求设计一控制系统通过调节QA 以实现上述比值控制目标。后 续装 置物料 B物料 AQBQA比值调节系统的作用：根据生产工艺要求，控制两个或多个工艺参数变量 按照一定的比例变化。典型示例： 1、锅炉燃烧系

2、统：要保持燃料与空气的比例，以保证高效、经济和环保。 2、合成氨生产：氢、氮比例要一定以使生产处于最佳工况。 3、纸机传动系统：各传动系要严格按照一定比例同步升/降速，不断纸。 4、连轧系统 5、配方生产比值调节系统的分类： 1、开环比值控制系统 2、单闭环比值调节系统 3、双闭环比值调节系统 4、变比值控制系统比值控制系统开环比值控制系统应用：1、F1浓度稳定 2、F2压力稳定 3、总量不限主动物料：生产中的主要物料，其信号称之主信号从动物料：与主物料相匹配的物料，或随主物料变化的物料。开环比值控制系统特点： 1、开环系统，F1有检测无控制，F2有控制无检测 2、由于F2无检测无法了解F2/

3、F1的工艺比值 3、阀采用线性 4、结构简单，仪表少单闭环比值控制系统(1) 引入：单闭环控制系统主要解决从动物料压力波动造成的比例失调。 开环比值缺点：不能保证F2=KF1（F2压力变化） (2) 特点： 1、在静态上始终能保证F2=KF1 2、实施方便，容易，比值器，乘法器，除法器，分流器 3、信号连接象串级，副环为随动。 4、主物料不能控制(3) 应用： 1、主物料比较稳定，浓度稳定总量不限 2、应用广泛。单闭环比值控制系统 单闭环比值调节系统的组成原理原理图：方块图：孔板A孔板BFT2FT1比值器FIC1V1管道AAQBQByByAyAPBPFIC1对象AQBQAPBPABByByAy

4、比值器FT1FT2V1双闭环比值控制系统（1）引入 单闭环虽然应用广泛，但存在最大弊病：主物料不能恒定，对物料只检测不控制，生产上有较大波动，而工艺上又不允许，特别是要求总量一定时，就不能满足工艺生产要求。（2）动作过程 1、主物料波动自身调整 2、同时作为从动物料调节器给定值同单闭环 3、从动物料波动自身调整。（3）特点 1、具单闭环特点 2、主从物料各自稳定在给定值上，总量一定 3、提、降负荷容易 4、投资多（4）应用场合 1、主从物料波动频繁，比较大 2、总量一定情况 3、工艺上经常需要改变给定值 4、主从物料浓度稳定 5、仪表多，使用受限制。双闭环比值控制系统双闭环比值控制系统双闭环比

5、值调节系统的组成原理原理图：OBy方块图：AQBQFIC1FT1比值器FT2AOyFIC2OByV2管道BV1管道AByByAyFIC1比值器对象ABByByAyFIC2FT1FT2V1V2二者的区别说明：（1）、在方块图上，单闭环是一个闭环，双 闭环是两个并列的单闭环。（2）、单闭环比值调节系统是B管流量 自由变化，要求A管流量 能积极跟踪；而双闭环比值调节系统则是各自单闭环调节系统稳定，A、B流量保持不变，且成一定比值。（3）、另外，单闭环的 会发生较大变化，引起生产能力变化 。而双闭环 则基本不变。即 不变， 也基本不变，生产能力不变。（4）、单闭环比值调节系统只有一个调节阀；而双闭环比

6、值调节系统则有两个调节阀。（5）、可以和其他复杂调节系统组合。BQAQAQBQAQBQAQBQ单/双闭环比值调节系统的比较变比值控制系统(1)引入：1、定比值系统，其比值系数是固定的，即仪表投运后，K总是保证不变的，但实际生产中，根据工艺要求需改变工业比值，即改变比值系数K，这样定比值系统是不能作到。2、当主从物料浓度变化时，须自动调整，工艺比值，也就是自动修正比值系数，定比值系统也难适应。变比值控制系统当氨气在混当氨气在混合器中含量合器中含量增加增加1%，氧，氧化炉温度将化炉温度将上升上升64.9度。度。氨氧化生成氨氧化生成一氧化氮，一氧化氮，同时放出大同时放出大量的热量。量的热量。稳定氧化

7、炉的关键稳定氧化炉的关键条件是氧化炉温度条件是氧化炉温度主要干扰主要干扰p成分变化是在比值不变情况下改变混合器内氨含成分变化是在比值不变情况下改变混合器内氨含量的直接干扰；量的直接干扰；p进入氧化炉的氨气、空气初始温度；进入氧化炉的氨气、空气初始温度；p进入混合器的氨气、空气的温度、压力变化；进入混合器的氨气、空气的温度、压力变化；p负荷的变化（比值不变，负荷变化，温度变化）；负荷的变化（比值不变，负荷变化，温度变化）；p触媒的活性变化、大气温度、压力变化。触媒的活性变化、大气温度、压力变化。 因此，需要根据温度的变化，适当修正氨气和因此，需要根据温度的变化，适当修正氨气和空气的流量比值，保证

8、氧化炉温度恒定。空气的流量比值，保证氧化炉温度恒定。变比值控制系统(2)动作过程尽管保证主从物料流量F1F2稳定，但主从物料浓度变化，必须修改工艺比值，即修改比值系数K过程： 1、稳定时F1/F2=K，除法器输出为某一定值（比值系数）为测量值 2、从动物料波动自整 3、主参数（变量）变化通过TC输出改变副变量（作为FC给定值），即改变比值系数K1，当稳定时，改变比值系数，保证F2/F1=K1变比值控制系统变比值控制系统(3) 特点： 1、调节质量高，即保证工艺比值系数又保证工艺指标 2、具有串级调节系统的特点和自适应性（鲁棒性） 3、应用仪表多，投资高 4、应用较广泛(4) 应用：应用比较高级

9、控制串级和比值控制组合的系统串级和比值控制混合系统框图串级和比值控制混合系统框图)(1sGC)(1sGV)(01sG)(1sGmK)(2sGC)(2sGV)(02sG)(2sGm)(sL1F2F)(0sG)(sGC)(sR)(sGm比值系数的计算比值系数的计算为信号零点。、为信号上限；、主动流量的测量信号从动流量的测量信号比值系数主动流量从动流量流量比2001max2max110max110120max220212IIIIIIIIIIIIKFFK比值系数的计算1. 流量与测量信号成线性关系的计算22max1max221112max1max1644441644FFFIFKFIFFF2. 流量与测

10、量信号成非线性关系的计算Fkp222222 max1max222221112 max21max1644441644FFFIFKIFFFFmaxmax1ABABQQKK K1FCQAQBIBIA稳态条件稳态条件: IA = K1 IB,max1maxBBAAQQKQQBAABQQK假设流量测量变送环节为线性对象（对于用孔板测量的信号须经开方运算）。比值控制系统的实施-乘法器11K1maxmax211KQQKKBAABK2FCQAQBIBIA稳态条件稳态条件: K2 IA = IB,maxmax2BBAAQQQQKBAABQQK比值控制系统的实施-乘法器11K稳态条件稳态条件: K3 = IA /

11、 IBmaxmaxmaxmax3ABABABBAQQKQQQQKRCIA / IBIBK3QAQBIA存在问题存在问题：物料A的流量回路存在非线性，当物料B的流量减少时，回路增益增大，有可能使系统不稳定，并可能出现“除零”运算。比值控制系统的实施-除法器比值控制系统的实施-除法器特点：1、直观，可随时了解两个流量比值关系2、除法器输出为两个流量比值；3、可以进行远程操纵4、K设置较窄0 K15、用除法器实施存在非线性，小负荷放大系数大，大负荷下小除法器存在的非线性问题除法器存在的非线性问题偿，提高控制质量。非线性进行补成比值控制系统，能对采用除法器组随负荷增大而增大），（放大系数如果过程本身为

12、非线性系统不易稳定。在小负荷时，除法器非线性的引入，控制器由于如果过程为线性，比值. 2. 1除法器非线性的解决方案除法器非线性的解决方案p方法一：采用具有相反特性曲线的对数流量特方法一：采用具有相反特性曲线的对数流量特性的控制阀，能实现部分补偿。因为对数流量性的控制阀，能实现部分补偿。因为对数流量特性控制阀的放大系数是随着负荷的增加而增特性控制阀的放大系数是随着负荷的增加而增加。加。p方法二：当主、副流量均为差压法测量时，主流方法二：当主、副流量均为差压法测量时，主流量加开方器，而副流量不加开方器，量加开方器，而副流量不加开方器，利用副流量利用副流量测量变送的非线性去补偿除法器的非线性测量变

13、送的非线性去补偿除法器的非线性。但此。但此时，主、副流量测量信号一个是线性、一个是非时，主、副流量测量信号一个是线性、一个是非线性，造成比值系数随主流量变化，因此必须采线性，造成比值系数随主流量变化，因此必须采取措施。取措施。补偿是利用二者随流量负荷的增补偿是利用二者随流量负荷的增加一个放大倍数增加，另一个放加一个放大倍数增加，另一个放大倍数下降的原理进行补偿的。大倍数下降的原理进行补偿的。除法器非线性的解决方案除法器非线性的解决方案比值控制器比值控制器控制阀控制阀流量对象流量对象测量变送测量变送1测量变送测量变送2除法器除法器F2F1I1I2I0开方器开方器Kp由于主、副流量测量信号一个是线

14、性、一个是非线性，由于主、副流量测量信号一个是线性、一个是非线性，造成各工作点比值系数变化，因此，必须保证给定值也造成各工作点比值系数变化，因此，必须保证给定值也随随F1的变化而变化，确保给定与反馈的差值一定。的变化而变化，确保给定与反馈的差值一定。除法器非线性的解决方案除法器非线性的解决方案比值控制系统的投运及整定l单闭环比值调节系统： 比值器为工业要求的比值即 ；（要求 ， ）调节器1按单回路调节算法参数整定法进行。KQQBAAQKyAABBQKy Bl双闭环比值调节系统： 调节器2、调节器1均按单回路调节算法参数整定法进行；BAQQK（要求 ， ）比值器AQKyAABBQKy Bl变比值

15、调节系统： 按串级整定。 2、若变送器1、变送器2均为差压变速器，即 ，注：1、以上设变送器1、变送器2均为差压流量变速器，即 ，AQKyAA则 BBQKy BBAyyK2AQKyAA2BBBQKy 则 。BBAAKyKyK 比值控制系统的投运及整定1关于开方器的选用在差压法测量流量时，测量信号与流量之间关系（1）未加开方器在工作点F = F0 时，放大倍数为：K = 1/F1max2F0,差压法测量流量时，其静态放大系数，是随负荷变化而变化，F1K造成系统不稳定，影响动态品质（2）开方后：在工作点F = F0 时，放大倍数为：K = 1/F1max,与工作点无关*结论：在负荷变化较大时，或控制精度较高时必须加开方器比值调节系统的注意事项2逻辑提量问题在比值系统中，为使两个流量在提降负荷时保持某种逻辑关系，而设计逻辑提量比值系统。例：如天然气、水蒸气、空气比值系统：正常维持3：1，但在提降负荷时，应保证某种关系（保证不析碳）提量原料气（天然气）时，先提蒸汽，避免析碳（但消耗蒸汽）减量时，先减原料气，后减蒸汽。比值调节系统的注意事项比值调节系统的注意事项逻辑实现：正常蒸汽为主物料，天然气为从动物料