第3章 比值控制系统

过程控制工程第3章比值控制系统第6课ProcessControlEngineering北京化工大学信息科学与技术学院自动化系宿翀比值控制系统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3.1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，流量比值控制系统教学进程主物料/主流量：

处于比值控制中的主导地位F1从物料/从流量：

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概述教学进程比值控制系统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3.2.1开环比值控制系统(a)原理图FCF1F2教学进程(b)方块图3.2.1开环比值控制系统控制器控制阀对象F2测量变送F1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教学进程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

KF1F2FC教学进程

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

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控制器控制阀对象F2测量变送F1

K测量变送教学进程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。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丁烯洗涤塔进料与洗涤水的比值控制系统例子：KFC洗涤水丁烯教学进程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

F1CF1F2F2CK教学进程Gc1Gv1Gp1F1F2

KGm1GC2Gv2Gp2Gm23.2.3双闭环比值控制系统教学进程3.2.3双闭环比值控制系统●由于主流量控制回路的存在，实现了主流量定值控制，克服了对主流量的干扰的影响●另一个优点是，提升主负荷比较容易，缓慢改变主控制器的给定值。●缺点：使用的仪表较多，另外，若主副回路工作频率相近时，容易产生共振

F1CF2CK二氧化碳氧气反应器混合例子：教学进程3.2.4其他类型的比值控制系统（1）变比值控制系统定比值控制方案只能克服流量干扰对比值的影响，当其它参数存在对比值系数的扰动时，必须时时修正比值系数，变比值控制

XCF1F2FfC÷教学进程主控制器比值控制器控制阀流量对象主对象测量变送测量变送测量变送除法器F1F2X3.2.4其他类型的比值控制系统XCF1F2FfC÷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、自整配比控制系统教学进程氧化炉例子：3.2.4其他类型的比值控制系统TCFfC÷空气氧化炉预热氨气混合教学进程3.2.4（2）串级和比值控制组合的系统

动态比值控制其他类型的比值控制系统F1F2KF1CF2CLC(a)F1F2KF1CF2CLC(b)教学进程比值控制系统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’一般是仪表的信号单位的比值，电动仪表4~20mA,气动仪表是20~100KPa，信号转换问题。（1）DDZ-Ⅲ型仪表0~Fmax4~20mADC教学进程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

教学进程（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：教学进程

差压变送器测量流量，流量与差压成开方的关系DDZⅢ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教学进程几点结论：（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（3）注意变送器的流量与测量的线性关系3.3.2流量与测量信号成非线性关系时的计算教学进程比值控制系统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×FCF1F2比值运算部件：乘法器、比值器、分流器、比率器教学进程3.4.1两类实施方案（2）相除方案FfC÷教学进程3.4.2比值控制方案实施举例

控制器控制阀流量对象测量变送2测量变送1乘法器I0I'1I1F2F1I0=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教学进程

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FC×XCI1I2I3教学进程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，或通过阀特性补偿教学进程补偿办法：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比值控制器控制阀流量对象测量变送2除法器测量变送1开方器KF2F1教学进程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。如：K=F2/F1=2：1若：F2：0~100m3/hI2：4~20mAF1：0~50m3/hI1：4~20mA则：I2、I1都满量程变化若：F2：0~100m3/h，则：I2：4~12mA(k=1:1)教学进程3.4.4比值控制系统中的信号匹配问题相乘方案：K’接近1时最灵敏，精度最高教学进程比值控制系统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。教学进程随动系统整定步骤，P107

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教学进程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。

P108式3-31

教学进程在静态比值基础上，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。

P109图3-18，加入动态补偿环节Gz(s)，式3-35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,P110图3-203.6.2主、副流量的动态比值问题教学进程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蒸汽用量逻辑规律：提量：P汽空气燃料降量：蒸汽用量P汽燃料空气

——保证燃烧完全教学进程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PCHSLSF2CF1CK提量P汽空气量燃料降量燃料空气图3-20锅炉燃烧过程的具有逻辑规律的比值控制系统IPHSP汽IPLS空气燃料IPI1I2教学进程

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，一般的控制系统就无能为力了。

采用阀位控