武汉理工大学过程控制下.ppt

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1、7.4比值控制系统生产过程中，经常需要几种物料的流量保持一定的比例关系。例如，在锅炉的燃烧系统中，要保持燃料和空气量的一定比例，以保证燃烧的经济性。定义：实现两个或多个参数符合一定比例关系的控制系统，称为比值控制系统。例如要实现两种物料的比例关系，则表示为：Q2=KQ1其中：K—比值系数；Q1—主流量；Q2—副流量。7.4.1比值控制系统的种类1.开环比值控制系统如图Q1是主流量，Q2是副流量。流量变送器FT检测主物料流量Q1；由控制器FC及安装在从物料管道上的阀门来控制副流量Q2。FTFCQ1Q2此控制方案的优点是结构简单、成本低。缺点是无抗干扰能力，当副流管线压力等改变时，不能

2、保证所要求的比值。控制目标：Q2＝KQ12.单闭环比值控制系统为了克服开环比值控制的不足，在开环比值控制的基础上，增加对副流量的闭环控制。特点：对Q2进行闭环控制，比值控制精度提高。控制目标：Q2=KQ1对Q1只测量、不控制。Q1变化，Q2跟着变化，总流量不稳定。F1TQ1Q2KF2TF2C3.双闭环比值控制系统为了克服单闭环比值控制中主流量不受控制的缺点，增加了主流量控制回路。特点：Q1是主流量，Q2是副流量。两个流量都可控，因此总流量稳定。F1TQ1Q2F1CF2TF2CK有两个闭环控制回路，用比值器联系。控制目标：Q2=KQ14．变比值控制系统以上介绍的都是定比值控制系统。在

3、有些生产过程中，要求两种物料流量的比值随第三个工艺参数的需要而变化，为满足这种工艺的要求，就出现了变比值控制系统。例如，变换炉工艺中，煤气与水蒸气（5~8倍）在触媒的催化下，转化成二氧化碳和氢气。温度越高转化率越高，但温度过高会影响触媒寿命。如果根据触媒层的温度调节其比例系数，就能保持最佳的触媒温度和最高的转化率。F1TF2TTT转化气温度控制器TC根据触媒的实际温度与给定温度的偏差，计算流量比值的给定值。除法器算出蒸汽与煤气流量的实际比值，输入到流量控制器FC。最后通过调整蒸汽量（改变蒸汽与半水煤气的比值）来使变换炉触媒层的温度恒定在给定值上。图7.23变比值控制系统框图Gc2(

4、s)Y(s)+Gv2(s)G02(s)G0(s)Gc1(s)X(s)Gm(s)Q1(s)Q2(s)Gm2(s)Gm1(s)÷+K'Kr'__应当注意，在变比值控制系统中，流量比值只是一种控制手段，不是最终目的，而第三参数（如本例中温度）往往是主要被控参数。7.4.2比值控制系统的设计与参数整定1．比值控制系统设计1）主流量、副流量的确定原则：①生产中起主导作用的物料流量，一般选为主流量，其余的物料流量跟随其变化，为副流量。②工艺上不可控的物料流量，一般选为主流量。③成本较昂贵的物料流量一般选为主流量。④当生产工艺有特殊要求时，主、副物料流量的确定应服从工艺需要。2）控制方案的选择控

5、制方案选择应根据不同的生产要求确定，同时兼顾经济性原则。①如果工艺上仅要求两物料流量之比值一定，而对总流量无要求，可用单闭环比值控制方案。②如果主、副流量的扰动频繁，而工艺要求主、副物料总流量恒定的生产过程，可用双闭环比值控制方案。③当生产工艺要求两种物料流量的比值要随着第三参数的需要进行调节时，可用变比值控制方案。3）调节器控制规律的确定比值控制系统中，调节器的控制规律是根据控制方案和控制要求而定。F1TQ1Q2KF2TF2C在单闭环比值控制系统中，比值器K起比值计算作用，若用调节器实现，则选P调节；调节器F2C使副流量稳定，为保证控制精度可选PI调节。PPI双闭环比值控制不仅要

6、求两流量保持恒定的比值关系，而且主、副流量均要实现定值控制，所以两个调节器均应选PI调节；比值器选P调节。F1TQ1Q2F1CF2TF2CKPIPIP4）正确选择流量计及其量程各种流量计都有一定的适用范围（一般正常流量选在满量程的70％左右），必须正确地选择和使用，可参考有关设计资料、产品手册。5）比值系数的计算工艺规定的流量（或质量）比值K不能直接作为仪表比值使用，必须根据仪表的量程转换成仪表的比值系数K’后才能进行比值设定。变送器的转换特性不同，比值系数K’的计算公式不同。（l）流量与测量信号之间成线性关系如果Q1的流量计测量范围为0～Q1max、Q2的流量计测量范围为0～Q2

7、max，则变送器输出电流信号和流量之间的关系如下：因代入工艺比值公式：得换算公式：而仪表比值公式：（2）流量与测量信号之间成非线性关系利用节流原理测流量时，流量计输出信号与流量的平方成正比：∆I=CQ2代入工艺比值公式：得换算公式：则7.4.2.2比值控制系统的实施与参数整定1）比值系数的实现比值系统的实现有相乘和相除二种方法。在工程上可采用比值器、乘法器、除法器等仪表实现；用计算机控制时，通过比例、乘、除运算程序实现。2）比值控制系统的参数整定比值系统的主流量回路，