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1、第七章实现特殊要求的过程控制系统概要第一节比值控制系统一.概述在工业生产中,常要求两种或多种物料流量成一定比例关系,如果比例关系失调就会影响生产的正常进行和产品质量,浪费原材料,造成环境污染,产生生产事故。如在工业锅炉中,需要自动保持燃料量和空气量成一定比例混合后送入炉膛;在药物生产中,要将药物和注入剂按一定比例混合;在硝酸生产中,氨气和空气的流量要有合适的比例关系。2所谓比值控制就是使一种物料随另一种物料按一定比例变化的控制系统主动物料或主流量:(Q1表示)处于主导地位或在生产中为主要物料或不可控物料从动物料或副流量:(Q2表示)随
2、主流量变化而变化控制目标:Q2/Q1=k3系统结构简单,但主流量Q1是可变的,因而总流量是不固定的,这对于负荷变化大又直接参与化学反应的场合是不适宜的,因总流量的改变会影响化学反应过程当主副流量同时受到扰动时,调节器GC2在克服副流量扰动的同时,又根据新的给定值改变调节阀的开度使主副流量在新数值上保持原设定的比值关系KFC洗涤水丁烯丁烯洗涤塔进料与洗涤水的比值控制系统7优点：1）能克服Q2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）Q1不固定2）Q1+Q2总量不定3）动态比值较差场合：应用较广泛83双闭环比
3、值控制系统GC1(S)Gm2(S)Gm1(S)GO1(S)GV1(S)GC2(S)Q1Q2-GV1(S)K'GO2(S)-X1(S)系统框图可以克服单闭环比值控制系统对主流量不受控制的缺点由一个定值控制的主流量控制回路和一个跟随主流量变化的副流量控制回路组成主流量控制回路克服主流量扰动，实现其定值控制副流量控制回路抑制作用于副回路的干扰；使主副流量都稳定，总物料量也较平稳，但用仪表多，投资较高F1TF2CQ1Q2F2TF1C控制流程图K'给定9F1CF2CK二氧化碳氧气反应器混合●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
4、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10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，用除法器构成的变比值控制系统框图如下实际上,变比值控制系统是一个以第三参数或称以主参数和两个流量比为副参数所组成的比值---串级组合控制系统GC1(S)GC2(S)GV(S)GO2(S)GO1(S)Gm2(S)÷Gm1(S)Gm(S)X(S)Y(S)Q2(S)Q1(S)--4.变比值控制系统系统稳态时,GC1(S)输
5、出不变,主副流量恒定,其比值一定,系统受干扰时,由比值控制回路保证比值一定,但流量已变使主参数偏离了设定值,GC1(S)输出变化,改变了GC2(S)的设定值,亦即改变了两个流量的比值,使系统在新的比值上重新稳定11氧化炉温度串级---比值控制流程图硝酸生产中,氧化炉温度控制要求高(84±5℃),影响温度的主要因素是氨气和空气的比值;温度受到干扰而变化时,采用改变氨气流量来补偿;氧化炉温度为主参数,氨气和空气之比为副参数,是一个串级--比值控制系统F1TF2T÷FCTCTT混合器氧化炉氨气Q1空气Q2给定125.具有逻辑规律的比值控制比
6、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：提量：蒸汽用量P汽空气燃料降量：蒸汽用量P汽燃料空气——保证燃烧完全131.比值系数的计算工艺上的比值K是指两流量的体积流量或重量流量之比仪表的读数为K',是流量比值K的函数,二者一般情况下并不相等,在设计时,必须把K折算成K',用单元组合仪表时,也就是折算成相应的标准统一信号二.比值控制系统设计中特殊问题14(1)流量与测量信号成非线性关系基于节流元件测流量时,Q=C√ΔPC为比例系数当流量从0--Qmax变化
7、时,压差从0--Δpmax变化,变送器的输出为4--20mADC对任何中间流量主流量Q1和副流量Q2对应的输出信号:I1=(Q12/Q21max)×16+4I2=(Q22/Q22max)×16+4生产工艺要求:Q2/Q1=K则K2=Q22/Q12则K2=Q22/Q12=[Q22max(I2-4)]/[Q21max(I1-4)]=K'Q22mAX/Q21maxK'=K2Q21max/Q22max即为仪表的比值系数,是一个常数,只与变送器的最大量程有关,与负荷大小无关15(2)流量与测量信号成线性关系在压差原理测流量的变送器后加了开方器,
8、或直接用转子流量计,涡轮流量计,椭圆齿轮流量计等线性流量计进行测量时,测量信号与流量之间是线性关系,比值系数计算如下:I1'=(Q1/Q1max)×16+4I2'=(Q2/Q2max)×16+4而K=Q2/Q1=[Q2m
