5比值控制系统 (2)(精品)

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,过程控制,Process Control,上篇 过程控制系统,第,5,章 比值控制系统,1,本章要点,比值控制系统的概念,比值控制系统的,类型,比值控制系统的,设计与整定,比值控制系统的应用,本章学习目标,掌握比值控制系统的基本概念及作用,理解比值控制系统的类型及结构特点,掌握比值控制系统的设计及应用方法,了解,比值控制系统的整定要求与,方法,2,第,5,章 比值控制系统,5.1,比值控制系统概述,5.2,比值控制系统的类型,5.3,比值控制系统的设计,5.4,比值控制系统的整定,5.5,比值控制系统应用实例,5.1,比值控制系统概述,在现代工业生产过程中，工艺上常需要两种或,两种以上的物料流量保持一定的比例关系，一旦比,例失调，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，甚至产生生,产事故。,实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的,控制系统，称为,比值控制系统,。通常以保持两种或,几种物料的,流量,为一定比例关系的系统，称之为,流,量比值控制系统,。,第,5,章 比值控制系统,5.1,比值控制系统概述,随动控制，有前馈特性,主物料,处于主导地位的物料。主动量,/,主流量，用,F,1,表示,从物料,按主物料进行配比，在控制过程中随主物料而变化。,从动量,/,副流量，用,F,2,表示,比值控制系统就是要实现副流量,F,2,与主流量,F,1,成一定的比值,关系，满足如下关系式：,第,5,章 比值控制系统,5.1,比值控制系统概述,5.2.1,开环比值控制系统,5.2,比值控制系统的类型,开环比值控制系统是,最简单,的比值控制方案,.,（,a,）原理图 （,b,）方块图,对副流量,F,2,本身无抗干扰能力，只能适用于副流量较平稳且,比值要求不高的场合。,生产上很少采用,第,5,章 比值控制系统,5.2,比值控制系统的类型,5.2.2,单闭环比值控制系统,（,a,）原理图 （,b,）方块图,在开环比值控制系统的基础上加一个副流量的闭环控制系统。,在稳定状态下，主、副流量满足工艺要求的比值，,F,2,/F,1,K,。,第,5,章 比值控制系统,5.2,比值控制系统的类型,单闭环比值控制系统的特点：,单闭环比值控制系统的优点是它,不但能实现副流量跟随,主流量的变化而变化,，而且可以,克服副流量本身干扰对比值,的影响,，因此主副流量的比值较为精确。它结构形式较简单，,实施起来亦较方便，所以得到广泛的应用，尤其适,用于主物,料在工艺上不允许进行控制的场合。,单闭环比值控制系统虽然两物料比值一定，但由于主流,量是不受控制的，所以,总物料是不固定的,，这对于负荷变化,幅度大，物料又直接去化学反应器的场合是不适合的。此外，,这种方案对于严格要求动态比值的场合也是不适应的。,第,5,章 比值控制系统,5.2,比值控制系统的类型,单闭环比值控制系统实例：,丁烯洗涤塔的任务是用水,除去丁烯馏分所夹带的微,量乙腈。为了保证洗涤质,量，要求根据进料流量配,以一定比例的洗涤水量。,第,5,章 比值控制系统,5.2,比值控制系统的类型,思考题,1,、串级控制主副回路控制器的正反作用选择方法,2,、,串级控制参数整定方法有哪些？,3,、,比值控制系统。,10,5.2.3,双闭环比值控制系统,（,a,）原理图 （,b,）方块图,第,5,章 比值控制系统,5.2,比值控制系统的类型,双闭环比值控制系统的特点：,（,1,）,不仅实现了比较,精确的流量比值,，而且也确保了,两物料,总量基本不变,。,这种方案常适用于,主流量干扰频繁,及,工艺上不允许负荷有较大,波动,或,工艺上经常需要提降负荷,的场合。,（,2,）,提降负荷比较方便,，只要缓慢地改变主流量调节器的给,定值，就可以提降主流量，同时副流量也就自动跟踪提降，并,保持两者比值不变。,第,5,章 比值控制系统,5.2,比值控制系统的类型,双闭环比值控制系统实例：,某溶剂厂生产中采用的二氧化碳与氧气流量的双闭环比值控制系统,采用双闭环比值控制方案时，,为防止共振的产生，对主流量,控制器的参数整定，应尽量保,证其输出为非周期变化。,注意：,第,5,章 比值控制系统,5.2,比值控制系统的类型,5.2.4,变比值控制系统,按照一定工艺指标,自行修正比值,系数。,用除法器组成的变比值控制系统：,它实质上是一个以某种质量指标,X,为主参数，两物料比值为,副参数的串级控制系统，所以也称,串级比值控制系统,。,第,5,章 比值控制系统,5.2,比值控制系统的类型,变比值控制系统实例：,氧化炉是硝酸生产中的关键,设备，原料氨气和空气在混,和器内混合后经预热进入氧,化炉，氨氧化生成一氧化氮,气体，同时放出大量的热量。,稳定氧化炉操作的关键条件,是反应温度，因此氧化炉温,度可以间接表征氧化生产的,质量指标。,氧化炉温度对氨气,/,空气串级比值控制系统,第,5,章 比值控制系统,5.2,比值控制系统的类型,5.2.5,串级和比值控制组合的系统,(,定比值控制）,副流量的变化滞后于主流量，,即动态比值不能得到保证。,主、副流量控制回路对液面调节器的,动态响应基本一致，以保持动态比值。,第,5,章 比值控制系统,5.2,比值控制系统的类型,5.2.6,具有逻辑关系的比值控制系统,在生产过程中，有时工艺上不但要求物料量成一定的比例，,而且要求在负荷变化时，它们的提、降量有一定的先后次序。,锅炉燃烧过程带逻辑规律的串级比值控制系统,串级副对象,:,副调节器,FC,:,FC,为反作用,调节阀,:,串级主对象,:,主调节器,PC:,PC,为反作用,反作用,气开阀,反作用,气开阀,反作用,第,5,章 比值控制系统,5.2,比值控制系统的类型,工作过程,:,1.,正常工况（,稳态,）时,HS,LS,不起作用,2.,当系统提量时（,蒸汽压力减小,）,3.,当系统降量时（,蒸汽压力增加,）,锅炉燃烧过程带逻辑规律,的串级比值控制系统,第,5,章 比值控制系统,5.2,比值控制系统的类型,5.3.1,主、副流量的确定,5.3.2,控制方案的选择,5.3.3,调节器控制规律的确定,5.3.4,流量变送器的选用,5.3.5,比值系数的计算,5.3.6,比值控制系统中的非线性补偿,5.3.7,比值控制系统中的动态补偿,5.3.8,比值控制系统的实现,5.3,比值控制系统的设计,第,5,章 比值控制系统,5.3,比值控制系统的设计,5.3.1,主、副流量的确定,原则：,(1),在生产中起,主导作用,的物料流量，一般选为,主流量,，其余的,物料流量以它为准，跟随其变化而变化，则为副流量。,(2),在生产过程中,不可控的物料流量,，一般选为,主流量,，而可控,物料流量作为副流量。,(3),在可能的情况下，选择,流量较小的物料作为副流量,，这样，,调节阀可以选得小一些，控制较灵活。,(4),在生产中,较昂贵的物料流量可选为主流量,，或者工艺上,不允,许控制的物料流量作为主流量,，这样可以不造成浪费或者可,以提高产量。,(5),当生产工艺有特殊要求时，主、副物料流量的确定应,服从工,艺要求,。,第,5,章 比值控制系统,5.3,比值控制系统的设计,5.3.2,控制方案的选择,控制方案选择应根据不同的生产要求进行具体分析而定，,同时还需考虑经济性原则。,单闭环比值控制：,如果工艺上仅要求两物料流量之,比值一定,，,负荷变化不大,，而,对总流量变化无要求,，则可选择此控制方案。,双闭环比值控制：,如在生产过程中，主、副流量的,扰动频繁,，,负荷变化较大,，,同时要保证主、副物料总量恒定,，则可选用。,变比值控制方案：,当生产要求两种物料流量的比值,能灵活地随,第三参数的需要进行调节时,，则可选择此方案。,第,5,章 比值控制系统,5.3,比值控制系统的设计,5.3.3,调节器控制规律的确定,单闭环比值控制系统：,比值器仅起比值计算作用，若用,调节器，应选,P,控制规律；单闭环中的调节器起比值控制,作用和使副流量相对稳定，故应选,PI,控制规律。,双闭环比值控制系统：,两流量不仅要保持恒定的比值，而,且主流量要实现定值控制，其结果是副流量的设定值也是,恒定的，所以两个调节器均应选,PI,控制规律。,变比值控制系统：,又可称为串级比值控制系统，它具有串,级控制系统的一些特点，仿效串级控制系统调节器控制规,律的选择原则，主调节器选,PI,或,PID,控制规律，副调节器,选用,P,控制规律。,第,5,章 比值控制系统,5.3,比值控制系统的设计,5.3.4,流量变送器的选用,流量测量是比值控制的,基础,。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,正确选择使用。变送器的零点及量程的调整都是十分重要,的，具体选用时可参考有关设计资料手册。,第,5,章 比值控制系统,5.3,比值控制系统的设计,差压式流量计是测量气体、液体和蒸汽的最常用仪表。对于温度、压力变化较大，控制要求又较高的场合，应增加温度压力补偿装置。,温度、压力校正公式,T,n,、,P,n,、,P,n,设计条件下被测介质的绝对温度、绝对压力和压差；,T,1,、,P,1,、,P,1,工作条件下被测介质的绝对温度、绝对压力和压差。,5.3.5,比值系数的计算,比值控制是解决物料量之间的比例关系，工艺上规定的,比值,K,是指两物料的流量比（体积或重量），而目前通用的,仪表有它使用的统一信号。如电动仪表是,0-10mA,或,4-20mA,直流电流，气动仪表是,20-100kPa,气压等。因此必须把工艺,规定的流量比,K,换算成仪表信号之间的比值系数,K,才能进行,比值设定。,第,5,章 比值控制系统,5.3,比值控制系统的设计,思考题,1,、双闭环比值控制系统有什么特点？适用于那些场合？,2,、,变比值控制系统与串级和比值组合控制系统有什么不同？,3,、,在什么情况下需要用到具有逻辑关系的比值控制系统？,4,、比值控制系统中主副流量如何确定？,25,1.,流量与测量信号成线性关系,（,a,）信号范围为,420mADC,的电动仪表,而比值系数,K,为仪表信号之比,即,流量：,0,F,max,时，变送器输出信号：,420mADC,。,流量的任一中间值,F,1,或,F,2,所对应的输出电流信号为,生产工艺要求,第,5,章 比值控制系统,5.3,比值控制系统的设计,Ax=(Am-A0)(Nx-N0)/(Nm-N0)+A0,Ax,I,Am=,Im,=20,A0=I0=4,Nx,=F,Nm=,Fmax,N0=F0=0,1.,流量与测量信号成线性关系,（,b,）信号范围为,20100kPa,的气动仪表,变送器的转换系数为：,比值系数,K,为,:,第,5,章 比值控制系统,5.3,比值控制系统的设计,Ax=(Am-A0)(Nx-N0)/(Nm-N0)+A0,Ax,p,Am=pm=100,A0=p0=20,Nx,=F,Nm=,Fmax,N0=F0=0,当流量与测量信号成线性关系时,对于不同,信号范围的仪表,比值系数的计算式是一致的。,结论,第,5,章 比值控制系统,5.3,比值控制系统的设计,2.,流量与测量信号成非线性关系,在使用差压式流量计测量流量而未经开方处理时，,当流量从,0F,max,变化时，即压差从,0p,max,变化，差压,变送器的输出为,420mADC,，则,以,DDZ-III,型仪表为例：,第,5,章 比值控制系统,5.3,比值控制系统的设计,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,的大小与流量比,K,的值有关，也与变送器的量程,有关，但与负荷的大小无关。,（,3,）流量与测量信号之间有无非线性关系对计算式有直接影响，,线性关系时,非线性关系（平方根关系）时,(4),线性测量与非线性测量,(,平方根关系,),情