第三章-_比值控制系统.ppt

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,*,过程控制系统及工程,第三章 比值控制系统,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,第,3,章,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：,1.,造纸过程中，纸浆和水要成一定的比例关系,2.,石化重油气化，重油和氧气量要成一定的比例关系,3.,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,主物料,/,主流量：,可测或可控，处于比值控制中的主导地位,F,1,从物料,/,从流量：,可控，一般供应有余，按主物料进行配比,F,2,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,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,第,3,章,教学进程,3.2,比值控制系统的类型,按结构分类：开环和闭环比值控制系统,按实施方案分类：相乘和相除方案,按比值分类：定比值和变比值控制方案,按控制原理：属于前馈控制系统,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,FC,F1,F2,(b),方块图,3.2.1,开环比值控制系统,控制器,控制阀,对象,F,2,测量变送,F,1,本质：整个控制系统处于开环状态，,F,2,流量根据,F,1,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,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,K,F1,F2,FC,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,主流量变化，改变副流量控制器给定值,随动控制。,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,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。,3,）控制品质提高较多,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：,K,FC,洗涤水,丁烯,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,F,1,C,F,1,F,2,F,2,C,K,3.2.3,双闭环比值控制系统,Gc1,Gv1,Gp1,F1,F2,K,Gm1,G,C2,Gv2,Gp2,Gm2,3.2.3,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,(,例如：主动量供应不足或有较大扰动,),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,F,1,C,F,2,C,K,二氧化碳,氧气,反应器,混合,例子：,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,X,C,F1,F2,F,f,C,3.2.4,其他类型的比值控制系统,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,X,C,F1,F2,F,f,C,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,F,1,X,F,2,氧化炉,例子：,3.2.4,其他类型的比值控制系统,TC,F,f,C,空气,氧化炉,预热,氨气,混合,硝酸生产中氧化炉的炉温与氨气,/,空气比值的串级控制方案,影响氧化炉温度的干扰：当氨气在混合器中含量增加,1%,时，氧化炉温度将上升,64.9,度，成分变化是在比值不变的情况下改变混合器内氨含量的直接干扰。,进入氧化炉的氨气、空气的初始温度的变化，意味着物料带入的能量变化，直接影响炉内的温度；,负荷的变化关系到单位时间内惨叫化学反应的物料量，由改变释放反应热的多少而影响炉温,进入混合器的空气、氨气的温度、压力变化，会影响流量测量的精度，若不进行补偿，则要影响它们的真实比值，也将影响氧化炉的温度；,触媒的活性变化、大气温度、压力变化等均对氧化炉温度有不同程度的影响。,3.2.4,（,2,）串级和比值控制组合的系统,定比值控制系统；,动态比值控制,其他类型的比值控制系统,F1,F2,K,F,1,C,F,2,C,LC,(a),F1,F2,K,F,1,C,F,2,C,LC,(b),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,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,一般是仪表的信号之间的比值，电动,仪表,420mA/0 10mA,气动仪表是,20100KPa,，,信号转换问题。,（,1,）,DDZ-,型仪表,0F,max,420mA DC,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：,F,1max,是主流量变送器量程上限,F,2max,是副流量变送器量程上限,（,2,）气动单元组合仪表,0Fmax 20100,KPa,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：,差压变送器测量流量，流量与差压成开方的关系,DDZ,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,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，与负荷大小无关,（,3,）注意变送器的流量与测量的线性关系,（,4,）线性测量与非线性测量情况下,K,间的关系为：,K,非,=,（,K,线,）,2,3.3.2,流量与测量信号成非线性关系时的计算,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,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,FC,F1,F2,比值运算部件：乘法器、比值器、分流器、比率器,3.4.1,两类实施方案,（,2,）相除方案,F,f,C,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,比值器,K,I,1,I,1,F,2,F,1,采用比值器,比率设定系数,=,比值系数,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,I,0,I,1,I,1,F,2,F,1,I,0,=K*16+4,由,K,计算出,I,0,，,再由恒流器给出电流值，,K1,采用电动仪表乘法器,I,0,=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,XC,I,1,I,2,I,3,3.4.3,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,F,0,F,0,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,010mA,解决办法：,加入开方器，或通过阀特性补偿,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,K,F,2,F,1,3.4.4,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,010mA,、,420mA,、,0.010.1Mpa,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。,相乘方案：,K,接近,1,时最灵敏，精度最高,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。,随动系统整定步骤,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,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。,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。,P78,图,3-17,，加入动态补偿环节,Gz(s,),，,式,3-32,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,P79,图,3-19,3.6.2,主、副流量的动态比值问题,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,逻辑规律：,蒸汽用量,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,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,图,锅炉燃烧过程的具有,逻辑规律的比值控制系统,提量,P,汽,空气量,燃料,降量,燃料,空气,I,P,HS,P,汽,I,P,LS,燃料,空气,PC,HS,LS,F,2,C,F,1,C,K,I,P,I,1,I,2,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。,采用阀位控制，自动解决这个问题,P80,图,3-22,阀位控制系统（第七章）,通过阀位控制器,VC,（,输入信号阀位开度）和选择器,HS,在副流量不足时控制主流量。,3.6.4,副流量供料不足时的自动配比,3.6.5,主动流量与从动流量的选择,主动量与从动量的选择,工艺参数的地位：,主要物料,/,不可控,其它物料,/,可控,供应不足问题：,安全问题,