1、第四章4.4比值控制系統溶液配制問題溶液配制問題問題：問題：當NaoH用量QB變化時，調整稀釋水量QA 以使稀釋液NaoH的濃度為68%左右。解決方案解決方案：（1）出口濃度控制；（2）入口流量的比值控制（流量比值 ？）。混合器68% NaoH30% NaoHH2OQAQB一般的比值控制問題一般的比值控制問題要求要求：QA / QB = KAB（比值系數）而QB 為主動流量， QA 為從動量，要求設計一控制系統通過調節QA 以實現上述比值控制目標。后 續裝 置物料 B物料 AQBQA比值調節系統的作用：根據生產工藝要求，控制兩個或多個工藝參數變量 按照一定的比例變化。典型示例： 1、鍋爐燃燒系

2、統：要保持燃料與空氣的比例，以保證高效、經濟和環保。 2、合成氨生產：氫、氮比例要一定以使生產處于最佳工況。 3、紙機傳動系統：各傳動系要嚴格按照一定比例同步升/降速，不斷紙。 4、連軋系統 5、配方生產比值調節系統的分類： 1、開環比值控制系統 2、單閉環比值調節系統 3、雙閉環比值調節系統 4、變比值控制系統比值控制系統開環比值控制系統應用：1、F1濃度穩定 2、F2壓力穩定 3、總量不限主動物料：生產中的主要物料，其信號稱之主信號從動物料：與主物料相匹配的物料，或隨主物料變化的物料。開環比值控制系統特點： 1、開環系統，F1有檢測無控制，F2有控制無檢測 2、由于F2無檢測無法了解F2/

3、F1的工藝比值 3、閥采用線性 4、結構簡單，儀表少單閉環比值控制系統(1) 引入：單閉環控制系統主要解決從動物料壓力波動造成的比例失調。 開環比值缺點：不能保證F2=KF1（F2壓力變化） (2) 特點： 1、在靜態上始終能保證F2=KF1 2、實施方便，容易，比值器，乘法器，除法器，分流器 3、信號連接象串級，副環為隨動。 4、主物料不能控制(3) 應用： 1、主物料比較穩定，濃度穩定總量不限 2、應用廣泛。單閉環比值控制系統 單閉環比值調節系統的組成原理原理圖：方塊圖：孔板A孔板BFT2FT1比值器FIC1V1管道AAQBQByByAyAPBPFIC1對象AQBQAPBPABByByAy

4、比值器FT1FT2V1雙閉環比值控制系統（1）引入 單閉環雖然應用廣泛，但存在最大弊病：主物料不能恒定，對物料只檢測不控制，生產上有較大波動，而工藝上又不允許，特別是要求總量一定時，就不能滿足工藝生產要求。（2）動作過程 1、主物料波動自身調整 2、同時作為從動物料調節器給定值同單閉環 3、從動物料波動自身調整。（3）特點 1、具單閉環特點 2、主從物料各自穩定在給定值上，總量一定 3、提、降負荷容易 4、投資多（4）應用場合 1、主從物料波動頻繁，比較大 2、總量一定情況 3、工藝上經常需要改變給定值 4、主從物料濃度穩定 5、儀表多，使用受限制。雙閉環比值控制系統雙閉環比值控制系統雙閉環比

5、值調節系統的組成原理原理圖：OBy方塊圖：AQBQFIC1FT1比值器FT2AOyFIC2OByV2管道BV1管道AByByAyFIC1比值器對象ABByByAyFIC2FT1FT2V1V2二者的區別說明：（1）、在方塊圖上，單閉環是一個閉環，雙 閉環是兩個并列的單閉環。（2）、單閉環比值調節系統是B管流量 自由變化，要求A管流量 能積極跟蹤；而雙閉環比值調節系統則是各自單閉環調節系統穩定，A、B流量保持不變，且成一定比值。（3）、另外，單閉環的 會發生較大變化，引起生產能力變化 。而雙閉環 則基本不變。即 不變， 也基本不變，生產能力不變。（4）、單閉環比值調節系統只有一個調節閥；而雙閉環比

6、值調節系統則有兩個調節閥。（5）、可以和其他復雜調節系統組合。BQAQAQBQAQBQAQBQ單/雙閉環比值調節系統的比較變比值控制系統(1)引入：1、定比值系統，其比值系數是固定的，即儀表投運后，K總是保證不變的，但實際生產中，根據工藝要求需改變工業比值，即改變比值系數K，這樣定比值系統是不能作到。2、當主從物料濃度變化時，須自動調整，工藝比值，也就是自動修正比值系數，定比值系統也難適應。變比值控制系統當氨氣在混當氨氣在混合器中含量合器中含量增加增加1%，氧，氧化爐溫度將化爐溫度將上升上升64.9度。度。氨氧化生成氨氧化生成一氧化氮，一氧化氮，同時放出大同時放出大量的熱量。量的熱量。穩定氧化

7、爐的關鍵穩定氧化爐的關鍵條件是氧化爐溫度條件是氧化爐溫度主要干擾主要干擾p成分變化是在比值不變情況下改變混合器內氨含成分變化是在比值不變情況下改變混合器內氨含量的直接干擾；量的直接干擾；p進入氧化爐的氨氣、空氣初始溫度；進入氧化爐的氨氣、空氣初始溫度；p進入混合器的氨氣、空氣的溫度、壓力變化；進入混合器的氨氣、空氣的溫度、壓力變化；p負荷的變化（比值不變，負荷變化，溫度變化）；負荷的變化（比值不變，負荷變化，溫度變化）；p觸媒的活性變化、大氣溫度、壓力變化。觸媒的活性變化、大氣溫度、壓力變化。 因此，需要根據溫度的變化，適當修正氨氣和因此，需要根據溫度的變化，適當修正氨氣和空氣的流量比值，保證

8、氧化爐溫度恒定。空氣的流量比值，保證氧化爐溫度恒定。變比值控制系統(2)動作過程盡管保證主從物料流量F1F2穩定，但主從物料濃度變化，必須修改工藝比值，即修改比值系數K過程： 1、穩定時F1/F2=K，除法器輸出為某一定值（比值系數）為測量值 2、從動物料波動自整 3、主參數（變量）變化通過TC輸出改變副變量（作為FC給定值），即改變比值系數K1，當穩定時，改變比值系數，保證F2/F1=K1變比值控制系統變比值控制系統(3) 特點： 1、調節質量高，即保證工藝比值系數又保證工藝指標 2、具有串級調節系統的特點和自適應性（魯棒性） 3、應用儀表多，投資高 4、應用較廣泛(4) 應用：應用比較高級

9、控制串級和比值控制組合的系統串級和比值控制混合系統框圖串級和比值控制混合系統框圖)(1sGC)(1sGV)(01sG)(1sGmK)(2sGC)(2sGV)(02sG)(2sGm)(sL1F2F)(0sG)(sGC)(sR)(sGm比值系數的計算比值系數的計算為信號零點。、為信號上限；、主動流量的測量信號從動流量的測量信號比值系數主動流量從動流量流量比2001max2max110max110120max220212IIIIIIIIIIIIKFFK比值系數的計算1. 流量與測量信號成線性關系的計算22max1max221112max1max1644441644FFFIFKFIFFF2. 流量與測

10、量信號成非線性關系的計算Fkp222222 max1max222221112 max21max1644441644FFFIFKIFFFFmaxmax1ABABQQKK K1FCQAQBIBIA穩態條件穩態條件: IA = K1 IB,max1maxBBAAQQKQQBAABQQK假設流量測量變送環節為線性對象（對于用孔板測量的信號須經開方運算）。比值控制系統的實施-乘法器11K1maxmax211KQQKKBAABK2FCQAQBIBIA穩態條件穩態條件: K2 IA = IB,maxmax2BBAAQQQQKBAABQQK比值控制系統的實施-乘法器11K穩態條件穩態條件: K3 = IA /

11、 IBmaxmaxmaxmax3ABABABBAQQKQQQQKRCIA / IBIBK3QAQBIA存在問題存在問題：物料A的流量回路存在非線性，當物料B的流量減少時，回路增益增大，有可能使系統不穩定，并可能出現“除零”運算。比值控制系統的實施-除法器比值控制系統的實施-除法器特點：1、直觀，可隨時了解兩個流量比值關系2、除法器輸出為兩個流量比值；3、可以進行遠程操縱4、K設置較窄0 K15、用除法器實施存在非線性，小負荷放大系數大，大負荷下小除法器存在的非線性問題除法器存在的非線性問題償，提高控制質量。非線性進行補成比值控制系統，能對采用除法器組隨負荷增大而增大），（放大系數如果過程本身為

12、非線性系統不易穩定。在小負荷時，除法器非線性的引入，控制器由于如果過程為線性，比值. 2. 1除法器非線性的解決方案除法器非線性的解決方案p方法一：采用具有相反特性曲線的對數流量特方法一：采用具有相反特性曲線的對數流量特性的控制閥，能實現部分補償。因為對數流量性的控制閥，能實現部分補償。因為對數流量特性控制閥的放大系數是隨著負荷的增加而增特性控制閥的放大系數是隨著負荷的增加而增加。加。p方法二：當主、副流量均為差壓法測量時，主流方法二：當主、副流量均為差壓法測量時，主流量加開方器，而副流量不加開方器，量加開方器，而副流量不加開方器，利用副流量利用副流量測量變送的非線性去補償除法器的非線性測量變

13、送的非線性去補償除法器的非線性。但此。但此時，主、副流量測量信號一個是線性、一個是非時，主、副流量測量信號一個是線性、一個是非線性，造成比值系數隨主流量變化，因此必須采線性，造成比值系數隨主流量變化，因此必須采取措施。取措施。補償是利用二者隨流量負荷的增補償是利用二者隨流量負荷的增加一個放大倍數增加，另一個放加一個放大倍數增加，另一個放大倍數下降的原理進行補償的。大倍數下降的原理進行補償的。除法器非線性的解決方案除法器非線性的解決方案比值控制器比值控制器控制閥控制閥流量對象流量對象測量變送測量變送1測量變送測量變送2除法器除法器F2F1I1I2I0開方器開方器Kp由于主、副流量測量信號一個是線

14、性、一個是非線性，由于主、副流量測量信號一個是線性、一個是非線性，造成各工作點比值系數變化，因此，必須保證給定值也造成各工作點比值系數變化，因此，必須保證給定值也隨隨F1的變化而變化，確保給定與反饋的差值一定。的變化而變化，確保給定與反饋的差值一定。除法器非線性的解決方案除法器非線性的解決方案比值控制系統的投運及整定l單閉環比值調節系統： 比值器為工業要求的比值即 ；（要求 ， ）調節器1按單回路調節算法參數整定法進行。KQQBAAQKyAABBQKy Bl雙閉環比值調節系統： 調節器2、調節器1均按單回路調節算法參數整定法進行；BAQQK（要求 ， ）比值器AQKyAABBQKy Bl變比值

15、調節系統： 按串級整定。 2、若變送器1、變送器2均為差壓變速器，即 ，注：1、以上設變送器1、變送器2均為差壓流量變速器，即 ，AQKyAA則 BBQKy BBAyyK2AQKyAA2BBBQKy 則 。BBAAKyKyK 比值控制系統的投運及整定1關于開方器的選用在差壓法測量流量時，測量信號與流量之間關系（1）未加開方器在工作點F = F0 時，放大倍數為：K = 1/F1max2F0,差壓法測量流量時，其靜態放大系數，是隨負荷變化而變化，F1K造成系統不穩定，影響動態品質（2）開方后：在工作點F = F0 時，放大倍數為：K = 1/F1max,與工作點無關*結論：在負荷變化較大時，或控制精度較高時必須加開方器比值調節系統的注意事項2邏輯提量問題在比值系統中，為使兩個流量在提降負荷時保持某種邏輯關系，而設計邏輯提量比值系統。例：如天然氣、水蒸氣、空氣比值系統：正常維持3：1，但在提降負荷時，應保證某種關系（保證不析碳）提量原料氣（天然氣）時，先提蒸汽，避免析碳（但消耗蒸汽）減量時，先減原料氣，后減蒸汽。比值調節系統的注意事項比值調節系統的注意事項邏輯實現：正常蒸汽為主物料，天然氣為從動物料