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1、第七章實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng)概要第一節(jié)比值控制系統(tǒng)一.概述在工業(yè)生產(chǎn)中,常要求兩種或多種物料流量成一定比例關(guān)系,如果比例關(guān)系失調(diào)就會(huì)影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行和產(chǎn)品質(zhì)量,浪費(fèi)原材料,造成環(huán)境污染,產(chǎn)生生產(chǎn)事故。如在工業(yè)鍋爐中,需要自動(dòng)保持燃料量和空氣量成一定比例混合后送入爐膛;在藥物生產(chǎn)中,要將藥物和注入劑按一定比例混合;在硝酸生產(chǎn)中,氨氣和空氣的流量要有合適的比例關(guān)系。2所謂比值控制就是使一種物料隨另一種物料按一定比例變化的控制系統(tǒng)主動(dòng)物料或主流量:(Q1表示)處于主導(dǎo)地位或在生產(chǎn)中為主要物料或不可控物料從動(dòng)物料或副流量:(Q2表示)隨主流量變化而變化控制目標(biāo)
2、:Q2/Q1=k3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,但主流量Q1是可變的,因而總流量是不固定的,這對于負(fù)荷變化大又直接參與化學(xué)反應(yīng)的場合是不適宜的,因總流量的改變會(huì)影響化學(xué)反應(yīng)過程當(dāng)主副流量同時(shí)受到擾動(dòng)時(shí),調(diào)節(jié)器GC2在克服副流量擾動(dòng)的同時(shí),又根據(jù)新的給定值改變調(diào)節(jié)閥的開度使主副流量在新數(shù)值上保持原設(shè)定的比值關(guān)系KFC洗滌水丁烯丁烯洗滌塔進(jìn)料與洗滌水的比值控制系統(tǒng)7優(yōu)點(diǎn)：1）能克服Q2的波動(dòng)2）結(jié)構(gòu)簡單，特別是在主流量參數(shù)工藝不能控制的場合實(shí)施。缺點(diǎn)：1）Q1不固定2）Q1+Q2總量不定3）動(dòng)態(tài)比值較差場合：應(yīng)用較廣泛83雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)GC1(S)Gm2(S)Gm1(S)G
3、O1(S)GV1(S)GC2(S)Q1Q2-GV1(S)K'GO2(S)-X1(S)系統(tǒng)框圖可以克服單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)對主流量不受控制的缺點(diǎn)由一個(gè)定值控制的主流量控制回路和一個(gè)跟隨主流量變化的副流量控制回路組成主流量控制回路克服主流量擾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)其定值控制副流量控制回路抑制作用于副回路的干擾；使主副流量都穩(wěn)定，總物料量也較平穩(wěn)，但用儀表多，投資較高F1TF2CQ1Q2F2TF1C控制流程圖K'給定9F1CF2CK二氧化碳氧氣反應(yīng)器混合●由于主流量控制回路的存在，實(shí)現(xiàn)了主流量定值控制，克服了對主流量的干擾的影響●另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，提升主負(fù)荷比較容易，緩慢改變主控制器
4、的給定值?！袢秉c(diǎn)：使用的儀表較多，另外，若主副回路工作頻率相近時(shí)，容易產(chǎn)生共振10有些生產(chǎn)過程中，要求兩種物料流量的比值隨第三個(gè)工藝參數(shù)的需要而變化，用除法器構(gòu)成的變比值控制系統(tǒng)框圖如下實(shí)際上,變比值控制系統(tǒng)是一個(gè)以第三參數(shù)或稱以主參數(shù)和兩個(gè)流量比為副參數(shù)所組成的比值---串級組合控制系統(tǒng)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.變比值控制系統(tǒng)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí),GC1(S)輸出不變,主副流量恒定,其比值一定,系統(tǒng)受干擾時(shí),由比值控制回路保證比值一定,但流量已變使主參數(shù)偏
5、離了設(shè)定值,GC1(S)輸出變化,改變了GC2(S)的設(shè)定值,亦即改變了兩個(gè)流量的比值,使系統(tǒng)在新的比值上重新穩(wěn)定11氧化爐溫度串級---比值控制流程圖硝酸生產(chǎn)中,氧化爐溫度控制要求高(84±5℃),影響溫度的主要因素是氨氣和空氣的比值;溫度受到干擾而變化時(shí),采用改變氨氣流量來補(bǔ)償;氧化爐溫度為主參數(shù),氨氣和空氣之比為副參數(shù),是一個(gè)串級--比值控制系統(tǒng)F1TF2T÷FCTCTT混合器氧化爐氨氣Q1空氣Q2給定125.具有邏輯規(guī)律的比值控制比值控制時(shí)，負(fù)荷變化時(shí)，控制主副流量升降順序——加入邏輯控制（邏輯提量）例子：鍋爐燃燒系統(tǒng)，燃料量與空氣量成一定比值邏輯規(guī)
6、律：提量：蒸汽用量P汽空氣燃料降量：蒸汽用量P汽燃料空氣——保證燃燒完全131.比值系數(shù)的計(jì)算工藝上的比值K是指兩流量的體積流量或重量流量之比儀表的讀數(shù)為K',是流量比值K的函數(shù),二者一般情況下并不相等,在設(shè)計(jì)時(shí),必須把K折算成K',用單元組合儀表時(shí),也就是折算成相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號(hào)二.比值控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中特殊問題14(1)流量與測量信號(hào)成非線性關(guān)系基于節(jié)流元件測流量時(shí),Q=C√ΔPC為比例系數(shù)當(dāng)流量從0--Qmax變化時(shí),壓差從0--Δpmax變化,變送器的輸出為4--20mADC對任何中間流量主流量Q1和副流量Q2對應(yīng)的輸出信號(hào):I1=(Q12/Q21max
7、)×16+4I2=(Q22/Q22max)×16+4生產(chǎn)工藝要求:Q2/Q1=K則K2=Q22/Q12則K2=Q22/Q12=[Q22max(I2-4)]/[Q21max(I1-4)]=K'Q22mAX/Q21maxK'=K2Q21max/Q22max即為儀表的比值系數(shù),是一個(gè)常數(shù),只與變送器的最大量程有關(guān),與負(fù)荷大小無關(guān)15(2)流量與測量信號(hào)成線性關(guān)系在壓差原理測流量的變送器后加了開方器,或直接用轉(zhuǎn)子流量計(jì),渦輪流量計(jì),橢圓齒輪流量計(jì)等線性流量計(jì)進(jìn)行測量時(shí),測量信號(hào)與流量之間是線性關(guān)系,比值系數(shù)計(jì)算如下:I1'=(Q1/Q1max)×16+4I2'=(Q
8、2/Q2max)×16+4而K=Q2/Q1=[Q2m
