1、5.2比值控制系統(tǒng)在當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，要求兩種或各種物料流量成一定百分比關(guān)系：一旦百分比失調(diào)，會(huì)影響生產(chǎn)正常進(jìn)行，影響產(chǎn)品質(zhì)量，浪費(fèi)勞動(dòng)力，造成環(huán)境污染，甚至產(chǎn)生生產(chǎn)事故。如：1、燃燒過(guò)程：燃料與空氣要保持一定百分比，才能滿(mǎn)足生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)要求。2、造紙過(guò)程：濃紙漿與水要以一定百分比混合，才能制造出合格 紙漿。3、不少化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，多個(gè)進(jìn)料要保持一定百分比。4、制藥生產(chǎn)中要求藥品和注入劑按百分比混合。5、水泥配料系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)第1頁(yè)一、基本概念：比值控制系統(tǒng)（流量比值控制系統(tǒng)）：實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上參數(shù)符合一定百分比關(guān)系控制系統(tǒng)。主物料或主動(dòng)量：在保持百分比關(guān)系兩種物料中處于主導(dǎo)地位物料，稱(chēng)

2、為主物料；表征主物料參數(shù)，稱(chēng)為主動(dòng)量（主流量），用F1表示。從物料或從動(dòng)量：按照主物料進(jìn)行配比，在控制過(guò)程中跟隨主物料改變而改變物料，稱(chēng)為從物料；表征從物料特征參數(shù)，稱(chēng)為從動(dòng)量（副流量），用F2表示。有些場(chǎng)所，用不可控物料為主物料，用改變可控物料即從物料來(lái)實(shí)現(xiàn)比值關(guān)系。K= F2/ F1比值控制系統(tǒng)第2頁(yè)二、比值控制系統(tǒng)類(lèi)型開(kāi)環(huán)比值控制系統(tǒng)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)變比值比值控制系統(tǒng)串級(jí)和比值混合系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)第3頁(yè)1、開(kāi)環(huán)比值控制系統(tǒng) 本質(zhì)：伴隨F1改變，F(xiàn)2跟著改變，滿(mǎn)足F2=KF1要求（閥門(mén)開(kāi)度與F1之間成一定百分比關(guān)系。優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單，儀表少缺點(diǎn)：系統(tǒng)開(kāi)環(huán)，F(xiàn)2波動(dòng)時(shí)比值難以確

3、保適合用于副流量較平穩(wěn)且比值精度要求不高場(chǎng)所。比值控制系統(tǒng)第4頁(yè)2、單閉環(huán)比值控制增加一個(gè)副流量閉環(huán)控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)第5頁(yè)2、單閉環(huán)比值控制比值控制系統(tǒng)第6頁(yè)單閉環(huán)比值控制特點(diǎn)不但能實(shí)現(xiàn)副流量跟隨主流量改變而改變，而且能夠克服副流量本身干擾對(duì)比值影響，主副流量比值較為準(zhǔn)確?？偽锪狭坎还潭ǎ瑢?duì)于負(fù)荷改變幅度大，物料又直接去化學(xué)反應(yīng)器場(chǎng)所是不適合。當(dāng)主流量出現(xiàn)大幅度波動(dòng)時(shí)，副流量給定值大幅度波動(dòng)，在調(diào)整一段時(shí)間里，比值會(huì)偏離工藝要求流量比，不適合用于要求嚴(yán)格動(dòng)態(tài)比場(chǎng)所。適合用于主物料在工藝上不允許進(jìn)行控制場(chǎng)所比值控制系統(tǒng)第7頁(yè)3、雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)增設(shè)了主流量控制回路比值控制系統(tǒng)第8頁(yè)3、雙閉

4、環(huán)比值控制系統(tǒng)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)工作原理主動(dòng)量控制回路克服主動(dòng)量擾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)定值控制；從動(dòng)量控制回路克服從動(dòng)量擾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)隨動(dòng)控制；當(dāng)擾動(dòng)消除后，主、從動(dòng)量都回到原設(shè)定值上，其比值不變。比值控制系統(tǒng)第9頁(yè)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)流量比值準(zhǔn)確，物料總量基本不變。只要遲緩改變主流量控制器給定值，能夠提降主流量，副流量會(huì)自動(dòng)跟蹤改變，兩種比值不變。適合用于主流量干擾頻繁及工藝上不允許負(fù)荷有較大波動(dòng)或工藝上經(jīng)常需要提降符合場(chǎng)所。當(dāng)主動(dòng)量采取定值控制后，因?yàn)檎{(diào)整作用，改變幅值會(huì)減小，改變頻率會(huì)加緊，從而使從動(dòng)量控制器給定值處于不停改變中，當(dāng)它改變頻率與從動(dòng)量控制回路工作頻率靠近時(shí)，可能引發(fā)“共振”。比值控制系

5、統(tǒng)第10頁(yè)工業(yè)應(yīng)用：自來(lái)水消毒比值控制比值控制系統(tǒng)第11頁(yè)4、變比值控制系統(tǒng)變比值控制系統(tǒng)：按照工藝指標(biāo)自行修正比值系數(shù)改變值。（副回路是個(gè)比值控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng)） 以某種質(zhì)量指標(biāo)X（第三參數(shù)）為主變量，以?xún)蓚€(gè)流量比為副變量串級(jí)控制系統(tǒng)。比如：在燃燒控制中，最終控制目標(biāo)是煙道氣中氧含量（反應(yīng)燃料完全燃燒指標(biāo)），而燃料與空氣比值實(shí)質(zhì)上是控制伎倆，所以，比值設(shè)定值由氧含量控制器給出。比值控制系統(tǒng)第12頁(yè)比值控制系統(tǒng)第13頁(yè)穩(wěn)態(tài)時(shí)，主、副量恒定，分別經(jīng)變送器送除法器，其輸出（比值）作為比值控制器測(cè)量反饋信號(hào)。此時(shí)，主參數(shù)恒定，所以主控制器輸出信號(hào)穩(wěn)定，且與比值測(cè)量值相等，比值控制器輸出穩(wěn)定，控制閥

6、處于某一開(kāi)度，產(chǎn)品質(zhì)量合格。當(dāng)F1、F2出現(xiàn)擾動(dòng)，經(jīng)過(guò)比值控制回路，保持比值一定，從而不影響或大大減小擾動(dòng)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響（相當(dāng)于串級(jí)控制系統(tǒng)副回路調(diào)整）。對(duì)于一些物料流量，當(dāng)出現(xiàn)擾動(dòng)如溫度、壓力、成份等改變時(shí)，即使它們流量比值不變，但因?yàn)檎鎸?shí)流量（在新溫度、壓力或成份下）與原來(lái)流量不一樣，將影響產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)，輸出X偏離設(shè)定值，此時(shí)主控器起作用，輸出改變，修正比值控制器給定值，即修正了比值，使系統(tǒng)在新比值上重新穩(wěn)定。工作原理比值控制系統(tǒng)第14頁(yè)氧化爐溫度對(duì)氨氣/空氣串級(jí)比值控制系統(tǒng)氧化爐預(yù)熱器混合TCFfC空氣氨氣穩(wěn)定氧化爐關(guān)鍵條件是氧化爐溫度氨氧化生成一氧化氮，同時(shí)放出大量熱量。當(dāng)氨氣在混合器

7、中含量增加1%，氧化爐溫度將上升64.9度。第三參數(shù)是氧化爐溫度比值控制系統(tǒng)第15頁(yè)主要干擾成份改變是在比值不變情況下改變混合器內(nèi)氨含量直接干擾；進(jìn)入氧化爐氨氣、空氣初始溫度；進(jìn)入混合器氨氣、空氣溫度、壓力改變；負(fù)荷改變（比值不變，負(fù)荷改變，溫度改變）；觸媒活性改變、大氣溫度、壓力改變。 所以，需要依據(jù)溫度改變，適當(dāng)修正氨氣和空氣流量比值，確保氧化爐溫度恒定。比值控制系統(tǒng)第16頁(yè)系統(tǒng)工作原理當(dāng)出現(xiàn)氨氣空氣比值改變干擾時(shí)，經(jīng)過(guò)比值控制系統(tǒng)及時(shí)克服保持氧化爐溫度不變。當(dāng)其它干擾引發(fā)爐溫改變時(shí)，主控制器輸出改變，相當(dāng)于比值控制器給定值改變，改變比值大小，從而改變溫度。溫度升高測(cè)量值升高主控制器輸出減

8、小比值控制器輸出減小控制閥開(kāi)度減小氨氣流量減小溫度下降假設(shè)控制器均為反作用形式，控制閥為氣開(kāi)式比值控制系統(tǒng)第17頁(yè)串級(jí)和比值控制混合系統(tǒng)F1CLCF1CkF1F2LT要求主流量隨另一參數(shù)需要而改變，屬于定比值控制。主、副流量控制回路對(duì)液位控制器動(dòng)態(tài)響應(yīng)一致，確保動(dòng)態(tài)比值恒定。兩物料進(jìn)入反應(yīng)器流程兩物料組成雙閉環(huán)比值控制，而反應(yīng)器液面需要恒定除了比值恒定，還要求反應(yīng)器中液位恒定比值控制系統(tǒng)第18頁(yè)串級(jí)和比值控制混合系統(tǒng)框圖比值控制系統(tǒng)第19頁(yè)工作原理以液面為主參數(shù)，主流量為副參數(shù)串級(jí)控制系統(tǒng)。當(dāng)液面因?yàn)槟撤N干擾而改變時(shí)，經(jīng)過(guò)液位控制器輸出改變主流量給定值，使主流量跟著改變，同時(shí)副流量給定值也改變

9、，保持比值不變（動(dòng)態(tài)比值不變），這么由總負(fù)荷改變來(lái)克服外界擾動(dòng)對(duì)液位影響。比值控制系統(tǒng)第20頁(yè)已知：標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)：4-2 mA 標(biāo)準(zhǔn)氣信號(hào)：20-100 KPaF1 主流量，I1主流量對(duì)應(yīng)測(cè)量信號(hào)；F2 副流量，I2副流量對(duì)應(yīng)測(cè)量信號(hào)；當(dāng)主流量F1與副流量F2比值為F2/F1=K時(shí)，怎樣設(shè)置百分比控制器參數(shù)K（比值系數(shù)）。？5、比值系數(shù)計(jì)算采取線(xiàn)性流量檢測(cè)單元原因：區(qū)分流量比值K和設(shè)置于儀表比值系數(shù)K。因?yàn)楣に嚿弦蟊戎礙是指兩種物料流量（體積或質(zhì)量）之比，而當(dāng)前通用儀表使用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，所以必須把工藝要求流量比值K折算成儀表信號(hào)比值系數(shù)K，才能進(jìn)行比值設(shè)定。比值控制系統(tǒng)第21頁(yè) 流量信號(hào)為電信

10、號(hào)時(shí)： F1max是主流量變送器量程上限 F2max是副流量變送器量程上限 比值控制系統(tǒng)第22頁(yè) 流量信號(hào)為氣信號(hào)時(shí)：由上式可知，比值系數(shù)只有變送器量程和所要求從動(dòng)量與主動(dòng)量對(duì)應(yīng)百分比關(guān)系相關(guān)，與變送器電氣零點(diǎn)無(wú)關(guān)。比值控制系統(tǒng)第23頁(yè)注意（1）采取線(xiàn)性流量單元檢測(cè)時(shí)，只有在F1max=F2max 場(chǎng)所，K=K，也可經(jīng)過(guò)調(diào)整F1max、F2max改變比值。（2）采取電動(dòng)和氣動(dòng)儀表時(shí)，乘法器輸入比值電流或氣壓和相除方案中比值控制器設(shè)定電流或氣壓可按以下公式計(jì)算 普通標(biāo)準(zhǔn)公式：輸入信號(hào)=儀表量程范圍K+ 零點(diǎn).（3）在采取相乘方案中，采取分流器、加法器等儀表可直接設(shè)置儀表比值系數(shù)K。（4）在采取相

11、除方案中，假如計(jì)算所得儀表比值系數(shù)K大于1，則除法器輸入信號(hào)更換，即主動(dòng)量信號(hào)作為被除數(shù)信號(hào)，從動(dòng)量信號(hào)作為除數(shù)信號(hào)。比值控制系統(tǒng)第24頁(yè)線(xiàn)性測(cè)量關(guān)系比值控制系統(tǒng)第25頁(yè)平方測(cè)量關(guān)系比值控制系統(tǒng)第26頁(yè)比值控制系統(tǒng)第27頁(yè)比值控制系統(tǒng)第28頁(yè)比值控制方案實(shí)施依據(jù)采取什么方式實(shí)現(xiàn)主、副流量比值運(yùn)算進(jìn)行分類(lèi)： 1.相乘方案 2.相除方案原理：F1測(cè)量值乘以某一系數(shù)K作為控制器FC設(shè)定值，能夠用比值器，乘法器實(shí)現(xiàn)。原理：兩種流量比值作為副流量控制器測(cè)量值，能夠用除法器實(shí)現(xiàn)。比值控制系統(tǒng)第29頁(yè)用比值器組成方案控制器控制閥流量對(duì)象測(cè)量變送器1測(cè)量變送器2F2F1I入I出比值器比值控制系統(tǒng)第30頁(yè)比值控

12、制系統(tǒng)第31頁(yè)用乘法器組成方案控制器控制閥流量對(duì)象測(cè)量變送器1測(cè)量變送器2F2F1I1I0乘法器比值控制系統(tǒng)第32頁(yè)比值控制系統(tǒng)第33頁(yè)比值控制系統(tǒng)第34頁(yè)用除法器組成方案用除法器組成單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)比值控制器控制閥流量對(duì)象測(cè)量變送器1測(cè)量變送器2除法器F2F1I1I2I0IR比值控制系統(tǒng)第35頁(yè)比值控制系統(tǒng)第36頁(yè)比值控制系統(tǒng)第37頁(yè)比值控制系統(tǒng)中非線(xiàn)性影響測(cè)量步驟非線(xiàn)性影響除法器非線(xiàn)性影響比值控制系統(tǒng)第38頁(yè)測(cè)量步驟非線(xiàn)性影響當(dāng)流量測(cè)量采取節(jié)流裝置時(shí)，流量與壓差之間非線(xiàn)性會(huì)對(duì)比值控制系統(tǒng)產(chǎn)生影響比值控制系統(tǒng)第39頁(yè)比值控制系統(tǒng)第40頁(yè)比值控制系統(tǒng)第41頁(yè)結(jié)論采取差壓法測(cè)量流量時(shí)，伴隨負(fù)荷

13、增加，靜態(tài)放大系數(shù)增大。因?yàn)殪o態(tài)放大系數(shù)改變，將造成控制質(zhì)量下降，甚至不穩(wěn)定。比值控制系統(tǒng)第42頁(yè)處理方法選取不一樣流量特征控制閥，用非線(xiàn)性賠償非線(xiàn)性。選取帶有開(kāi)方功效差壓變送器，使變送器輸出信號(hào)與流量成線(xiàn)性關(guān)系。比值控制系統(tǒng)第43頁(yè)流量測(cè)量非線(xiàn)性對(duì)比值系數(shù)計(jì)算影響假若兩個(gè)流量均采取節(jié)流式儀表，若兩管道中孔板及差壓計(jì)量程選擇不適當(dāng)，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)近似線(xiàn)性，一個(gè)非線(xiàn)性，用一個(gè)比值系數(shù)確保各點(diǎn)都成百分比是不可能。要求：對(duì)于用節(jié)流法測(cè)量流量比值系統(tǒng)，兩流量要么含有相同非線(xiàn)性，要么經(jīng)開(kāi)方都成為線(xiàn)性。比值控制系統(tǒng)第44頁(yè)除法器非線(xiàn)性比值控制器控制閥流量對(duì)象測(cè)量變送器1測(cè)量變送器2除法器F2F1I1I2I0I

14、R比值控制系統(tǒng)第45頁(yè)比值控制系統(tǒng)第46頁(yè)比值控制系統(tǒng)第47頁(yè)除法器非線(xiàn)性處理方案方法一：采取含有相反特征曲線(xiàn)對(duì)數(shù)流量特征控制閥，能實(shí)現(xiàn)部分賠償。因?yàn)閷?duì)數(shù)流量特征控制閥放大系數(shù)是伴隨負(fù)荷增加而增加。比值控制系統(tǒng)第48頁(yè)方法二：當(dāng)主、副流量均為差壓法測(cè)量時(shí)，主流量加開(kāi)方器，而副流量不加開(kāi)方器，利用副流量測(cè)量變送非線(xiàn)性去賠償除法器非線(xiàn)性。但此時(shí)，主、副流量測(cè)量信號(hào)一個(gè)是線(xiàn)性、一個(gè)是非線(xiàn)性，造成比值系數(shù)隨主流量改變，所以必須采取辦法。賠償是利用二者隨流量負(fù)荷增加一個(gè)放大倍數(shù)增加，另一個(gè)放大倍數(shù)下降原理進(jìn)行賠償。比值控制系統(tǒng)第49頁(yè)處理方案比值控制器控制閥流量對(duì)象測(cè)量變送1測(cè)量變送2除法器F2F1I1

15、I2I0開(kāi)方器K因?yàn)橹鳌⒏绷髁繙y(cè)量信號(hào)一個(gè)是線(xiàn)性、一個(gè)是非線(xiàn)性，造成各工作點(diǎn)比值系數(shù)改變，所以，必須確保給定值也隨F1改變而改變，確保給定與反饋差值一定。比值控制系統(tǒng)第50頁(yè)比值控制系統(tǒng)信號(hào)匹配問(wèn)題儀表信號(hào)匹配：合理調(diào)整相關(guān)儀表量程或設(shè)置必要系數(shù)。比值系數(shù)計(jì)算是比值控制系統(tǒng)信號(hào)匹配主要內(nèi)容。比值控制系統(tǒng)第51頁(yè)比值控制系統(tǒng)第52頁(yè)比值控制系統(tǒng)第53頁(yè)選擇量程上限與工藝要求K成百分比,使比值系數(shù)靠近1，比如：比值控制系統(tǒng)第54頁(yè)應(yīng)用舉例水蒸氣F2CK2F2CK3F1C空氣天然氣甲烷轉(zhuǎn)化反應(yīng)比值控制系統(tǒng)第55頁(yè)基本參數(shù)比值控制系統(tǒng)第56頁(yè)比值控制系統(tǒng)第57頁(yè)相乘方案比值控制系統(tǒng)第58頁(yè)比值控制系統(tǒng)其它問(wèn)題流量測(cè)量中壓力溫度校正比值控制系統(tǒng)第59頁(yè)習(xí)題3.8FC控制閥流量對(duì)象測(cè)量變送1測(cè)量變送2F2F1I1I2I0乘法器-(1)畫(huà)出比值系統(tǒng)方框圖比值控制系統(tǒng)第60頁(yè)（2）要求F1:F2=2:1,求I0比值控制系統(tǒng)第61頁(yè)比值控制系統(tǒng)第62頁(yè)習(xí)題3.9比較幾個(gè)比值控制系統(tǒng)特點(diǎn)，確定選取雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)。雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)：適合用于主流量干擾頻繁及工藝上不允許負(fù)荷有較大波動(dòng)或工藝上經(jīng)常需要提降負(fù)荷場(chǎng)所。比值控制系統(tǒng)第63頁(yè)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)框圖比值控制系統(tǒng)第64頁(yè)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)流程圖KFAFBF2CF1CI0比值控