比值控制系統(tǒng)演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有59頁\編輯于星期四優(yōu)選比值控制系統(tǒng)現(xiàn)在是2頁\一共有59頁\編輯于星期四7.1概述比值控制系統(tǒng)（流量比值控制系統(tǒng)）：實現(xiàn)兩個或兩個以上參數(shù)符合一定的比例關(guān)系的控制系統(tǒng)。主動量（主流量）：需要保持比值關(guān)系的兩種物料中，處于主導(dǎo)地位物料，稱之為主動量（主流量）。從動量（副流量）：按主物量進行配比變化的物料，在控制過程中隨主物料而變化，稱之為從動量（副流量）。現(xiàn)在是3頁\一共有59頁\編輯于星期四

比值控制系統(tǒng)就是要實現(xiàn)副流量F2與主流量F1成一定的比值關(guān)系:K=

F2—為副流量，F(xiàn)1—為主流量F2F1現(xiàn)在是4頁\一共有59頁\編輯于星期四7.2比值控制系統(tǒng)的類型7.2.1開環(huán)比值控制系統(tǒng)7.2.2單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)7.2.3雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)7.2.4其它類型的比值控制系統(tǒng)現(xiàn)在是5頁\一共有59頁\編輯于星期四7.2.1開環(huán)比值控制系統(tǒng)FCSp.F1F2F2控制器對象控制閥變送器F1原理圖方框圖現(xiàn)在是6頁\一共有59頁\編輯于星期四

開環(huán)比值控制系統(tǒng)是最簡單的比值控制系統(tǒng)，同時也是一個開環(huán)控制系統(tǒng)。

隨著F1的變化，F(xiàn)2將跟著變化，滿足F2=K*F1的要求。特點：由于系統(tǒng)是開環(huán)的，對副流量F2的波動無法克服，比值精度低。適用場合：適用于副流量較平穩(wěn)且比值關(guān)系要求不高的場合，生產(chǎn)上很少用。現(xiàn)在是7頁\一共有59頁\編輯于星期四7.2.2單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)

單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)是為了克服開環(huán)比值系統(tǒng)存在的不足，在開環(huán)比值控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加一個副流量的閉環(huán)控制系統(tǒng)。即實現(xiàn)副流量跟隨主流量變化而變化，又可克服副流量本身干擾對比值的影響。FCSp.F1F2KF2變送器F1變送器控制器控制閥對象K現(xiàn)在是8頁\一共有59頁\編輯于星期四

單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)與串級控制系統(tǒng)的區(qū)別：單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的主流量相當(dāng)于串級控制系統(tǒng)的主參數(shù)，而主流量沒有構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，F(xiàn)2的變化并不影響到F1。該系統(tǒng)存在的問題：1.由于主流量不受控制，所以總物料量不固定，不適合負荷變化幅度大的場合。

2.無法保證動態(tài)比值?，F(xiàn)在是9頁\一共有59頁\編輯于星期四舉例：圖3-3丁烯洗滌塔進料與洗滌水比值控制KFC洗滌塔丁烯含乙腈的洗滌水洗滌水含乙腈的丁烯餾分FCSp.F1F2K現(xiàn)在是10頁\一共有59頁\編輯于星期四7.2.3雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)Sp.F2KF1CF2CF1F1變送器控制器控制閥主對象KF2變送器控制器控制閥副對象--現(xiàn)在是11頁\一共有59頁\編輯于星期四1、雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)是克服單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)主流量不受控，生產(chǎn)負荷在較大范圍內(nèi)波動的不足，在單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增設(shè)了主流量控制回路，克服了主流量干擾的影響。2、實現(xiàn)精確的流量比值關(guān)系（動態(tài)比值），確保兩物料總量基本不變。3、提降負荷比較方便，只需緩慢主流量控制器的給定，就可以提降主流量，副流量自動跟蹤提降，并保持比值不變。存在問題：需要防止共振的產(chǎn)生?，F(xiàn)在是12頁\一共有59頁\編輯于星期四7.2.4其它類型的比值控制系統(tǒng)1.變比值控制系統(tǒng)定義：按照一定的工藝指標(biāo)自行修正比值系數(shù)的變比值控制系統(tǒng)，也稱串級比值控制系統(tǒng)。注意：第三參數(shù)必須可連續(xù)的測量變送，否則系統(tǒng)將無法實施。舉例：氧化爐溫度對氨氣—空氣串級比值控制系統(tǒng)現(xiàn)在是13頁\一共有59頁\編輯于星期四

F1主控制器除法器F2比值控制器-控制閥主對象測量變送測量變送流量對象主測量變送-現(xiàn)在是14頁\一共有59頁\編輯于星期四氧化爐溫度對氨氣/空氣串級比值控制系統(tǒng)÷

FCTC空氣氨氣混合氧化爐預(yù)熱現(xiàn)在是15頁\一共有59頁\編輯于星期四2.串級和比值控制組合的系統(tǒng).串級和比值控制組合的系統(tǒng)與變比值控制系統(tǒng)的區(qū)別：（1）變比值控制系統(tǒng)是由第三參數(shù)來修正比值，屬于變比值控制；（2）串級和比值控制組合是要求主流量隨另一個參數(shù)的需要而改變，兩流量的比值關(guān)系保持不變，整個系統(tǒng)屬于定比值控制。

現(xiàn)在是16頁\一共有59頁\編輯于星期四串級和比值控制組合的系統(tǒng)Sp.F2KF1CF2CF1LC(a)常見方案常見方案：兩物料組成一雙閉環(huán)比值控制，而反應(yīng)器的液面又需恒定，于是組成一以液面為主參數(shù)，主流量為副參數(shù)的串級控制系統(tǒng)。當(dāng)液面由于某種干擾而變化時，通過液面控制器的輸出來改變主流量的給定值，使主流量跟著變化。然后通過比值控制使副流量也隨之變化，保持其流量比不變，由總的負荷變化克服外界干擾，把液面調(diào)回給定值。缺點：副流量的變化滯后于主流量的變化?，F(xiàn)在是17頁\一共有59頁\編輯于星期四改進方案：如圖液面控制器的輸出除作主流量控制器給定外，同時送入比值器作為副流量控制器的給定，因此比值控制器的動態(tài)滯后可忽略，保證了主、副控制回路動態(tài)響應(yīng)基本一致。F2KF1CF2CF1LC(b)修改方案現(xiàn)在是18頁\一共有59頁\編輯于星期四7.3比值系數(shù)的計算7.3.1流量與測量信號成線性關(guān)系時的計算7.3.2流量與測量信號成非線性關(guān)系時的計算現(xiàn)在是19頁\一共有59頁\編輯于星期四7.3.1流量與測量信號成線性關(guān)系時的計算

將工藝K（比值）如何折算成儀表比值系數(shù)K′對于DDZ-Ⅲ型儀表(4~20mADC)

I=×16+4(3—2)

K′=(3—3)

I1—副流量測量信號值

I2—主流量測量信號值將（3—2）代入（3—2），得：FFmaxI2-4I1-4現(xiàn)在是20頁\一共有59頁\編輯于星期四

F1max

—主流量變送器量程上限

F2max

—副流量變送器量程上限可以證明：對于不同信號范圍的儀表，比值系數(shù)的計算式是一樣的?，F(xiàn)在是21頁\一共有59頁\編輯于星期四7.3.2流量與測量信號成非線性關(guān)系時的計算流量與差壓的非線關(guān)系：節(jié)流裝置的比值系數(shù)。針對不同信號范圍的儀表，測量信號與流量的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：0~10mADC的電動儀表：4~20mADC的電動儀表：20~100kPa的氣動儀表：現(xiàn)在是22頁\一共有59頁\編輯于星期四

以信號范圍為4~20mADC的電動儀表為例，此時的比值系數(shù)計算方法：現(xiàn)在是23頁\一共有59頁\編輯于星期四比值控制系統(tǒng)的設(shè)計

如上所述，比值控制是解決不同物料流量之間的比例關(guān)系問題。當(dāng)使用單元組合儀表時，因輸入－輸出參數(shù)均為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號，所以，比值器參數(shù)必須由實際物料流量的比值系數(shù)折算成儀表的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號。以下分兩種情況。（1）流量與檢測信號呈非線性關(guān)系

（2）流量與檢測信號呈線性關(guān)系

1、比值器參數(shù)的計算

說明：當(dāng)物料流量的比值一定、流量與其檢測信號呈平方關(guān)系時，比值器的參數(shù)與物料流量的實際比值和最大值之比的乘積也呈平方關(guān)系。說明：當(dāng)物料流量的比值一定、流量與其測量信號呈線性關(guān)系時，比值器的參數(shù)與物料流量的實際比值和最大值之比的乘積也呈線性關(guān)系。現(xiàn)在是24頁\一共有59頁\編輯于星期四（3）實例計算

已知某流量比值系統(tǒng)采用差壓式流量計測量主副流量，其最大量程分別為：工藝要求試計算不加開方器與加開方器后儀表的比值系數(shù)K’。不加開方器時:

解:加開方器后:現(xiàn)在是25頁\一共有59頁\編輯于星期四特別說明：1.流量比值K與儀表比值系數(shù)K′是兩個不同的概念，不能混淆。

2.比值系數(shù)K′大小與流量比K和變送器的量程有關(guān)，與負荷的大小無關(guān)。

3.流量與測量信號之間有無線性關(guān)系對計算式有直接影響：線性時K′線=K*F1max/F2max,，非線性時K′非=K2*F12max/F22max。

4.線性測量與非線性測量情況下K′

間的關(guān)系為：K′非=（K′線）2

?，F(xiàn)在是26頁\一共有59頁\編輯于星期四7.4比值控制方案的實施7.4.1兩類實施方案比值控制方案實施舉例比值控制方案中非線性環(huán)節(jié)的影響比值控制方案中的信號匹配問題現(xiàn)在是27頁\一共有59頁\編輯于星期四7.4.1兩類實施方案(1)相乘方案

定義：主流量F1的測量值乘上某一系數(shù)。作為F2流量控制器的給定。儀器：采用比值器、配比器、乘法器等。注意：若K為變數(shù)時，必須用乘法器，此時只需將比值設(shè)定信號換成第三參數(shù)就行了。FCSp.F1F2×

Kˊ

現(xiàn)在是28頁\一共有59頁\編輯于星期四(2)相除方案

定義：將F2與F1的測量值相除，作為比值控制器的測量值。儀器：除法器優(yōu)點：這種方案直觀，比值可直接由控制器設(shè)定，操作方便。若將比值給定信號必作第三參數(shù)，便可實現(xiàn)變比值控制。F2÷

F2CF1Kˊ

現(xiàn)在是29頁\一共有59頁\編輯于星期四比值控制方案實施舉例FCSp.F1F2×

K(1)用乘法器的方案F2變送器F1變送器控制器控制閥對象×

I1現(xiàn)在是30頁\一共有59頁\編輯于星期四a）對于4~20mA的電動乘除器：根據(jù)比值控制要求：

根據(jù)儀表統(tǒng)一信號范圍為4~20mA，所以Kˊ的變化范圍僅在0~1之間，不能大于1，因此在確定測量儀表量程上限時，要考慮到這一因素。現(xiàn)在是31頁\一共有59頁\編輯于星期四若Kˊ>1時，可采用乘法器放置在副流量回路中，這時:F2變送器F1變送器控制器控制閥對象×I2-現(xiàn)在是32頁\一共有59頁\編輯于星期四b）對于使用比率給定器的方案F2變送器F1變送器控制器控制閥對象比率器

I1比率給定范圍：線性K′0.3~3.0

開方K′0.6~1.7乘法器與比率器的區(qū)別：

乘法器的比值系數(shù)不象比率器那樣可以直接在儀表上設(shè)置，而是通過外部恒流給定器來設(shè)定的。現(xiàn)在是33頁\一共有59頁\編輯于星期四比值設(shè)置的步驟：（1）先由工藝規(guī)定的兩物料的流量比值K，結(jié)合測量變送器的測量上限，正確的計算出儀表比值系數(shù)K′。（2）根椐所使用的乘法器運算式，由K′進一步算出Ik，然后將恒流定器的輸出值調(diào)整到上述計算值。現(xiàn)在是34頁\一共有59頁\編輯于星期四2）用除法器組成的方案F2÷

F2CF1Kˊ

F2變送器F1變送器控制器控制閥對象除法器

I1I2I0IrDDZ-Ⅲ

儀表（4~20mA）的除法運算式：穩(wěn)態(tài)時：現(xiàn)在是35頁\一共有59頁\編輯于星期四除法器的增益：F2/F1(I2/I1)

，增益為“正”

F1/F2(I1/I2)

，增益為“負”

因此，在除法運算方案中，必須注意到除法器包含在副流量回路中，它的存在影響到系統(tǒng)的負反饋，此外除法器的非線性特性對控制質(zhì)量的影響?，F(xiàn)在是36頁\一共有59頁\編輯于星期四比值設(shè)定的步驟：（1）先由工藝規(guī)定的流量比，測量變送儀表的特性，計算比值系數(shù)K′。（2）按給定值計算公式，算出給定值后再把比值器的給定值設(shè)置成上面的計算值。特點：（1）可直接讀出比值，使用方便。（2）把比值器的給定值改成第三參數(shù)，即能組成變比值系統(tǒng)。現(xiàn)在是37頁\一共有59頁\編輯于星期四比值控制方案中非線性環(huán)節(jié)的影響

產(chǎn)生原因：流量測量采用節(jié)流裝置配差壓變送器，不使用開方器時。若用DDZ-Ⅲ型變送器，則測量信號與流量之間的關(guān)系如下式：式中：K—靜態(tài)放大系數(shù)

F0—F的靜態(tài)工作點整個測量變送環(huán)節(jié)的靜態(tài)放大系數(shù)是：K∝F0，隨著負荷的增加而增大1.測量環(huán)節(jié)的非線性現(xiàn)在是38頁\一共有59頁\編輯于星期四解決方法：（1）可以選取不同流量特性的控制閥來補償。（2）根本的方法是在差壓變送器的輸出端加上開方器，使最終信號與流量之間成線性關(guān)系。注意：對于節(jié)流法測量流量的比值系統(tǒng)，兩流量要么都具有相似的非線性，要么經(jīng)開方都成為線性。現(xiàn)在是39頁\一共有59頁\編輯于星期四2.除法器的非線性

當(dāng)然也有例外，如過程特性本身具有非線性（放大倍數(shù)隨負荷的增大而增大），則此時采用除法器組成比值系統(tǒng)，除法器的非線性不僅對系統(tǒng)的控制質(zhì)量無害，反而能起到對過程非線性的補償作用。由于除法器在閉環(huán)回路中K’=I2/I1，其放大倍數(shù)為：I1是F1的測量信號，K隨著I1(I2)的增大而減小。這與采用差壓法測量流量而不經(jīng)開方運算時的情況正好相反，在小負荷時，系統(tǒng)不易穩(wěn)定?，F(xiàn)在是40頁\一共有59頁\編輯于星期四

在合成氨生產(chǎn)的CO變換爐中，采用除法器組成變換爐溫度對蒸汽/煤氣比值進行校正的變比值控制系統(tǒng)，就是利用除法器的非線性來補償變換爐的非線性，收到了良好的效果。÷

FCTC煤氣蒸氣變換爐變換氣現(xiàn)在是41頁\一共有59頁\編輯于星期四

上面采用K′=I2/I1，若采用K′=I1/I2，其非線性情況也一樣：因為，保持一定，所以負荷越小，放大倍數(shù)越大。由于除法器在閉環(huán)回路中K=I2/I1，其放大倍數(shù)為：可見采用K′=I2/I1時，放大倍數(shù)為“正”而采用K′=I1/I2時，放大倍數(shù)為“負”現(xiàn)在是42頁\一共有59頁\編輯于星期四比值控制方案中的信號匹配問題比值系數(shù)K′的計算是比值控制系統(tǒng)信號匹配的主要內(nèi)容。K′的大小除了與工藝規(guī)定的流量比以外，還與儀表的量程上限有關(guān)。因此要使比值控制系統(tǒng)具有較高的靈敏度和精度，儀表的量程上限的確定是極為關(guān)鍵的。儀表量程選得過大，以致儀表得靈敏度較低。對于相乘方案，比值系數(shù)K′在接近于1時最為靈敏，精度最高。因為當(dāng)K′=1時，KF1max=F2max，即在保持工藝要求的比值K不變情況下，主副流量都在全量程變化，系統(tǒng)的靈敏度及精度都很高。現(xiàn)在是43頁\一共有59頁\編輯于星期四

如工藝要求K=F2/F1=1/2，若選儀表測量上限，F(xiàn)1max/F2max=2/1，則K′=1/2*2/1=1。

對于相除方案，K′值應(yīng)取為0.5~0.8左右，這樣控制器的測量值處于整個量程的中間偏上數(shù)值，既能保證精確度，又有一定的調(diào)整余地?，F(xiàn)在是44頁\一共有59頁\編輯于星期四例題：在甲烷轉(zhuǎn)化反應(yīng)中，為了保證甲烷的轉(zhuǎn)化率，就必須保持天然氣、水蒸汽和空氣之間成一定的比值（1：3：1.4）。工藝生產(chǎn)中最大負荷為：天然氣流量的最大值Fsmax=311100m3/h；空氣流量的最大值Famax=14000m3/h；水蒸氣流量的最大值Fnmax=14000m3/h。轉(zhuǎn)化爐F3C空氣F1C水蒸氣K1F2C天然氣K2現(xiàn)采用差壓法測量流量，未經(jīng)開方運算，系統(tǒng)組成如右圖示：現(xiàn)在是45頁\一共有59頁\編輯于星期四已知：Fmax（m3/h）流量比水蒸氣：310003

天然氣：110001

空氣：140001.4解：天然氣對水蒸氣的比值系數(shù)：空氣對水蒸氣的比值系數(shù)：現(xiàn)在是46頁\一共有59頁\編輯于星期四7.5比值控制系統(tǒng)的投運和整定系統(tǒng)的投運：比值系統(tǒng)投運方法與單回路控制系統(tǒng)投運方法相同比值系數(shù)K′的設(shè)置：1、根椐工藝規(guī)定的流量比K，根據(jù)實際組成的控制方案計算比值系數(shù)K′。2、比值系數(shù)K′不一定要精確設(shè)置，可在投運中逐漸校正，直至工藝認為合格為止?，F(xiàn)在是47頁\一共有59頁\編輯于星期四整定步驟：1、進行比值系數(shù)的計算及現(xiàn)場整定。2、積分時間置最大，比例度由大到小，直找到臨界過程（曲線b)為止。3、適當(dāng)放寬比例度（一般放大20%），再把積分時間慢慢減小，直找到臨界過程（曲線b)為止。

臨界振蕩狀態(tài)tF0cba現(xiàn)在是48頁\一共有59頁\編輯于星期四7.6比值控制系統(tǒng)的其它問題7.6.1流量測量中的壓力、溫度的校正7.6.2主、副流量的動態(tài)比值問題7.6.3具有邏輯規(guī)律的比值控制7.6.4副流量供料不足時的自動配比7.6.5主動量與從動量的選擇現(xiàn)在是49頁\一共有59頁\編輯于星期四7.6.1流量測量中的壓力、溫度的校正

原因：對于氣體流量采用差壓法測量時，若工作條件溫度、壓力參數(shù)與設(shè)計條件不一致，將會影響到測量精度。解決辦法：1、對于溫度、壓力變化較大，控制質(zhì)量要求又較高時，應(yīng)增加溫度、壓力補償。2、采用變比值控制。溫度、壓力校正公式的推導(dǎo)：氣體體積流量和節(jié)流裝置之間的關(guān)系在設(shè)計條件可表示為：現(xiàn)在是50頁\一共有59頁\編輯于星期四式中Qn、Δpn、ρn為設(shè)計條件下的流量、壓差和密度。實際工作條件下表達式為：式中Q1、Δp1、ρ1為實際條件下的流量、壓差和密度。（3-24）（3-25）現(xiàn)在是51頁\一共有59頁\編輯于星期四Tn_—設(shè)計條件下被測介質(zhì)的溫度，K；

pn—設(shè)計條件下被測介質(zhì)的壓力（絕壓），Pa；

T1—工作條件下被測介質(zhì)的溫度，K；

p1—工作條件下被測介質(zhì)的壓力（絕壓），Pa；將式（3—34）和式（3—35）代入式（3—36），整理得：對于定質(zhì)量氣體，考慮溫度、壓力的影響，則有：（3-26）現(xiàn)在是52頁\一共有59頁\編輯于星期四上式即為溫度壓力校正公式。只要在實際工作條件下測出節(jié)流裝置上游的溫度和壓力，并測得當(dāng)時的差壓，然后按式（3—38）換算成設(shè)計條件下Δpn，再求得此時的流量值即校正后的真正流量測量值。（3-28）現(xiàn)在是53頁\一共有59頁\編輯于星期四7.6.2主、副流量的動態(tài)比值問題

隨著生產(chǎn)發(fā)展對自動化地要求越來越高，對比值控制提出了更高地要求。除了要求靜態(tài)比值外，還要求動態(tài)比值一定。Sp.F2KF1CF2CF1Gz(S)F1Hm1(S)Gc1