6.比值控制-过程控制(自动化)解析

F1 ( NaOH溶液 )
清水稀释成浓度为5%的溶液。流量F1、 F2的测量仪表均为线性变送器，仪表 量程分别为0~30T/hr和0~120T/hr，并 采用DDZ-Ⅲ型，K为比值计算单元。 （1）求K值与工艺比值的关系式； （2）根据所描述的工艺情况，确定
I1
I2
I3
K
FC
K值；
（3）若F1的变化范围为10~20T/hr， 试求取稳态条件下I2与I3的变化范围 （用mA表示）
要求：QA / QB = KAB（比值系数）而QB 为主动流 量， QA 为从动流量（可控量），要求设计一控制 系统通过调节QA 以实现上述比值控制目标。
开环比值控制方案
Q1
Q2 KQ1
FT K
缺点：Q2受干扰时，同 样开度Q2值不同，则
K Q2
Q2
Q1
只适合于对比值精度要求不高，从动物料流量比较稳定的场合。
K
AB
Q B max Q A max
存在问题：物料A的流量回路存在非线性，当物料B的流量减少时，回路 增益增大，有可能使系统不稳定，并可能出现“除零”运算。
相除方案中，仪表比值系数K与负荷变化有关，呈非线性关系，近年已不采 用相除方案实施比值控制。 但该方案可直接得到两个流量的实际比值；为 使调节有裕度，设定宜在中间，即K在50%左右为宜。
（3）前馈反馈串级 控制
凝液
工艺 介质
上一节中所采用的前馈控制器：
系统功能——变增益串级
×
RVsp
RV
FC
TC
蒸汽
T2sp
RF
K
1 RF
凝液
T2
工艺 介质
系统功能—前馈串级控制
＋ 前馈控制器
∑ ××
k1
－
T1
RF
T2sp
TC
RVsp
RV
FC
蒸汽
T2
凝液
工艺 介质
比值控制的逻辑提降量
蒸汽
LS
I3
KIA44 mA IB4
KQAQBm B Am m a ax x
变比值控制系统方块图
变比值控制系统的方块图
比值控制系统方案1-相乘方案
以单闭环比值系统为例
QB IB K1 IA
FC
假设流量测量变送为线性环节。
IA Q Q A m A a x(2 0 4 ) 4 m A , IB Q Q B m B a x(2 0 4 ) 4 m A
结论
讨论了流量比值控制问题； 介绍了常用的比值控制方案； 分析了流量比值与比值器参数的关系； 详细列举了燃烧控制中常用的逻辑提降量问题
与解决方案； 简单介绍了变比值控制系统的特点与应用场合。 介绍了比值控制系统的参数整定方法； 介绍了比值控制系统的投运。
练习题
右图表示了NaOH溶液的稀释过程， 输入溶液浓度为20%，要求进一步用
双闭环控制系统 主动量控制器按定值控制系统整定参数；从动量控 制器按随动控制系统整定参数
变比值控制系统 变比值控制器按串级控制系统主控制器整定参数， 从动量控制器按串级控制系统副控制器整定参数。
比值控制系统的投运
按单回路控制系统投运方法各自投运主、从动量控制回路。 变比值控制按串级控制系统投运的方法。
稳态条件：IA = K ( IB-4)+4
2
2
QQAmAax
KQQBmBax
QA
2
KK2 AB
Q QBAm maaxx
比值控制方案2-相乘方案
QB 稳态条件: IB K 2 (IA 4 ) 4m A
IB
K2
QA QB ,
Q Q Amax
Bmax
KAB
QA QB
IA
K2
FC
QA
乘法器K2在副流量回路中 流量变送器为DDZ-Ⅲ线 性仪表
稳态条件: IA = K1( IB-4)+4
QQAmAaxK1
QB , QBmax
KAB
QA QB
K1 KABQ QB Am maaxx
QA
乘法器K1在副流量回路外
相乘方案无法了解两个流量的实 际比值；为不影响精度，K不宜 过小或过大，以接近1为宜
乘法器的设定
QB 对DDZ-III型仪表, 乘法器的输 入输出关系为
比值控制系统方案3（续）
相除方案的方块图
换热器出口温度 变比值串级控制系统
×
RVsp
RV
FC
RF
凝液
TC
蒸汽
T2sp
T2
系统功能： （1）变比值串级？ （2）变增益串级？
工艺
（3）前馈反馈串级
介质
控制 ？
变比值串级控制
×
RVsp
RV
FC
RF
TC
蒸汽
T2sp
系统功能：
T RVsp1KvRF(2T2spT1)
单、双闭环比值控制方案
QB IB K IA
FC
QB
IB
F 1C
K
IA
F 2C
QA
单闭环比值控制系统
QA
双闭环比值控制系统 Return
单闭环比值控制系统的方块图
图中的F1C是比值计算器 优点：两种物料比较精确；结构简单、易实施，广泛应用。 缺点：QB可变，总物料量QA+QB也变化。有些生产不允许总物料（负荷） 大幅度变化，如反应器（负荷变化破坏反应器的热平衡）
双闭环比值控制系统的方块图
IB
F 1C
K
IA
F 2C
QB
K’
QA
特点：对QB定值控制。优点：QB平稳，则QA也平稳，总负荷QA+QB稳定；改 变QBSP，可改变QB，QA自动跟踪，且比值不变，动态比值。若比值K变化时， 怎么办？
变比值控制系统
IB
÷K
IA
QB
y
RC
YC
QA
对DDZ III型仪表, 除法器的输 入输出关系为
当蒸汽压力上升（降负荷）时：此时，压力控制器PC输出下降，该信号 被低选器选通使F1C的设定值减小，从而减小燃料量，随着燃料量减小， 通过比值控制系统自动减少空气量。从而达到降量时先降燃料，后降空 气量的要求。
比值控制系统的参数整定
单闭环控制系统 按随动控制系统参数整定方法整定从动量控制器 参数
I1
F1C
燃料
Q1
PC
I0
HS I2 I4
F2C
K
Q2
空气
功能: (1) 正常工况下实现 锅炉蒸汽压力对燃料流量 的串级控制，以及燃料与 空气流量的比值控制
(2) 提负荷时先提空气，而 降负荷时先降燃料量。
分析要点：正常工况时，
I1I2I3I4I0
方案分析
正常工况下，这是炉出口蒸汽压力对燃油流量的串级控制系统和 燃油流量与空气流量的比值控制系统。蒸汽压力控制器是反作用 的，当蒸汽压力下降时（如因蒸汽耗量增加），压力控制器输出 增加，提高了燃油流量控制器的设定值。
Q1
Q2
F1T I1
F2T K
FC I2
I2’
I0
KI200 4 41 28 0 4 40.875
K
k Q
1max
Q2max
k
K
Q2max Q1max
0.875
4000 7000
0.5
KI I1 2 4 41 I2 04 4 I29.2m5A
谢谢！
K2
1 QAmax 1 KAB QBmax K1
总结：当K在0-1之间，乘法器 应设置在从动量控制回路外； 当K大于1时，乘法器应设置在 从动量控制回路内。
比值控制系统方案3-相除方案
QB
稳态条件: K3 = IA / IB
IB
÷
IA
IA / IB
K3
RC
QA
K3
QA QB
Q B max Q A max
IB
×
Is
I0
I0Is41 6 (IB4)4 m A
FC
稳态条件: IA = I0
IA
Is
16QA QBmax QB QAmax
4
QA
16KAB
QBmax QAmax
4
mA
IB K
IA
I0
FC
比值控制系统方案1（续）
假设流量测量变送环节为非线性环节。
QB
2
2
IA Q Q A m A a x (2 0 4 ) 4 m A , IB Q Q B m B a x (2 0 4 ) 4 m A
正常工况时：通过信号匹配，低选器LS选通PC调节器的输出作为燃 料流量控制器F1C的设定值，构成蒸汽压力对燃料流量的串级控制系 统。而燃料流量测量信号通过高选器HS作为F2C调节器的设定值，构 成以燃料为主动量、空气量为从动量的双闭环比值控制系统。
提升负荷（提负荷）时：因为PC是反作用的， 因此，当蒸汽压力下降（如因蒸汽耗量增大） 时，PC输出将上升。由于该信号不能通过低 选器，因此不能立即增加燃料量，但该信号将 被高选器选通以使F2C设定值增加，即加大空 气量。随着空气量的增加，低选器的输出逐渐 增加，使燃料量逐渐上升。这样就达到了提量 时先提空气量，后提燃料量的要求。
QB
QA
混 合 器
6~8% NNaaOoHH
问题：假设NaOH用量QB和稀释 水量QA可测并且QA可调。如果 QB变化，如何调整以使稀释液 NaOH的浓度为6~8%左右？ 解决方案：
（1）出口浓度控制； （2）入口流量的比值控制（流 量比值 ？）。
物料 B
流量比值控制问题
QB 后续
物料 A
QA
装置
F2 ( 清水)
练习
有一单闭环比值控制系统如图所示，其比值用DDZ-Ⅲ型乘法器来实现 （图中的测量仪表是线性仪表）。已知Q1max＝7000kg／h，Q2max＝ 4000kg／h。要求：
（1）若已知I0＝18mA，求该比值控制系统的k＝？比值系数K=？
（2）待该比值系统稳定时，测得I1＝10mA，试计算此时的I2=？
6.比值控制-过程控制(自动化)解析
比值控制 Ratio Control
本讲内容
比值控制问题的由来； 常用的比值控制方案与系统结构； 流量比值与比值器参数的关系； 变比值控制系统的特点与应用场合； 比值控制系统的参数整定； 比值控制系统的投运。
溶液配制问题
30% NNaaOoH
H2O