第4章 比值控制系统.

1、测量变送环节的非线性特性
流量与测量信号无论是呈线性关系还是呈非线性关系，
通过对流量与测量信号的不同关系可以得出以下结论： 1）流量比值K与比值系数K’是两个不同的概念，不能混淆； 2）比值系数K’的大小与流量比K的值有关，也与变送器的量 程有关。
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4-4 比值控制系统设计和工程应用中的问题
一、主动量和从动量的选择
主动量通常选择可测量但不可控制的过程变量；
从安全考虑，如该过程变量供应不足会不安全时， 应选择该过程变量为主动量，例如，水蒸汽和甲烷 进行甲烷转化反应，由于水蒸气不足会造成析碳， 因此，应选择水蒸汽作为主动量； 从动量通常应是既可测量又可控制，并需要保持一 定比值的过程变量。
比值器参数必须由实际物料流量的比值系数K折
算成仪表的标准统一信号。以下分两种情况。
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一、流量与测量信号成线性关系
对于Ⅲ型仪表输出4～20mA , 根据变送器的输出关系
I 4 16
'
F Fmax
可得
F2 F2 max F2 F1max F1max I2 4 K ( ) K( ) F1 F1max F1 F2 max F2 max I1 4
为主动量。在生产过程控制中，主要是流量比值控制系 统，所以主动量也称为主流量，用F1表示。另一种配料 称为副流量用F2表示。比值控制系统就是实现副流量F2 与主流量F1的比值关系，即 K=F2/F1
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4-2 比值控制系统的类型
1、开环比值控制系统
特点： 简单、成本低； 只有当F1变化时才起控制作用； F2变化时F1不会响应，比例关系被破坏。
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二、 比值控制系统类型的选择
主动量不可控时，选用单闭环比值控制系统，例如，主动量 来自上一工序； 主动量可控可测，并且变化较大时，宜选双闭环比值控制系 统； 当比值根据生产过程的需要由另一个控制器进行调节时，应 选择变比值控制系统； 当质量偏离控制指标需要改变流量的比值时，应采用变比值 控制系统； 变比值控制系统的第三过程变量通常选择过程的质量指标， 例如，烟道气中的氧含量等。
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从仪表精确度考虑，流量仪表测量范围分为十挡：1、1.25、 1.6、2、2.5、3.2、4、5、6.3、8×10n（n为整数）。根据 题意，各差压变送器的量程应选择为： Fsmax=32000m3/h；Fhmax=12500m3/h；Famax=16000m3/h； 采用蒸汽作为主动量Fs，天然气Fh和空气Fa为从动量。防止水 碳比过低造成析碳。 依题意工艺比值系数为:
第4章比值控制系统
比值控制系统基本概念
比值控制系统的基本类型
比值控制系统设计 比值控制系统参数整定
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4-1、概述
一、定义
实现两个或两种以上 参数符合一定比例关 系的控制系统，称为 比值控制系统。
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二、关系
在需要保持比值关系的两种物料中，必有一直处于主导
地位，这种物料称为主物料，表征这种物料的参数称之
烷、蒸汽和空气三者的比值为1:3:1.4。流量测量都采用节 流装置和差压变送器，未装开方器，其中，蒸汽最大流量 为31100m3/h；天然气最大流量为11000m3/h；空气最大流 量为14000m3/h；采用相乘和相除方案，确定各差压变送
器的量程，仪表比值系数K1’和K2’，乘法器和除法器输
入电流I k1和I k2。
K 1 Fh Fs 1 / 3 K 2 Fa Fs 1.4 / 3
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因采用非线性检测变送环节，仪表比值系数的计算公式为：
K' K 2
2 F主 max 2 F从 max
可得
2 K '1 K 1
Fs2max Fh2max

1 320002 3 12500
2 2
0.7282
F k p
F2
2 Fmax
对于4～20mA电动仪表
比值系数计算方法为：
I
16 4
2 2 2 F F I 4 F K' 2 22 12max K 2 12max I 1 4 F1 F2 max F2 max
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比值系数计算示例
合成氨一段转化反应中，为保证甲烷的转化率，需保持甲
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比值控制系统的实施方案有相乘和相除两类。 一般情况下，宜选择相乘控制方案。 采用计算机或DCS控制时，应选择相乘控制方案。 需要获得主从动量流量的实际比值时，建议用除法器作比值 运算，但不包含在控制回路内部。
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三、比值控制系统中的非线性补偿
比值控制系统中的非线性特性是指被控过程的静态放大系数 随负荷变化而变化的特性，在设计比值控制系统时必须要加 以注意。
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2、单闭环比值控制系统
特点: 能克服开环比值方案的不足。
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优点：不但能实现流量的副量跟主量变化，而且能克服流量干扰等。 缺点：主流量不受控。
应用场合：在负荷变化不太大的场合得到广泛应用。
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3、双闭环控制系统
特点: 能克服单闭环主流量不受控的不足。
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4、串级比值控制系统（变比值控制系统）
2 K '2 K 2
Fs2max Fa2max

1.4 2 320002 3
2
16000
2
0.8711
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假设采用电动III型仪表，则乘法器输入电流（即恒流给定器输 出）和相除方案中比值控制器设定电流应为：
I k 1 16 K '1 4 15.65mA I k 2 16 K '2 4 17.94mA
在有些生产过程中，要求两种物料的流量比随第三个工艺参数的 要求而变化，也就是比值系数不是固定的而是随工况而变化的， 这就是变比值控制。变比值控制系统是一个以第三个变量为主变 量(质量指标)、以两个流量比为副变量的串级控制算
如上所述，比值控制是解决不同物料流量之 间的比例关系问题。当使用单元组合仪表时， 因输入－输出参数均为统一标准信号，所以，
I1、I2分别为主、副流量测量信号值。 对于采用线性流量检测单元情况时，只有在F1max=F2max的 场合，K’= K。在同样的比值K下，通过调整F1max,F2max亦
可以改变比值。
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二、流量与测量信号呈非线性关系（采用差压变送器测量流量） 流量与压差的非线性关系为： k----节流装置的比例系数