比值控制系统的参数整定

项目五 比值控制系统
5.1 概述
工业生产过程中，经常需要两种或两种以上的物 料按一定比例混合或进行反应。一旦比例失调，就会 影响生产的正常进行，影响产品质量，浪费原料，消 耗动力，造成环境污染，甚至造成生产事故。最常见 的是燃烧过程，燃料与空气要保持一定的比例关系， 才能满足生产和环保的要求；造纸过程中，浓纸浆与 水要以一定的比例混合，才能制造出合格的纸浆；许 多化学反应的多个进料要保持一定的比例。因此，凡 是用来实现两种或两种以上的物料量自动地保持一定 比例关系以达到某种控制目的的控制系统，称为比值 控制系统。
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5.2.2 双闭环比值控制系统
双闭环比值控制系统是为了克服单闭环比值控制系统主动量 不受控、生产负荷在较大范围内波动的不足而设计的。在主动量 也需要控制的情况下，增加一个主动量控制回路，单闭环比值控 制系统就成为双闭环比值控制系统，如图5.4所示。
图5.4 双闭环比值控制系统
项目五 比值控制系统 如图5.5所示，为某溶剂厂生产中采用的二氧化碳与氧气流量 的双闭环比值控制系统的实例。双闭环比值控制系统由于主动量 控制回路的存在，实现了对主动量的定值控制，大大克服了主流 量干扰的影响，使主流量变得比较平稳，通过比值控制副流量也 将比较平稳。这样不仅实现了比较精确的流量比值，而且也确保 了两物料的总流量（即生产负荷）能保持稳定，这是双闭环比值 控制的一个主要优点。
项目五 比值控制系统 比值控制系统是控制两种物料流量比值的控制系统，一种物料 需要跟随另一种物料流量的变化。在需要保持比例关系的两种物料 中，必有一种物料处于主导地位，称此物料为主动量（或主物料）， 用表示；而另一种物料以一定的比例随的变化而变化，称为从动量 （或从物料），用表示。由于主、从物料均为流量参数，故又分别 称为主流量和副流量。例如，在燃烧过程的比值控制系统中，当燃 料量增加或减少时，空气流量也要随之增加或减少，因此，燃料量 应为主动量，而空气量为从动量。比值控制系统就是要实现从动量 与主动量的对应比值关系，即满足关系式
图5.3 丁烯洗涤塔进料与 洗涤水之比值控制
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单闭环比值控制系统中，虽然两物料比值一 定，但由于主动量是不受控制的，所以总物料量 （即生产负荷）是不固定的，这对于负荷变化幅度 大—物料又直接去化学反应器的场合是不适合的。 因负荷的波动有可能造成反应不完全，或反应放出 的热量不能及时被带走等，从而给反应带来一定的 影响，甚至造成事故。此外，这种方案对于严格要 求动态比值的场合也是不适应的。因为这种方案的 主动量是不定值的，当主动量出现大幅度波动时， 从动量相对于控制器的设定值会出现较大的偏差， 也就是说，在这段时间里，主、从动量的比值会较 大地偏离工艺要求的流量比，即不能保证动态比值。
图5.5 二氧化碳与氧气流量双闭环比值控制系统
5.2.1 单闭环比值控制系统
单闭环比值控制系统是为了克服开环比值控制方案的不足， 在开环比值控制系统的基础上，增加一个从动量的闭环控制系统， 如图5.2所示。
图5.2 单闭环比值控制系统
与串级控制系统的区别？
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在稳定状态下，主、副流量满足工艺要求的比 值，F2/F1＝K。当主流量变化时，其主流量信号F1 经变送器送到比值计算装置（通常为乘法器或比值 器），比值计算装置则按预先设置好的比值使输出 成比例地变化，ຫໍສະໝຸດ Baidu就是成比例地改变副流量控制器 的设定值，此时副流量闭环系统为一个随动控制系 统，从而使F2跟随F1变化，使得在新的工况下，流 量比值K保持不变。当主流量没有变化而副流量由 于自身扰动发生变化时，副流量闭环系统相当于一 个定值控制系统，通过自行控制克服扰动，使工艺 要求的流量比值仍保持不变。
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比值控制系统
内容提要 生产过程中经常要求两种或两种以上的物料 以一定的比例混合以后参加化学反应，以保证反 应安全、充分并节约能量，由此提出了比值控制。 本章将重点讲述比值控制系统的常见结构类型、 比值系数的计算、比值控制系统方案的实施、实 施中的有关问题及比值控制系统的投运与整定的 步骤。
项目五 比值控制系统 如图5.3所示，为单闭环比值控制系统 实例。丁烯洗涤塔的任务是用水除去丁烯馏 分中所夹带的微量乙腈。为了保证洗涤质量， 要求根据进料流量配以一定比例的洗涤水量。 总之，单闭环比值控制系统不仅能使从 动量的流量跟随主动量的变化而变化，实现 主、从动量的精确流量比值，还能克服进入 从动量控制回路的扰动影响。因此，其主、 从动量的比值较为精确，而且比开环比值控 制系统的控制质量要好。单闭环比值控制系 统的结构形式较简单。所增加的仪表投资较 少，实施起来亦较方便，而控制品质却有很 大提高，因而被大量应用于生产过程控制， 尤其适用于主物料在工艺上不允许进行控制 的场合。
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通常，工业生产过程中采用闭环比值控制系统。为了调节从 动量，从动量应组成闭环，因此，根据主动量是否组成闭环，可 分为单闭环比值控制系统和双闭环比值控制系统。如果比值K来 自于另一个控制器，即主、副物料的流量比不是一个固定值，则 该比值控制系统就是变比值控制系统。
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F2 ＝K F 1
（5-1）
式中，K为从动量与主动量的比值。 由此可见，在比值控制系统中，从动量是跟随主动量变化的物 料流量，因此，比值控制系统实际上是一种随动控制系统。
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5.2 比值控制系统的类型
按照系统结构，可将比值控制系统分为单闭环、双闭环和变 比值控制系统三种结构类型。 从控制原理看，比值控制系统属于前馈控制系统。开环比值 控制系统是最简单的比值控制系统。当F2因管线两端的压力波动 而发生变化时，系统不起控制作用，此时难以保证F2与F1间的比 值关系。也就是说，开环比值控制系统对来自于从动量所在管线 的扰动并无抗干扰能力，只能适用于从动量较平稳且对比值要求 不高的场合。而实际生产过程中，对F2的扰动常常是不可避免的， 因此生产上很少采用开环比值控制系统。