比值控制系统分析
比值控制系统
一、基本概念:
比值控制系统(流量比值控制系统):实现两个或两个以
上参数符合一定比例关系的控制系统。
主物料或主动量:在保持比例关系的两种物料中处于主导 地位的物料,称为主物料;表征主物料的参数,称为主动 量(主流量),用F1表示。 从物料或从动量:按照主物料进行配比,在控制过程中跟 随主物料变化而变化的物料,称为从物料;表征从物料特 性的参数,称为从动量(副流量),用F2表示。 有些场合,用不可控物料为主物料,用改变可控物料即从 物料来实现比值关系。 K= F2/ F1
2、单闭环比值控制
增加一个副流量闭环控制系统
2、单闭环比值控制
单闭环比值控制特点
不但能实现副流量跟随主流量的变化而变化,而且可以 克服副流量本身干扰对比值的影响,主副流量的比值较
为精确。
总物料量不固定,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。 当主流量出现大幅度波动时,副流量给定值大幅度波动, 在调节的一段时间里,比值会偏离工艺要求的流量比, 不适用于要求严格动态比的场合。 适用于主物料在工艺上不允许进行控制的场合
原理:F1的测量值乘以某一系 数K’作为控制器FC的设定值, 可以用比值器,乘法器实现。
原理:两种流量的比值作为副流 量控制器的测量值,可以用除法 器实现。
用比值器组成的方案
比值器的作用是实现一 个输入信号乘上一个常 数的运算
K
比值器 I入
I出 控制器 控制阀 测量变送器2 测量变送器1 F1 流量对象
F I (20 4) 4 Fmax
I 2 I 20 从动流量的测量信号 I 2max I 20 K I1 I10 主动流量的测量信号 I1max I10
F2 F2 (20 4) 4 4 (20 4) Fmax I 2 4 F2max K F1 F1 I1 4 (20 4) 4 4 (20 4) F1max Fmax F1max F2 F1max K F1 F2max F2max
比值控制系统的工作原理
比值控制系统的工作原理
比值控制系统是一种基于偏差量和比例常数的控制系统。
其工作原理如下:
1. 比例控制:比值控制系统根据输入偏差量和比例常数,计算出输出信号。
比例控制的原理是通过将错误信号和一个固定的乘法因子相乘来产生输出信号。
这个因子就是比例常数,用于调整输出与输入之间的比例关系。
2. 反馈环路:比值控制系统通常采用反馈环路来实现。
它将输出信号与期望输出值进行比较,通过反馈回路将差异信号传递回控制器。
控制器根据差异信号调整输出信号,使其接近期望输出值。
这样,控制系统就能够实时地校正偏差,并不断调整输出信号以实现稳定的控制。
3. 闭环控制:比值控制系统通过闭环控制来实现。
它不仅考虑输入和输出之间的比例关系,还根据反馈信号对输出信号进行调整。
这种控制方式能够根据实际情况动态地调整输出信号,提高控制的准确性和稳定性。
总体而言,比值控制系统的工作原理是通过比例调节和反馈控制来实现对输出信号的调整和校正。
它能够实时地根据反馈信号对输出信号进行调整,达到期望的控制效果。
比值控制系统
静态比值恒定的同时,
要求动态比值一定,因此
引入“动态补偿环
节”Wb(s),由于副流量滞 后于主流量则动态补偿环 节应具有超前特性。
Wb(s)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
双闭环比值控制系统
适用于主副流量扰动频繁,
负荷变化较大,同时保证
主、副物料总量恒定的生
产过程。
三、串级比值控制系统
流量比m2= Q2 /Q1
是副参数,随R2的变 化而变化 主参数(质量指标) Y(s),按一定的工艺 指标自动修正R2
Y(s)受扰动→ WT1输出R2变化→ m2变化 例如:烟气中含氧量→ 修正风煤比定值
四、有逻辑规律的比值控制系统
要求两个物料流量 保持一定比例的同 时,要求物料流量 的变动有一定的先 后次序 蒸汽压力为定值,表明汽轮机耗汽量和锅炉产汽量平衡
二、控制系统的整定
(一)信号的静态配合
流量与其测量信号呈线性关系
折算成仪表的比值系数 其中,
K I2 4 K Q1max
I1 4
Q2 m a x
WK (s) K
流量与其测量信号呈非线性关系
折算成仪表的比值系数
K
K
2
Q2 1m ax
Q2 2max
(二)动态补偿环节的整定
要求
Q2 Q1
s s
Wm1
sWb sWK sWT2sW 1WT 2sW2sWm2s
2
s
K
所以
Wb
s
1
WT 2sW2sWm2s Wm1sWT 2sW2s
Q2max Q1max
(三)动态参数的整定
单闭环比值控制系统的整定 1.把控制器的积分时间Ti放在最大,然后从大到小逐渐
第4章 比值控制系统
K 1 Fh Fs 1 / 3 K 2 Fa Fs 1.4 / 3
16
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
比值器参数准统一信号。以下分两种情况。
11
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
20
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。
21
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。
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
1
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。
2
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
比值控制系统.
即:主动量与从动量的比值按照第三参数的需要而变化。 注意:第三参数必须可连续的测量变送,否则系统将无法 实施。 举例:氧化炉温度对氨气—空气串级比值控制系统
氨气+空气生产硝酸
FC
空气/氨气
TC
温度
÷
FT
氨气 F2 空气 F1
混 合
FT
氧 化 炉
预 热
工作原理:
氧化炉温度对氨气/空气串级比值控制系统
I1 Q1 I 2 Q2 ; 20 Q1max 20 Q 2max I 2 20 Q 2 /Q 2max K' I1 20 Q1/Q1max Q1max K ' K显 K Q 2max
I 20 I1 0 0 0% Q1 Qmax 100% Q
当测量信号为4~20mA时,有:
0 0%
Q1
Qmax 100%
Q
4. 测量信号与被测量之间成平方关系时:
氨气+空气按照一定比值进入氧化炉,在铂触媒作用, 840度温度下,放热反应产生硝酸和一氧化氮。 氨气浓度对温度又有影响,浓度每下降1%,温度下降 64度。所以比值不是定值,要补偿温度的变化。
氧化炉温度对氨气/空气串级比值控制系统方框图
主控制器
-
副控制器
控制阀
测量变送
流量对象
主对象
除法器 测量变送 主测量变送
存在问题:需要防止共振的产生。
4) 变比值控制系统
变比值控制系统 有的系统要求比值不是定值,而是在一定条件或 随着某一个参数而变化的。 这种以第三参数为主参数(质量指标)和以主从 动量之比为副参数所组成的串级控制系统称为变比 值控制系统。
含义:按照一定的工艺指标,自行修正比值系数的比值 控制系统。
比值控制系统
的控制信号。
P2T
炉膛
正 燃气
锅炉给水
P2C输出高值时,LS选中P1C作为输出。系统是 以蒸汽压力为被控变量的简单控制系统。当煤气压力
超过P2C给定值时, P2C输出低值, LS将改选P2C作
为输出。 系统处于
P1T 蒸汽
燃气压力控制时,
反
P1C 反
蒸汽出口压力控
汽包
P2C
< 选择器1
制回路被燃气压
力安全保护回路
2)控制方案的选择
控制方案选择应根据不同的生产要求确定,同时 兼顾经济性原则。
①如果工艺上仅要求两物料流量之比值一定,而 对总流量无要求,可用单闭环比值控制方案。
②如果主、副流量的扰动频繁,而工艺要求主、 副物料总流量恒定的生产过程,可用双闭环比值控制 方案。
③当生产工艺要求两种物料流量的比值要随着第 三参数的需要进行调节时,可用变比值控制方案。
如此例中,当前后塔的压力变化较大时,尽管调 节阀的开度不变,输出流量也会发生较大变化。
因此,简单
均匀控制适用于干
LT
扰不大、对流量的
1#
2#
均匀程度要求较低
LC
的场合。
2.串级均匀控制 为了克服简单均匀控制只有一个控制回路,只能 保证一个被控变量精度的缺点,可在简单均匀控制方 案基础上增加一个副控制回路,构成串级均匀控制。
给定1 - 控制器1
+
正常控制
+
控制器2 给定2 - 取代控制
变送器1
选择器
执行器
干扰 对象
被控量1 被控量2
变送器2
例1 锅炉蒸汽压力的控制
工艺要求锅炉输出蒸汽压力稳定。若用单回路 控制系统控制,则根据蒸汽出口压力控制燃气量。
第七章比值控制系统
在工业生产过程中起主导作用的物料流量一般选为主 流量,其它的物料流量选为副流量,其副流量跟随主流量 变化。
在工业生产过程中不可控的或者工艺上不允许控制的 物料流量一般选为主流量 ,而可控的物料流量选为副流 量。
在生产过程中较昂贵的物料流量可选为主流量,这样 可以不会造成浪费或提高产量。
在现代工业生产过程中,对自动化的要求较高。就比值控制而 言,不仅要求静态比值恒定,且还要求动态比值一定,在扰动 作用下,要求主、副流量接近同步变化即要求静态与动态时物 料量保持一定比值。为了使 主、副流量在时间上和相位 上同步变化,必须引入“动态 补偿环节”Wb(s),从原理上 分析,Q2(s)/Q1(s)=K,就可
Q2 s Wm1 sWb sWK sWT 2 sW2 s
Q1 s
1WT 2 sW2 sWm2 s
若能使Q2(s)/Q1(s)=K,就能达到主、副流量在 控制过程中的每一瞬时都能成比值变化即主、副 流量变化在时间和相位上同步。
Wm1
sWb sWK sWT 2 sW2 1WT 2 sW2 sWm2 s
作迅速。
例: “燃料-空气”系统
例: 带氧量校正信号的“燃料-空气”系统
1.信号的静态配合 流量与测量信号成线性关系
I1
Q1 Q1max
16
4
I2
Q2 Q2 max
16
4
由于生产工艺要求Q2/ Q1=K,则
K I2 4 Q2max I1 4 Q1max
Wk (s)
K
I2 I1
4 4
K
Q1max Q2 max
若采用比值器来实现比值控制时,由上式计算出的仪表比 值系数K′,即为比值器的比值系数,W(s)= K′。
比值控制系统分析
比值控制系统分析摘要:火电厂控制系统应用了各种类型的比值控制系统,如开环比值控制系统、单闭环比值控制系统、双比值控制系统及有逻辑规律的比值控制系统等。
本文就控制系统的设计思路、性能分析和比值控制系统分析。
关键词:比值控制;控制系统;系统分析1.引言在生产过程中,经常出现一种随动控制系统,它叫比值控制系统,能控制两种或两种以上的物质保持一定的比例关系,一旦出现比例失调就会影响生产的安全性和经济性。
在这种系统控制的需要保持比例的两种物质中,必有一种处于主导地位,称为主动量,而另一种需要按主动量进行配比,称为从动量。
2.比值控制系统类型和原理分析2.1开环比值控制系统开环比值控制系统的原理图如图1所示。
它是比值控制系统中最简单的控制方案。
Q1是主动物料流量,Q2是从动物料流量,Q2随Q1改变而改变。
在稳态下,两种物料流量关系满足Q2=KQ1的要求。
其中K为工艺指标规定的体积或质量流量的比值。
在这个方案中,主动流量Q1仅有测量变送信号送入控制器(或比值器),而控制器并不控制它,即没有形成回路。
相反,从动物料Q2没有测量变送信号,却只有控制信号,所以系统是开环的。
开环比值控制系统的特点是:系统简单,所用仪表少,仅需一台比例控制器就可以实现;整定也比较简单,控制器比例度可以根据比值要求设置。
但是,这一方案仅适用于从动物料Q2在一定阀门开度下,流量很少变化或者相当稳定的场合。
在这种系统中从动物料Q2的干扰是不可避免的。
(a)原理图(b)框图图1 开环比值控制系统2.2单闭环比值控制系统工艺上要求两种物质的流量保持一定的比例关系,可以选用单闭环比值控制系统,如下图2所。
图2 单闭环比值控制(a)系统结构框图(b)系统原理框图系统稳定时,Q1/Q2=K。
当Q1变化时经比值控制器按预先设置的比值使输出成比例地变化,也就是成比例地改变从动量控制器的给定值,从而使Q2跟随Q1变化,使得在新的稳定条件下保持Q1与 Q 2的比值K不变。
比值控制系统
2、采用差压法未经开方流量检测单元的情况 此时,主动量与从动量的输出值(无量 纲)分别为(F1/F1MAX)2, (F1/F1MAX)2 。 所以比值系数为:
( F2 / F2 MAX ) 2 F2 2 F1MAX 2 2 F MAX 2 K= =( ) ( ) =k ( 1 ) 2 ( F1 / F1MAX ) F1 F2 MAX F2 MAX
比值控制系统中,从动量控制系统是随 动控制系统,其设定值由系统外部的kFM提 供,其任务就是使从动量FS尽可能地保持与 KFM相等,随着FM的变化,始终保持FM与FS 的比值关系。 在系统稳定时,该比值是比较精确的, 在动态过程中,比值关系相对不够精确。 当主动量处于不变状态时,从动量控制 系统又相当于一个定值控制系统。
图9-14 双闭环比值控制系统方框图
2、双闭环比值控制系统
在主动量也需要控制时,增加一个主动 量闭环控制系统,单闭环比值控制系统成为 双闭环比值控制系统,如图9-14所示。 增加了主动量闭环控制后,主动量得以 稳定,从而使总流量能保持稳定。 双闭环比值控制系统主要用于总流量需 要经常调整(即工艺负荷的升降)的场合, 如无此要求,可采用两个单独的闭环控制系 统来保持比值关系。
图9-16 加热炉变比值控制系统方框图
三、比值系数计算
流量比值与设置于仪表的比值系数是两 个不同的概念,它们都为无量纲系数,但两 者的数值是不等的。 流量比值k是流量的比值,它们可以同为 质量流量、体积流量或折算为标准情况下的 流量。 比值系数K是设置于比值函数模块或比值 控制器中的参数。
1、采用线性流量检测单元的情况
图9-12 燃烧过程比值单闭环比值控制系统 如图9-12所示。从结构上看,似乎与串 级控制系统很相似。但它们的方框图是不同 的,如图9-13所示,而且功能也不同。
比值控制系统详解
制
就是把工艺上要求的流量比折算成在控制系统对应的电信号之比。
系 统
(具体内容请参阅教材 )
过 程 控 制 系 统 仿 真
第
7
7.2 比值控制系统设计
章
比
本节主要讲述比值控制系统中的比值控制方式选择原则、主从物料的选择原则及比值
值
控制的工程整定方法。
控
制 系
统
7.1 比值控制系统基础知识
过
7.2 比值控制系统设计
当从物料量受到干扰发生波动时,和单闭环比值控制 系统及双闭环比值控制系统一样,调节从物料流量,保 证主物料量和从物料量比值不变。
当主被控对象(即第三参量)受到干扰引起被控发生 变化时,主控制器的输出将发生变化,也就是改变了比 值控制器的设定值,即改变了主、从物料的比值。
【例7-3】 变比值控制系统在硝酸铵中和反应 中的应用。利用氨和硝酸中和反应生产硝酸 铵的流程如图7.8所示。
动后的数值相对应,保持主动量和从动量的比值不变。
第
7
7.1 比值控制系统基础知识
章
7.1.2 比值控制系统的类
比型
值 控
3.双闭环比值控制系统
制
系
可见主动量控制回路是一定值控制系统,而从动量控制回路是一个随动控制系统。
统
和单闭环比值控制系统相比,双闭环比值控制系统的突出优点如下:
过
(1)控制系统更为稳定
(1)工艺流程图;(2)原理方框图 图7.2 开环比值控制系统
第
7
7.1 比值控制系统基础知识
章
7.1.2 比值控制系统的类
比型
值
控
1.开环比值控制系统
制
系 统
1)当系统处于稳定工作状态时,两物料的流量满足比值关系。 2)当主动量受到干扰而发生变化时,系统通过比值器及设定值按比
比值控制系统
比值器
控制器
FC
控制阀 变送器
变送器
对象 F2 F1
F1:主动量 F2:从动量
比值器设置的是测量值的比值。
例如:流量单闭环比值控制系统
要求:K = 流量F2/流量F1
比值器比值设置值 K’
K’ = F2流量测量值 / F1流量测量值
比值器 K’
控制器
FC
控制阀 变送器
对象 F2
变送器
F1
1.仪表比值系数 K′与比值 K 是两个不同的概念, 不能混淆。
4、调节器参数的整定
1)根据计算的比值系数K’在满足工艺生产流量比的情 况下,将比值控制系统投入运行。 2)将积分时间常数置于最大,由大到小改变调节器的 比例度,使系统响应迅速,并处于振荡与不振荡的临界 过程。 3)若有积分作用,则适当的加大比例度,投入积分作 用,并减小积分时间,直到系统出现振荡与不振荡的临 界过程。
3、调节器控制规律的选择
a、对于单闭环比值控制系统,比值器仅接收主动量的 测量信号,仅仅起比值计算作用,故选比例控制P;调 节器实现比值作用和使从动量相对稳定,应选择PI控 制规律。
b、对于双闭环比值控制系统,两物料流量不仅要保持 恒定的比值,而且主动量要实现定值控制,其输出为 从动量的设定值也是定值。所以,两个调节器均选择 为PI控制规律。 c、变比值控制系统,从结构上看它为串级控制系统, 具有串级控制系统的一些特点,主调节器选择PI或PID 控制规律,比值调节器选用P控
K
Q1max Q 2max
I 20 I1
0
0 0%
Q1
Qmax Q 100%
当测量信号为4~20mA时,有:
I1
Q1 Q1 max
第5章 比值控制系统
双闭环比值控制系统构成特点:
Q1 F1T F1C K F2T F2C Q2
比值 K 控制器2 执行器2 对象2 从物流 Q2 测量变送2 控制器1 执行器1 对象1 主物流 Q1 测量变送1
主、副物流各有一个闭环控制回路保证其流体稳定流动 主物流测变信号经比值计算后作为副物流控制器的给定值 比值部分属于开环
流量测量变送2 除法器 流量测量变送1 主测量变送
Q1
15
变比值控制特点
Q1 R F 1T TC FC Q2
÷ F 2T
① 是以某参数为主变量,以二流量比值为副参数的串级控
制 ② 可随工艺条件修正比值系数,具有一定的自适应能力 ③ 主参数稳定,比值部分特性同定比值控制。 16 主参数波动场合,比值部分特性同随动控制。
特点: a. 简单、仪表少、成本低 b. 性能稳定,精度、灵敏度
F2T
I2
关键问题
确定比值器设定数值
较高 c. 比值系数设定范围大 比值器种类 系数测定范围 ◊ 气动 0.25~4 ◊ DDZ-Ⅱ 0.03~3 ◊ DDZ-Ⅲ 0.3~4 d. 不能远程调整比值系数, 不能构成变比值控制系统
5.3 比值控制系统的实施
主要内容: 1)比值系数计算 2)比值控制实现方法
21
1)比值系数计算
关键问题: 确定比值计算器的比值系数K 定义: k:工艺要求二物流流量比 k=Q2 / Q1 K:仪表设定比值系数(k的标 准信号值)
Q2
Q1 F1T
I1 I2
K
Ik
FC
F2T
单闭环比值控制系统
设定: 流量由0上升到最大值Qmax, 对应变送器输出信号由相应的 标准信号最小值变到最大值。
热工B-热工控制系统第七章比值控制系统
能源与动力工程学院第七章比值控制系统能源与动力工程学院第一节比值控制系统分析在工业生产过程中,常需要保持两个变量(通常指流量)成比例变化,需采用比值控制系统,比值控制系统的作用,即在于维持两个变量之间的比值关系。
比值控制系统中所指的两个流量,通常将其中之一G1称作主通常主动流量G1不加控制,(G1可能作为其他系统的控制变量,动流量,另一个流量G2则称作从动流量;而由别的系统加以控制)以从动流量G2作为系统的调节变量,通过改变G,维持两个流量之间的比值关系。
2能源与动力工程学院比值控制系统中的被调量是两个流量的比值R:R=G2/G1(或R=G1/G2)比值R的求取,通常不是唯一的。
常见的比值控制系统为单回路的,可分为定值型与随动型两大类。
除此之外,还有采用前馈-反馈复合控制的串级型比值控制系统。
以下分别介绍不同比值控制系统的工作原理及分析方法。
一、单回路比值控制系统(一)定值型单回路比值控制系统能源与动力工程学院定值型比值控制PI Kp G 2I 0+-系统结构如右图所示:γ21/I G1I R 定值比值控制系统流量G 1、G 2经检测元件转换为信号I G1、I G2送入除法器后,输出I R 即为代表G 1与G 2之间比值关系的函数的信号:I R =I G2/I G1 (1)I R 作为系统的被调量,送入调节器,与给定值I 0相比较,其差值经调节器及执行机构控制作为系统调节变量的从动流量G 2,以保持G 1、G 2之间比值关系。
若主动流量G 1增大,则除法器输出信号I R 减小,调节器输出增大,使流量G 2增加,I R 增加。
显然,G 1作为主动流量,在此系统中是不加控制的。
设系统中采用线性检测装置,其转换系数能源与动力工程学院上式表明:等效对象的放大系数与主动流量G 1成反比。
因此,在采用线性检测装置和线性调节机构时,系统闭环后,1 其品质与负荷有关;在小流量下整定好的系统,在大流量下将变得呆滞。
5.2 比值控制系统
五 复杂控制系统
▬▬ 5.2 比值控制系统
5.2 比值控制系统
5.2.1 概述 5.2.2 比值控制系统的类型
5.2.1概述
工业生产中,需要两种或两种以上物料保持一定的比值 关系。
波动或工艺上经常需提降负荷的场合。
特点:结构型式与串级控制系统类似,但主流量未构成 闭环系统;副流量Q2随主流量Q1的变化而变化,但Q2并不 影响主流量Q1;只有一个闭和回路;主流量不受控制。
适用于主物料在工艺上不允许进行控制的场合。
双闭环开环比值控制系统
为了克服单闭环比值控制系统 主流量Q1不受控制、生产负荷 在较大范围内变化(波动)的不 足而设计的。如图10-14所示。
特点:结构简单,对Q2无抗干扰能力,少用;只适用于 副流量较平稳且比值要求不高的场合。
单闭环比值控制系统
组成:开环比值控制系统+副变量闭环控制系统=单闭环 开环比值控制系统。如图10-12所示。
图10-12 单闭环开环比值控制
单闭环比值控制系统方块图如图10-13所示 。
图10-13 单闭环比值控制系统方块图
组成: 单闭环开环比值控制系统+主流 量闭环控制系统=双闭环开环比值 控制系统。
10-14 双闭环比值控制系统
双闭环开环比值控制系统方块图见图10-15。
10-15 双闭环开环比值控制系统方块图
特点:
两个闭合回路,分别对主、副变量进行定值控制; 比值控制器K,使Q2随Q1而变(定比值制); 提降负荷较方便; 结构复杂,使用仪表多,系统调整麻烦。 适用于主流量干扰频繁,工艺上不允许负荷有较大
10 比值控制系统
16
F2
主控制器
X
-
-
比值控制器 控制阀 流量对象 主对象 测量变送2 除法器
测量变送1
测量变送
F1
以某种质量指标X(第三参数)为主变量,以两个流量比 为副变量的串级控制系统。
17
氧化炉温度对氨气/空气串级比值控制系统
当氨气在混 合器中含量 增加1%,氧 化炉温度将 上升64.9度。
氨气
FfC
TC
随着F1的变化,F2跟 着变化,满足F2=KF1 的要求(阀门开度与 F1之间成一定的比例 关系)。
控制阀
对象
F2
测量变送
F1
6
开环比值控制缺点
当F2因管线两端压力波动而发生变化时,系统不 起控制作用,即: F2本身无抗干扰能力。 适用于副流量较平稳且比值精度要求不高的场合 。
实际生产过程中, F2的干扰常常是不可避免的,
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
G01 (s)
F1
GV 1 (s) Gm1 (s)
GC1 (s)
R(s)
K
GC 2 (s)
Gm2 (s)
F2
G02 (s)
GV 2 (s)
15
(4)变比值控制系统
F1
XC
R
X
F2
FfC
定比值控制方案只能克服 流量干扰对比值的影响, 当系统存在着出流量干扰 外的其他干扰,为了保证 产品质量,必须适当修正 两物料的比值。 变比值控制系统:按照工 艺指标自行修正比值系数 的变化值。
要求主流量随 F1 另一参数的需 要而改变,属 于定比值控制。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
比值控制系统分析
发表时间:2019-03-06T16:01:10.690Z 来源:《电力设备》2018年第28期作者:田源[导读] 摘要:火电厂控制系统应用了各种类型的比值控制系统,如开环比值控制系统、单闭环比值控制系统、双比值控制系统及有逻辑规律的比值控制系统等。
(贵州省习水鼎泰能源开发有限责任公司贵州遵义 564611)摘要:火电厂控制系统应用了各种类型的比值控制系统,如开环比值控制系统、单闭环比值控制系统、双比值控制系统及有逻辑规律的比值控制系统等。
本文就控制系统的设计思路、性能分析和比值控制系统分析。
关键词:比值控制;控制系统;系统分析
1.引言
在生产过程中,经常出现一种随动控制系统,它叫比值控制系统,能控制两种或两种以上的物质保持一定的比例关系,一旦出现比例失调就会影响生产的安全性和经济性。
在这种系统控制的需要保持比例的两种物质中,必有一种处于主导地位,称为主动量,而另一种需要按主动量进行配比,称为从动量。
2.比值控制系统类型和原理分析
2.1开环比值控制系统
开环比值控制系统的原理图如图1所示。
它是比值控制系统中最简单的控制方案。
Q1是主动物料流量,Q2是从动物料流量,Q2随Q1改变而改变。
在稳态下,两种物料流量关系满足Q2=KQ1的要求。
其中K为工艺指标规定的体积或质量流量的比值。
在这个方案中,主动流量Q1仅有测量变送信号送入控制器(或比值器),而控制器并不控制它,即没有形成回路。
相反,从动物料Q2没有测量变送信号,却只有控制信号,所以系统是开环的。
开环比值控制系统的特点是:系统简单,所用仪表少,仅需一台比例控制器就可以实现;整定也比较简单,控制器比例度可以根据比值要求设置。
但是,这一方案仅适用于从动物料Q2在一定阀门开度下,流量很少变化或者相当稳定的场合。
在这种系统中从动物料Q2的干扰是不可避免的。
(a)原理图(b)框图
图1 开环比值控制系统
2.2单闭环比值控制系统
工艺上要求两种物质的流量保持一定的比例关系,可以选用单闭环比值控制系统,如下图2所。
图2 单闭环比值控制
(a)系统结构框图(b)系统原理框图
系统稳定时,Q1/Q2=K。
当Q1变化时经比值控制器按预先设置的比值使输出成比例地变化,也就是成比例地改变从动量控制器的给定值,从而使Q2跟随Q1变化,使得在新的稳定条件下保持Q1与 Q 2的比值K不变。
2.3双闭环比值控制系统
为了克服单闭环比值控制系统骒主流量不受控制扬引起的不足,在单闭环控制和基础上,设计了双闭环比值控制系统。
双闭环比值控制系统是由一个定值控制的主流量回路和一个跟随主流量变化的副流量控制回路组成。
主流量控制回路能克服主流量扰动,实现其定值控制。
副流量控制回路能抑制作用于副回路的中的扰动。
当扰动消除后,主、副流量都回复到原设定值上,其比值不变。
双闭环比值控制系统能实现主流量的定值控制,使主、副流量均比较稳定,从而使总物料也比较平稳。
因此,在工业生产过程自动化中,当要求负荷较平稳时,可采用这种控制方案。
不过,该方案所用仪表较多,投资较高,而且投运较麻烦。
2.4有逻辑规律的比值控制系统
在某些比值控制系统中,不仅要求两个物料流量保持一定的比例。
而且要求物料流量的变动还在一定的先后次序,称为有逻辑规律的比值控制系统。
例如在燃料控制系统中,希望燃料量与空气流量成一定的比例。
而燃料量取决于蒸汽量的需要,常用蒸汽压力来反映,当蒸汽量要求增加即蒸汽压力降低时,燃料量也要增加。
为了保证燃烧安全,应先加大空气量后加大燃料量,在减负荷时,应很先减燃料量后减空气量,以保证燃烧的安全性和经济性。
为此可设计成有逻辑规律的比值控制系统,如图4所示。
在图4中,PT、FT分别为压力、流量变送器;PC、FC分别为压力、流量控制器;HS、LS分别为高、低选器。
图3 具有逻辑规律的比值控制
该系统实现蒸汽出口压力对燃料流量的串级控制和燃料流量与空气流量的比值控制。
根据过程要求,蒸汽压力控制器是反作用的。
当蒸汽流量增加,即蒸汽压力下降时,蒸汽压力控制器输出增加,增大的信号送到低选、高选器。
由于压力控制器输出通不过低选器LS,而可以通过高选器HS,并作为空气流量控制器的给定值用来加大空气量。
空气流量变送器的输出信号被低选器选中,空气流量的增加也使低选器输出增加,从而改变燃料控制器的给定值,使燃料量增大,这样保证增加燃料之前先加大空气量,而当蒸汽流量减少时,情况则相反,满足先减燃料量后减空气量的逻辑关系,保证燃料完全。
2.5变比值控制系统
单闭环比值控制和双闭环比值控制的实现两种物料量间的定值控制,在系统运行过程中其比值系数是不变的。
在有些生产过程中,要求两种物料流量的比值,随第三个参数的需要而变化,为了满足上述生产工艺要求,开发并应用变比值控制系统。
流量之间实现—定比例的目的仅仅是保证产品质量的一种手段,而定比值控制的各种方案只考虑如何来实现这种比值关系,而没有考虑成比例的两种物料混合或反应后最终质量是否符合工艺要求。
因此,从最终质量看这种定比值方案,系统是开环的。
由于工业生产过程的扰动因素很多,当系统中存在着除流量扰动以外的其他扰动(如温度、压力、成分以及反应器中催化剂衰老等的扰动)时,原来设定的比值计算器参数就不能保证产品的最终质量,需进行重新设置。
但是,这种扰动往往是随机的,且扰动幅度又各不相同,无法用人工经常去修正比值。
3比值控制系统设计分析
3.1主物料流量、副物料流量的确定
从上述分析可知,比值控制系统比值性质可分为定比值控制和变化值控制两种。
在工业生产过程中,维持两种比值不变,有时不一定是生产上的最终目的,而仅是保证产品产量、质量或安全的一种手段。
在设计比值控制系统时,需要先确定主、副物料流量,其原则是:(1)在生产中起主导作用的物料流量,一般选为主流量,其余的物料流量以它准,跟随变化而变化,则为副流量。
(2)在生产过程中不可控的物料流量,一般选为主流量,而可控的物料流量作为副流量。
(3)在可能的情况下,选择流量较小的物料作为副流量,这样,调节阀可以选得小一些,控制较灵活。
3.2控制方案的选择
比值控制有开环比值控制系统、单闭环比值控制、双闭环比值控制、变比值控制等多种方案,在具体选用时应分析各种方案的特点,根据不同的生产工艺情况、负荷变化、扰动性质、控制要求等选择合适的比值控制,同时还应考虑经济性原则。
3.3调节控制规律的决定
比值控制系统调节器控制规律是由不同的控制方案和控制要求而定。
例如,单闭环比值控制系统中,W1(s)仅接收主流量的测量信号,仅起比值广计算作用,故选P控制规律或用一个比值器;W2(s)起比值控制作用和使副流量相对稳定,故应选PI控制规律;又如比闭环比值控制系统,两流量不仅要保持恒定的比值,而且主流量要实现定值控制,其结果副流量的设定值也是恒定的,所以两个调节器均应选择PI控制规律。
3.4正确选择流量计或变送器及其量程
流量测量是比值控制的基础。
各种流量计都有一定的适用范围(一般正常流量选在满量程的70﹪左右),必须正确选择使用。
变送器的零点及量程的调整都是十分重要的,具体选用时可参考有关设计资料手册。
4结束语
火电厂某些生产过程复杂、控制要求更高、控制任务特殊等,单回路过程控制方案已不能满足这种特殊生产工艺过程要求。
为此,需要开发和应用实现某些特殊要求的过程控制系统。
其中比值控制系统就是很好的一种。
参考文献:
[1] 邵裕森,过程控制及仪表[M].上海:上海交通大学出版社,1995.
[2] 涂植英,过程控制系统[M].北京:机械工业出版社,1983.
[3] 翁维勤,周庆海,过程控制及工程[M].北京:化学工业出版社,2002.
[4] 方康玲,过程控制系统[M].武汉理工大学出版社,2002.。