工业过程控制-比值控制

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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

过程控制课程设计流量比值控制

一．设计任务分析设计任务的描述在了解、熟悉和掌握双闭环流量比值控制系统的工艺流程和生产过程的静态和动态特性的基础之上,根据生产过程对控制系统所提出的安全性、经济性和稳定性要求,应用控制理论对控制系统进行分析和综合,最后采用计算机控制技术予以实现;设计的目的通过对一个完整的生产过程控制系统的课程设计,使我们进一步加深对过程控制系统课程中所学内容的理解和掌握,提高我们将过程检测与控制仪表、自动控制原理、微机控制技术和过程工程基础等课程中所学到知识综合应用的能力;锻炼学生的综合知识应用能力,让学生了解一般工程系统的设计方法、步骤,系统的集成和投运;从而培养学生分析问题和解决问题的能力;设计的要求1.从组成、工作原理上对工业型流量传感器、执行机构有一深刻的了解和认识;2.分析控制系统各个环节的动态特性,从实验中获得各环节的特性曲线,建立被控对象的数学模型;3.根据其数学模型,选择被控规律和整定调节器参数;4.在Matlab上进行仿真,调节控制器参数,获得最佳控制效果;5.了解和掌握自动控制系统设计与实现方法,并在THJ-2型高级过程控制系统平台上完成本控制系统线路连接和参数调试,得到最佳控制效果;6.分析仿真结果与实际系统调试结果的差异,巩固所学的知识;本次设计的具体要求1.控制电磁阀的开度实现流量的单闭环的PI调节;2.通过变频器控制电磁阀运行实现流量的单闭环的PI调节3.用比例控制系统使副回路的流量跟踪主回路的流量,满足一定的工艺生产要求二．总体设计方案方案论证根据实际生产情况,比值控制系统可以选择不同的控制方案,比值控制系统的控制方案主要有开环比值控制系统,单闭环比值控制系统,双闭环比值控制系统几种;方案一：单闭环控制系统原理设计的系统框图如图所示;图单闭环流量比值控制系统原理图单闭环流量比值控制系统与串级控制系统相似,但功能不同;可见,系统中没有主对象和主调节器,这是单闭环比值控制系统在结构上与串级控制不同的地方,串级控制中的副变量是调节变量到被控变量之间总对象的一个中间变量,而在比值控制中,副流量不会影响主流量,这是两者本质上的区别;方案二：在单闭环控制系统基础上,增加一个主流量闭环控制系统,单闭环比值控制系统就成为双闭环比值控制系统,其方框图如图所示;双闭环较之于单闭环而言更加复杂,选用的设备也更多,但对于实际生产,生产效率和质量十分重要,因此对系统的稳定性和精确度要求较高;双闭环比值控制系统能实现主动量的抗扰动、定植控制,使主、从动量均比较稳定,从而使总物料也比较平稳,这样,系统总负荷也将是稳定;经过分析,当系统处于稳态时,比值关系是比较精确的；在动态过程中,比值关系相对而言不够精确;另外,如果主流量处于不变的状态,副流量控制系统又相当于一个定值控制系统;方案二的双闭环流量比值控制系统,是在主流量也需要控制的情况下,增加一个主流量闭环控制系统构成的,由于增加了主流量闭环控制系统,主流量得以稳定,从而使得总流量能保持稳定;双闭环比值控制系统主要应用于总流量需要经常调整的场合;如果没有这个要求,两个单独的闭环控制系统也能使两个流量保持比例关系,仅仅在动态过程中,比例关系不能保证;方案选择通过方案的论证可知,单闭环流量比值控制系统适用于负荷变化不大,主流量不可控制,两种物料间的比值要求较精确的生产过程;而双闭环流量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;该设计针对控制对象,主流量选择为氯化钾液体,而副流量则选择是硫酸液体,实际生产中,由于这两种化学成分并不十分稳定,因而可能造成扰动频繁,并且属于负荷变化较大;经过分析,选择方案二的双闭环流量比值控制系统来设计该生产控制系统更为合适;双闭环比值控制系统的结构在现代工业生产过程中,经常遇到生产工艺要求两种或多种物料流量成一定比例关系的问题,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,甚至产生生产事故;如硝酸生产中的氨氧化炉,其进料是氨气和空气,两者的流量必须具有一个合适的比例,因为氨在空气中的含量,低温时在15～28％之间,高温时在14～30％之间都有可能产生爆炸的危险,严格控制其比例,使其不进入爆炸范围,对于安全生产来说十分重要;这种用来实现两个或两个以上参数之间保持一定比值关系的过程控制系统,均称为比值控制系统;本设计被控对象为电动阀支路的流量和变频器－磁力泵支路的流量,每个支路上分别装有流量传感器对支路的流量进行测量,电动阀支路的流量是系统的主动量Q1,变频器—磁力泵支路的流量是系统的从动量Q2;要求从动量Q2能跟随主动量Q1的变化而变化,而且两者间保持一个定值的比例关系,即Q2／Q1＝K,同时要求保证主动量与从动量保持总量恒定;双闭环比值控制系统的结构图,如图,若除去比值器,则为两个独立的单回路系统;事实上,若采用两个独立的单回路系统同样能实现它们之间的比值关系,但只能保证静态比值关系;当需要实现动态壁纸关系时,比值器就不能省;双闭环比值控制所用设备较多、投资较高,而且运行投入比较麻烦,只有在工业特定要求如严格控制两种物料比例的情况下使用;三．实验装置说明及使用系统简介“THJ-2型高级过程控制系统实验装置”是基于工业过程的物理模拟对象,它集自动化仪表技术,计算机技术,通讯技术,自动控制技术为一体的多功能实验装置;该系统包括流量、温度、液位、压力等热工参数,可实现系统参数辨识,单回路控制,串级控制,前馈—反馈控制,比值控制,解耦控制等多种控制形式;系统组成本实验装置由被控对象和控制仪表两部分组成;系统动力支路分两路：一路由三380V交流磁力驱动泵、电动调节阀、直流电磁阀、涡轮流量计及手动调节阀组成；另一路由日本三菱变频器、三相磁力驱动泵220V变频、涡轮流量计及手动调节阀组成;压力传感器、变送器：采用工业用的扩散硅压力变送器,含不锈钢隔离膜片,同时采用信号隔离技术,对传感器温度漂移跟随补偿;压力传感器用来对上、中、下水箱的液位进行检测,其精度为级,因为为二线制,故工作时需串接24V直流电源;温度传感器：本装置采用六个Pt100传感器,分别用来检测上水箱出口、锅炉内胆、锅炉夹套以及盘管的水温;经过调节器的温度变送器,可将温度信号转换成4～ 20mADC电流信号;Pt100传感器精度高,热补偿性较好;流量传感器、转换器：流量传感器分别用来对电动调节阀支路、变频支路及盘管出口支路的流量进行测量;涡轮流量计型号：LWGY-10,流量范围：0～1.2m3/h,精度：%;输出：4～20mA标准信号;本装置用了三套涡轮流量传感器、变送器;电动调节阀：采用智能型电动调节阀,用来进行控制回路流量的调节;电动调节阀型号为：QSVP-16K;具有精度高、控制单元与电动执行机构一体化、操作方便等优点,控制信号为4～20mA DC或1～5V DC,输出4～20mA DC 的阀位信号,使用和校正非常方便;变频器：本装置采用日本三菱变频器,控制信号输入为4～20mADC或0～5VDC,～220V变频输出用来驱动三相磁力驱动泵;水泵：本装置采用磁力驱动泵,型号为16CQ-8P,流量为32升/分,扬程为8米,功率为180W;本装置采用两只磁力驱动泵;一只为三相380V恒压驱动,另一只为三相变频220V输出驱动;可移相SCR调压装置：采用可控硅移相触发装置,输入控制信号为4～20mA标准电流信号;输出电压用来控制加热器加热,从而控制锅炉的温度;电磁阀：在本装置中作为电动调节阀的旁路,起到阶跃干扰的作用;电磁阀型号为：2W-160-25 ；工作压力：最小压力为0Kg/㎝2,最大压力为7Kg/㎝2 ；工作温度：－5～80℃;图装置总貌图操作前准备实验前,要对被控对象及其控制系统所涉及的仪器仪表有清楚的认识;先将储水箱中贮足水量,电动调节阀可以通过阀F1-1、磁力泵、F1-2、F1-8流至下水箱;变频器—磁力泵支路可以通过阀F2-1、变频器控制的磁力泵、阀F2-5流至下水箱;两个支路的流量传感器分别为FT1与FT2;具体管道开关及器件位置如图所示：图管道开关及器件位置图AI智能调节仪1设置参考：;Sn=33;CF=0;ADDR=1;SV=15；diH=100;dil=0; 调节仪2：Sn=32;CF=8;ADDR=2; diH=100;dil=0;电动调节阀使用：电动阀上电后切不可用手来旋转黑色手轮,断开控制信号后,阀位有保持功能,也不可旋转手轮,只有在断开AC220V后,才可使用手动,在一般情况下无须手动;控制面板接线说明控制面板如图所示图控制面板图①强电部分：三相电源输出u、v、w 接到380v磁力泵的输入u、v、w端；变频器输出端A、B、C接到220v磁力泵输入A、B、C端；单相Ⅰ的L、N 并联接到调节仪1和调节仪2的L、N端；单相Ⅱ的L、N端接到电动调节阀电源的L、N端；单相Ⅲ的L、N端接到比值器电源的L、N端；②弱电部分：电动阀支路流量FT1信号并联接到调节仪1的1、2输入端和比值模块电压输入1的+、-端,比值模块的电压输出+、-端对应接到调节仪2的1、2端,FT2信号+、-端对应接到调节仪2的3、2输入端；调节仪1的输出7、5端对应接到电动调节阀控制信号+、-端,调节仪2的输出7、5端对应接到变频器4～20mA控制信号输入+、-端,变频器STF端、SD端和RH 端短接；24v电源输出+、-端接到流量计电源输入+、-端;变频器使用：开启变频器后,其指示灯会自动工作在“EXT”外部控制状态下,当我们设置好参数P30=1,P53=1,P62=4选择正转将STF和SD短接再将DC4~20mA控制信号给到变频器信号输入端子去,就可以自动控制了,其中0~5V电压输入不可用;手动控制频率时,可在控制信号线和正反转短接线都拔下的情况下,按下“PU/EXT”按钮,就可将变频器的工作状态从EXT切到PU状态下,将频率调到某一值,按下“SET”键,这时会有F和设定值交替闪烁3秒的状态,表示设定成功,按下“RUN”键,变频器会自动运行到设定频率,在运行状态下,可通过旋转频率设定器来调整当前运行频率;注意切不可在变频器带电机运行时,拔下任一根强电输入输出线,造成变频器在运行状态下突然断电或电机缺相,先将变频器停止按下“STOP”键,再在断开变频器输入电源的情况下接线; 磁力驱动泵1为380V磁力驱动泵,磁力驱动泵2为220V磁力驱动泵;本实验采用变频器控制泵打水,所以用到的泵为220V磁力驱动泵,开启实验设备前谨记保证F2-1阀门处于打开的状态;AI智能调节仪部分设置参数解释：Sn输入规格Sn=32：—1V100mV-500mVSn=33：1-5V电压输入dip小数点位dil输入下限显示值dih输入上限显示值oPL调节器输出下限值oPH调节器输出上限值CF系统功能选择CF=0为反作用调节方式CF=8为有分段功能限制功能的反作用调节方式Addr通讯地址run运行状态及上电信号处理run=0手动调节状态run=1自动调节状态四．单回路参数整定由于电动阀跟变频器控制下的磁力泵的过程传递函数是未知的,因此我们必须对这测出这两个被控对象特性;被控对象特性的测试方法通过分析建模可知,其数学模型为：1()W s()H sQ s（）＝=1KTS+若令Q1s作为阶跃扰动,即Q1s=X0S,则HS=/1K TST+×0XS=K0XS-0X1KST+对上式取拉氏反变换得ht=KX01-tT e-式中T=RC位时间常数,K为放大系数;当t→∞时,h∞=KX0,因而有K=h∞/X0.当t=T时,则有：hT=KX01-e-1==∞由上可知一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数,如图7所示;当由实验求得图所示的阶跃响应曲线后,该曲线上升到稳态值的63%;所对应的时间,就是时间常数T;图阶跃响应曲线电动阀传递函数测试图为电动阀输入与输出特性的方框图：图电动阀输入与输出特性方框图在t 0时给电动阀的输入量,得出相应的曲线;如图所示图电动阀的输入量特性曲线图当t —>∞时,h ∞=K 0x ,因而有K=h ∞/0x =输出稳态值/阶跃输入;故K==为了方便计算y *t1=, y *t2=,则可得可求得0T = 而HS= 1sKe Ts τ-+故HS= 6.4449.411 1.572se s -+4．3 变频器——磁力泵传递函数测试图为变频器——磁力泵输入与输出特性的方框图：图磁力泵输入与输出特性图与电动阀传递函数相同,得出其相应曲线如图所示：图磁力泵输入与输出特性曲线图同理,当t —>∞时,h ∞=K 0x ,因而有K=h ∞/0x =输出稳态值/阶跃输入;故K==为了方便计算y *t1=, y *t2=,则可得可求得1T =而HS= 1sKe Ts τ-+故HS= 7.42815.8071 2.88se s -+4．4用MATLAB 进行仿真如图所示为电动阀、变频器——磁力泵两个回路在MATLAB 的仿真：图 MATLAB 仿真原理图其中两个回路的比例度&分别为40%和50%,I 值都为,仿真的响应曲线如图和图所示：图主变量流量曲线图图副变量流量曲线图说明：左图为电动阀回路相应曲线,右图为变频器——磁力泵响应曲线,图中对Y 轴上进行了放大,以更好地显示波形在1附近的变化情况,由观察可得,这种PI 设置基本能够使响应曲线稳定在1左右;五．比值控制系统参数调节比值系数的计算设流量变送器的输出电流与输入流量间成线性关系,当流量Q 由0→Q max 变化时,相应变送器的输出电流为4→20mA;由此可知,任一瞬间主动流量Q 1和从动流量Q 2所对应变送器的输出电流分别为I 1=416max11+⨯Q Q I 2=416max 22+⨯Q Q 式中Q 1max 和Q 2max 分别为Q 1和Q 2最大流量值;设工艺要求Q 2/Q 1=K,则式1可改写为Q 1=16)4(1-I Q 1max同理式2也可改写为Q 2=16)4(2-I Q 2max 于是求得12Q Q =4412--I I max 1max 2Q Q 折算成仪表的比值系数K ′为：K ′ = K max2max 1Q Q 比值控制系统参数的整定按单回路的镇定方法分别镇定调节器1、2的PID 参数,但在具体操作中先整定调节器1的参数,待主回路系统稳定后,在整定从动回路中的调节器2CF=8,即外给定的参数;在主回路运用上面提到的PI 值,输出流量调剂时间稍长,系统在长时间运行以后有一点偏差,因此稍为减小P 的作用,适当加大I 的值;根据工艺要求,从余差、衰减率、最大偏差、过渡时间考虑设置,主从回路的PI 现场整定如下表所示：六．结果分析给定阶跃响应曲线图给定阶跃响应曲线图图为主回路曲线,红线表示给定值的变化,从给定流量20上升到30作为输入,绿线表示输出值的变化,由图可以看出输出值在输入值变化一段时间后能自动跟踪输入值,而且偏差不大,基本符合要求;图从动回路曲线图图为从动回路曲线,红线是自动跟踪主回路输出值作为从动回路的输出值,实现自动控制;在比例控制系统中,采用了K=1的比值控制,因此主回路的输出值与从动回路的输出值比值为1：1;紫色线是从动回路的输出量,由图能清楚地看到输出流量基本与输入值重合,从动回路的快速性很好;改变K的大小,能改变系统两种流量的比值;加入扰动时的响应曲线图加入扰动时的响应曲线图加入扰动以后,系统电动阀在流量信号反馈前保持原来的开度,因此图形出现一定的波动,在输入量不变的情况下,系统能很快地进行自动调节,最后达到平衡状态;图在主回路输出Q1出现波动的情况下,影响了从动回路的输入量,导致输出量跟随输入量Q1变化,当Q1稳定是,Q2也很快地趋于稳定;双闭环比值控制系统实际操作调试结果图3-4-3 双闭环比值控制系统实际操作调试结果双闭环比值控制系统实际操作输出曲线图3-4-3 双闭环比值控制系统实际操作输出曲线七．心得体会本次课程设计,经过老师的悉心指导和同学们的相互配合跟相互帮助,顺利完成了此次设计,这次课程设计,收获了很多,在查阅相关资料的时候,学到了许多书本以外的应用性的知识;在整个课程设计的过程中,接触到了以前从来都没有接触过的设备;学习了新设备的运用;经过2个星期的学习与调试,基本完成双闭环流量比值控制;这两星期中出现过很多很多问题,如特性曲线显示不平稳,锅炉加热管烧坏,两条回路比例无法调节等问题,经过逐一的检查,排除障碍,最后得到实验结果;经过这次课程设计,使我对THJ-2型高级过程控制系统实验装置有了基本的了解,对过程控制技术的原理及应用有了个进一步的理解,对单回路控制,比值控制,双闭环回路控制有了进一步的深入研究;加强了我对过程控制技术的认识,明白了过程控制系统技术在实际应用的重要性;八．参考文献1 王再英,刘淮霞,陈毅静.过程控制系统与仪表M.北京：机械工业出版社,20062 卲裕深,戴先中 .过程控制工程. 北京：机械工业出版社,3 孙炳达.自动控制原理.北京：机械工业出版社,。

比值控制系统详解

图5.4 变比值控制系统
（1）工艺图；（ 2）控制方框图
第
7 章
比
Q2
值控制系统
过程控制系统仿真
7.1 比值控制系统基础知识
7.1.2 比值控制系统的类型
4．变比值控制系统
可见，变比值控制是一种内外环嵌套的复合控制，内环控制从物料的变化，外环控制第三参量的变化。通过第三参量的变化实现系统的变比值控制。
给定值
给定值
-
+
-
+
主控制器
+
主控制器
+ -
-
变送器变送器
检测检测
比值控制器
副流量控制阀
比值控制器
副流量控制阀变送器
干扰
副流量对象干扰主对象
副流量对象流量检测
主对象
除法器
变送器
流量检测
Q1
除法器
变送器
流量检测
Q1
变送器（2）
流量检测
图5.4 （变2比）值控制系统（1）工艺图；（ 2）控制方框图
真料流量在新的流量数值的基础上，保持原设定值的比值关系不变。
总之, 单闭环比值控制系统虽然能保持主、副物料流量比值不变，但是无法控制主物料的流量不变，因此，对生产过程的生产能力没有进行控制。该控制系统能保证主、副物料的流量比值不变，同时，系统结构简单，因此在工业生产过程自动化中应用较广。
第
7 章
系统
常见的流量检测有：
过
�差压式流量计通过测量流动过程中两点的压力差，然后根据压力差与流量关系实现流量检测；
程控制系

(工业过程控制)7.比值控制

安全保护
为防止异常情况对系统造成损害，需设计安全保护措施，如联锁、紧急停车等。
控制参数的整定
确定控制参数
根据控制目标和工艺要求，确定合适的控制参数，如比例系数、积分时间等。
整定控制参数
通过实验或仿真，调整控制参数，以达到最佳的控制效果。
05
比值控制系统的调试与优化
系统调试
硬件设备检查
确保所有硬件设备如传感器、执行器、控制器等都已正确安装并正常工作。
03
程的稳定和排放达标。
比值控制的重要性和优势
提高产品质量和产量
通过精确控制物料比例，可以稳定生产过程，提高产品质量
和产量。
节能降耗
合理地控制物料比例可以降低能耗和物耗，提高生产效率和经济性。
减少环境污染
通过精确控制反应过程，可以减少副反应和废弃物的产生，降低对环境的污染。
提高生产安全
比值控制可以减少人工操作和人为误差，降低生产事故的风
参数整定
根据实际工艺需求，对控制器参数进行整定，以获得最佳的控制效果。
软件配置
根据比值控制需求，对控制软件进行配置，包括输入输出信号、控制算法等。
模拟测试
在调试过程中，通过模拟测试来验证比值控制系统的功能和性能。
系统优化
01
控制策略优化
对比值控制算法进行优化，以提高系统的响应速度和稳定性。
求进行。
调节阀的安装位置和方式应合理选择，以保证调节的准确性和可
靠性。
03
比值控制策略
固定比值控制
总结词
固定比值控制是一种简单的比值控制策略，通过设定固定的比例来控制两个或多个输入流之间的输出比例。
详细描述
固定比值控制通常用于工业过程中需要保持恒定比例的场合，例如气体混合、液体配料等。通过设定固定的比例系数，可以确保输入流之间的输出比例保持不变。这种控制方法简单易行，但缺乏灵活性，无法应对输入流变化的情况。

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

该比值系数只与变送器的量程和所要求从动量与主动量的对应比例关系有关，与变送器的电气零点无关。
3、几点说明
（1）采用线性流量检测方法时，只有在 F1MAX=F2MAX的场合，k=K；在采用差压法未 2 2 F 经开方流量检测时，在k F 时，k=K 1MAX 2 MAX （2）采用相乘或相除的方案中，比值函数部件可以改接在F2一侧，即实现 K ' F2 / F2 MAX F1 / F 。此时， K’＝1/K。 1MAX （3）在同样的比值k下，通过调整F1MAX， F2MAX也可以改变比值系数。
在正常工况下，主动量与从动量的输出值（无量纲）分别为F1/F1MAX，F2/F2MAX。所以单元组合仪表的比值系数为：
F2 / F2 MAX F2 F1MAX F1MAX K ( ) k( ) F1 / F1MAX F1 F2 MAX F2 MAX
该比值系数只与变送器的量程和所要求从动量与主动量的对应比例关系有关，与变送器的电气零点无关。
3、变比值控制系统
满足工艺对两种流量的比值可以依据其他条件变化的要求。如图9－15所示。燃烧的实际状况可从加热炉的烟道气氧含量判断，根据氧含量分析值，通过主控制器，改变燃料与空气流量比值控制器的设定值，从而构成了变比值控制系统。该系统也是氧含量－流量比值串级控制系统。
图9－15 加热炉变比值控制系统
比值控制中，需要保持比例的两种物料：处于主导地位的称为主动量，通常用FM表示，如燃烧中的燃料量。另一种物料称为从动量，用FS表示，如燃烧比值系统中的空气（氧气）量。比值控制系统要实现： FS/FM=k k为从动量与主动量的比值。
比值控制系统：凡是用来实现两个或两个以上的物料量按一定比例关系以达到某种控制目的的控制系统。因此，比值控制系统是按照功能来命名的。常用的比值控制系统有：（1）单闭环比值控制系统（2）双闭环比值控制系统（3）变比值控制系统

比值控制在过程控制中的应用

入量为２／，比值系数（）为０３，求得化合水流量５ｔｈｋ．６
（２Ｆ）为９ｍ／。３ｈ
灰，其生产方法主要有挤压法、固相水合法及液相水合法等几种。固相水合法又称水混法，它是在３．～１９５４０ ℃ 范围内，水和轻灰按一定水碱比混合，形成颗粒均
目前，工业化生产中，主要以轻灰为原料制造重
Ｎ。Ｏ和化合水的配比关系，选定Ｎ０ｆ为主物料流量ａｃ。ａｃ：｛乍
Ｆ，化合水作为从物料流量Ｆ，构成比值控制回路。工１２艺要求的流量比值关系：Ｆ＝ｋＦ。己知ＮＯＦ）投２，１ａ。（１Ｃ
ｌ２ｌ
刘华孙：值制过控中应建强比控在程制的用
技术在线
比值控制在过程控制中的应用
刘建华孙强。１潍坊科技学院山东寿光２２０２神华国华宁东发电有限公司安全技术部６７０宁夏７００５４８
１比值控制系统原理简介
匀，粒度 ≥７％、总碱度 ≥９．％比重 ≥９０ｋ／０９２、０ｇｍ的一水碱，并且释放出热量：
Ｎ２０＋２＝ａＣ３Ｈ０１．ＪｍｌＣ３ＨＯＮ２Ｏ・２＋４１ｋ／ｏ
一
为了能够定量控制进碱量，由ＤＳ控输出４ＯｍＣ遥～２Ａ的Ｄ电流信号，控制电机变频器，由变频器输出频率Ｃ（ｚＨ）信号控制交流电机的转速，同时交流电机带动螺

比值控制

这样的系统便于负荷升降
比值控制系统的结构形式
（三）双闭环比值控制：
F1
F T FC 1
F1
F C 2
F2
F2
双闭环比值控制系统：双闭环比值控制有时可用两个简单控制系统代替，只是不便于负荷提降。
双闭环比值控制需要防止共振的产生。在主动流量回路调节频率与从动流量调节回路调节频率不要太接近。
比值控制系统的结构形式

比值控制系统的结构形式
（一）开环比值控制：
F1
FT
FY
比值器
开环比值：所用仪表少，结构简单，当F1变化时，比值控制才起作用，用于从动量干扰小，比值关系要求不太严格的情况下。
F2
F1
流量测量
比值器
控制阀 F2
比值控制系统的结构形式
（二）单闭环比值控制：
F1
FT
单闭环比值控制：单闭
环比值控制是在开环比
值基础上增加了一个从动量的控从动量波动较大，对比值控制精度要
FC
F2
求较高的场所。 F2
F1
比值控制系统的结构形式
（三）双闭环比值控制：
F1
F T FC 1
F1
比值器
F Y
F C 2
F2
F2
双闭环比值控制系统：双闭环比值控制是在单环比值基础上增加了一个主动量的控制回路而构成。适用于主动量波动较大且允许控制，从动量波动也较大，对比值控制精度要求较高的场所
第三节比值控制系统
一、基本原理和结构
比值控制的意义：有些生产过程需要保持两种物料的流量成一定比例关系，一旦比例失调就会影响产品的质量和数量，甚至造成生产安全事故。主动物料：在两种物料中，处于主导地位的物料称为主动物料，一般用F1表示；从动物料：另一种物料按主动物料进行配比，跟随主动量而变化，称此物料为从动物料，一般用F2表示。工艺流量比k：k=F2/F1 即工艺要求的从动物料与主动物料之比。

第七章比值控制系统

(三)、双闭环比值控制 1、特点能克服单闭环主流量不受控的不足。
2、系统组成：如下图所示。
7-3 a)
双闭环比值控制
设定值(定值)
给定(随动值)
7-3 a)
双闭环比值控制
3、另一优点：
升降负荷比较方便。 4、适用场合
常用在主流量干扰频繁或工艺上不允许负荷有较大的波动，或工艺上经常需要升降负荷的场合。
K正比于静态工作点流量F0 F0变化，K变化，影响动态质量。解决办法：加入开方器，或通过阀特性补偿
比值控制系统中非线性环节的影响
（2）除法器的非线性除法器本身就是一个非线环节补偿办法：通过对数阀特性补偿
K 比值控制器控制阀流量对象
F2
测量变送2 除法器开方器测量变送1
F1
比值控制系统中的信号匹配问题
Q1
Q2
第二节
比值控制系统的类型
(一)、开环比值控制
1、系统组成: 如下图所示。
2、特点简单、成本低；只有当Q1变化时才起控制作用； Q2变化时Q1不会响应，比例关系被破坏。 3、适用场合副流量没有干扰的情况。
(二)、单闭环比值控制
1、特点: 能克服开环比值方案的不足。 2、系统组成：如下图所示。
第七章比值控制系统
第一节概述
1、方法的产生在现代工业生产过程中，要求两种或多种物料流量成一定比例关系；一旦比例失调，会影响生产的正常进行，影响产品质量，浪费动力，造成环境污染，甚至产生生产事故。如：燃烧过程中，往往要求燃料量与空气量需按一定比例混合后送入炉膛。制药生产中要求药物和注入剂按比例混合。
2
F F K F F
2 2 2 1
F1max 2 ) K ( F2max

过程控制工程实验

• 水泵的出口压力、供水量，调节阀的流通能力及管道尺寸，流量计口径以及其他阻力，共同决定了系统的最大流量
比值控制方案选择
• 比值控制有多种方案，单闭环、双闭环、变比值及串级比值等；根据比值关系的实现又分为乘法方案、除法方案
• 本实验采用乘法方案实现单闭环比值控制
• 变频器调节的流量F1为主动量，工作中要一直保持开环
• 生产中物料的配比关系，是指其质量比或摩尔比。但因质量和浓度参数不易在线测量，所以当物料的密度、温度、压力基本恒定或变化不大、配比要求不太严格时，多使用物料的体积比来表示其配比关系
• 在实践中，多针对流量的体积比实现比值控制。在下面的实验中，只是需要做到保证两路流量的体积比一定
• 在多路流体中，总有一路为主要参照量（主动量），其他的则要求与它保持一定的比例关系（从动量）
保系统稳定迅速、静态误差小； 6. 在一定范围内改变主动量F1，测试从动量F2能否迅速跟上，并且能
保持预先设定的比例关系。
单闭环比值控制系统的信号连线
单闭环比值控制系统的信号连线
• 1#控制器接受主流量的信号，并负责主流量操作，保持开环；2#控制器负责从动流量的跟踪调节工作，闭环控制
• 从动流量闭环系统的设定值：SP2=FT101*K’ • 主流量手动调节：MV1，即变频器输出U101 • 副流量自动调节：MV2，及控制阀FV101输出 • 信号比：K' =K*F1max/F2max
7. 改变主动量 F1 分别为 20%F1max 、 40%F1max 、 60%F1max 、 80%F1max、F1max，然后按同样间隔返回；同时观察、记录F2流量跟踪的结果（从电磁流量计直接读出流量值），判断其是否能够保持正确的流量比，并将对应数据填入相应的表格；

比值控制

比值控制系统问题的提出：在工业生产过程中，要求两种或多种物料流量成一定比例关系，要求严格控制比例。

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；许多化学反应的诸个进料要保持一定的比例。

例如：1、氨合成生产过程：3H2+1N2=2NH3要求H2和N2完全按照3：1进料。

2、造纸过程中，对纸浆浓度有要求，进料浓纸浆和水的进料就要满足一定比例。

如果有三个进料，对三个进料之间需要满足一定比例关系。

而我们之前学习的控制系统的控制达不到这样的控制要求。

因此就要用到一个新的控制————比值控制系统基本概念：1.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。

2.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。

3.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。

4.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。

5. 比值控制系统就是要实现从动量与主动量成一定的比值关系:K= F2/ F1 F2—为从动量A ， F1—为主动量B （从动量/主动量=K 常数）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。

比值控制系统的类型开环比值控制系统单闭环比值控制系统双闭环比值控制系统变比值比值控制系统（串级比值控制系统）开环比值控制系统开环比值控制系统是最简单的比值控制系统，同时也是一个开环控制系统。

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。

（图P162 图5.1）开环比值控制缺点1.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。

比值控制

1 概述1.1 比值控制系统设计目的本课程的课程设计实际是自动化专业学生学习完《计算机控制技术》和《过程控制与仪表》两门课程后，进行的一次全面的综合训练，其主要目的是：1．加深学生对计算机控制技术理论知识的理解和对这些理论的实际应用能力；2．PLC可编程序控制器广泛地应用于工业生产过程的自动控制领域, 使得工业自动化程度和生产效率得到极大的提高，通过PLC应用系统的设计，提高学生对实际问题的分析和解决能力；3．培养学生根据系统要求,编制相应的控制程序,再在设备上进行调试和检验的能力, 由于整个过程相当于在工程现场完成一个小型的工程项目,这对于加深理解计算机控制技术的理论,熟练掌握可编程序控制器的使用和操作方法,加快学习梯形图语言的速度,以及建立工业控制系统概念、积累工程现场经验、培养动手能力等方面都有较大的帮助；4．培养分析问题、解决问题的独立工作能力，学会实验数据的分析与处理、编写设计说明书和技术总结报告。

1.2 比值控制系统设计原理比值控制系统是一种物料量随另一种物料量而变化的自动调节系统，根据实际生产过程的不同要求，常用的比值控制系统有定比值控制系统和变比值控制系统。

定比值控制系统有开环比值控制、单闭环比值控制系统及双闭环比值控制系统三种形式。

其共同特点都是以保持主流量Q1和副流量Q2比值一定为目的，比值计数器的参数经计算设置好后不再变动，工艺要求的实际流量比值r也就固定不变。

由于此类控制系统只考虑如何来实现两物料流量之间的比值关系，未考虑两种物料混合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。

变比值控制系统中引入了第三个参数——以反映质量指标的主参数y，和以两个流量比r为副参数所组成的串级控制系统。

实际工业生产过程中存在着除流量干扰以外的其他干扰，如温度、压力、成分等随机干扰，当这些干扰引起主参y变化时，通过主反馈回路使主控制器输出变化，以保持主参数稳定。

对于进入系统的主流量Q1受干扰变化，比值控制回路快速随动跟踪，使副流量按Q2=r Q1关系变化，以保持主参数y稳定，它起到了静态前馈作用。

比值控制系统的类型及应用

比值控制系统的类型及应用比值控制系统是一种常用的控制系统形式，它通过对被控对象的输入和输出进行比值运算，根据运算结果来调节控制器的输出信号，使得被控对象的输出始终保持在期望值的比值范围内。

相比于传统的比例控制系统，比值控制系统具有更高的控制精度和更强的抗干扰能力，适用于许多工业领域的控制需求。

比值控制系统的类型主要包括比例-积分（PI）控制系统、比例-积分-微分（PID）控制系统和模糊比值控制系统。

比例-积分（PI）控制系统是一种常见的比值控制系统，它通过将被控对象的输出与期望值之间的误差进行比值运算，然后乘以比例增益和积分时间，最终得到控制器的输出信号。

PI控制系统具有良好的稳定性和快速的响应速度，适用于对稳态误差要求较高的系统，如温度控制、流量控制和水位控制等。

比例-积分-微分（PID）控制系统在PI控制系统的基础上增加了微分时间，通过对误差的变化率进行比值运算，来进一步提高系统的响应速度和稳定性。

PID控制系统广泛应用于工业过程控制中，如压力控制、速度控制、位置控制和自动驾驶等。

它可以根据被控对象的动态特性来调整三个参数，以获得最佳的控制效果。

模糊比值控制系统是一种基于模糊逻辑的控制方法，它不依赖于精确的数学模型，而是根据专家经验和实际观测来建立模糊规则集，通过对输入的模糊度和输出的模糊度进行比值运算，从而实现控制目标。

模糊比值控制系统具有良好的鲁棒性和适应性，对于那些难以建模或者动态变化较大的系统，模糊比值控制系统能够有效地实现控制任务。

比值控制系统在许多领域中有着广泛的应用。

在工业自动化中，比值控制系统可以应用于温度控制、压力控制、流量控制、液位控制等过程控制领域。

比如，在温度控制领域，比值控制系统可以通过监测被控对象的实际温度和期望温度之间的比值差异，来进行控制器输出信号的调节，使得被控对象的温度始终保持在期望值的比值范围内。

在交通运输领域，比值控制系统可以应用于交通信号灯控制、车辆速度控制、智能轨道交通系统等。

过程控制系统—比值控制系统(工业仪表自动化)

经常需要提降负荷的场合。
小结
比值控制系统
比值控制系统的定义。开环比值控制系统。单闭环比值控制系统。双闭环比值控制系统。
ห้องสมุดไป่ตู้
思考
什么是比值控制系统？
比值控制系统
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，称为比值控制系统。通常为流量比值控制系统。
几个概念
主物料、主动量（Q1 、主流量）从物料、从动量（Q2 、副流量）
副流量Q2与主流量Q1的比值关系为 K Q2 Q1
比值控制系统
开环比值控制系统
图1 开环比值控制
图2 开环比值控制方块图
比值控制系统
图3 单闭环比值控制
图4 单闭环比值控制系统方块图
比值控制系统
它能实现副流量随主流量的变化而变化，还可以克服副流量本身干扰对比值的影响。
结构简单，实施方便，尤其适用于主物料在工艺上不允许进行控制的场合。
虽然能保持两物料量比值一定，但由于主流量是不受控制的，当主流量变化时，总的物料量就会跟着变化。
比值控制系统
双闭环比值控制系统它是在单闭环比值控制的基础上，增加了主流量控制回路而构成的。
图5 双闭环比值控制
图6 双闭环比值控制系统方块图
比值控制系统
实现了比较精确的流量比值，也确保了两物料总量基本不变。提降负荷比较方便，只要缓慢地改变主流量控制器的给定值，就可以
提降主流量，同时副流量也就自动跟踪提降，并保持两者比值不变。结构较复杂，使用的仪表较多，投资较大，系统调整较麻烦。主要适用于主流量干扰频繁、工艺上不允许负荷有较大波动或工艺上
比值控制系统
结构简单，只需一台纯比例控制器，其比例度可以根据比值要求来设定。

工业过控复习要点

1热电阻三线制：目的是为防止由于远距离接线而造成桥臂不平衡。

2过程控制的目的是抑制外界扰动的影响，确保过程的稳定性，使生产过程的工况最优化。

具体来说：包括保证质量、提高产量、节能降耗、安全运行、保护环境、改善劳动条件、提高管理水平等。

3比较分析阶跃响应与偏差积分性能指标的异同和优缺点。

答：阶跃响应性能指标中各单项指标清晰明了，但如何统筹（兼顾偏差和时间），则比较困难。

偏差积分性能指标可综合偏差和时间关系，即可以兼顾衰减比、超调量和过渡过程时间等各单项指标，属于综合性能指标。

一般来说，阶跃响应性能指标便于工程整定，在工程应用中使用广泛；而偏差积分性能指标则更便于计算机仿真和理论分析。

4压力的表示有哪三种，用图示和语言描述绝对压力Pa ，物体所承受的实际压力，其零点为绝对真空。

表压力P ，指高于大气压力时的绝对压力与大气压力之差。

真空度（负压） Ph ，大气压力与低于大气压力时的绝对压力之差。

5简述扩散硅式压力传感器的工作原理和主要优点。

在半导体材料的基片上（硅片或锗片）利用集成电路工艺制成扩散电阻，受外力作用时，扩散电阻的电阻率变化而导致阻值改变。

主要优点：体积小，结构简单，良好的动态响应，易集成，价格便宜。

6.简述控制器的参数的整定方法。

答：整定控制器参数的方法很多，归纳起来可分为两大类，即理论计算整定法和工程整定法；理论计算整定法有对数频率特性法、根轨迹法等；工程整定法有现场试凑法、临界比例度法和衰减曲线法等。

7常用数字滤波及目的数字滤波及程序滤波，通过计算机滤去干扰信号，提高信号的真实性。

在计算机中常采用数字滤波消除低频干扰。

常用：算术平均值；程序判别；中位值法；一阶惯性8简述现场总线：现场总线实现了控制技术、计算机技术与通信技术的集成，特点：现场设备已成为以微处理器为核心的数字化设备，彼此通过传输媒体（双绞线、同轴电缆或光纤）以总线拓扑相连；摒弃了DCS 中的I/O 控制站，将这一级功能分配给通信网络完成；分散的功能模块，便于系统维护、管理与扩展，提高可靠性；开放式互连结构，既可与同层网络相连，也可通过网络互连设备与控制级网络或管理信息级网络相连；互操作性，在遵守同一通信协议的前提下，可将不同厂家的现场设备产品统一组态。

工业过程控制-比值控制

6.比值控制-过程控制(自动化)解析

过程控制课程设计流量比值控制

比值控制系统详解

(工业过程控制)7.比值控制

比值控制系统

比值控制

比值控制在过程控制中的应用

比值控制

第七章 比值控制系统

过程控制工程实验

比值控制

比值控制

比值控制系统的类型及应用

过程控制系统—比值控制系统(工业仪表自动化)

工业过控复习要点

第七章比值控制系统