过程控制及自动化仪表课件 第七章 实现特殊工艺要求的过程控制系统分解

涤
塔 FC 带乙腈的洗涤水 FT
洗涤水
FT
K
丁烯洗涤塔进料量与洗涤水量的比值控制系统
3、双闭环比值控制系统
双闭环比值控制系统大大克服了主流量的干扰，使主流量变得比
较平稳。另一个优点是升降负荷比较方便，只要改变主流量的设定
值即可。双闭环比值控制系统常用在主流量干扰频繁或工艺上经常 需要升降负荷的场合。 问题：该控制方案所用仪表较多，投资较高。
第 7章
实现特殊要求过程控制系统
本章要点
1）了解比值控制的工业应用背景，熟悉比值控 制系统的结构类型； 2）掌握比值控制系统中比值器参数计算方法； 3）了解比值控制系统中的非线性补偿、动态补 偿以及实施方案等； 4）掌握均匀控制的特点及设计方法； 5）掌握分程控制的特点及应用场合； 6）掌握自动选择性控制的特点及应用场合。
7.1 比值控制系统 7.1.1比值控制系统概述
在现代工业生产过程中，常常要求两种或两种以上的物料流量成 一定比例关系。如果比例失调，则会影响生产的正常进行，或者影响 产品的产量与质量，浪费原材料，造成环境污染，甚至发生生产事故。 在锅炉的燃烧过程中，需要自动保持燃料量和空气量按一定比例 混合后送入炉膛，以确保燃烧的效率。在重油气化的造气生产过程中， 进入氧化炉的氧气和重油量应保持一定的比例，若氧油比过高，会因 炉温过高而使喷嘴和耐火砖烧坏，严重时会引起炉子爆炸；如果氧量 过低，则会生成的炭黑增多，会发生堵塞现象。 比值控制系统即是：使一种物料随另一种物料按一定比例变化的 控制系统。其中处于主导地位的物料为主物料或主流量，用q1表示； 其他物料称为从物料或副流量，用q2表示。
当物料流量的比值一定、流量与其检测信号呈平方关系时，
2
比值器的参数与物料流量的实际比值和最大值之比的乘积也呈平
方关系。
（2）流量与检测信号呈线性关系
' q1max I 2 4 K' K q2max I1' 4
当物料流量的比值一定、流量与其测量信号呈线性关系 时，比值器的参数与物料流量的实际比值和最大值之比的乘 积也呈线性关系。 例：已知某流量比值系统采用差压式流量计测量主副流量， 其最大量程分别为：
32 q
2 2 max
q 20
问题：当负荷增大时，调节器的整定参数如果不能随之改变，则 系统的运行质量就会下降 。 （2）非线性补偿 为了克服这一不利影响，通常用开方器进行补偿，即在差压 变送器后串接一个开方器，使流量与测量信号之间呈现线性关系。 差压变送器的输出电流信号与开方器的输出电流信号之间的关系 为： '
应该注意:
硝酸生产控制系统
氧化炉温度串级－比值控制流程图
在变换炉生产过程中，半水煤气与水蒸气的量需保持一定的比值， 但其比值系数要随一段触媒层的温度变化而变化，才能在较大负荷变 化下保持良好的控制质量。在这里，蒸汽与半水煤气的流量经测量变 送后，送往除法器，计算得到它们的实际比值，作为流量比值控制器 FC的测量值。而FC的给定值来自温度控制器TC，最后通过调整蒸汽 量（实际上是调整了蒸汽与半水煤气的比值）来使变换炉触媒层的温 度恒定在规定的数值上。 ÷ F C 蒸汽 喷射泵 触媒层 煤气 变换炉 变换炉的半水煤气与水蒸气的变值控制系统 T C
图示烷基化装置中的双闭环比值控制系统。进入反应器的异丁烷 -丁烯馏分要求按比例配以催化剂硫酸，同时又要求各自的流量比较稳 定。
异丁烷-丁烯
反 应 FC 器
出料
硫酸
K
FC
异丁烷-丁烯馏分与硫酸的双闭环比值控制系统
4、变比值控制系统 基于除法器的变比值控制
在变比值控制系统中，比值通常只是一种控制手段不是 最终目的，而第三参数y(s)往往是产品质量指标。 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。
q2/q1=k
1、开环比值控制系统
只有当副流量没有干扰的情况下才适用，然而副流量的干扰不可避免
2、单闭环比值控制系统
问题：可以精确的Biblioteka 制q1与q2的比值关系，但q1的值不可控，主 流量可以因干扰作用或负荷的升降而任意变化。适用于负荷变化不 大的场合。 丁烯洗涤塔的任务是除去丁烯馏分中所夹带的乙腈，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。 丁烯 洗 带乙腈的丁烯馏分
其输入－输出关系有：
p 2 kq p 2 max
2 kq2 max
2 2
采用DDZ－Ⅲ型仪表将差压信号线性地转换为电流信号：
p 2 I2 (20 4) 4 p 2 max
测量变送环节是非线性的，其静态放大系数为：
I 2 K2 q 2

q2 q20
Q1max 12.5m 3 / h Q2 max 20m / h
3
工艺要求
K Q2 1.4 Q1
试计算不加开方器与加开方器后仪表的比值系数K’
解:
' 2
2 Q1 max 2 12.5 不加开方器时: K K 2 1.4 0.766 2 20 Q2 max
2
加开方器后:
7.1.2 比值控制系统的设计
1、比值器参数的计算
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， 比值器参数必须由实际物料流量的比值系数折算成仪表的标准统 一信号。 （1）流量与检测信号呈非线性关系
I24 q 1max K'K I 4 q 2max 1
K ' 1.4
12.5 0.875 20
2、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。 （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，其比 值系数与负荷的大小无关，均保持其为常数。但是，当流量与测 量信号呈非线性关系时对过程的动态特性却是有影响的。
I2 4 I2 4
4
测量变送环节和开方器串接后总的静态放大系数为：
' I 2 K q2 ' 2
q 2q 20