第7章实现特殊工艺要求的过程控制系统

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1、 教书育人要义教书育人要义 传道授业释疑；传道授业释疑； 师生同心协力师生同心协力, , 共探过控真谛共探过控真谛 。 熟悉仪表原理熟悉仪表原理, , 统领系统设计；统领系统设计； 理论实践结合，理论实践结合， 思维创新第一思维创新第一。过程控制与自动化仪表过程控制与自动化仪表西安理工大学西安理工大学 潘永湘潘永湘 杨延西杨延西 赵跃赵跃 制作制作教学理念：教学理念： 第第7 7章章 实现特殊要求过程控制系统实现特殊要求过程控制系统1 1）了解比值控制的工业应用背景，熟悉比值控）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；制系统的结构类型；2 2）掌握比值控制系统中比值器参数计算方

2、法；）掌握比值控制系统中比值器参数计算方法；3 3）了解比值控制系统中的非线性补偿、动态补）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；偿以及实施方案等；4 4）了解均匀控制的特点及设计方法；）了解均匀控制的特点及设计方法；5 5）了解分程控制的特点及应用场合；）了解分程控制的特点及应用场合；6 6）了解自动选择性控制的特点及应用场合。）了解自动选择性控制的特点及应用场合。工艺要求。工艺要求。问题：问题：Q2Q2容易受干扰和非线性的影响容易受干扰和非线性的影响 而破坏而破坏Q1Q1与与Q2Q2的比值关系。的比值关系。1 1、开环比值控制系统开环比值控制系统2 2、单闭环比值控制系统

3、单闭环比值控制系统问题：问题：这种单闭环这种单闭环比值控制系统可以比值控制系统可以精确的控制精确的控制Q1Q1与与Q2Q2的比值关系但的比值关系但Q1Q1的值不可控。的值不可控。3 3、双闭环比值控制系统双闭环比值控制系统问题：问题：该控制方案该控制方案所用仪表较多，投所用仪表较多，投资较高。资较高。 比值设定方法：比值设定方法：TF1TF2CF2给定值TF1TF2CF2相除比值相除比值给定值相乘比值相乘比值4、 变比值控制系统。变比值控制系统。 应该注意应该注意: 在变比值控制系统中，比值通常只是一种控制手段不是最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，而第三参数终目的，而

4、第三参数y(s)y(s)往往往往是产品质量指标。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，这就是变比值变比值控制。控制。基于除法器的变比值控制实例实例硝酸生产控制系统硝酸生产控制系统氧化炉温度串级比值控制流程氧化炉温度串级比值控制流程 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

5、标准信号，所以，比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。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。以下分两种情况。以下分两种情况。（1 1）流量与检测信号呈非线性关系）流量与检测信号呈非线性关系 （2）流量与检测信号呈线性关系）流量与检测信号呈线性关系 1 1、比值器参数的计算、比值器参数的计算 21max2max2144qKKqII说明：当物料流量的比值一定、流量与其说明：当物料流量的比值一定、流量与其检测信号呈平方关系时，比值器的参数与检测信号呈平方关系时，比值器的参数与物料流量的实际比

6、值和最大值之比的乘积物料流量的实际比值和最大值之比的乘积也呈平方关系。也呈平方关系。 1max22max144qIKKqI说明：当物料流量的比值一定、流量与说明：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。的乘积也呈线性关系。 （3）实例计算）实例计算 已知某流量比值系统采用差压式流量计测量主副流量，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：其最大量程分别为：hmQhmQ/20/5.123max23max1工艺要求工艺要求4.112

7、QQK试计算不加开方器与加开方器后仪表的比值系数试计算不加开方器与加开方器后仪表的比值系数K。不加开方器时不加开方器时: 766.0205.124.1222max22max212QQKK解解:加开方器后加开方器后:875. 0205 .124 . 1K2 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）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

8、非线性关系时对过程的动态特性却是有影响的。 其输入输出关系有：其输入输出关系有：2max2max2222kqpkqp采用采用DDZDDZ型仪表将差压信号型仪表将差压信号线性地转换为电流信号：线性地转换为电流信号：4) 420(max222ppI测量变送环节是非线性的，其静态放大系数为：测量变送环节是非线性的，其静态放大系数为：202max222232202qqqIKqq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运行质量就会下降 。（2）非线性补偿）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，

9、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：2244II测量变送环节和开方器串接后总的静态放大系数为： 2202222max4IKqqq q常量，它已不再受负荷变化的影响3比值控制系统中的动态补偿比值控制系统中的动态补偿 在某些特殊的生产工艺中，对比值控制的要求非常高，即不仅在静态工况下要求两种物料流量的比值一定，而且在动态情况下也要求两种物料流量的比值一定。为实现动态比值一定，必须满足 21QsK KQs为常数动态补偿器的传递函数为 20222max12021max1cmZmcG s G s GsqG sG

10、s G s G sq注意：注意：由于从动流量总要滞后于主动流量，所以动态补偿器一般应具有超前由于从动流量总要滞后于主动流量，所以动态补偿器一般应具有超前特性。特性。 4比值控制系统的实现比值控制系统的实现 比值控制的具体实现方案有两比值控制的具体实现方案有两种种: :二、把一个流量的测量值乘以比值系数，其乘积作为副调节器的设定值，称为相乘控制方案。 在工程上，具体实现比值控制时，通常有比值器、乘法器或除法器等单元仪表可供选用，相当方便。一、把两个流量的测量值相除，其商作为调节器的反馈值，称为相除控制方案。1均匀控制的提出均匀控制的提出 均匀控制系统具有使控制量与被控制量均匀缓慢地在一定范均匀控

11、制系统具有使控制量与被控制量均匀缓慢地在一定范围内变化的特殊功能。围内变化的特殊功能。 控制目标控制目标： 1 1、 稳定塔稳定塔A A的液位的液位 解决的方法： 增加中间储存容器 2 2、稳定塔、稳定塔B B的进料流量的进料流量解决的方法： 采用均匀控制采用均匀控制图示图示 图图a a图图c c是普通的单回路控制系统的控制结果，只有图是普通的单回路控制系统的控制结果，只有图b b才体现才体现了均匀控制的思想，即了均匀控制的思想，即L L和和F F都缓慢波动且都稳定在一定范围都缓慢波动且都稳定在一定范围内内。将液位控制与流量控制统一在一个控制系统中，从系统内部解决两种将液位控制与流量控制统一在