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第八章 复杂控制系统 华东理工大学信息学院自动化系 (3)变比值控制系统 在有些生产过程中，需要两种物料的比值按具体的工矿而改变，此时就需用变比值控制系统。 8-14 变比值控制系统 右图是合成氨生产过程中煤造气工段的变比值控制系统示意图。 从结构上看，实际上是水蒸气、半水煤气的比值串级控制系统。 目的是使变换炉触煤层的温度恒定在工艺要求的设定值上。 在生产过程中，半水煤气与水蒸气的量需保持一定的比值，但其比值系数要能随一段触煤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。 动画 该控制系统控制精度高，虽然系统结构较复杂，但应用范围还较广。 8-15变比值控制系统方块图 8.3.3 比值系数的计算 比值系数K是设置于比值函数模块或比值控制器(RC)的参数。 流量比k是流量FS(F2) / FM(F1)的比值。 在相乘方案中，当采用电动单元组合仪表时，流量q与变送器输出电流I的对应关系是 其中,qmax是变送器量程。 (1)流量与其测量信号呈线性关系（用差压变送器时带有开方器） 从动量流量调节器的测量信号 设定 信号 控制 结果 因此 当采用气动单元组合仪表时，流量q与变送器输出气压p的对应关系为 即 其中，qmax为变送器量程。 从动量流量调节器的测量信号 设定信号 控制结果 因此 我们得到的结果 书上结果 结论：比值系数与变送器的量程、要求的从动量与主动量的对应比例关系有关，与变送气的电器零点无关。 (2)流量与其测量信号呈平方关系（用差压变送器时不带开方器） 其中,qmax是变送器量程。 在相乘方案中，当采用电动单元组合仪表时，流量q与变送器输出电流I的对应关系是 所以：主控制器应选反作用。 若两者一致，则选正作用。 因为： 主控 制器 结论：副调节器正、反作用的选择要依据阀门的气开、气关特性；主调节器正、反作用的选择与阀门的气开、气关形式无关。 DDZ-Ⅲ仪表投运步骤： ①将主控制器设定为内设定方式，副控制器设定为外设定方式；为什么？ ②在副控制器处于软手动状态下进行遥控操作，使主被控变量在主设定值附近稳定下来； ③将副控制器切入自动； ④最后将主控制器切入自动。 先手动后自动，先内后外 (4)系统投运 串级系统的投运与所选仪表有关。 (5)主、副控制器参数的工程整定 两步整定法：先整定副控制器，后整定主控制器。步骤如下： ①在工况稳定，主、副控制器都在纯比例作用的条件下，将主控制器的比例度先固定在100%，然后逐渐减小副控制器的比例度，求取副回路在满足某种衰减比（4:1或10:1）过渡过程下的副控制器的比例度δss和振荡周期Tss。 ②在副控制器的比例度为δss的条件下，逐步减小主控制器的比例度，在同样衰减比下，得到主控制器的δMM和TMM 。 ③根据得到的δss、Tss 、δMM和TMM ，查找主、副控制器的比例度、积分时间和微分时间。 ④按“先副后主”、“先比例次积分后微分”的整定方法，将得到的控制器参数加到控制器上。 ⑤观察控制过程，再作适当调整。 一步整定法：只整定主控制器，副控制器的参数按经验值设定。 依据：在串级控制系统中，主变量是工艺的主要操作指标，直接关系到产品的质量，对它要求比较严格。副变量的设置主要是为了提高主变量的控制质量，对副变量本身没有很高的要求，允许它在一定范围内变化。 步骤如下： ①在生产正常，系统为纯比例运行条件下，根据经验将副控制器的比例度调到某一适当值。 ②利用简单控制系统的任一参数整定方法整定主控制器的参数。 ③如果出现“共振”现象，适当调整主控制器和副控制器的参数整定值。 副控制器的经验值： 表8-1 一步整定法副控制器比例度的经验值 例题：如图所示为一锅炉汽包液位控制系统的示意图，要求锅炉不能烧干。 （1）确定控制阀的气开、气关型式，确定控制器的正、反作用，并简述当加热室温度升高导致蒸汽蒸发量增加时，该控制系统是如何克服干扰的？ LT LC 加热室 汽包 蒸汽 冷水 （2）如果冷水阀前后压力波动较大，请设计一个以汽包液位为主变量、冷水压力为副变量的串级控制系统。要求画出带控制点的工艺流程图，确定主、副控制器的正、反作用，简要说明该系统是如何克服扰动影响的。 实际案例：金属脱除系统的过程控制 本课题所研究的金属脱除系统是基于上海SECCO（赛科）石油化工有限公司的SAR（硫酸回收）装置，由璐彩特国际化工有限公司负责运营管理。处理AN（丙烯腈）装置经预浓缩后的硫铵液和MMA (甲基丙烯酸甲脂) 装置来的废酸（BPA），再将其转化辅助化学品硫酸。其本身就是一个资源再利用的环保项目。 金属脱除系统是其中的一个环节，处理生产过程中产生的废水。本课题将对金属脱除系统的改进来进行研究，通过课题的研究找出处理工业废水的有效方法。 金属脱除