[工学]431比值控制系统.ppt

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[工学]431比值控制系统

4.3.1 比值控制系统 主要内容 基本概念与原理 系统结构 性能分析 控制方案分析 系统设计与应用 4.3.1.1 基本概念与原理 来源:工业生产过程中,经常需要两种或两种以上的物料按一定比例混合或进行反应,如果比例失调就可能造成生产事故或发生危险。 定义:比值控制系统(Rate Control System) 比值控制系统是控制两个物料流量比值的控制系统。 比值控制系统是按功能命名的复杂控制系统。在比值控制系统中,一个物料流量需要跟随另一物料流量变化。前者称为从动量,后者称为主动量。 通常,选择的主动量应是主要的物料或关键物料的流量,它们通常是可测不可控,物料不足时可能会影响安全生产的物料流量。从动量是跟踪主动量变化的物料流量,通常,从动量可测且可控,及供应及时,可供调节。例如,反应过程中的空气、水或水蒸汽等。 在比值控制系统中,从物料随主物料按一定的比值而变化,所以比值控制系统实际上是一种随动控制系统。从控制原理来看,比值控制系统属于前馈控制系统。 4.3.1.2 系统结构 分类: 按系统结构可分为开环比值和闭环比值两大类。 按比值的关系,可分为定比值和变比值两大类。 按实施的方案分为相乘和相除两大类。 1、开环比值控制系统 2、闭环比值控制系统 由于开环比值控制不能保证控制效果,因此,工业生产过程中通常采用闭环比值控制系统。为了调节从动量,从动量应组成闭环,因此,根据主动量是否组成闭环,可分为单闭环比值控制系统和双闭环比值控制系统。此外,根据比值是否固定,可分为定比值和变比值控制系统。 单闭环比值控制系统 工作原理 在单闭环控制系统中,当主流量不变时,如果从流量受到扰动,从变送器输出信号发生变化,则可由闭合的从动回路进行定值控制,以保持原设定的比值关系。当主流量受到扰动时,主变送器的输出信号发生变化,从而比值器的输出信号也相应改变,控制器根据设定值的变化,立即发出信号调整控制阀的开度;控制从流量的大小跟随主流量而变化,以保持原设定的比值不变。当主、从流量同时受到扰动时,则控制器在克服从流量扰动的同时,又根据比值器给出的新设定值(决定于主流量的变化),迅速地调整控制阀的开度,使主、从流量在新的流量数值上保持一定的比值关系。 特点与应用 单闭环比值控制系统的优点是结构简单,实施起来亦比较方便,能确保两个流量的比值不变,是应用较广的方案,但主流量是不定值的,它随扰动作用和负荷的变化而改变。负荷大幅度的变化,对于某些物料直接去参加反应的场合是不适合的,因为这会使参加化学反应的反应总量波动很大,可能造成反应不完全或散热不良,给反应带来一定影响。因此单闭环比值控制方案,一般在负荷变化不大时选用。 例:煤气与空气比值控制系统 图示为某冶金炉的燃料燃烧过程中,煤气量与空气量的控制采用单闭环比值控制系统。煤气的需要量(主流量)取决于炉膛温度的要求和生产负荷,由温度控制器(TC)进行控制。炉温用热电偶测量。当炉温受扰动而偏离设定值时,温度控制器便发出控制信号,改变煤气控制阀的开度。煤气量的改变使炉温向设定值靠拢;与此同时,空气量按设定的比值(由比值器FFY给出)跟随煤气量变化,直到炉温回复到设定值为止。煤气与空气在新的流量数值下仍保持原设定的比值关系,维持合理的燃烧条件。 双闭环比值控制系统 工作原理 双闭环比值控制系统,是有一个定值控制的主流量回路和一个随动控制的从流量回路所组成。当扰动作用于从回路时,由该回路本身克服,不会影响主流量回路。当扰动出现在主动回路时,主动回路一方面通过本身的控制使主流量向设定值靠拢,同时比值器(FFY)的输出信号改变从动控制器的设定值。在整个过渡过程中,从流量总是跟随主流量而变化,保持原设定的比例关系。当扰动克服后,主、从流量都回复到设定值上,两者比值关系仍不变。 特点与应用 双闭环比值控制系统主要优点是实现主流量的定值控制,可以大大地克服主流量扰动的影响,使主、从流量都比较稳定;并促使总物料量也比较平稳,从而克服了上述单闭环比值控制的缺点。但该方案所用的仪表较多,投资较高。采用两个单回路闭环控制系统分别稳定主流量和从流量,也可以达到比值控制的目的。 变比值控制系统 变比值控制系统 变比值控制系统 变比值控制系统 变比值控制系统 变比值控制系统 4.3.1.3 性能分析 (1)单闭环比值控制系统与开环比值控制系统的比较 单闭环比值控制系统不仅能使从动量流量跟踪主动量的变化而变化,实现主、从动量的精确流量比值,还能克服进入从动量控制回路的扰动影响。因此,单闭环比值控制

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