工业过程控制-比值控制
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比值控制内容
比值控制问题的由来； 常用的比值控制方案与系统结构； 流量比值与比值器参数的关系； 变比值控制系统的特点与应用场合； 仿真举例
2013-5-4
工业过程控制
溶液配制问题
30% NaoH QB H2O QA
问题：当NaoH用量QB变化时， 调整稀释水量QA 以使稀释液 NaoH的浓度为6~8%左右。
2013-5-4
工业过程控制
比值控制系统方案1
QB IB K1 IA
FC
假设流量测量变送环节为线性对 象（对于用孔板测量的信号须经 开方运算）。
稳态条件: IA = K1 IB
QA Q A m ax K1 QB Q B m ax ,
K
AB
QA QB
QA
K1 K
Q B m ax
AB
Q A m ax
F1 ( NaOH溶液 )
I1 I2
K
I3 FC
F2 ( 清水)
2013-5-4
工业过程控制
Q1
Q2
空气
工业过程控制
换热器出口温度 变比值串级控制系统
TC
× RF
RVsp
RV
FC
蒸汽
T2
sp
系统功能： （1）变比值串级？
T2
（2）变增益串级？ （3）前馈反馈串级 控制 ？
凝液
工艺 介质
2013-5-4
工业过程控制
换热器变比值串级控制仿真
(参见模型…/FFControl/ExHeaterRatio_PID.mdl)
K3 QA QB
AB
IB
÷
IA
IA / I B
RC
K3
Q B m ax Q A m ax
K
QA
Байду номын сангаас
Q B m ax Q A m ax
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。
2013-5-4
工业过程控制
比值控制的逻辑提降量
混 合 器
解决方案：
（1）出口浓度控制； （2）入口流量的比值控制（流 量比值 ？）。
6~8% NaoH
2013-5-4
工业过程控制
一般的比值控制问题
物料 B QB 后 续 QA 装 置
物料 A
要求：QA / QB = KAB（比值系数）而QB 为主动流量， QA 为可控量，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。
蒸汽
PC
I0 LS I1
F 1C F 2C
功能: (1) 正常工况下实现 锅炉蒸汽压力对燃料流量 的串级控制，以及燃料与 空气流量的比值控制
I4
HS I2
I3
(2) 提负荷时先提空气，而 降负荷时先降燃料量。 分析要点：正常工况时，
I1 I 2 I 3 I 4 I 0
K
燃料
2013-5-4
2013-5-4 工业过程控制
结论
讨论了流量比值控制问题； 介绍了常用的比值控制方案； 分析了流量比值与比值器参数的关系； 详细列举了燃烧控制中常用的逻辑提降量 问题与解决方案； 简单介绍了变比值控制系统的特点与应用 场合。
2013-5-4
工业过程控制
练习题
右图表示了NaOH溶液的稀释过程， 输入溶液浓度为20%，要求进一步用 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值与流量比值的关系式； （2）根据所描述的工艺情况，确定 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）
2013-5-4
工业过程控制
比值控制方案2
QB IB
稳态条件: K2 IA = IB
K QA
2
QB Q B m ax
,
K
Q A m ax
AB
QA QB
IA
K2
FC
K
QA
2
K
1
AB
Q A m ax Q B m ax
1 K1
2013-5-4
工业过程控制
比值控制系统方案3
QB
稳态条件: K3 = IA / IB
比值控制问题的由来； 常用的比值控制方案与系统结构； 流量比值与比值器参数的关系； 变比值控制系统的特点与应用场合； 仿真举例
2013-5-4
工业过程控制
溶液配制问题
30% NaoH QB H2O QA
问题：当NaoH用量QB变化时， 调整稀释水量QA 以使稀释液 NaoH的浓度为6~8%左右。
2013-5-4
工业过程控制
比值控制系统方案1
QB IB K1 IA
FC
假设流量测量变送环节为线性对 象（对于用孔板测量的信号须经 开方运算）。
稳态条件: IA = K1 IB
QA Q A m ax K1 QB Q B m ax ,
K
AB
QA QB
QA
K1 K
Q B m ax
AB
Q A m ax
F1 ( NaOH溶液 )
I1 I2
K
I3 FC
F2 ( 清水)
2013-5-4
工业过程控制
Q1
Q2
空气
工业过程控制
换热器出口温度 变比值串级控制系统
TC
× RF
RVsp
RV
FC
蒸汽
T2
sp
系统功能： （1）变比值串级？
T2
（2）变增益串级？ （3）前馈反馈串级 控制 ？
凝液
工艺 介质
2013-5-4
工业过程控制
换热器变比值串级控制仿真
(参见模型…/FFControl/ExHeaterRatio_PID.mdl)
K3 QA QB
AB
IB
÷
IA
IA / I B
RC
K3
Q B m ax Q A m ax
K
QA
Байду номын сангаас
Q B m ax Q A m ax
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。
2013-5-4
工业过程控制
比值控制的逻辑提降量
混 合 器
解决方案：
（1）出口浓度控制； （2）入口流量的比值控制（流 量比值 ？）。
6~8% NaoH
2013-5-4
工业过程控制
一般的比值控制问题
物料 B QB 后 续 QA 装 置
物料 A
要求：QA / QB = KAB（比值系数）而QB 为主动流量， QA 为可控量，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。
蒸汽
PC
I0 LS I1
F 1C F 2C
功能: (1) 正常工况下实现 锅炉蒸汽压力对燃料流量 的串级控制，以及燃料与 空气流量的比值控制
I4
HS I2
I3
(2) 提负荷时先提空气，而 降负荷时先降燃料量。 分析要点：正常工况时，
I1 I 2 I 3 I 4 I 0
K
燃料
2013-5-4
2013-5-4 工业过程控制
结论
讨论了流量比值控制问题； 介绍了常用的比值控制方案； 分析了流量比值与比值器参数的关系； 详细列举了燃烧控制中常用的逻辑提降量 问题与解决方案； 简单介绍了变比值控制系统的特点与应用 场合。
2013-5-4
工业过程控制
练习题
右图表示了NaOH溶液的稀释过程， 输入溶液浓度为20%，要求进一步用 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值与流量比值的关系式； （2）根据所描述的工艺情况，确定 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）
2013-5-4
工业过程控制
比值控制方案2
QB IB
稳态条件: K2 IA = IB
K QA
2
QB Q B m ax
,
K
Q A m ax
AB
QA QB
IA
K2
FC
K
QA
2
K
1
AB
Q A m ax Q B m ax
1 K1
2013-5-4
工业过程控制
比值控制系统方案3
QB
稳态条件: K3 = IA / IB