第三章-比值控制系统资料优秀PPT.ppt

过程限制系统及工程第三章第三章 比值限制系统比值限制系统 比值限制系统比值限制系统3.13.1概述概述概述概述3.23.2比值限制系统的类型比值限制系统的类型比值限制系统的类型比值限制系统的类型3.33.3比值系数的计算比值系数的计算比值系数的计算比值系数的计算3.43.4比值限制方案的实施比值限制方案的实施比值限制方案的实施比值限制方案的实施3.53.5比值限制系统的投运与整定比值限制系统的投运与整定比值限制系统的投运与整定比值限制系统的投运与整定3.63.6比值限制系统的其他问题比值限制系统的其他问题比值限制系统的其他问题比值限制系统的其他问题 试验：比值限制系统试验试验：比值限制系统试验试验：比值限制系统试验试验：比值限制系统试验第第3章章3.13.1概述概述概述概述 工业过程中，常常须要限制两种或两种以上的物料保持确定 的比例关系 如：造纸过程中，纸浆和水要成确定的比例关系 石化重油气化，重油和氧气量要成确定的比例关系 锅炉燃烧，煤气和空气成确定的比例关系，等等 比值限制系统：比值限制系统：比值限制系统：比值限制系统：实实实实现现现现两两两两个个个个或或或或两两两两个个个个以以以以上上上上参参参参数数数数符符符符合合合合确确确确定定定定比比比比例例例例关关关关系的限制系统系的限制系统系的限制系统系的限制系统流量比值较多，流量比值限制系统流量比值较多，流量比值限制系统流量比值较多，流量比值限制系统流量比值较多，流量比值限制系统主物料主物料主物料主物料/主流量：主流量：主流量：主流量：可测或可控，处于比值限制中的主导地位可测或可控，处于比值限制中的主导地位可测或可控，处于比值限制中的主导地位可测或可控，处于比值限制中的主导地位F1F1从物料从物料从物料从物料/从流量：从流量：从流量：从流量：可控，一般供应有余，可控，一般供应有余，可控，一般供应有余，可控，一般供应有余，按主物料进行配比按主物料进行配比按主物料进行配比按主物料进行配比F2F2 比比比比值值值值限限限限制制制制系系系系统统统统，要要要要求求求求副副副副流流流流量量量量F2F2与与与与主主主主流流流流量量量量F1F1成成成成确确确确定定定定的的的的比比比比值值值值关系，关系，关系，关系，KK为流量比值为流量比值为流量比值为流量比值 3.13.1概述概述概述概述比值限制系统比值限制系统3.13.1概述概述概述概述3.23.2比值限制系统的类型比值限制系统的类型比值限制系统的类型比值限制系统的类型3.33.3比值系数的计算比值系数的计算比值系数的计算比值系数的计算3.43.4比值限制方案的实施比值限制方案的实施比值限制方案的实施比值限制方案的实施3.53.5比值限制系统的投运与整定比值限制系统的投运与整定比值限制系统的投运与整定比值限制系统的投运与整定3.63.6比值限制系统的其他问题比值限制系统的其他问题比值限制系统的其他问题比值限制系统的其他问题 试验：比值限制系统试验试验：比值限制系统试验试验：比值限制系统试验试验：比值限制系统试验第第3章章教学进程教学进程教学进程教学进程3.23.2比值限制系统的类型比值限制系统的类型比值限制系统的类型比值限制系统的类型按结构分类：开环和闭环比值限制系统按实施方案分类：相乘和相除方案按比值分类：定比值和变比值限制方案按限制原理：属于前馈限制系统3.23.2比值限制系统的类型比值限制系统的类型比值限制系统的类型比值限制系统的类型开环比值限制系统开环比值限制系统开环比值限制系统开环比值限制系统(a)(a)原理图原理图FCF1F2(b)(b)方块图方块图开环比值限制系统开环比值限制系统控制器控制器控制阀控制阀对象对象F2测量变送测量变送F1本质：整个限制系统处于开环状态，本质：整个限制系统处于开环状态，F2流量依据流量依据F1流量，流量，按比例系数开闭阀门按比例系数开闭阀门场合：这种方案应用较少场合：这种方案应用较少优点：简洁，仪表少优点：简洁，仪表少缺点：系统开环，缺点：系统开环，F2波动时比值难以保证波动时比值难以保证单闭环比值限制系统单闭环比值限制系统在开环比值限制系统的基础上，增加了一个在开环比值限制系统的基础上，增加了一个副流量的闭环限制系统副流量的闭环限制系统KF1F2FC 从方块图上看，与串级限制系统的结构相像，只是主参数没有闭环，F2不影响F1 主流量变更，变更副流量限制器给定值 随动限制。副流量系统闭环，稳定副流量 定值限制。单闭环比值限制系统单闭环比值限制系统控制器控制器控制阀控制阀对象对象F2测量变送测量变送F1K测量变送测量变送单闭环比值限制系统单闭环比值限制系统优点：优点：1）能克服）能克服F2的波动的波动2）结构简洁，特殊是在主）结构简洁，特殊是在主流量参数工艺不能限制流量参数工艺不能限制的场合实施。的场合实施。3）限制品质提高较多）限制品质提高较多缺点：缺点：1）F1不固定不固定2）F1+F2总量不定总量不定3）动态比值较差）动态比值较差场合：应用较广泛，几种物料干脆进反应器受到限制场合：应用较广泛，几种物料干脆进反应器受到限制丁烯洗涤塔进料与洗涤水丁烯洗涤塔进料与洗涤水的比值控制系统的比值控制系统例子：例子：KFC洗涤水洗涤水丁烯丁烯双闭环比值限制系统双闭环比值限制系统在单闭环比值限制系统的基础上，增加了主流在单闭环比值限制系统的基础上，增加了主流量限制回路量限制回路F1CF1F2F2CK双闭环比值限制系统双闭环比值限制系统Gc1Gv1Gp1F1F2KGm1GC2Gv2Gp2Gm2双闭环比值限制系统双闭环比值限制系统由由于于主主流流量量控控制制回回路路的的存存在在，实实现现了了主主流流量量定定值值控控制制，克克服服了了对对主流量的干扰的影响主流量的干扰的影响(例如：主动量供应不足或有较大扰动例如：主动量供应不足或有较大扰动)另另一一个个优优点点是是，提提升升主主负负荷荷比比较较容容易易，缓缓慢慢改改变变主主控控制制器器的的给给定定值。值。缺点：使用的仪表较多，另外，若主副回路工作频率相近时，容缺点：使用的仪表较多，另外，若主副回路工作频率相近时，容易产生共振易产生共振 二氧化碳F1CF2CK氧气反应器混合例子：例子：其他类型的比值限制系统其他类型的比值限制系统（1）变比值控制系统）变比值控制系统定比值控制方案只能克服流量干扰对比值的影响，定比值控制方案只能克服流量干扰对比值的影响，当其它参数存在对比值系数的扰动时，必须时时修正当其它参数存在对比值系数的扰动时，必须时时修正比值系数，变比值控制比值系数，变比值控制 XCF1F2FfC其他类型的比值限制系统其他类型的比值限制系统这事实上是一个以某种指标这事实上是一个以某种指标这事实上是一个以某种指标这事实上是一个以某种指标X X为主参数，两物料比值为副参数为主参数，两物料比值为副参数为主参数，两物料比值为副参数为主参数，两物料比值为副参数的串级限制系统的串级限制系统的串级限制系统的串级限制系统串级比值控串级比值控串级比值控串级比值控制系统、自整配比限制系统制系统、自整配比限制系统制系统、自整配比限制系统制系统、自整配比限制系统主控制器主控制器比值控制器比值控制器控制阀控制阀流量对象流量对象主对象主对象测量变送测量变送测量变送测量变送测量变送测量变送除法器除法器F1XF2XCF1F2FfC氧化炉氧化炉例子：例子：其他类型的比值限制系统其他类型的比值限制系统TCFfC空气空气氧氧化化炉炉预预热热氨气氨气混合硝酸生产中氧化炉的炉温与氨气硝酸生产中氧化炉的炉温与氨气/空气比值的串级限制方案空气比值的串级限制方案（2）串级和比值控制组合的系统）串级和比值控制组合的系统 动态比值控制动态比值控制其他类型的比值限制系统其他类型的比值限制系统F1F2KF1CF2CLC(a)F1F2KF1CF2CLC(b)比值限制系统比值限制系统3.13.1概述概述概述概述3.23.2比值限制系统的类型比值限制系统的类型比值限制系统的类型比值限制系统的类型3.33.3比值系数的计算比值系数的计算比值系数的计算比值系数的计算3.43.4比值限制方案的实施比值限制方案的实施比值限制方案的实施比值限制方案的实施3.53.5比值限制系统的投运与整定比值限制系统的投运与整定比值限制系统的投运与整定比值限制系统的投运与整定3.63.6比值限制系统的其他问题比值限制系统的其他问题比值限制系统的其他问题比值限制系统的其他问题 试验：比值限制系统试验试验：比值限制系统试验试验：比值限制系统试验试验：比值限制系统试验第第3章章教学进程教学进程教学进程教学进程3.3 比值系数的计算比值系数的计算流量与测量信号成线性关系时的计算流量与测量信号成线性关系时的计算工艺上，比值工艺上，比值工艺上，比值工艺上，比值KK是指两个物料的流量之比，而比值是指两个物料的流量之比，而比值是指两个物料的流量之比，而比值是指两个物料的流量之比，而比值限制系统的限制系统的限制系统的限制系统的KK一般是仪表的信号之间的比值，电动一般是仪表的信号之间的比值，电动一般是仪表的信号之间的比值，电动一般是仪表的信号之间的比值，电动仪表仪表仪表仪表420mA/010mA,420mA/010mA,气动仪表是气动仪表是气动仪表是气动仪表是20100KPa20100KPa，信号转换问题。，信号转换问题。，信号转换问题。，信号转换问题。（1 1）DDZ-DDZ-型仪表型仪表型仪表型仪表0F0Fmaxmax420mADC420mADC流量与测量信号成线性关系时的计算流量与测量信号成线性关系时的计算比值系数比值系数比值系数比值系数KK是仪表信号之比，即：是仪表信号之比，即：是仪表信号之比，即：是仪表信号之比，即：FF1max1max是主流量变送器量程上限是主流量变送器量程上限是主流量变送器量程上限是主流量变送器量程上限 F F2max2max是副流量变送器量程上限是副流量变送器量程上限是副流量变送器量程上限是副流量变送器量程上限（2 2）气动单元组合仪表）气动单元组合仪表）气动单元组合仪表）气动单元组合仪表0Fmax20100KPa0Fmax20100KPa对于不同信号范围的仪表，比值系数的计算公式是一样的。对于不同信号范围的仪表，比值系数的计算公式是一样的。对于不同信号范围的仪表，比值系数的计算公式是一样的。对于不同信号范围的仪表，比值系数的计算公式是一样的。流量与测量信号成线性关系时的计算流量与测量信号成线性关系时的计算结论：差压变送器测量流量，流量与差压成开方的关系差压变送器测量流量，流量与差压成开方的关系差压变送器测量流量，流量与差压成开方的关系差压变送器测量流量，流量与差压成开方的关系 DDZDDZ型仪表：型仪表：型仪表：型仪表：QDZQDZ仪表：仪表：仪表：仪表：比值系数的计算：比值系数的计算：比值系数的计算：比值系数的计算：流量与测量信号成非线性关系时的计算流量与测量信号成非线性关系时的计算几点结论：几点结论：（1）流量比值）流量比值K与比值系数与比值系数K是两个不同的概念，不能是两个不同的概念，不能混淆混淆（2）比值系数）比值系数K与与K有关，同时也和流量变送器的量程有关，同时也和流量变送器的量程有关，与负荷大小无关有关，与负荷大小无关（3）留意变送器的流量与测量的线性关系）留意变送器的流量与测量的线性关系（4）线性测量与非线性测量状况下）线性测量与非线性测量状况下K间的关系为：间的关系为：K非非=（K线）线）2流量与测量信号成非线性关系时的计算流量与测量信号成非线性关系时的计算比值限制系统比值限制系统3.13.1概述概述概述概述3.23.2比值限制系统的类型比值限制系统的类型比值限制系统的类型比值限制系统的类型3.33.3比值系数的计算比值系数的计算比值系数的计算比值系数的计算3.43.4比值限制方案的实施比值限制方案的实施比值限制方案的实施比值限制方案的实施3.53.5比值限制系统的投运与整定比值限制系统的投运与整定比值限制系统的投运与整定比值限制系统的投运与整定3.63.6比值限制系统的其他问题比值限制系统的其他问题比值限制系统的其他问题比值限制系统的其他问题 试验：比值限制系统试验试验：比值限制系统试验试验：比值限制系统试验试验：比值限制系统试验第第3章章教学进程教学进程教学进程教学进程3.4 比值限制方案的实施比值限制方案的实施两类实施方案两类实施方案（1）相乘方案）相乘方案FCF1F2比值运算部件：乘法器、比值器、分流器、比率器比值运算部件：乘法器、比值器、分流器、比率器两类实施方案两类实施方案两类实施方案两类实施方案（2 2）相除方案）相除方案）相除方案）相除方案FfC比值限制方案实施举例比值限制方案实施举例控制器控制阀流量对象测量变送2测量变送1比值器KI1I1F2F1接受比值器接受比值器比率设定系数比率设定系数=比值系数比值系数比值限制方案实施举例比值限制方案实施举例控制器控制阀流量对象测量变送2测量变送1乘法器I0I1I1F2F1I0=K*16+4由由K计算出计算出I0，再由恒流器给出电流值，再由恒流器给出电流值，K1接受电动仪表乘法器接受电动仪表乘法器I0=K*16+4由由K计算出计算出I0，再由恒流器给出电流值。，再由恒流器给出电流值。接受电动仪表除法器接受电动仪表除法器比值限制方案实施举例比值限制方案实施举例FCXCI1I2I3比值限制系统中非线性环节的影响比值限制系统中非线性环节的影响K正比于静态工作点流量正比于静态工作点流量F0F0变更，变更，K变更，影响动态质量。变更，影响动态质量。（1）测量环节的非线性）测量环节的非线性流量测量时接受差压变送器时，流量与差压为开方关系：流量测量时接受差压变送器时，流量与差压为开方关系：对于对于010mA解决方法：加入开方器，或通过阀特性补偿解决方法：加入开方器，或通过阀特性补偿补偿方法：通过对数阀特性补偿补偿方法：通过对数阀特性补偿比值限制系统中非线性环节的影响比值限制系统中非线性环节的影响（2）除法器的非线性）除法器的非线性除法器本身就是一个非线环节除法器本身就是一个非线环节比值控制器控制阀流量对象测量变送2除法器测量变送1开方器KF2F1比值限制系统中的信号匹配问题比值限制系统中的信号匹配问题仪表本身一般有统一的量程，如仪表本身一般有统一的量程，如010mA、420mA、0.010.1Mpa要尽可能在达到最大量程下进行运算而得到较大的精度，要尽可能在达到最大量程下进行运算而得到较大的精度，须要合理调整仪表量程，设置确定的系数须要合理调整仪表量程，设置确定的系数仪表的信号仪表的信号匹配。匹配。相乘方案：相乘方案：相乘方案：相乘方案：KK接近接近接近接近1 1时最灵敏，精度最高时最灵敏，精度最高时最灵敏，精度最高时最灵敏，精度最高比值限制系统比值限制系统3.13.1概述概述概述概述3.23.2比值限制系统的类型比值限制系统的类型比值限制系统的类型比值限制系统的类型3.33.3比值系数的计算比值系数的计算比值系数的计算比值系数的计算3.43.4比值限制方案的实施比值限制方案的实施比值限制方案的实施比值限制方案的实施3.53.5比值限制系统的投运与整定比值限制系统的投运与整定比值限制系统的投运与整定比值限制系统的投运与整定3.63.6比值限制系统的其他问题比值限制系统的其他问题比值限制系统的其他问题比值限制系统的其他问题 试验：比值限制系统试验试验：比值限制系统试验试验：比值限制系统试验试验：比值限制系统试验第第3章章教学进程教学进程教学进程教学进程 3.53.5比值限制系统的投运与整定比值限制系统的投运与整定比值限制系统的投运与整定比值限制系统的投运与整定整定的整定的整定的整定的方法步骤：方法步骤：投运前的准备工作与单回路相同，只是留意比值系数问题投运前的准备工作与单回路相同，只是留意比值系数问题投运前的准备工作与单回路相同，只是留意比值系数问题投运前的准备工作与单回路相同，只是留意比值系数问题 依据比值系数计算方法进行计算时，若接受差压法测流量时，依据比值系数计算方法进行计算时，若接受差压法测流量时，依据比值系数计算方法进行计算时，若接受差压法测流量时，依据比值系数计算方法进行计算时，若接受差压法测流量时，由于非线性问题，比值系数须要在线调整。由于非线性问题，比值系数须要在线调整。由于非线性问题，比值系数须要在线调整。由于非线性问题，比值系数须要在线调整。随动系统整定步骤随动系统整定步骤随动系统整定步骤随动系统整定步骤 参数整定：参数整定：参数整定：参数整定：依据比值限制方案的不同，按相应的系统（单回路、串级）依据比值限制方案的不同，按相应的系统（单回路、串级）依据比值限制方案的不同，按相应的系统（单回路、串级）依据比值限制方案的不同，按相应的系统（单回路、串级）进行整定。进行整定。进行整定。进行整定。双闭环比值主回路双闭环比值主回路双闭环比值主回路双闭环比值主回路定值系统定值系统定值系统定值系统变比值主回路变比值主回路变比值主回路变比值主回路串级系统串级系统串级系统串级系统单闭环比值、双闭环比值副回路、变比值副回路单闭环比值、双闭环比值副回路、变比值副回路单闭环比值、双闭环比值副回路、变比值副回路单闭环比值、双闭环比值副回路、变比值副回路随动系统随动系统随动系统随动系统3.53.5比值限制系统的投运与整定比值限制系统的投运与整定比值限制系统的投运与整定比值限制系统的投运与整定3.63.6比值限制系统的其他问题比值限制系统的其他问题比值限制系统的其他问题比值限制系统的其他问题流量测量中的压力、温度的校正流量测量中的压力、温度的校正流量测量中的压力、温度的校正流量测量中的压力、温度的校正接受差压方法测量气体流量时，若实际工况与设计工接受差压方法测量气体流量时，若实际工况与设计工接受差压方法测量气体流量时，若实际工况与设计工接受差压方法测量气体流量时，若实际工况与设计工况的温度、压力不一样时，将会影响比值精度，须要况的温度、压力不一样时，将会影响比值精度，须要况的温度、压力不一样时，将会影响比值精度，须要况的温度、压力不一样时，将会影响比值精度，须要补偿。补偿。补偿。补偿。在静态比值基础上，要求动态比值一样，即在外界干在静态比值基础上，要求动态比值一样，即在外界干在静态比值基础上，要求动态比值一样，即在外界干在静态比值基础上，要求动态比值一样，即在外界干扰作用下，主副流量接近同步变更。扰作用下，主副流量接近同步变更。扰作用下，主副流量接近同步变更。扰作用下，主副流量接近同步变更。P78P78图图图图3-173-17，加入动态补偿环节加入动态补偿环节加入动态补偿环节加入动态补偿环节Gz(s)Gz(s)，式，式，式，式3-323-32理论推导理论推导理论推导理论推导 工程做法，也可以通过闭环动态特性测试获得动态补偿工程做法，也可以通过闭环动态特性测试获得动态补偿工程做法，也可以通过闭环动态特性测试获得动态补偿工程做法，也可以通过闭环动态特性测试获得动态补偿环节的传递函数环节的传递函数环节的传递函数环节的传递函数 在稳定好副流量限制器参数的基础上，将比值系统投入；在稳定好副流量限制器参数的基础上，将比值系统投入；在稳定好副流量限制器参数的基础上，将比值系统投入；在稳定好副流量限制器参数的基础上，将比值系统投入；对主流量加阶跃干扰，得到副流量限制曲线，做近似处对主流量加阶跃干扰，得到副流量限制曲线，做近似处对主流量加阶跃干扰，得到副流量限制曲线，做近似处对主流量加阶跃干扰，得到副流量限制曲线，做近似处理，可以得到补偿环节理，可以得到补偿环节理，可以得到补偿环节理，可以得到补偿环节P79P79图图图图3-193-19主、副流量的动态比值问题主、副流量的动态比值问题主、副流量的动态比值问题主、副流量的动态比值问题具有逻辑规律的比值限制具有逻辑规律的比值限制具有逻辑规律的比值限制具有逻辑规律的比值限制 比值限制时，负荷变更时，限制主副流量升降依次加入逻辑限制（逻辑提量）例子：例子：锅炉燃烧系统，燃料量与空气量成确定比值锅炉燃烧系统，燃料量与空气量成确定比值锅炉燃烧系统，燃料量与空气量成确定比值锅炉燃烧系统，燃料量与空气量成确定比值逻辑规律：逻辑规律：逻辑规律：逻辑规律：蒸汽用量蒸汽用量蒸汽用量蒸汽用量提量：提量：提量：提量：P P汽汽空气空气空气空气燃料燃料燃料燃料降量：降量：降量：降量：蒸汽用量蒸汽用量蒸汽用量蒸汽用量P P汽汽燃料燃料燃料燃料空气空气空气空气保证燃烧完全保证燃烧完全保证燃烧完全保证燃烧完全HSHS高选器，选高高选器，选高高选器，选高高选器，选高LSLS低选器低选器低选器低选器，选低，选低，选低，选低具有逻辑规律的比值限制具有逻辑规律的比值限制具有逻辑规律的比值限制具有逻辑规律的比值限制图图图图 锅炉燃烧过程的具有锅炉燃烧过程的具有锅炉燃烧过程的具有锅炉燃烧过程的具有逻辑规律的比值限制系统逻辑规律的比值限制系统逻辑规律的比值限制系统逻辑规律的比值限制系统提量提量提量提量P P汽汽空气量空气量空气量空气量燃料燃料燃料燃料降量降量降量降量燃料燃料燃料燃料空气空气空气空气I IPHSHSP P汽汽I IPLSLS燃料空气PCHSLSF2CF1CkI IPI I1I I2A.CA.O+副流量随主流量变更，但当副流量不足，即阀全开时仍不能保证比值限制流量时，一般的限制系统就无能为力了。接受阀位限制，自动解决这个问题P80图3-22阀位限制系统（第七章）通过阀位限制器VC（输入信号阀位开度）和选择器HS在副流量不足时限制主流量。副流量供料不足时的自动配比副流量供料不足时的自动配比副流量供料不足时的自动配比副流量供料不足时的自动配比主动流量与从动流量的选择主动流量与从动流量的选择主动流量与从动流量的选择主动流量与从动流量的选择 主动量与从动量的选择主动量与从动量的选择主动量与从动量的选择主动量与从动量的选择 工艺参数的地位：工艺参数的地位：工艺参数的地位：工艺参数的地位：主要物料主要物料主要物料主要物料/不行控不行控不行控不行控其它物料其它物料其它物料其它物料/可控可控可控可控供应不足问题：供应不足问题：供应不足问题：供应不足问题：平安问题平安问题平安问题平安问题