文档介绍：比值控制系统
内容提要
生产过程中经常要求两种或两种以上的物料以一定的比例混合以后参加化学反应,以保证反应安全、充分并节约能量,由此提出了比值控制。本章将重点讲述比值控制系统的常见结构类型、比值系数的计算、比值控制系统方案的实施、实施中的有关问题及比值控制系统的投运与整定的步骤。
概述
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。一旦比例失调,就会影响生产的正常进行,影响产品质量,浪费原料,消耗动力,造成环境污染,甚至造成生产事故。最常见的是燃烧过程,燃料与空气要保持一定的比例关系,才能满足生产和环保的要求;造纸过程中,浓纸浆与水要以一定的比例混合,才能制造出合格的纸浆;许多化学反应的多个进料要保持一定的比例。因此,凡是用来实现两种或两种以上的物料量自动地保持一定比例关系以达到某种控制目的的控制系统,称为比值控制系统。
比值控制系统是控制两种物料流量比值的控制系统,一种物料需要跟随另一种物料流量的变化。在需要保持比例关系的两种物料中,必有一种物料处于主导地位,称此物料为主动量(或主物料),用表示;而另一种物料以一定的比例随的变化而变化,称为从动量(或从物料),用表示。由于主、从物料均为流量参数,故又分别称为主流量和副流量。例如,在燃烧过程的比值控制系统中,当燃料量增加或减少时,空气流量也要随之增加或减少,因此,燃料量应为主动量,而空气量为从动量。比值控制系统就是要实现从动量与主动量的对应比值关系,即满足关系式
(5-1)
式中,K为从动量与主动量的比值。
由此可见,在比值控制系统中,从动量是跟随主动量变化的物料流量,因此,比值控制系统实际上是一种随动控制系统。
比值控制系统的类型
按照系统结构,可将比值控制系统分为单闭环、双闭环和变比值控制系统三种结构类型。
从控制原理看,比值控制系统属于前馈控制系统。开环比值控制系统是最简单的比值控制系统,其实现方法就是根据一种物料的流量来调节另一种物料的流量,。在这个系统中,当主动量增大时,应相应地开大从动量控制阀的开度,使从动量F2跟随主动量F1变化,以满足的要求。因此,当F2因管线两端的压力波动而发生变化时,系统不起控制作用,此时难以保证F2与F1间的比值关系。也就是说,开环比值控制系统对来自于从动量所在管线的扰动并无抗干扰能力,只能适用于从动量较平稳且对比值要求不高的场合。而实际生产过程中,对F2的扰动常常是不可避免的,因此生产上很少采用开环比值控制系统。
开环比值控制系统
通常,工业生产过程中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。如果比值K来自于另一个控制器,即主、副物料的流量比不是一个固定值,则该比值控制系统就是变比值控制系统。
(a)可看出,单闭环比值控制系统与串级控制系统具有相类似的结构形式,但两者是不同的。单闭环比值控制系统的主动量相当于串级控制系统的主变量,但其主动量并没有构成闭环系统,F2的变化并不影响到F1,这就是两者的根本区别。
在稳定状态下,主、副流量满足工艺要求的比值,F2/F1=K。当主流量变化时,其主流量信号F1经变送器送到比值计算装置(通常为乘法器或比值器),比值计算装置则按预先设置好的比值使输出成比例地变化,也就是成比例地改变副流量控制器的设定值,此时副流量闭环系统为一个随动控制系统,从而使F2跟随F1变化,使得在新的工况下,流量比值K保持不变。当主流量没有变化而副流量由于自身扰动发生变化时,副流量闭环系统相当于一个定值控制系统,通过自行控制克服扰动,使工艺要求的流量比值仍保持不变。
,为单闭环比值控制系统实例。丁烯洗涤塔的任务是用水除去丁烯馏分中所夹带的微量乙***。为了保证洗涤质量,要求根据进料流量配以一定比例的洗涤水量。
总之,单闭环比值控制系统不仅能使从动量的流量跟随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,其主、从动量的比值较为精确,而且比开环比值控制系统的控制质量要好。单闭环比值控制系统的结构形式较简单。所增加的仪表投资较少,实施起来亦较方便,而控制品质却有很大提高,因而被大量应用于生产过程控制,尤其适用于主物料在工艺上不允许进行控制的场合。
丁烯洗涤塔进料与洗涤水之比值控制
单闭环比值控制系统中,虽然两物料比值一定,但由于主动量是不受控制的,所以总物料量(即生产负荷)是不固定的,这对于负荷变化幅度大—物料又直接去化学反应器的场合是不适合的。因负荷的波动有可能造成反应不完全,或反应放出的热量不能及时被带走等,从而给反应带来一定的影响,甚至造成事故。此外,这