7.4比值控制系統(tǒng)生產(chǎn)過程中，經(jīng)常需要幾種物料的流量保持一定的比例關(guān)系。例如，在鍋爐的燃燒系統(tǒng)中，要保持燃料和空氣量的一定比例，以保證燃燒的經(jīng)濟性。定義：實現(xiàn)兩個或多個參數(shù)符合一定比例關(guān)系的控制系統(tǒng)，稱為比值控制系統(tǒng)。例如要實現(xiàn)兩種物料的比例關(guān)系，則表示為：Q2=K

Q1

其中：K—比值系數(shù)；Q1—主流量；

Q2—副流量

。7.4.1比值控制系統(tǒng)的種類

1.開環(huán)比值控制系統(tǒng)如圖Q1是主流量，Q2是副流量。流量變送器FT檢測主物料流量Q1；由控制器FC及安裝在從物料管道上的閥門來控制副流量Q2。FTFCQ1Q2此控制方案的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、成本低。缺點是無抗干擾能力，當(dāng)副流管線壓力等改變時，不能保證所要求的比值?？刂颇繕?biāo)：Q2＝KQ12.單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)為了克服開環(huán)比值控制的不足，在開環(huán)比值控制的基礎(chǔ)上，增加對副流量的閉環(huán)控制。特點：對Q2進(jìn)行閉環(huán)控制，比值控制精度提高?？刂颇繕?biāo)：Q2=K

Q1

對Q1只測量、不控制。Q1變化，Q2跟著變化，總流量不穩(wěn)定。F1TQ1Q2KF2TF2C3.雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)為了克服單閉環(huán)比值控制中主流量不受控制的缺點，增加了主流量控制回路。特點：Q1是主流量，Q2是副流量。兩個流量都可控，因此總流量穩(wěn)定。F1TQ1Q2F1CF2TF2CK有兩個閉環(huán)控制回路，用比值器聯(lián)系?？刂颇繕?biāo)：Q2=K

Q1

討論:（1）以上三種方案的特點：定比值控制（2）流量之間實現(xiàn)一定的比例僅僅是保證產(chǎn)品質(zhì)量的一種手段。需要考慮成比例的兩種物料混合或反應(yīng)后最終產(chǎn)品質(zhì)量是否符合工藝要求。（實際上：開環(huán)控制）（3）當(dāng)系統(tǒng)中存在著除流量擾動以外的其它擾動時（如溫度、壓力、成分、以及反應(yīng)器中催化劑衰老等），原來的比值需要重新計算。4．變比值控制系統(tǒng)在有些生產(chǎn)過程中，要求兩種物料流量的比值隨第三個工藝參數(shù)的需要而變化，為滿足這種工藝的要求，就出現(xiàn)了變比值控制系統(tǒng)。例如，變換爐工藝中，煤氣與水蒸氣（5~8倍）在觸媒的催化下，轉(zhuǎn)化成二氧化碳和氫氣。溫度越高轉(zhuǎn)化率越高，但溫度過高會影響觸媒壽命。如果根據(jù)觸媒層的溫度調(diào)節(jié)其比例系數(shù)，就能保持最佳的觸媒溫度和最高的轉(zhuǎn)化率。F1TF2TTT轉(zhuǎn)化氣溫度控制器TC根據(jù)觸媒的實際溫度與給定溫度的偏差，計算流量比值的給定值。除法器算出蒸汽與煤氣流量的實際比值，輸入到流量控制器FC。最后通過調(diào)整蒸汽量（改變蒸汽與半水煤氣的比值）來使變換爐觸媒層的溫度恒定在給定值上。圖7.23變比值控制系統(tǒng)框圖Gc2(s)Y(s)+Gv2(s)G02(s)G0(s)Gc1(s)X(s)Gm(s)Q1(s)Q2(s)Gm2(s)Gm1(s)÷+K'Kr'__應(yīng)當(dāng)注意，在變比值控制系統(tǒng)中，流量比值只是一種控制手段，不是最終目的，而第三參數(shù)（如本例中溫度）往往是主要被控參數(shù)。7.4.2比值控制系統(tǒng)的設(shè)計與參數(shù)整定1．比值控制系統(tǒng)設(shè)計1）主流量、副流量的確定原則：①生產(chǎn)中起主導(dǎo)作用的物料流量，一般選為主流量，其余的物料流量跟隨其變化，為副流量。②工藝上不可控的物料流量，一般選為主流量。③成本較昂貴的物料流量一般選為主流量。④當(dāng)生產(chǎn)工藝有特殊要求時，主、副物料流量的確定應(yīng)服從工藝需要。2）控制方案的選擇控制方案選擇應(yīng)根據(jù)不同的生產(chǎn)要求確定，同時兼顧經(jīng)濟性原則。①如果工藝上僅要求兩物料流量之比值一定，而對總流量無要求，可用單閉環(huán)比值控制方案。②如果主、副流量的擾動頻繁，而工藝要求主、副物料總流量恒定的生產(chǎn)過程，可用雙閉環(huán)比值控制方案。③當(dāng)生產(chǎn)工藝要求兩種物料流量的比值要隨著第三參數(shù)的需要進(jìn)行調(diào)節(jié)時，可用變比值控制方案。3）調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的確定比值控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律是根據(jù)控制方案和控制要求而定。F1TQ1Q2KF2TF2C在單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)中，比值器K起比值計算作用，若用調(diào)節(jié)器實現(xiàn)，則選P調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)器F2C使副流量穩(wěn)定，為保證控制精度可選PI調(diào)節(jié)。PPI雙閉環(huán)比值控制不僅要求兩流量保持恒定的比值關(guān)系，而且主、副流量均要實現(xiàn)定值控制，所以兩個調(diào)節(jié)器均應(yīng)選PI調(diào)節(jié)；比值器選P調(diào)節(jié)。F1TQ1Q2F1CF2TF2CKPIPIP

4）正確選擇流量計及其量程各種流量計都有一定的適用范圍（一般正常流量選在滿量程的70％左右），必須正確地選擇和使用，可參考有關(guān)設(shè)計資料、產(chǎn)品手冊。

5）比值系數(shù)的計算工藝規(guī)定的流量（或質(zhì)量）比值K不能直接作為儀表比值使用，必須根據(jù)儀表的量程轉(zhuǎn)換成儀表的比值系數(shù)K’后才能進(jìn)行比值設(shè)定。變送器的轉(zhuǎn)換特性不同，比值系數(shù)K’的計算公式不同。（l）流量與測量信號之間成線性關(guān)系如果Q1的流量計測量范圍為0～Q1max

、Q2的流量計測量范圍為0～Q2max，則變送器輸出電流信號和流量之間的關(guān)系如下：因代入工藝比值公式：得換算公式：而儀表比值公式：（2）流量與測量信號之間成非線性關(guān)系利用節(jié)流原理測流量時，流量計輸出信號與流量的平方成正比：

?I=CQ2代入工藝比值公式：得換算公式：則6）流量測量中的溫度、壓力補償用差壓流量計測量氣體流量時，被測氣體溫度和壓力的變化會使其密度發(fā)生變化，流量的測量值將產(chǎn)生誤差。對于溫度、壓力變化較大、而控制質(zhì)量要求較高的對象，必須進(jìn)行溫度、壓力補償，以保證流量測量值的準(zhǔn)確。7.4.2.2比值控制系統(tǒng)的實施與參數(shù)整定1）比值系數(shù)的實現(xiàn)比值系統(tǒng)的實現(xiàn)有相乘和相除二種方法。在工程上可采用比值器、乘法器、除法器等儀表實現(xiàn)；用計算機控制時，通過比例、乘、除運算程序?qū)崿F(xiàn)。2）比值控制系統(tǒng)的參數(shù)整定比值系統(tǒng)的主流量回路，可按單回路控制系統(tǒng)進(jìn)行整定；比值系統(tǒng)的副流量整定為振蕩與不振蕩的邊界為佳，即過渡過程既不振蕩而反應(yīng)又快。7.5

均勻控制系統(tǒng)在連續(xù)生產(chǎn)過程中，有許多裝置是前后緊密聯(lián)系的。前一設(shè)備的出料，往往是后一設(shè)備的進(jìn)料，各設(shè)備的操作也互相關(guān)聯(lián)、互相影響。例如圖7.24所示的兩個連續(xù)操作的精餾塔。LC1#2#FTFCLT1#塔要求液位穩(wěn)定，設(shè)液位控制系統(tǒng)。2#塔要求進(jìn)料量穩(wěn)定，設(shè)流量控制系統(tǒng)。顯然，這兩套控制系統(tǒng)的控制目標(biāo)存在矛盾：

解決辦法：1、設(shè)中間貯槽，使前后影響減小，但成本高。2、用均勻調(diào)節(jié)方案。1#塔液位調(diào)節(jié)閥1開度變化LC1#2#FTFCLT12

2#塔流量變化

2#塔流量調(diào)節(jié)閥2開度變化

1#塔液位變化7.5.1均勻控制系統(tǒng)工作原理及特點為了解決前后工序控制的矛盾，達(dá)到前后兼顧、協(xié)調(diào)操作，使前后工序的控制參數(shù)均能符合要求而設(shè)計的控制系統(tǒng)稱為均勻控制系統(tǒng)。如上例中，均勻控制應(yīng)通過對液位和流量兩個變量同時兼顧的控制方案，使兩個互相矛盾的變量相互協(xié)調(diào)，都能滿足各自的的工藝要求。和其它控制方式相比，均勻控制的特點如下：（1）兩個被控變量在控制過程中都是緩慢變化的。因為若將1#塔液位控制成平穩(wěn)的直線，會導(dǎo)致2#塔的進(jìn)料量波動很大；反之若將2#塔的進(jìn)料量控制成平穩(wěn)的直線，會導(dǎo)致1#塔液位波動很大。即無法實現(xiàn)兩個被控參數(shù)都很平穩(wěn)。只有讓兩者都有一定程度的波動，但波動都比較緩慢、且幅度較小，才有可能同時符合控制要求。tLLFFO（a）1#塔液位穩(wěn)定、2#塔流量變化大LFLFtO（b）1#塔液位變化大、2#塔流量穩(wěn)定LFLFtO（c）1#塔液位、2#塔流量均變化較小（2）前后互相聯(lián)系又互相矛盾的兩個變量應(yīng)保持在所允許的范圍內(nèi)波動。如圖，1#塔塔釜液位的升降變化不能超過規(guī)定的上下限。2#塔進(jìn)料流量也不能超越規(guī)定的上下限，否則就不能滿足工藝要求。LC1#2#FTFCLT12LFLFtO7.5.2均勻控制方案均勻控制常用的方案有簡單均勻控制、串級均勻控制等形式，下面介紹這兩種控制方案。1．簡單均勻控制LC1#2#LT結(jié)構(gòu)與簡單液位定值控制系統(tǒng)一樣，但系統(tǒng)控制的目的不同。均勻控制的目的是協(xié)調(diào)控制液位和排出流量兩個變量。由于控制目的不同，均勻控制要求兼顧兩個變量，是通過調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定來實現(xiàn)的。簡單均勻控制系統(tǒng)中的控制器一般都是純比例作用，而且將比例度整定得很大。LC1#2#LT當(dāng)液位變化時，控制器的輸出變化很小，排出流量只作微小緩慢的變化，以較弱的控制作用達(dá)到均勻控制的目的。LC1#2#LT因此，簡單均勻控制適用于干擾不大、對流量的均勻程度要求較低的場合。簡單均勻控制的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，投運方便，成本低。但對另一個被控變量是不測不控的兼顧操作，其控制精度不一定能保證。如此例中，當(dāng)前后塔的壓力變化較大時，盡管調(diào)節(jié)閥的開度不變，輸出流量也會發(fā)生較大變化。2．串級均勻控制為了克服簡單均勻控制只有一個控制回路，只能保證一個被控變量精度的缺點，可在簡單均勻控制方案基礎(chǔ)上增加一個副控制回路，構(gòu)