第三节比值控制系统
一、比值控制原理
在炼油、化工、制药等许多生产过程中,经常需要两种物料或两种以上的物料保持一定的比例关系。

最常见的就是燃烧过程,燃料与空气要保持一定的比例关系,才能满足生产与环保的要求: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;许多化学反应的诸个进料要保持一定的比例。

通常,在两个需要保持一定比例关系的物料中,一个就是主动量或关键量,另一个就是从动量或辅
助量。

由于物料通常就是液体,因此称主动量为主流量F
M ,从动量为副流量F
S。

F
M
与F
S
之间的关系为
Fs＝KF
M
(8－l)
式中,K为比值系数。

因此,只要主副流量的给定值保持比值关系,或者副流量给定值随主流量按一定比例关系而变化即可实现比值控制。

二、比值控制系统的类型
l.单闭环比值控制系统图8-12表示一个燃烧过程单闭环比值控制系统,主流量就是燃料,副流量就
是空气。

F
M
T测量出主流量并变换为标准信号,乘以比值系数K后,作为副流量控制系统中被控变量Fs的给定值。

如此,可以保持主流量与副流量之间的比例关系。

从系统结构外观上瞧,似乎单闭环比值控制系统与串级控制系统很相似。

但它们的方块图就是不同的,功能也就是不同的。

单闭环比值控制系统的方块图如图8-13所示。

图8-13 单闭环比值控制系统方块图
从图8－13中可以瞧到,没有主对象与主调节器,这就是单闭环比值控制系统在结构上与串级不同的地方,串级中的副变量就是调节变量到被控变量之间总对象的一个中间变量,而比值中,副流量不会影响主流量,这就是两者之间本质上的区别。

副流量控制系统就是一个随动控制系统,它的给定值由系统外部的KF
M
提供,它的任务就就是使副流
量Fs尽可能地保持与KF
M 相等,随F
M
的变化而变化,始终保持F
M
与Fs的比值关系。

当系统处于稳态时,
比值关系就是比较精确的;在动态过程中,比值关系相对而言不够精确。

另外,当主流量处于不变的状态时,副流量控制系统又相当于一个定值控制系统。

与Fs保持比值总之,单闭环比值控制系统,能克服副流量的波动,能随着主流量的变化而变化,使F
M
关系。

但就是单闭环比值控制系统不能克服主流量的变化,当希望主流量也较稳定时,单闭环比值控制系统就无法胜任了。

因此,它应用于主流量不允许被控制的场合与主流量没有必要进行控制的场合。

2.双闭环比值控制系统
在主流量也需要控制的情况下,增加一个主流量闭环控制系统,单闭环比值控制系统就成为双闭环比值控制系统,见图8-14。

图8－14 双闭环比值系统方块图
由于增加了主流量闭环控制系统,主流量得以稳定,从而使得总流量能保持稳定。

双闭环比值控制系统主要应用于总流量需要经常调整(即工艺负荷提降)的场合。

如果没有这个要求,两个单独的闭环控制系统也能使两个流量保持比例关系,仅仅在动态过程中,比例关系不能保证。

3.变比值控制系统
如果工艺上要求两种流量的比值依据其她条件可以调整,则可构建变比值控制系统。

图8-15就是加热炉变比值控制系统,进料中燃料与空气要保持一定的比值关系,以维持正常的燃烧,而燃烧的实际状况又要从加热炉出烟的氧含量来加以判断。

因此,由AT测出烟气中的氧含量,送给AC,AC就是调节器,其输出作为单闭环比值控制系统的比值的给定值,画出该系统的方块如图8-16所示。

图中单闭环比值系统采用的就是相除方案,双闭环比值系统一样可以构成变比值系统。

另外,该系统又就是一个串级控制系统,就是氧含量-流量比值串级控制系统。

图8-16 加热炉变比值控制系统方块图。