第八章 特殊控制方法在现代工业生产过程中，要求两种或多种物料流量成一定比例关系；一旦比例失调，会影响生产的正常进行，影响产品质量，浪费动力，造成环境污染，甚至产生生产事故。如：
一、概述
1、方法的产生
§ 8－ 1 比值控制系统
燃烧过程中，往往要求燃料量与空气量需按一定比例混合后送入炉膛。
制药生产中要求药物和注入剂按比例混合。
造纸过程中为保证纸浆浓度，要求自动控制纸浆量和水量比例。
水泥配料系统 ……
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2、比值控制的含义凡是两个或多个变量自动维持一定比值关系的过程控制系统，统称为比值控制系统。
3、变量及关系
主动量 ---起主导作用而又不可控的物料流量；
从动量 ---跟随主动量而变化的物料流量；
比例系数,K=Q1/ Q2
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1、系统组成,如下图所示。
二、比值控制系统的类型
(一 )、开环比值控制上一页 下一页 返回
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在系统稳定状态时，两物料的流量满足
12 KQQ?
当主动量 Q1由于受到干扰而发生变化时，比值器根据
Q1对设定值的偏差情况，按比例去改变控制阀的开度，
使从动量 Q2变化与变化后的 Q1仍保持原有的比例关系。
当从动量 Q2受到外界干扰而发生波动时,Q1与 Q2的比值关系将遭到破坏，系统无能为力。
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简单、成本低；
只有当 Q1变化时才起控制作用；
Q2变化时 Q1不会响应，比例关系被破坏。
3、适用场合副流量没有干扰的情况。
2、特点
(一 )、开环比值控制上一页 下一页 返回工程应用较少
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(二 )、单闭环比值控制
2、系统组成,如 下 图所示。
1、特点,能克服开环比值方案的不足。
开环比值控制系统 单闭环比值控制系统上一页 下一页 返回
3、工作过程
稳定状态下 ……
主流量变化时 ……
副变量由于干扰而变化时 ……
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3、工作过程
副变量 Q2由于干扰而变化时 ……
稳定状态下 ……
在系统稳定状态时，两物料的流量满足 12 KQQ?
经过从动量回路的控制作用，把变化了的 Q2
再调整回原稳态值，维持 Q1与 Q2的比值关系。
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主流量变化时 ……
比值器经过比值运算后输出发生相应的变化，此时从动量回路为随动控制系统，将从动量 Q2随着主动量 Q1的变化而成比例变化，使变化后的 Q1与 Q2仍保持原来比值关系不变
主流量与副流量同时受到干扰 ……
上述两种过程的叠加。但从动量回路首先应满足使 Q2随 Q1成比值关系的变化。
7-3 丁烯洗涤塔进料量与洗涤水量的比值控制系统如图所示。4、应用实例,
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优点：不但能实现流量的副量跟主量变化，
而且能克服流量干扰等。
缺点：主流量不受控。
6、应用场合在负荷变化不太大的场合得到广泛应用。
5、优缺点上一页 下一页 返回给定 (随动值 )
设定值 (定值 )
能克服单闭环主流量不受控的不足。1、特点
2、系统组成,如 下 图所示。
6-2（ a) 双闭环比值控制
(三 ),双闭环 比 值 控制上一页 下一页 返回
(三 )、双闭环比值控制
6－ 2
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双闭环比值控制系统的工作过程：
6－ 2
定值控制系统当主动量受到干扰发生波动时，能自动调节到设定值附近随动控制系统主动量 Q1发生变化，通过比值器的输出使从动量回路控制器的设定值也发生变化，从而使 Q2随 Q1成比例变化。
Q2受到干扰时，经过从动量回路调节。
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3、另一优点,升降负荷比较方便。
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6－ 2
主动量回路设定值发生改变从动量也随着成比例改变主动量发生变化因此，需要升降负荷时，只需缓慢改变主动量回路的设定值，就可以使主动量和从动量同步升降，并保持两物料的比值不变。
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常用在主流量干 扰频 繁或工 艺上不允 许负荷有 较 大的波 动,或工艺 上 经 常需要升降 负 荷的 场 合。
4、适用场合
5、应用实例,如图。
设定 值上一页 下一页 返回
在有些生 产过 程中，要求 两种 物料流量的比 值随 第三 个变 量的 变 化而 变 化。
为 了 满 足上述生 产 工 艺 要求,开发并应 用 变 比值 控制。
(四 )、变比值控制
1、方法的产生
2、系统结构,如 下 图所示。
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7-7 氧化炉温度与氨气 /空气串级比值控制系统
P138图 6.4
工艺流程
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7-7 氧化炉温度与氨气 /空气变比值控制系统间接表征氧化生产的质量指标
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3、变比值控制的含义变比值控制系统是一个以第三个变量为主变量 (质量指标 )、以两个流量比为副变量的串级控制系统。
在实际生产中，比值控制只是一个手段，最终的被控变量并不是比值，应是直接或间接反映产量、质量、节能、环保及安全的过程参数。
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4、工作过程
系统稳定时 ……
当 Q1,Q2出现扰动时 ……
当出现其他扰动 (如温度、压力、成分等变化 )时 ……
P138
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比 值 只是一 种 手段，不是最 终 目的，而第三变 量 Y(s)往往是 产 品 质 量指 标 。
5、该法特点上一页 下一页 返回
7-7 氧化炉温度与氨气 /空气串级比值控制系统
6、应用实例,见以 下两 图
。
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（五）比值控制系统的参数整定变比值控制系统单闭环、双闭环比值控制系统从动量回路双闭环比值控制系统主动量回路
P144－ 145
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§ 8-2 均匀控制系统
在连续生产过程中，一个装置或设备往往与前后的装置或设备紧密地联系着，前一装置或设备的出料量是后一装置或设备的进料量，而后一装置或设备的出料量又输送给其他的装置或设备。
例如石油裂解气分离工艺，前后共串联了八个塔。
前后有物料联系的精馏塔，前塔的液位与后塔的进料量的稳定要求会发生矛盾，如下图所示。
一、均匀控制的用途及特点
1、问题的提出上一页 下一页 返回
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前后有物料联系的精馏塔，前塔的液位与后塔的进料量的稳定要求会发生矛盾，如下图所示
1塔实现液位稳定，则出料量必然不稳定,2塔的进料量不稳定
2塔实现流量稳定，则进料量必然稳定，则 1塔的液位就不稳定采用均匀控制系统来解决上述矛盾 上一页 下一页 返回
是指两个工艺参数在规定范围内能缓慢地,均匀地变化，使前后设备在物料供求上相互兼顾、均匀协调的系统。
两塔之间增设缓冲器
(不适宜 )。
采用均匀控制系统
(上策 )。
3、均匀控制的含义
2、解决办法
4、均匀控制的特点
表征前后供求矛盾的两个参数都是变化的，变化是缓慢的，是在允许范围内波动的。参见下图。
前塔的液位变化不能超过规定的上、下限。
后塔的进料量也不能超过最大和最小处理量。
非均匀控制二、均匀控制系统的结构方案
1、方案示例,如下图
(一 )、简单均匀控制去下一精馏塔上一页 下一页 返回
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2、与液位定值控制相比系统的结构和所使用的仪表是完全一样的，但控制目的不同。
5、适用场合当甲塔的液位对象本身具有自平衡能力，或者乙塔内的压力发生波动时，尽管控制阀开度没变，其流出量仍会发生改变。通常适用于扰动较小、对流量的均匀程度要求较低的场合。
比例作用是基本的；不能引入微分；积分是否引入视情况而定。
3、对控制参数应做适当选择
4、特点简单均匀控制系统的最大优点是结构简单、操作方便、成本低；但控制效果差。
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(二 )、串级均匀控制
1、组成结构：
为了克服调节阀前后压力波动和被控过程的自衡特性对流量的影响，设计以流量为副变量的流量控制副回路，如右图所示。
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液位控制器的输出作为流量控制的设定值，二者串联工作
2:工作过程干扰 1塔液位上升液位控制器输出增大流量控制器使控制阀门开大
1塔液位上升缓慢
2塔的进料量也在上升
1塔液位达到最大值
1塔的出料量＝ 2
塔的进料量液位和流量均处缓慢变化均匀协调控制上一页 下一页 返回
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液位控制器的输出作为流量控制的设定值，二者串联工作工作过程：
干扰 2塔进料量发生变化流量控制器进行控制液位控制器改变了流量控制器的设定值缓慢改变阀的开度
1塔液位发生变化流量控制器进一步控制两个控制器互相配合，使液位和流量都在规定的范围内缓慢均匀变化上一页 下一页 返回
3、与典型串级的异同不能加微分作用；液位宜采用 PI规律；流量一般用 P规律。
串级均匀控制系统能克服控制阀前后压力较大的扰动，使主、副变量变化均匀缓慢平稳，控制质量较高。
结构方案相同，目的不同；均匀串级控制的目的 是使液位与流量均匀协调。
4、控制作用选择 (十分重要 )
5、特点上一页 下一页 返回
(三 )、双冲量均匀控制所谓双冲量均匀控制系统，就是将两个变量的测量信号通过加法器后作为被控量的均匀控制系统。
图中 PO= PH- PQ+ Pr+ C
1、含义
2、应用示例,见下图。
上一页 下一页 返回设定值可调量液位测量信号流量测量信号
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PO= PH - PQ+ Pr+ C
稳定工况时，调 C使
PO= Pr
PQ一定时,干扰 PH PO
流量控制器,正,流量控制器输出阀门开度变 出料量
PQ 某一时刻 PH
PH - PQ 达到稳定值 加法器的输出恢复到控制器的设定值系统稳定，控制阀停留在新的开度上，液位和流量的新稳态值都有所偏高，但均在允许的范围内，从而达到均匀控制的目的。
3:调节过程
2009-7-30
3:调节过程
PH一定时,干扰 PQ PO
流量控制器,正,流量控制器输出阀门开度变 液位
PH 某一时刻
PH - PQ 达到稳定值 加法器的输出恢复到控制器的设定值系统稳定，控制阀停留在新的开度上，液位和流量的新稳态值都有所偏高，但均在允许的范围内，从而达到均匀控制的目的。
4、一般方块图,如下图所示 。
上一页 下一页 返回由于流量控制器接受的是加法器送来的两个变量之差，而且又要使两个变量之差保持在固定值上，所以控制器选择为 PI控制器。
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§ 8-3 选择性控制系统一、基本概念在选择控制系统中，将生产过程中的限制条件所构成的逻辑关系叠加到正常的控制系统中去
1、问题的提出
控制中往往会出现一些随机的特殊要求，如在故障情况下能保证安全生产；
发出报警后改由人工操作或联锁保护不是最佳办法。
2、对选择性控制的要求故障时自动起保护作用而又不停车 --是一种 取代控制系统 。
取代控制器正常控制器工艺参数趋于危险极限通过取代控制器工艺参数回到安全范围
2009-7-30
二,选择性控制系统的类型
(一 )、对被控参数的选择性控制系统凡在控制回路中引入了选择器的控制系统选择控制系统的定义上一页 下一页 返回
控制参数一个，被控参数却有温度和液位两个。
b)图增设了液面超限控制系统。
对比方案 P156,工作过程上一页 下一页 返回
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正常情况下，液位处于安全范围，低于界限值。
液位控制器的输出高于温度控制器的输出,LS选择了温度控制器，液位控制器处于开环待命状态。
氨的液位达到了高限值，物料出口温度不是主要的控制要求，保护压缩机是主要的目的。
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2009-7-30
液位控制器的输出低于温度控制器的输出,LS选择了液位控制器，温度控制器处于开环待命状态。液位控制器替代温度控制器工作。
在液位控制器的作用下，液位恢复到正常高度时，温度对象的故障排除了，温度控制器又会自动恢复工作，液位控制器再次处于待命状态。
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(二 )、对控制参数的选择性控制系统
被控 参数（ 量）只有一个，而 控制参数（ 操纵量）
却有两个。
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多种燃料选择性控制方案如图 7-17.
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2009-7-30
P157,工作过程
多阀：一只控制器的输出信号去带动两个或两个以上的控制阀工作。
分程：每一个控制阀仅在控制器输出信号整个范围的某段内工作。
控制阀同向动作：见下张图 7-18。
控制阀异向动作：见下张图 7-19。
§ 8-4 分程控制系统
如有 A,B两个控制阀；控制器输出信号压力为
0.02?0.1MPa。
当控制信号 <0.06MPa时,A阀动作,B阀不动；
当控制信号 >0.06MPa时,A阀动至极限,B阀才动,如下图
7-18a)。
一、分程控制的概念
1、特点
2、实现
3、分类
1、用于节能控制（上图）
二、分程控制方案的应用
3、保证生产过程的安全与稳定（下图）
2、扩大控制阀的可调范围
4、满足不同工况的控制要求