在化工和醫藥等工業生產企業中，將各種原料按一定配比投入反應釜進行反應的過程是極為常見的，其典型裝置如圖1所示。圖中控製閥1控製物料1，控製閥2控製物料2，反應釜中的物料質量由電子秤進行測量。在傳統的老企業中，這種係統的控製閥往往是人工手動的，控製精度得不到保證，物料配比不精確，嚴重影響了產品質量。尤其是噸位較高，產量較大的係統，輸送流體物料的管道較大，手動控製閥門已嚴重影響生產質量，急需一種簡便的自動控製方式來精確控製配比投料。針對這樣的問題，設計了一種利用慢進值和提前量進行控製的係統，在實際工程應用中表明，該係統控製精確，操作方便，實用性強。

1 控製誤差分析

分析原手動控製係統精度差的原因，有以下兩點：

①管道流動的動態誤差

當管道中的流體通過控製閥流進反應釜時，電子秤反映的讀數除了釜中流體質量外，流人反應釜的流體衝擊力也將影響質量讀數。因為流體的衝擊力將使電子秤測量得到的值大於反應釜中實際的流體質量，從而使手動控製產生誤差，這種誤差往往造成欠控製。而且流速越大，這種動態誤差也越大。

②控製閥動作滯後誤差

實際的控製係統中，控製閥離反應釜有一定距離，控製閥動作後，已過控製閥但尚未進入反應釜的一段流體也將流入反應釜中。由於這段流體在控製閥動作時並未在電子秤上反映，所以，閥門的動作也並未考慮這部分流體，從而造成閥門動作滯後誤差，這種誤差往往造成過控製。另外，手動閥門動作速度緩慢也是造成過控製的原因之一。而且管道越大，流速越大，這種滯後誤差也越大。

實際上，在手動控製時，上述這些欠控製和過控製並不能由人為精確掌握而加以消除，操作人員隻能根據經驗從原理上盡量減小它。例如：為了減小流動動態誤差，在被控製流體量快到時，可事先關小閥門開度以降低進入反應釜的流速；為了減小閥門動作滯後誤差，盡可能準確地估計閥後管道的容量作提前控製，加速閥門動作速度等。正是利用了這樣的思路，設計了自動控製係統。前一種措施稱為慢進值，後一種措施稱為提前量，利用它們可使控製係統的性能大大改善。

2控製係統的組成

測量控製係統由MCS-51係列單片機組成。為了減小管道流動的動態誤差，進口控製閥由大閥和小閥並聯而成，如圖2所示。等角分布於反應釜下麵的3個稱重傳感器將反應釜內的流體質量信號通過測量電路送給處理機，計算得到的流體質量X顯示於顯示器中。鍵盤設定係統可以設定多個設定點，每一個設定點可以設置設定值S，慢進值M和提前量T。輸出控製量KL和KS分別通過邏輯驅動電路控製進料大閥FL和進料小閥FS開啟和關閉。控製量KL和KS的邏輯電平（高電平H和低電平L）與設定值之間的關係為：

X

S—M≤X

X≥S—T KL=L（大閥關） KS=L（小閥關）

其測量控製過程為：

當反應釜中的流體質量X遠小於設定值S時，控製量KL和KS同時輸出高電平，大小進口閥同時打開，快速進料。

當X增加到比較接近設定值S時（與設定值S的差距S-M為多少才算是比較接近可根據實際係統或經驗，通過調整M確定），關閉大進口閥，由小進口閥慢速進料，以減少流動動態誤差。也就是說，有質量為M的流體是僅通過小進口閥慢速進入反應釜的，這正是慢進值M的意義。

當X快達到設定值S時（與設定值S的差距S—T為多少才算是快達到可根據閥後到反應釜之間管道的容量，通過調節T確定），提前關閉所有進口閥。當閥後管道中的流體繼續流人反應釜時，正好達到設定值S。所以，提前量是提前關閉所有進口閥量，也就是閥後的管道容量加上關閉閥門需延遲的時間內通過閥門的流體量之和。可根據實際係統設定提前量T。

顯然，如果提前量T大於慢進值M，則根據上述邏輯關係，慢進值將不起作用。實踐也證明，對於進口管道比較小的係統，不設慢進值也能起到較好的控製作用。

3試驗結果

將該控製係統用於一化工廠的2 000 kg反應釜，電子秤的分辨率為1 kg，量程為5 000 kg，在各設定點上進行試驗的結果如表1所示。由於進口管道較小，流速不大，故沒有設置慢進值，提前量根據係統試驗得到。

從表1的結果可以看出，該係統具有較好的控製精度，完全能滿足生產配比投料的需要，而且操作方便，適應性強。對於不同的係統，隻需根據實際係統或運行經驗，修改幾個參數M和T等就能達到目的。

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