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在化工和醫(yī)藥等工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)中，將各種原料按一定配比投入反應(yīng)釜進(jìn)行反應(yīng)的過程是極為常見的，其典型裝置如圖1所示。圖中控制閥1控制物料1，控制閥2控制物料2，反應(yīng)釜中的物料質(zhì)量由電子秤進(jìn)行測量。在傳統(tǒng)的老企業(yè)中，這種系統(tǒng)的控制閥往往是人工手動的，控制精度得不到保證，物料配比不精確，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品質(zhì)量。尤其是噸位較高，產(chǎn)量較大的系統(tǒng)，輸送流體物料的管道較大，手動控制閥門已嚴(yán)重影響生產(chǎn)質(zhì)量，急需一種簡便的自動控制方式來精確控制配比投料。針對這樣的問題，設(shè)計(jì)了一種利用慢進(jìn)值和提前量進(jìn)行控制的系統(tǒng)，在實(shí)際工程應(yīng)用中表明，該系統(tǒng)控制精確，操作方便，實(shí)用性強(qiáng)。

1 控制誤差分析

分析原手動控制系統(tǒng)精度差的原因，有以下兩點(diǎn)：

①管道流動的動態(tài)誤差

當(dāng)管道中的流體通過控制閥流進(jìn)反應(yīng)釜時(shí)，電子秤反映的讀數(shù)除了釜中流體質(zhì)量外，流人反應(yīng)釜的流體沖擊力也將影響質(zhì)量讀數(shù)。因?yàn)榱黧w的沖擊力將使電子秤測量得到的值大于反應(yīng)釜中實(shí)際的流體質(zhì)量，從而使手動控制產(chǎn)生誤差，這種誤差往往造成欠控制。而且流速越大，這種動態(tài)誤差也越大。

②控制閥動作滯后誤差

實(shí)際的控制系統(tǒng)中，控制閥離反應(yīng)釜有一定距離，控制閥動作后，已過控制閥但尚未進(jìn)入反應(yīng)釜的一段流體也將流入反應(yīng)釜中。由于這段流體在控制閥動作時(shí)并未在電子秤上反映，所以，閥門的動作也并未考慮這部分流體，從而造成閥門動作滯后誤差，這種誤差往往造成過控制。另外，手動閥門動作速度緩慢也是造成過控制的原因之一。而且管道越大，流速越大，這種滯后誤差也越大。

實(shí)際上，在手動控制時(shí)，上述這些欠控制和過控制并不能由人為精確掌握而加以消除，操作人員只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)從原理上盡量減小它。例如：為了減小流動動態(tài)誤差，在被控制流體量快到時(shí)，可事先關(guān)小閥門開度以降低進(jìn)入反應(yīng)釜的流速；為了減小閥門動作滯后誤差，盡可能準(zhǔn)確地估計(jì)閥后管道的容量作提前控制，加速閥門動作速度等。正是利用了這樣的思路，設(shè)計(jì)了自動控制系統(tǒng)。前一種措施稱為慢進(jìn)值，后一種措施稱為提前量，利用它們可使控制系統(tǒng)的性能大大改善。

2控制系統(tǒng)的組成

測量控制系統(tǒng)由MCS-51系列單片機(jī)組成。為了減小管道流動的動態(tài)誤差，進(jìn)口控制閥由大閥和小閥并聯(lián)而成，如圖2所示。等角分布于反應(yīng)釜下面的3個(gè)稱重傳感器將反應(yīng)釜內(nèi)的流體質(zhì)量信號通過測量電路送給處理機(jī)，計(jì)算得到的流體質(zhì)量X顯示于顯示器中。鍵盤設(shè)定系統(tǒng)可以設(shè)定多個(gè)設(shè)定點(diǎn)，每一個(gè)設(shè)定點(diǎn)可以設(shè)置設(shè)定值S，慢進(jìn)值M和提前量T。輸出控制量KL和KS分別通過邏輯驅(qū)動電路控制進(jìn)料大閥FL和進(jìn)料小閥FS開啟和關(guān)閉?？刂屏縆L和KS的邏輯電平（高電平H和低電平L）與設(shè)定值之間的關(guān)系為：

X

S—M≤X

X≥S—T KL=L（大閥關(guān)） KS=L（小閥關(guān)）

其測量控制過程為：

當(dāng)反應(yīng)釜中的流體質(zhì)量X遠(yuǎn)小于設(shè)定值S時(shí)，控制量KL和KS同時(shí)輸出高電平，大小進(jìn)口閥同時(shí)打開，快速進(jìn)料。

當(dāng)X增加到比較接近設(shè)定值S時(shí)（與設(shè)定值S的差距S-M為多少才算是比較接近可根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)或經(jīng)驗(yàn)，通過調(diào)整M確定），關(guān)閉大進(jìn)口閥，由小進(jìn)口閥慢速進(jìn)料，以減少流動動態(tài)誤差。也就是說，有質(zhì)量為M的流體是僅通過小進(jìn)口閥慢速進(jìn)入反應(yīng)釜的，這正是慢進(jìn)值M的意義。

當(dāng)X快達(dá)到設(shè)定值S時(shí)（與設(shè)定值S的差距S—T為多少才算是快達(dá)到可根據(jù)閥后到反應(yīng)釜之間管道的容量，通過調(diào)節(jié)T確定），提前關(guān)閉所有進(jìn)口閥。當(dāng)閥后管道中的流體繼續(xù)流人反應(yīng)釜時(shí)，正好達(dá)到設(shè)定值S。所以，提前量是提前關(guān)閉所有進(jìn)口閥量，也就是閥后的管道容量加上關(guān)閉閥門需延遲的時(shí)間內(nèi)通過閥門的流體量之和。可根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)設(shè)定提前量T。

顯然，如果提前量T大于慢進(jìn)值M，則根據(jù)上述邏輯關(guān)系，慢進(jìn)值將不起作用。實(shí)踐也證明，對于進(jìn)口管道比較小的系統(tǒng)，不設(shè)慢進(jìn)值也能起到較好的控制作用。

3試驗(yàn)結(jié)果

將該控制系統(tǒng)用于一化工廠的2 000 kg反應(yīng)釜，電子秤的分辨率為1 kg，量程為5 000 kg，在各設(shè)定點(diǎn)上進(jìn)行試驗(yàn)的結(jié)果如表1所示。由于進(jìn)口管道較小，流速不大，故沒有設(shè)置慢進(jìn)值，提前量根據(jù)系統(tǒng)試驗(yàn)得到。

從表1的結(jié)果可以看出，該系統(tǒng)具有較好的控制精度，完全能滿足生產(chǎn)配比投料的需要，而且操作方便，適應(yīng)性強(qiáng)。對于不同的系統(tǒng)，只需根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)或運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，修改幾個(gè)參數(shù)M和T等就能達(dá)到目的。

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