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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。圖中控制閥1控制物料1，控制閥2控制物料2，反應釜中的物料質(zhì)量由電子秤進行測量。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，設計了一種利用慢進值和提前量進行控制的系統(tǒng)，在實際工程應用中表明，該系統(tǒng)控制精確，操作方便，實用性強。

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：

①管道流動的動態(tài)誤差

當管道中的流體通過控制閥流進反應釜時，電子秤反映的讀數(shù)除了釜中流體質(zhì)量外，流人反應釜的流體沖擊力也將影響質(zhì)量讀數(shù)。因為流體的沖擊力將使電子秤測量得到的值大于反應釜中實際的流體質(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

實際的控制系統(tǒng)中，控制閥離反應釜有一定距離，控制閥動作后，已過控制閥但尚未進入反應釜的一段流體也將流入反應釜中。由于這段流體在控制閥動作時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。

實際上，在手動控制時，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，可事先關(guān)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后誤差，盡可能準確地估計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，設計了自動控制系統(tǒng)。前一種措施稱為慢進值，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系列單片機組成。為了減小管道流動的動態(tài)誤差，進口控制閥由大閥和小閥并聯(lián)而成，如圖2所示。等角分布于反應釜下面的3個稱重傳感器將反應釜內(nèi)的流體質(zhì)量信號通過測量電路送給處理機，計算得到的流體質(zhì)量X顯示于顯示器中。鍵盤設定系統(tǒng)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。輸出控制量KL和KS分別通過邏輯驅(qū)動電路控制進料大閥FL和進料小閥FS開啟和關(guān)閉。控制量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(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：

當反應釜中的流體質(zhì)量X遠小于設定值S時，控制量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(jù)實際系統(tǒng)或經(jīng)驗，通過調(diào)整M確定），關(guān)閉大進口閥，由小進口閥慢速進料，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(jù)閥后到反應釜之間管道的容量，通過調(diào)節(jié)T確定），提前關(guān)閉所有進口閥。當閥后管道中的流體繼續(xù)流人反應釜時，正好達到設定值S。所以，提前量是提前關(guān)閉所有進口閥量，也就是閥后的管道容量加上關(guān)閉閥門需延遲的時間內(nèi)通過閥門的流體量之和?？筛鶕?jù)實際系統(tǒng)設定提前量T。

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

3試驗結(jié)果

將該控制系統(tǒng)用于一化工廠的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(jié)果如表1所示。由于進口管道較小，流速不大，故沒有設置慢進值，提前量根據(jù)系統(tǒng)試驗得到。

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，適應性強。對于不同的系統(tǒng)，只需根據(jù)實際系統(tǒng)或運行經(jīng)驗，修改幾個參數(shù)M和T等就能達到目的。

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