在化工和医药等工业生产企业中，将各种原料按一定配比投入反应釜进行反应的过程是极为常见的，其典型装置如图1所示。图中控制阀1控制物料1，控制阀2控制物料2，反应釜中的物料质量由电子秤进行测量。在传统的老企业中，这种系统的控制阀往往是人工手动的，控制精度得不到保证，物料配比不精确，严重影响了产品质量。尤其是吨位较高，产量较大的系统，输送流体物料的管道较大，手动控制阀门已严重影响生产质量，急需一种简便的自动控制方式来精确控制配比投料。针对这样的问题，设计了一种利用慢进值和提前量进行控制的系统，在实际工程应用中表明，该系统控制精确，操作方便，实用性强。

1 控制误差分析

分析原手动控制系统精度差的原因，有以下两点：

①管道流动的动态误差

当管道中的流体通过控制阀流进反应釜时，电子秤反映的读数除了釜中流体质量外，流人反应釜的流体冲击力也将影响质量读数。因为流体的冲击力将使电子秤测量得到的值大于反应釜中实际的流体质量，从而使手动控制产生误差，这种误差往往造成欠控制。而且流速越大，这种动态误差也越大。

②控制阀动作滞后误差

实际的控制系统中，控制阀离反应釜有一定距离，控制阀动作后，已过控制阀但尚未进入反应釜的一段流体也将流入反应釜中。由于这段流体在控制阀动作时并未在电子秤上反映，所以，阀门的动作也并未考虑这部分流体，从而造成阀门动作滞后误差，这种误差往往造成过控制。另外，手动阀门动作速度缓慢也是造成过控制的原因之一。而且管道越大，流速越大，这种滞后误差也越大。

实际上，在手动控制时，上述这些欠控制和过控制并不能由人为精确掌握而加以消除，操作人员只能根据经验从原理上尽量减小它。例如：为了减小流动动态误差，在被控制流体量快到时，可事先关小阀门开度以降低进入反应釜的流速；为了减小阀门动作滞后误差，尽可能准确地估计阀后管道的容量作提前控制，加速阀门动作速度等。正是利用了这样的思路，设计了自动控制系统。前一种措施称为慢进值，后一种措施称为提前量，利用它们可使控制系统的性能大大改善。

2控制系统的组成

测量控制系统由MCS-51系列单片机组成。为了减小管道流动的动态误差，进口控制阀由大阀和小阀并联而成，如图2所示。等角分布于反应釜下面的3个称重传感器将反应釜内的流体质量信号通过测量电路送给处理机，计算得到的流体质量X显示于显示器中。键盘设定系统可以设定多个设定点，每一个设定点可以设置设定值S，慢进值M和提前量T。输出控制量KL和KS分别通过逻辑驱动电路控制进料大阀FL和进料小阀FS开启和关闭。控制量KL和KS的逻辑电平（高电平H和低电平L）与设定值之间的关系为：

X

S—M≤X

X≥S—T KL=L（大阀关） KS=L（小阀关）

其测量控制过程为：

当反应釜中的流体质量X远小于设定值S时，控制量KL和KS同时输出高电平，大小进口阀同时打开，快速进料。

当X增加到比较接近设定值S时（与设定值S的差距S-M为多少才算是比较接近可根据实际系统或经验，通过调整M确定），关闭大进口阀，由小进口阀慢速进料，以减少流动动态误差。也就是说，有质量为M的流体是仅通过小进口阀慢速进入反应釜的，这正是慢进值M的意义。

当X快达到设定值S时（与设定值S的差距S—T为多少才算是快达到可根据阀后到反应釜之间管道的容量，通过调节T确定），提前关闭所有进口阀。当阀后管道中的流体继续流人反应釜时，正好达到设定值S。所以，提前量是提前关闭所有进口阀量，也就是阀后的管道容量加上关闭阀门需延迟的时间内通过阀门的流体量之和。可根据实际系统设定提前量T。

显然，如果提前量T大于慢进值M，则根据上述逻辑关系，慢进值将不起作用。实践也证明，对于进口管道比较小的系统，不设慢进值也能起到较好的控制作用。

3试验结果

将该控制系统用于一化工厂的2 000 kg反应釜，电子秤的分辨率为1 kg，量程为5 000 kg，在各设定点上进行试验的结果如表1所示。由于进口管道较小，流速不大，故没有设置慢进值，提前量根据系统试验得到。

从表1的结果可以看出，该系统具有较好的控制精度，完全能满足生产配比投料的需要，而且操作方便，适应性强。对于不同的系统，只需根据实际系统或运行经验，修改几个参数M和T等就能达到目的。

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