分程控制系统样本

资料内容仅供您学习参考，如有不、"|之处，请联系改正或者删除。 2.5分程控制系统

2.5.1分程控制系统的基本概念

1. 分程调节系统

—般来说，一台调节器的输出仅操纵一只调节阀，若一只调节 器去控制两个以上的阀而且是按输出信号的不同区间去操作不同 的阀门，这种控制方式习惯上称为分程控制。 图2.5J表示了分程控制系 统的简图。图中表示一台调节 器去操纵两只调节阀，实施® （动作过程）杲借助调节阀上 的阀门定位器对信号的转换功能。例如图中的A、B两阀，要求A 阀在调节器输出信号压力为0.02-0.06MPa变化时，作阀得全行程 动作，则要求附在A阀上的阀门定位器，对输入信号0.02_0.06MPa

时，相应输出为0.02一0.IMPa,而B阀上的阀门定位器，应调整成在 输入信号为0.06一0.1 图2・5・1分程控制系统示意图 MPa时，相应输出为0.02_0.1MPao按照这些条件，当调节器（包括 电/气转

换器）输出信号小于0.06MPa时A阀动作，B阀不动；当输出 信号大于0.06MPa时，而B阀动作，A阀已动至极限；由此实现分程 控制过程。

分程控制系统中，阀的开闭形式，可分同向和异向两种，见图 2.5-2 和图 2.5-3。 资料内容仅供您学习参考，如有不、"|之处，请联系改正或者删除。 图2・5・3调节阀分程动作（异向） —般调节阀分程动作采用同向规律的是为了满足工艺上扩大 可调比的要求；反向规律的选择是为了满足工艺的特殊要求。 2. 分程控制系统的应用

1）为扩大调节阀的可调范围。

调节阀有一个重要指标，即阀的可调范围肌它是一项静态指标, 表明调节阀执行规定特性（线性特性或等百分比特性）运行的有效 范围。可调范围可用下式表示： 斥=〔max Gin （2.5-1）

式中Cmax ------

阀的最大流通能力，流量单位。

cmin ----- 阀的最小流通能力，流量单位。

图2・5・2 调节阀分程动作（同向） 资料内容仅供您学习参考，如有不、"|之处，请联系改正或者删除。 国产柱塞型阀固有可调范围尺=30,因此Cmin=30%CmaxO须指出阀 的最

小流通能力不等于阀关闭时的泄漏量。一般柱塞型阀的泄漏量 C$仅为最大流通能力的0.1一0.01%。对于过程控制的绝大部分场合, 采用/?二30的控制阀己足够满足生产要求了。但有极少数场合，可调 范围要求特别大，如果不能提供足够的可调范围，其结果将是或在 高负荷下供应不足，或在低负荷下低于可调范围时产生极限环。 例如蒸汽压力调节系统，设锅炉产生的是压力为lOMPa的高压 蒸汽，而生产上需要的是4MPa平稳的中压蒸汽。为此，需要经过节 流减压的方法将lOMPa的高压蒸汽节流减压成4MPa的中压蒸汽。 在选择调节阀□径时，如果选用一个调节阀，为了适应大负荷下蒸 汽供应量的需要，调节阀的□径要选择得很大，而正常情况下蒸汽 量却不需要哪么大，这就需要将阀关的小一些。也就是说，正常情 况下调节阀只是在小开度工作，因为大阀在小开度下工作时，除了 阀的特性会发生畸变外，还容易产生噪声和震荡，这样控制会使控 制效果变差控制质量降低。为了解决这一矛盾，可选用两只同向动 作的调节阀构成分程控制系统，如图2.5-2所示的分程控制系统采 用了 A、B两只同向动作的调节阀（根据工艺要求均选为气开式） 其中A阀得在调节器输出信号4-12mA（气压信号为0.02 — 0.06MPa）时由全闭到全开，B阀得在调节器输出信号12 — 20mA（气压

信号为0.06一O.lMPa）时由全闭到全开，这样，在正常 情况下，即小负荷时，B阀处于全关，只经过A阀开度的变化来进行 控制；当大负荷时，A阀已全开仍满足不了蒸汽量的需求，这是B阀资料内容仅供您学习参考，如有不、"|之处，请联系改正或者删除。 在某些间歇式生产化学反应 也开始打开，以补足A阀全开时蒸汽供应量的不足。

图2・5・4蒸汽减压分程控制系统原理图 假定系统中所采用的A、B两只调节阀的最大流通能力Oax均 为100,可调范围/?=30o由于调节阀的可调范围为：

nun

(2.5-3) 当采用两支阀构成分程控制系统时，最小流通能力不变，而最大流 通能力为两阀最大流通能力之和2C；ax=200,因此A、B

两阀组合后 的可调范围应

杲： 宀尘亠=60

Gin 3.33

这就是说采用两支流通能力相同的调节阀构成分程控制系统 后，其调节阀的可调范围比单只调节阀增大一倍。 2)满足工艺操作的特姝要求。

o.ce-o.«vfi 02 •

O O

(2.5-2) 据上式可求得 C

min=Cmax/30 = 100/30 = 3.33

100% 〔芒鰹床

S

0. 02 0.06 0・1曲资料内容仅供您学习参考，如有不、"|之处，请联系改正或者删除。 过程中，当反应物投入设备后，为了使其达到反应温度，往往在反 应开始前需要给它提供一定的热量。一旦达到反应温度后，就会随

着化学反应的进行不断释放出热量，这些热量如不及时移走，反应 就会越来越激烈，以致合有爆炸的危险。因此对于这种间歇式化学 反应器既要考虑反应前的预热冋题，又要考虑反应过程中及时移 走反应热的问题。为此设计了如图2.5-5所示的分程控制系统。

co 图2・5・5间歇式化学反应器分程控制系统图 图中温度调节器选择反作用，冷水调节阀选择气关式（A阀）， 热水调节阀选择气幵式（B阀）。该系统工作过程如下:在进行化学

反应前的升温阶段，由于温度测量值小于给定值，因此调节器输出 增大,B阀开尢A阀关闭，即蒸汽阀幵、冷水阀关，以便使反应器温 度升高。当温度达到反应温度时，化学反应发生，于是就有热量放 出，反应物的温度逐渐提高。当温升使测量值大于给定值时，调节 器输出将减小（由于调节器是反作用），随着调节器的输出的减小, B阀将逐渐关小乃至完全关闭，而A阀则逐渐打开。这时反应器夹套 中流过的将不再是热水而是冷水。这样一来，反应所产生的热量就 被冷水所带走，从而达到维持反应温度的目的。

2・5・2分程控制系统的方案实施 资料内容仅供您学习参考，如有不、"|之处，请联系改正或者删除。 1. 分程区间的决定

分程控制系统设计主要杲多个阀之间的分程区间问题，设计原则: ① 先确定阀的开关作用形式（以安全生产为主）; ② 再决定调节器的正反作用； ③ 最后决定各个阀的分程区间。 2. 分程阀总流量特性的改逬

当调节阀采用分程控制，如果它们得流通能力不同，组合后的 总流通特性，在信号交接处流量的变化并不杲光滑的。例如选用 cmax = 4和Gm =

100这两只调节阀构成分程控制，两阀特性及它们的

组合总流量特性如图2.5-6所示。

由图2.5-6能够看出，原来线性特性很好的两只控制阀，当组合 在一起构成分程控制时，其总流量特性己不再呈现线性关系，而变

成非线性关系了。特别杲在分程点，总流量特性出现了一个转折点。 由于转折点的存在，导致了总流量特性的不平滑。这对系统的平稳运 行是不利的，为了使总流量特性达到平滑过渡，可采用如下方法。 解决在0.06处出现了大的转折，呈严重的非线性方法①选用 等百分比阀此时可自然解决；②线性阀则可经过添加非线性补偿调 节的方法将等百分比特性校正为线性。

图2・5・6分程系统大. 图<»> ■河銘毘希畦 » CD） E闽疋毘粹柱

小阀连接组合特性图 资料内容仅供您学习参考，如有不、"|之处，请联系改正或者删除。 2.5.3阀位控制系统

1.概述

—个控制系统在受到外界干扰时，被控变量将偏离原先的给定 值，而发生变化，为了克服干扰的影响，将被控变量拉回到给定值，

情况下，所选择的控制变量很难做到两者兼顾。阀门控制系统就杲 在综合考虑控制变量的快速性、有效性、经济性和合理性基础上 发展起来的一种控制系统。 阀位控制系统的原理结构如图2.5・7所示。在阀位控制系统中 选用了两个控制变量蒸汽量G.、和物料量Q,其中控制变量G’从经 济性和工艺的合理性考虑比较合适，可是对克服干扰的影响不够 及时有效。控制变量0却正好相反，快速性、有效性较好，但经济 性、工艺的合理性较差。 图2.5-7阀位控制系统结构原理图 这两个控制变量分别由两支控制器来控制。其中控制变量0的为主 控制器TC,控制变量G,的为阀位控制器VPC。主控制器的给定值 即产品的质量指标，阀门控制器的给定值是控制变量管线上控制 阀的阀位，阀位控制系统也因此而得名。 2.阀位控制系统的工作原理