2.5 分程控制系统

阀开度
0
50% 100%
调节器输出
阀开度
0
50% 100%
调节器输出
异向组合： 异向组合：
100%
阀开度
100% 50% 100%
调节器输出 阀开度
0
0
50% 100%
调节器输出
二. 分程控制系统的应用 扩大可调范围。 ⒈ 扩大可调范围。 例如： 例如： 两阀的可调范围为： 两阀的可调范围为：
RA＝ B = 30 R
零点和放大倍数可调的放大器。 零点和放大倍数可调的放大器。
Gm(s)
4～ m 20 A
阀开度
阀门定位器A B分段响应调节器输出信号，将它们转换为调节 阀门定位器A，2.5 分程及阀位控制系统 分段响应调节器输出信号， 阀全程信号。 阀全程信号。 2工作过程：设分段点为50％。均选气开阀。则 TT .5.1 分程控制系统 ％。均选气开阀 TC 工作过程：设分段点为50％。均选气开阀。 热物料 50％（ ％（4 12mA） 阀门定位器A 调节器输出信号在 0 ～ 50％（4 ～ 12mA）时，阀门定位器A将 一. 概述 的信号转换为 0.02 ~ 0.1 MPa蒸汽对应阀A全行程。 4～12mA 12mA的信号转换为 ，对应阀A全行程。 一个调节器的输出分 0.02 MPa ，阀B 全关。 B 全关。 此时阀门定位器 B 输出 100％（ 热水 阀门定位器A 调节器输出信号在 50 ～ 100％（12 ～ 20mA）时，阀门定位器A 段分别控制两个或两 ％（12 20mA） B 将12～ 20mA 全开。 A 12～ 输出 0.1 MPa ，阀A全开。此时阀门定位器 冷凝水 对应阀B 全行程。 的信号转换为 0.02 个以上的调节阀，两 个以上的调节阀，~ 0.1 MPa ，对应阀B 全行程。 相当于阀门定位器A量程放大一倍。 相当于阀门定位器A量程放大一倍。 个调节阀分量程响应调节器的输出信号。 个调节阀分量程响应调节器的输出信号。 阀门定位器B 50%，且量程放大一倍。 阀门定位器B零点迁移 50%，且量程放大一倍。 冷物料 调节阀A 调节阀A x 关键是每个调节阀上都装有阀 100% y GO (s) − 调节器 门定位器， 门定位器，阀门定位器相当于 调节阀B 调节阀B
R
B
R
TT A
燃料
TC
VPC TC
r
− GC (s)
r
GVB (s) GOB(s)
− G (s) G (s) G (s) CV OA V A
y
二. 分程控制的工业应用实例 TC TT ⒈ 用于节能控制 热水来自其它工段废水， 热水来自其它工段废水，应 蒸汽 尽量用，节能。 尽量用，节能。 B 采用气开阀，反作用调节器。 采用气开阀，反作用调节器。 热水 正常情况下， 正常情况下，调节器输出信 号使阀A工作（分程点以下）， 号使阀A工作（分程点以下）， A 关闭。当干扰特别大时， 阀B关闭。当干扰特别大时，使出口物料温度下降太 大时， 全开（分程点以上） 打开，蒸汽助力。 大时，阀A全开（分程点以上） ，阀B打开，蒸汽助力。 ⒉ 用于扩大可调范围 值控制。 废水处理中的 PH 值控制。 废水流量是主干扰， 废水流量是主干扰，它波 PH值波动几十倍 值波动几十倍。 C 动 4 ～ 5 倍，PH值波动几十倍。 B 要求可调范围宽。 要求可调范围宽。
CAmax＝ , CBmax =100 4
冷物料
可调范围扩大了26倍 可调范围扩大了26倍。
⒉ 用于控制两种不同的介质，以满足工艺要求 用于控制两种不同的介质， 釜式间歇反应器的温度控制。 釜式间歇反应器的温度控制。 TC TT 放热反应。先加热，后制冷。 放热反应。先加热，后制冷。 B 蒸汽 设计步骤： 设计步骤： 关键阀：蒸汽阀：气开式。 ⑴ 关键阀：蒸汽阀：气开式。 A 调节器：反作用调节器。 ⑵ 调节器：反作用调节器。 冷水 次要阀：冷水阀：气关式。 ⑶ 次要阀：冷水阀：气关式。 分程点： ⑷ 分程点： 开始，温度低，MV大 开始，温度低，MV大，B开。 100% B A 反应开始后，温度↑ 反应开始后，温度↑，MV↓ MV减小到分程点以下时， MV减小到分程点以下时 减小到分程点以下时， 0 50% 100% B关，A开。 调节阀A 调节阀 y x GO (s) − 调节器
x
调节阀B 调节阀
Gm(s)
阀开度
−
调节器
y 100%s) GO ( B
A
0 40%60%100%
三. 分程控制系统控制器的整定 两个阀放大倍数接近时，可按一个通道整定。 ⒈ 两个阀放大倍数接近时，可按一个通道整定。
x
调节阀A 调节阀
−
调节器 调节阀B 调节阀
GO (s)
y
Gm(s)
⒉ 两个阀放大倍数不同或调节通道不同时，需兼 两个阀放大倍数不同或调节通道不同时， 顾两个调节通道的调节质量，整定出适当的参数。 顾两个调节通道的调节质量，整定出适当的参数。
冷物料
y
R
TT
TC
受干扰时： 受干扰时： VPC A TC T↑，MVTC↑, , VB ↑ , ， 燃料 r MVVPC ↓， VA ↓ ，使得 ↓。 使得T 。 ， T ↓， MVTC ↓ ， VA ↑ ，) VG↓ ，由于VPC积分作用， ， 积分作用， 积分作用 B (s)由于 GVB (s OB R 的输入信号 MVTC＝ r,即阀 回到初始小 最终阀B的输入信号 即阀B回到初始小 最终阀 GC (s) 即阀 − y − G (s) G 即控制作用逐渐由阀 开度， 维持在新的阀位。 开度，阀A维持在新的阀位。 (s) GOA(s) 维持在新的阀位 VA r CV A完成，保持合理性和经济性。 完成， 完成 保持合理性和经济性。
0
50% 100%
调节器输出
0.02～ .1M 0 Pa
阀门定位器A 阀门定位器A 阀门定位器B 阀门定位器B
调节阀A 调节阀A 调节阀B 调节阀B
调节器
根据调节阀的气开、 气关方式， 根据调节阀的气开 、 气关方式 ， 有同向组合和异 向组合两类。 向组合两类。 同向组合：用于扩大可调范围。 同向组合：用于扩大可调范围。 异向组合：用于满足特殊工艺要求。 异向组合：用于满足特殊工艺要求。 共四种组合方式： 共四种组合方式： 同向组合： 同向组合： % 100 100%
TC
蒸汽 热水
TT
热物料
B
冷凝水
A
最大流通能力为： 最大流通能力为：
CAmax 4 小阀最小流通能力为： 小阀最小流通能力为：CAmin＝ = RA 30 Cmax 可调范围定义： 可调范围定义： R＝ 两个同向的阀当作一个阀使用，可调范围为： 两个同向的阀当作一个阀使用，可调范围为： Cmin
CAmax + CBmax 4 +100 30 RA = = =104× = 26×30 = 780 4 CAmin 4 30
100%
0
50% 100%
调节器输出
100%
阀开度
100%
0
50% 100%
阀开度
0
50% 100%
调节器输出
调节器输出 切换区重合。 ② 切换区重合。
100%
阀开度
100%阀开度来自60% 100% 0 40%
调节器输出
0 40%60% 100%
调节器输出
阀位控制系统 一. 概述 ⒈ 问题提出 单回路控制不及时，经济。 单回路控制不及时，经济。 改进，旁路反应及时， 改进，旁路反应及时， 但是不经济。 但是不经济。 冷物料 要求即经济，又及时。 要求即经济，又及时。
调节阀B 调节阀
Gm(s)
阀开度
⒊ 用于生产安全的防护措施 排空 B PC 油罐氮封控制。 油罐氮封控制。 罐顶氮气防止油气挥发， 罐顶氮气防止油气挥发，和 A N2 油品氧化，保持微正压。 油品氧化，保持微正压。 气开式。 阀A：气开式。 PT N2 调节器：反作用。 调节器：反作用。 气关式。 阀B：气关式。 液位处于正常位置时， 液位处于正常位置时， 两个阀全关。 两个阀全关。 液位↑ MV↓， 减小到过分程点， 关闭， 液位 ↑ ， MV↓ ， 减小到过分程点 ， 阀 A 关闭 ， 阀 B 打开。 打开。 液位↓ MV↑， 增大到过分程点， 关闭， 液位 ↓ ， MV↑ ， 增大到过分程点 ， 阀 B 关闭 ， 阀 A 打开。 打开。 调节阀A 调节阀
x
调节阀A 调节阀
−
调节器 调节阀B 调节阀
GO1(s)
GO (s)
y
Gm(s)
四. 分程阀总流量特性的改善 问题提出： 同向使用时，切换要平滑， 问题提出：⑴ 同向使用时，切换要平滑，保证总 流量特性变化不大。 流量特性变化不大。
阀开度 ① 尽量选对数阀，当两个阀 尽量选对数阀， 流通能力接近时， 流通能力接近时，可选线性 阀。
燃料
R
TT
VPC TC
r
TC
⒉ 解决办法： 解决办法： 选经济、但是不及时的控制器作为主控制器， 选经济、但是不及时的控制器作为主控制器，起 基本控制作用； 基本控制作用； 选不经济、但是及时的作为阀位控制器， 选不经济、但是及时的作为阀位控制器，起辅助 控制作用。 控制作用。
工作原理： 二. 工作原理： 两阀均选气开阀， 两阀均选气开阀， B GVB (s) ， OB(s) G TC正作用，VPC反作用 正作用， 反作用， 正作用 反作用 R GC (s) − 正常时， 处于正常阀位， 正常时，VA处于正常阀位， − G (s) G (s) G (s) r CV OA VB处于小开度（由r决定）。 处于小开度（ 决定）。 决定 VA
酸或碱
热物料
冷凝水
冷物料
废水
PH
A
废水流量
PH
7
处理后 的水