分程与阀位控制系统

分程控制系统如何采用阀门定位器实现硬分程？气动调节阀以20kPa-100kPa的气压信号为输入控制信号，阀门定位器作为气动调节阀的主要辅助工具，对调节阀的定位也起着决定性作用，它与气动调节阀配套使用，可满足生产过程中控制系统对阀门提出的各种特殊要求。

分程控制中借助附设在每台调节阀上的阀门定位器，将PID调节器输出分成几段信号区间，不同区段内的电流变化分别通过阀门定位器去带动各个调节阀做全行程动作，称为“硬分程”。

如何采用阀门定位器实现硬分程由于气动调节阀有气开和气关两种特性，因此在分程控制系统中两个阀门就有四种组合特性。

如图1~图4所示。

图1和图2表示阀门同方向运动，图3和图4表示两个阀门作用方向相反。

虽然分程控制可以是两个以上阀门共同控制，但一般采用的是两个阀门分程。

图1图2图3图4如图3所示分程控制曲线图，一个PID调节器的输出同时控制两个工作范围不同的气动调节阀。

通过阀门定位器或电-气阀门定位器来实现硬分程。

A阀为气开阀，在PID调节器的输出信号为0-50%，即4-12mA时，做全行程动作。

通过对调节阀与阀门定位器的联校，使A阀从全闭到全开动作，当输入电流为12mA时，A阀达时到全开状态。

B阀也为气开阀，在PID调节器的输出信号50%-100%，即12-20mA时，做全行程动作。

改变B阀电-气阀门定位器的正反作用方式，使得B阀作反向阀使用。

通过对调节阀与阀门定位器的联校，使B阀从全开到全闭动作，当输入电流为12mA时达到全开，20mA时阀达到全闭。

硬分程存在的问题1、两个气动调节阀串联在同一回路中，一旦中间线路出故障，或一个气动调节阀进行检修，另个气动调节阀也将不能工作。

因而，不能手动控制单个气动调节阀，操作起来很不方便。

2、分程控制的实现是通过调整阀门定位器的反馈杠杆，来改变阀门定位器的量程范围从而实现分程。

在实际应用中，现场需要根据分程控制曲线，对每段输出信号，进行调节阀调校，工作起来既繁琐又费时，而求维修也较为不便。

过程控制工程名词解释过程控制：针对温度、压力（差压）、流量、液位（物位）、成分和物性等过程参数的控制。

（P13）系统：实现某一目标的完整体系，将环境对它的影响和它对环境的影响分离出来。

被控对象（过程）：被控制的生产设备或装置。

被控过程既包括运行中的设备与生产关系，也反映其输入输出动态关系。

（P3）测量变送器：用于测量被控变量，并按一定的规律将其转换为标准信号作为输出。

执行器：常用的是控制阀。

它接受来自控制器的命令信号u，用于自动改变控制阀的开度。

控制器（调节器）：它将被控变量的测量值与设定值进行比较，得出偏差信号e(t)，并按一定的规律给出控制信号u(t)。

被控变量（受控变量、过程变量）：被控对象需要维持在其理想值的工艺变量。

（P4）等于工艺介质加工艺部位加工艺参数。

设定值（给定值）：被控变量要求达到的期望值。

控制变量：控制器的输出电信号。

操作变量（操纵变量）：通常是指由执行器控制的某一工艺变量。

扰动变量：任何导致被控变量偏离其设定值的输入变量。

广义对象：为了简化控制系统的分析和设计，常把执行机构、被控对象和测量变送环节合并起来考虑，作为一个广义对象。

（P38）正反作用：当被控变量的测量值增大时，控制器的输出也增大，则该控制器为“正作用”；否则，当测量值增大时，控制器输出反而减少，则该控制器为“反作用”。

串级控制：一个控制器的输出用来改变另一个控制器的设定值。

（P86）主控制器：接受主变量的误差，输出到副控制器设定值的控制器。

副控制器：接受副变量的误差，输出到执行机构的控制器。

（液位）均匀控制（平均液位控制）：控制目标是使操作变量（如储罐输出流量）尽可能平缓，以减少对下游装置的干扰，而允许贮罐液位在上下限之间波动。

积分饱和：当调节能力不足时，控制器内部状态超出正常工作范围。

而当主要干扰消除后，控制器内部状态首先需要返回至正常工作范围，然后控制器才真正开始起调节作用。

不完全微分PID：由于微分对高频噪声有放大作用，所以在具体实现时一般不用理想微分，而是在PID算式中加一个一阶低通滤波器（惯性环节）。

分程调节系统的类型及其设计作者：王翊 北京石油化工设计院摘要：本文从分程控制系统的定义，类型及其应用方面详细阐述了分程调节系统的类型及其设计。

本文还通过引入广义对象的概念阐述了关于分程调节系统设计当中的正反作用选择问题。

还阐述了关于分程控制系统设计的几个需要注意的问题。

Abstract: Detail description about the type and design of xxx control system in aspect of the system definition, type and application in the article. Also discussed the positive/negative action about xxx regulator via induced the concept about widely object.一、概念所谓分程控制就是一台控制器去操纵两个或两个以上的阀门，并且是按输出信号的不同区间操作不同阀门。

这种控制方式习惯上称为分程控制。

二、分程控制常用的几种方式1．利用软件进行分程操作 (二只阀门按0～50％、50％～100％进行分程)通过计算机软件编程的方式进行分程调节，计算公式如下所示。

比如PID 输出为u （t ）（0～100％）无因次化后对应：第一只阀门()⎩⎨⎧⨯=%1002)(1t u t u %)100~%50(%)50~0(第二只阀门()()[]⎩⎨⎧⨯-=25.002t u t u %)100~%50(%)50~0(2．利用配电器等进行分程操作通过配电器对4~20mA 信号分区间，来调节两个分程调节阀。

原理与第一种类似只不过是通过电子元器件进行分程操作。

通过阀门定位器对接收到的气动信号进行按比例分程，可实现分程控制。

其原理通过气动元件进行分程。

1、同向分程：同时采用气开或者气关阀门，通过不同的信号区间控制不同的阀门实现分程控制。

分程控制系统应注意的三个问题
分程控制系统的应用：用于扩大调节阀的可调范围，满足不同负荷下的控制要求；可增加控制手段，控制多种介质，以满足工艺生产的要求；确保生产状态和事故状态的安全。

分程控制系统应注意的三个问题
1、分程控制对阀门的泄漏等级要求较高，当分程控制的目的是为了扩大调节阀的可调范围、提高系统控制质量时尤为重要。

当大小两个阀门并联工作时，如果大阀的泄漏量较大时，小阀在小开度时将起不到控制作用。

2、要正确选择调节阀流量特性。

在分程控制系统中，存在着控制作用从一个调节阀向另一个调节阀的过渡。

如果各阀的流通能力相差较大，那么在分程点处将出现流量的突变，这在大小调节阀并联时尤其突出。

解决的办法是：如果要求分程控制的总体流量特性为直线，且总的可调范围不太大，可使用两个流通能力相同的线性阀门；如果要求总的可调范围较大，则可使用两个等百分比的阀门。

3、分程控制系统本质上是简单控制系统，因此PID调节器的选择和参数整定，可参照简单控制系统处理。

但是，当用于控制不同介质时，两个控制通道特性差异较大，PID调节器参数不能同时满足两个不同对象特性的要求，可以通过修改分程点位置，以改变两个控制通道的放大倍数的办法加以改进，否则只能根据正常情况下使用的阀门来整定PID调节器的参数，对使用另一台阀门时的操作要求，只要能在工艺允许的范围内即可。