分程控制-2014

1、2021-12-1412021-12-141过程控制 青海大学 多阀：多阀：一只控制器的输出信号去带动两个一只控制器的输出信号去带动两个或两个以上的控制阀工作。或两个以上的控制阀工作。 分程分程：将控制器输出信号全程分割成若干将控制器输出信号全程分割成若干个信号段，每一个信号段控制一个控制阀。（个信号段，每一个信号段控制一个控制阀。（每每一个控制阀仅在控制器输出信号整个范围的某段一个控制阀仅在控制器输出信号整个范围的某段内工作）内工作） 13-2-4 13-2-4 分程控制系统分程控制系统13-2-4.1 13-2-4.1 分程控制的概念分程控制的概念2021-12-1422021-12-14

2、2过程控制 青海大学 从控制系统的结构来看从控制系统的结构来看, ,分程控制属于单回路的分程控制属于单回路的定值控制系统定值控制系统, ,其控制过程与简单控制系统一样。其控制过程与简单控制系统一样。13-2-4 13-2-4 分程控制分程控制系统系统2021-12-1432021-12-143过程控制 青海大学2021-12-1442021-12-144过程控制 青海大学 如有如有A A、B B两个控制阀；控制器输出信号压力为两个控制阀；控制器输出信号压力为0.020.02 0.1MPa0.1MPa。 当控制信号当控制信号0.06MPa0.06MPa0.06MPa时，时，A A阀动至极限，阀动

3、至极限，B B阀才动阀才动2021-12-1452021-12-145过程控制 青海大学分类分类 根据控制阀的作用方式，在分程控根据控制阀的作用方式，在分程控制的应用中，可以形成四种不同的组合制的应用中，可以形成四种不同的组合形式。形式。2021-12-1462021-12-146过程控制 青海大学 控制阀同向动作控制阀同向动作 控制阀异向动作控制阀异向动作2021-12-1472021-12-147过程控制 青海大学 组合后的可调范围比一个阀的可调组合后的可调范围比一个阀的可调范围扩大了约范围扩大了约2626倍。倍。 下图为扩大可调范围的氨厂蒸汽减压下图为扩大可调范围的氨厂蒸汽减压分程控制系

4、统应用。分程控制系统应用。 2021-12-1482021-12-148过程控制 青海大学Y“A”“B”蒸汽冷水T控制要求：反应开控制要求：反应开始前，需要用蒸汽始前，需要用蒸汽加热以达到反应所加热以达到反应所需的温度；当反应需的温度；当反应开始后，因放出大开始后，因放出大量反应热，需要用量反应热，需要用冷水进行冷却。要冷水进行冷却。要求全过程自动控制求全过程自动控制反应器的温度？反应器的温度？满足不同工况的控制要满足不同工况的控制要求求二、用于控制两种不同的介质，以满足二、用于控制两种不同的介质，以满足工艺操作上的特殊要求。工艺操作上的特殊要求。 2021-12-1492021-12-149

5、过程控制 青海大学反应器温度分程控制系统反应器温度分程控制系统问题：问题：（1 1）选择两调节）选择两调节阀的气开气关属阀的气开气关属性；性；（2 2）温度控制器）温度控制器的正反作用；的正反作用；（3 3）如何协调两）如何协调两调节阀的动作；调节阀的动作；2021-12-14102021-12-1410过程控制 青海大学设计步骤：设计步骤： 关键阀：蒸汽阀：气开式。关键阀：蒸汽阀：气开式。 调节器：反作用调节器。调节器：反作用调节器。 次要阀：冷水阀：气关式。次要阀：冷水阀：气关式。 分程点：开始，温度低，分程点：开始，温度低，MVMV大，大，B B开。开。反应开始后，温度反应开始后，温度，

6、MVMVMVMV减小到分程点以减小到分程点以下时，下时，B B关，关，A A开。开。调节阀的分程动作关系调节阀的分程动作关系放热反应。先加热，放热反应。先加热，后制冷。后制冷。2021-12-14112021-12-1411过程控制 青海大学贮罐气封分程动作过程贮罐气封分程动作过程三、三、 用于生产安全的防护措施用于生产安全的防护措施罐顶氮气防止罐顶氮气防止油气挥发，和油气挥发，和油品氧化，保油品氧化，保持微正压。持微正压。气关阀气关阀气开阀气开阀PC“B”“A”排 空N2N2液位处于正常位置液位处于正常位置时，两个阀全关。时，两个阀全关。液位液位，MVMV，减，减小到过分程点，阀小到过分程点

7、，阀A A关闭，关闭，阀阀B B打开打开。液位液位，MVMV，增，增大到过分程点，阀大到过分程点，阀B B关闭，关闭，阀阀A A打开打开。反作用反作用2021-12-14122021-12-1412过程控制 青海大学三、三、 用于生产安全的防护措施用于生产安全的防护措施气关阀气开阀“B”“A”100阀开度(%)00.020.060.10调节阀的气动信号MPa如何避免两调节阀的频繁开闭以如何避免两调节阀的频繁开闭以减少减少N2用量用量?2021-12-14132021-12-1413过程控制 青海大学维持安全生产维持安全生产气关阀气开阀“B”“A”100阀开度(%)00.020.0580.10调

8、节阀气动信号（MPa）0.0622021-12-14142021-12-1414过程控制 青海大学13-2-4.3 13-2-4.3 分程控制系统的方案分程控制系统的方案实施实施 F1 1分程区间的决定分程区间的决定F分程控制系统设计主要是多个阀之间的分程控制系统设计主要是多个阀之间的分程区间问题，设计原则：分程区间问题，设计原则：F 先确定阀的开关作用形式（以安全生先确定阀的开关作用形式（以安全生产为主）；产为主）；F 再决定调节器的正反作用；再决定调节器的正反作用；F最后决定各个阀的分程区间最后决定各个阀的分程区间 2021-12-14152021-12-1415过程控制 青海大学分程控制

9、系统的方案实施分程控制系统的方案实施 F2 2分程阀总流量特性的改善分程阀总流量特性的改善F当调节阀采用分程控制，如果它们得流通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是光滑的，交接处流量的变化并不是光滑的，这时存在这时存在由一个阀向另一个阀平滑过渡的问题。由一个阀向另一个阀平滑过渡的问题。 2021-12-14162021-12-1416过程控制 青海大学为了使总流量特性达到平稳过渡，可采取如下方法：为了使总流量特性达到平稳过渡，可采取如下方法： （1）两个对数流量特性的阀并联分程使用两个对数流量特性的阀

10、并联分程使用 如果使用两个对数流量特性的阀进行并联分程，如果使用两个对数流量特性的阀进行并联分程，效果要比两个线性阀分程好得多。效果要比两个线性阀分程好得多。 调节器输出调节器输出阀开度阀开度%1000%50%1002021-12-14172021-12-1417过程控制 青海大学为了使总流量特性达到平稳过渡，可采取如下方法：为了使总流量特性达到平稳过渡，可采取如下方法： （2 2）切换区重合切换区重合。调节器输出调节器输出阀开度阀开度调节器输出调节器输出阀开度阀开度0%100%40%100%600%100%40%602021-12-14182021-12-1418过程控制 青海大学 2.6

11、2.6 阀位控制控制系统阀位控制控制系统2.6.1 2.6.1 基本概念基本概念 选择控制变量时既要考虑到它的经济性和合理选择控制变量时既要考虑到它的经济性和合理性，又要考虑它的快速性和有效性。性，又要考虑它的快速性和有效性。 阀位控制系统阀位控制系统就是在综合考虑控制变量的快速就是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。种控制系统。2021-12-14192021-12-1419过程控制 青海大学 概念概念F一个被控变量采用两个或两个以上的操纵一个被控变量采用两个或两个以上的操纵变量进行控制的控制系统。变量进

12、行控制的控制系统。F这类控制系统采用不止一个控制器，其中这类控制系统采用不止一个控制器，其中，一个控制器作为另一个控制器的测量信，一个控制器作为另一个控制器的测量信号。号。2021-12-14202021-12-1420过程控制 青海大学阀位控制系统原理图如下所示：阀位控制系统原理图如下所示：系统选用了两个控制变量系统选用了两个控制变量A A和和B B。 控制变量控制变量A A从经济性和工从经济性和工艺的合理性考虑比较合适，艺的合理性考虑比较合适，但是对克服干扰的影响不够但是对克服干扰的影响不够及时、有效。及时、有效。 控制变量控制变量B B快速性、有效快速性、有效性较好，也就是克服干扰的性较

13、好，也就是克服干扰的影响迅速、及时，但经济性、影响迅速、及时，但经济性、合理性较差。合理性较差。 2021-12-14212021-12-1421过程控制 青海大学2.6.2 2.6.2 阀位控制系统的应用阀位控制系统的应用管式加热炉原油出口温度控制管式加热炉原油出口温度控制 一般选原油出口温度为被控变量，选燃料油一般选原油出口温度为被控变量，选燃料油或气作为控制变量，控制系统如下图：或气作为控制变量，控制系统如下图： 该系统选择燃料该系统选择燃料油或气作为控制变量油或气作为控制变量是经济合理的，但它是经济合理的，但它克服外界干扰的影响克服外界干扰的影响不及时。不及时。 2021-12-142

14、22021-12-1422过程控制 青海大学 为提高系统控制质量，在原油的入口和出口之间引一为提高系统控制质量，在原油的入口和出口之间引一条支管，把它作为控制变量条支管，把它作为控制变量B B，它对控制原油出口温度十，它对控制原油出口温度十分及时、有效。但从工艺角度考虑并不经济，因为它增加分及时、有效。但从工艺角度考虑并不经济，因为它增加了能耗，所以通过它来控制原油出口温度不合理。了能耗，所以通过它来控制原油出口温度不合理。 系统将控制变量系统将控制变量A A和和B B有机地结合起来能达有机地结合起来能达到提高控制质量的效果。到提高控制质量的效果。2021-12-14232021-12-142

15、3过程控制 青海大学阀位控制系统阀位控制系统燃料燃料冷物料冷物料TTTCRTCVPCr2021-12-14242021-12-1424过程控制 青海大学阀位控制系统阀位控制系统 解决办法：解决办法： 选经济、但是不选经济、但是不及时的控制器作为及时的控制器作为主控制器，起基本主控制器，起基本控制作用；控制作用； 选不经济、但是选不经济、但是及时的作为阀位控及时的作为阀位控制器，起辅助控制制器，起辅助控制作用。作用。燃料燃料冷物料冷物料TTTCRTCVPCr2021-12-14252021-12-1425过程控制 青海大学二二. . 工作原理：工作原理：两阀均选气开阀，两阀均选气开阀，TCTC正

16、作用，正作用，VPCVPC反作用，反作用，正常时，正常时，V VA A处于正常阀位，处于正常阀位，V VB B处于小开度（由处于小开度（由r r决定）。决定）。燃料燃料冷物料冷物料TTTCRTCVPCrBAyR sGC sGVB sGOB sGCV sGVA sGOAr2021-12-14262021-12-1426过程控制 青海大学受干扰时：受干扰时：T,MVT,MVTCTC,V,VB B,MV,MVVPCVPC， V VA A ，使得，使得T T 。TT，MVMVTCTC, ,V VA A,V,VB B ，由于由于VPCVPC积分作用，最终阀积分作用，最终阀B B的输入信号的输入信号 MV

17、MVTCTC r,r,即即阀阀B B回到初始小开度，阀回到初始小开度，阀A A维持在新的阀位。即控制维持在新的阀位。即控制作用逐渐由阀作用逐渐由阀A A完成，保持完成，保持合理性和经济性。合理性和经济性。燃料燃料冷物料冷物料TTTCRTCVPCrBA2021-12-14272021-12-1427过程控制 青海大学2.6.3 2.6.3 阀位控制系统的设计与整定阀位控制系统的设计与整定(1) 控制变量的选择控制变量的选择 控制变量控制变量A着重考虑经济性和合理性，控制变量着重考虑经济性和合理性，控制变量B着重可快速性和有效性。着重可快速性和有效性。(2) 控制阀开闭形式选择控制阀开闭形式选择 与单回路系统介绍的方法相同。与单回路系统介绍的方法相同。(3) 控制器规律及正反作用选择控制器规律及正反作用选择 主控制器必须具有积分作用。一般情况主控制器主控制器必须具有积分作用。一般情况主控制器选选PI控制器。如果对象时间常数较大，则可选用控制器。如果对象时间常数较大，则可选用PID控制器。控制器。202