第九章分程控制系统在分程控制系统中,一个控制器的输出信

1、过程控制系统过程控制系统 第九章第九章第九章第九章 分程控制系统分程控制系统在分程控制系统中，一个控制器的输出信号被分在分程控制系统中，一个控制器的输出信号被分割成几个行程段，每一段行程各控制一个调节阀，故割成几个行程段，每一段行程各控制一个调节阀，故取名为分程控制系统。取名为分程控制系统。例如，例如，一个控制器的输出信号一个控制器的输出信号分程分程控制控制两个两个调节调节阀阀A和和B ， A和和B的输入信号各占一半行程。的输入信号各占一半行程。q可调整阀门定可调整阀门定位器来缩小调节阀位器来缩小调节阀的输入量程的输入量程 。CABMM过程控制系统过程控制系统 第九章第九章9.1分程控制系统工

2、作原理及类型分程控制系统工作原理及类型1分程控制系统工作原理分程控制系统工作原理如某一间歇式生产的化学反应过程中，每次投料如某一间歇式生产的化学反应过程中，每次投料完毕后，需要先对其加热引发化学反应。完毕后，需要先对其加热引发化学反应。 TT热水热水冷却水冷却水B TCA一旦反应开始进行，一旦反应开始进行，就会持续产生大量的反就会持续产生大量的反应热，如果不及时降温，应热，如果不及时降温，物料温度会越来越高，物料温度会越来越高，有发生爆炸的危险。因有发生爆炸的危险。因此，必须降温。此，必须降温。过程控制系统过程控制系统 第九章第九章为此，可设计以反应器内温度为被控参数、以热为此，可设计以反应器

3、内温度为被控参数、以热水流量和冷却水流量为控制变量的分程控制系统，调水流量和冷却水流量为控制变量的分程控制系统，调节阀节阀A、B分别控制冷却水和热水。分别控制冷却水和热水。为保证安全，为保证安全，热水阀采用气开热水阀采用气开式，冷水阀采用式，冷水阀采用气关式，则温度气关式，则温度调节器设为反作调节器设为反作用。用。 TT热水热水冷却水冷却水B TCA反反反反正正过程控制系统过程控制系统 第九章第九章 调节阀分程关系曲线调节阀分程关系曲线MPa0100%0.020.060.10A阀阀B阀阀 TT热水热水冷却水冷却水B TCA正正反反反反工作原理如下：工作原理如下：当装料完成、化学反应开始前，温度

4、测量值小当装料完成、化学反应开始前，温度测量值小于设定值。调节器于设定值。调节器TC输出气压大于输出气压大于0.06MPa，A（冷（冷水）阀关闭，水）阀关闭，B（热水）阀开启，反应器夹套中进的（热水）阀开启，反应器夹套中进的热水使反应物料温度上升。热水使反应物料温度上升。过程控制系统过程控制系统 第九章第九章反应开始后，反应物温度逐渐升高，调节器输出反应开始后，反应物温度逐渐升高，调节器输出逐渐下降，热水阀逐渐关小；当反应物料温度达到并逐渐下降，热水阀逐渐关小；当反应物料温度达到并高于设定值时，调节器输出气压将小于高于设定值时，调节器输出气压将小于0.06MPa，热，热水阀完全关闭，冷水阀逐渐

5、打开，冷水进入夹套将反水阀完全关闭，冷水阀逐渐打开，冷水进入夹套将反应热带走，使反应物料温度保持在设定值。应热带走，使反应物料温度保持在设定值。 调节阀分程关系曲线调节阀分程关系曲线MPa0100%0.020.060.10A阀阀B阀阀 TT热水热水冷却水冷却水B TCA正正反反反反过程控制系统过程控制系统 第九章第九章2分程控制系统的类型分程控制系统的类型按照调节阀的气开、气关形式和分程信号区段按照调节阀的气开、气关形式和分程信号区段不同，可分为以下两种类型：不同，可分为以下两种类型：调节阀同向动作的分程控制系统调节阀同向动作的分程控制系统例：两个调节阀同向动作例：两个调节阀同向动作A、B均为

6、正作用阀均为正作用阀A、B均为反作用阀均为反作用阀MPa0100%0.020.060.10A阀阀B阀阀MPa0100%0.020.060.10A阀阀B阀阀过程控制系统过程控制系统 第九章第九章MPa0100%0.020.060.10A阀阀B阀阀MPa0100%0.020.060.10A阀阀B阀阀调节阀异向动作的分程控制系统调节阀异向动作的分程控制系统例：两个调节阀异向动作例：两个调节阀异向动作在在0.020.06MPa区区间，间，B阀全开、阀全开、A阀逐渐阀逐渐开大；在开大；在0.060.10MPa区间，区间，A阀全开、阀全开、B阀逐阀逐渐关小。渐关小。在在0.020.06MPa区区间，间，B

7、阀全关、阀全关、A阀逐渐阀逐渐关小；在关小；在0.060.10MPa区间，区间，A阀全关、阀全关、B阀逐阀逐渐开大。渐开大。过程控制系统过程控制系统 第九章第九章给定给定执行器执行器1对象对象变送器变送器控制器控制器干扰干扰执行器执行器29.2 分程控制系统设计及工业应用分程控制系统设计及工业应用分程控制系统本质上属于单回路控制系统。二者分程控制系统本质上属于单回路控制系统。二者的主要区别是：单回路控制系统中调节器输出控制一的主要区别是：单回路控制系统中调节器输出控制一个调节阀，分程控制系统中调节器输出控制多个调节个调节阀，分程控制系统中调节器输出控制多个调节阀。因此，系统设计上有所不同。阀。

8、因此，系统设计上有所不同。过程控制系统过程控制系统 第九章第九章9.2.1 控制信号的分段控制信号的分段在分程控制中，调节器输出信号分段是由生产工艺要在分程控制中，调节器输出信号分段是由生产工艺要求决定的。调节器输出信号需要分成几段，哪一段信求决定的。调节器输出信号需要分成几段，哪一段信号控制哪一个调节阀，完全取决于工艺要求。号控制哪一个调节阀，完全取决于工艺要求。 如在此例反应如在此例反应器温度控制中，工器温度控制中，工艺需要控制两个调艺需要控制两个调节阀。因此，调节节阀。因此，调节器输出信号需要分器输出信号需要分成两段。成两段。 TT热水热水冷却水冷却水B TCA反反反反正正过程控制系统过

9、程控制系统 第九章第九章 TT热水热水冷却水冷却水B TCA反反反反正正9.2.2 调节阀特性的选择与应注意的问题调节阀特性的选择与应注意的问题1. 根据工艺要求选择同向或异向工作的调节阀根据工艺要求选择同向或异向工作的调节阀如此例中，为保证安全，热水阀采用气开式，冷水如此例中，为保证安全，热水阀采用气开式，冷水阀采用气关式。这就决定了两个调节阀异向工作。又阀采用气关式。这就决定了两个调节阀异向工作。又因工艺要求一个阀打开时，另一个必须关闭。因此两因工艺要求一个阀打开时，另一个必须关闭。因此两个阀的特性组合应是：个阀的特性组合应是：MPa0100%0.020.060.10A阀阀B阀阀过程控制系

10、统过程控制系统 第九章第九章2. 流量特性的平滑衔接流量特性的平滑衔接如图为蒸汽压力减压系统。小负荷时只有如图为蒸汽压力减压系统。小负荷时只有A阀控阀控制、制、B阀阀不开；负荷较大时不开；负荷较大时A阀全开、阀全开、B阀阀控制。控制。两个同向特性的调节阀并联控制一种介质的流量两个同向特性的调节阀并联控制一种介质的流量时，总流量特性是两个阀流量特性的叠加组合。时，总流量特性是两个阀流量特性的叠加组合。PTMPa0100%0.020.060.10A阀阀B阀阀过程控制系统过程控制系统 第九章第九章如果两个调节阀的增益差距较大，如果两个调节阀的增益差距较大，组合后的总流组合后的总流量量特性有突变点，会

11、影响调节品质。特性有突变点，会影响调节品质。P（MPa）（a）二阀特性比较接近）二阀特性比较接近0流量流量 Q（%）1000.020.060.1045（b）二阀特性差距较大）二阀特性差距较大01000.020.060.1045P（MPa）流量流量 Q（%）如果两个调节阀都用直线特性，组合后的总流量如果两个调节阀都用直线特性，组合后的总流量特性有下列两种情况：特性有下列两种情况：过程控制系统过程控制系统 第九章第九章（a）分程信号不重叠）分程信号不重叠P（MPa）流量流量 Q（%）01000.020.060.10如果调节阀是对数流量特性，其总流量特性衔接如果调节阀是对数流量特性，其总流量特性衔接

12、处必有突变点。处必有突变点。可以通过两个调节阀分程信号部分重迭的办法，可以通过两个调节阀分程信号部分重迭的办法，使调节阀流量特性实现平滑过渡。即将两个阀的工作使调节阀流量特性实现平滑过渡。即将两个阀的工作范围扩大，形成一段重迭区。范围扩大，形成一段重迭区。 （b）分程信号重叠）分程信号重叠P（MPa）01000.020.060.10流量流量 Q（%）过程控制系统过程控制系统 第九章第九章3）调节阀的泄漏量）调节阀的泄漏量 在分程控制中，调节阀的泄漏量太大会影响控制质在分程控制中，调节阀的泄漏量太大会影响控制质量。尤其当大、小阀并联工作时，若大阀的泄漏量接量。尤其当大、小阀并联工作时，若大阀的泄

13、漏量接近或大于小阀的正常的调节量，则小阀的调节能力大近或大于小阀的正常的调节量，则小阀的调节能力大大降低。大降低。因为大阀的泄漏量因为大阀的泄漏量相当于存在一个不受控相当于存在一个不受控制的旁路管道，所以要制的旁路管道，所以要求大阀的泄漏量很小。求大阀的泄漏量很小。PT过程控制系统过程控制系统 第九章第九章9.2.3 分程控制的实现分程控制的实现分程控制要求调节阀的输入量程进行压缩。通过调分程控制要求调节阀的输入量程进行压缩。通过调整阀门定位器的输入信号零点和量程，使调节阀在整阀门定位器的输入信号零点和量程，使调节阀在规定的信号区段作全行程动作。规定的信号区段作全行程动作。（b）分程信号重叠）

14、分程信号重叠P（MPa）01000.020.060.10流量流量 Q（%）例如，使调节阀例如，使调节阀A在在0.020.07MPa范围内作全范围内作全行程动作；使调节阀行程动作；使调节阀B在在0.050.10MPa范围内作全范围内作全行程动作。行程动作。 过程控制系统过程控制系统 第九章第九章9.2.4 分程控制系统的工业应用分程控制系统的工业应用分程控制系统的工业应用广泛，介绍应用比较多分程控制系统的工业应用广泛，介绍应用比较多的两种形式：的两种形式：1、用于扩大调节阀的可调范围、用于扩大调节阀的可调范围有的生产工艺要求控制的流量变化范围较大，但有的生产工艺要求控制的流量变化范围较大，但是调

15、节阀的可调范围是有限的是调节阀的可调范围是有限的（国产统一设计柱塞调国产统一设计柱塞调节阀可调范围节阀可调范围R30）。若采用一个调节阀，能够控若采用一个调节阀，能够控制的最大流量和最小流量相差不可能太悬殊，满足不制的最大流量和最小流量相差不可能太悬殊，满足不了生产上流量大范围变化的要求，这时可考虑采用两了生产上流量大范围变化的要求，这时可考虑采用两个控制阀并联的分程控制方案。个控制阀并联的分程控制方案。过程控制系统过程控制系统 第九章第九章例例 某厂蒸汽压力减压系统某厂蒸汽压力减压系统用节流减压的方法将用节流减压的方法将10MPa的高压蒸汽减压成的高压蒸汽减压成4MPa的中压蒸汽。中压蒸汽的

16、使用量变化很大。的中压蒸汽。中压蒸汽的使用量变化很大。如果只用一个阀门控制，只能选择大口径阀。而如果只用一个阀门控制，只能选择大口径阀。而大口径阀在小开度下工作时，控制效果变差。大口径阀在小开度下工作时，控制效果变差。如果用两个阀分程如果用两个阀分程控制，小负荷时只开小控制，小负荷时只开小阀，负荷增大时再开大阀，负荷增大时再开大阀。则两个调节阀组合阀。则两个调节阀组合后，可调范围扩大。后，可调范围扩大。PT过程控制系统过程控制系统 第九章第九章设大小两个调节阀的最大流通能力分别为：设大小两个调节阀的最大流通能力分别为： CBmax=105 m3 、CAmax=4.2m3；可调范围均为；可调范围

17、均为 R= 30则两个阀的最小流通能力分别为：则两个阀的最小流通能力分别为：CBmin= CBmin / R=105/ 30=3.5 m3CAmin= CAmin / R=4.2/ 30=0.14 m3两个调节阀并联使用时：两个调节阀并联使用时：最小流通能力为：最小流通能力为：Cmin= CAmin =0.14最大流通能力为：最大流通能力为： Cmax= CBmax+CAmax=107.2 m3可调范围可调范围R并并= Cmax / Cmin=107.2 / 0.14=780并联使用后调节阀的可调范围增大了并联使用后调节阀的可调范围增大了26倍。倍。过程控制系统过程控制系统 第九章第九章2. 用于一个控制