分程与选择性控制概要

1、分程与选择性控制概要一、分程控制系统原理与设计注意问题在消费过程中，有时为了满足被控参数宽范围的要求，需要改变几个控制参数。如图4-50，一个调节器的输出信号分段分别控制两个调节阀动作。 一个气动调节阀在调节器输出信号为2060kPa范围内工作，另一个气动调节阀在60100 kPa范围内工作。 某些工业消费要求调节阀工作时其可调范围很大，但国产统一设计的柱塞式调节阀，其可调范围R30，满足了大流量就不能满足小流量，反之亦然。为此，可设计和应用分程控制，将两个调节阀当作一个调节阀使用，从而可扩大其调节范围，进步控制质量。 设分程控制中使用的大小两只调节阀的最大流通才能分别为CAmax=4，CBm

2、ax=100 可调范围 RA=RB=30 故小阀的最小流通才能为 分程控制把两个调节阀当作一个调节阀使用，其最小流通才能为0.134，最大流通才能为104，可调范围为 分程后调节阀的可调范围为单个调节阀的26倍，既能满足消费的要求，又能改善调节阀的工作特性，进步控制质量。 在分程控制系统中，调节器的输出信号仍为010mA DC、420mA DC(电动仪表)或20100 KPa(气动仪表)。这一输出信号可分为24段，每一段带动一个调节阀动作，每个调节阀在此信号段内从全开到全关或从全关到全开动作(全行程动作)。 4 12 20 mA DC 20 60 100 KPa 0.02 0.06 0.1 M

3、Pa 全关 半开 全开 气开阀 全开 半开 全关 气关阀 分程控制是通过阀门定位器来实现的。改变阀门定位器的量程弹簧和调零弹簧，就改变了阀门定位器的测量范围，从而到达了分程控制的目的。 例如二级分程控制，将一个调节阀的阀门定位器的输入范围调到2060KPa，其输出为20 100KPa；将另一个调节阀的阀门定位器输入范围调到60100 KPa，其输出也是20100KPa ，在不同信号区段内，调节阀都是全行程工作的。 分程控制根据调节阀的气开、气关形式和分程信号区段的不同，分为两类： ： 即随着调节阀输入信号的增加或减小，调节阀的开度均逐渐开大或均逐渐关小。图451 2.调节阀异向动作的分程控制，

4、即随调节阀输入信号的增加或减小，阀开度按一只逐渐开大而另一只逐渐关小的方向动作。(图4-52) 调节阀同向或异向动作的选择完全由消费工艺平安的原那么决定。 在分程控制中，实际上是把两个调节阀作为一个调节阀使用，因此要求从一个阀向另一个阀过渡时，其流量变化要平滑。但由于两个阀的放大系数不同，在分程点上常会引起流量特性的突变，尤其是大、小阀并联工作时。如前述可调范围达780的两个调节阀，当均为线性阀时，其突变情况非常严重(图453a)。当均为对数阀时，突变情况要好一些(图453b)。为使总的流量特性比较平滑，一般应考虑如下措施： 1)尽量选用对数调节阀，除非调节阀范围扩展不大时(此时两个调节阀的流

5、通才能很接近)，可选用线性阀。 2)采用分程信号重叠法。如图454，使两个阀有一区段重叠的调节器输出信号，这样不等到小阀全开，大阀就已渐渐翻开。调节阀的泄漏量： 分程控制选用的调节阀应不泄漏或泄漏量极小，尤其是大、小阀并联工作，假设大阀泄漏量过大，小阀将不能充分发挥其控制作用，甚至起不到控制作用。调节器控制规律的选择及其参数整定： 可参照单回路系统分程控制系统本质上是一个单回路控制系统。但是分程控制中的两个控制通道的特性不会完全一样，所以只能兼顾两种情况，选取一组比较适宜的整定参数。二、分程控制工业应用例如1用于节能控制2用于扩大调节阀的可调范围 如废水处理中的PH值控制，调节阀可调范围特别大

6、，废液流量变化可达45倍，酸碱含量变化几十倍。在这种场合下，假设调节阀可调范围不够大，是达不到控制要求的，必须采用大、小阀并联使用的分程控制。3.用于保证消费过程的平安、稳定4用于不同工况下的控制 在化工消费中，有时需要加热，有时又需要移走热量，为此配有蒸 汽和冷水两种传热介质，设计分程控制系统，以满足消费工艺要求。三、选择性控制系统 原理与设计原那么 选择性控制：把消费过程中的限制条件所构成的逻辑关系，叠加到正常的自动控制系统上去的一种组合控制方法。 系统设有两个控制器(调节器)(或两个以上的变送器)，通过高、低值选择器选出能适应消费平安状况的控制信号，实现对消费过程的自动控制。当消费过程趋

7、近于危险极限区，但还未进入危险区时，一个用于控制不平安情况的控制方案通过高、低值选择器取代正常消费情况下工作的控制方案(正常调节器处于开环状态)，直至使消费过程重新恢复正常。然后，又通过选择器使原来的控制方案重新恢复工作。这种选择性控制系统又被称为自动保护系统，或称为软保护系统。选择器：可以接在两个或多个调节器的输出端，对控制信号进展选择，也可以接在几个变送器的输出端，对测量信号进展选择。 1)选择器位于调节器的输出端，对调节器的输出信号进展选择的系统，如图458。 2)选择器位于调节器之前，对变送器输出信号进展选择的系统，如图459。例：P205 图4-37例：反响器热点极值选择性控制系统

8、选择性控制系统可等效为两个(或更多个)单回路控制系统。系统设计的关键是选择器的设计选型以及多个控制器控制规律确实定。 1选择器的选型 选择器有高值选择器(HS)与低值选择器(LS)。前者容许较大信号通过，后者容许较小信号通过。 在选择器详细选型时，根据消费处于不正常情况下，取代调节器的输出信号为高值或为低值来确定选择器的类型。假设取代调节器输出信号为高值时，那么选用高值选择器；反之那么选用低值选择器。2控制器(调节器)控制规律确实定 对于正常控制器，由于控制精度要求较高，同时要保证产品的质量，所以应选用PI控制规律，假设过程的容量滞后较大，可以选用PID控制规律； 对于取代控制器，由于在正常消

9、费时开环备用，仅要求在消费将出问题时，能迅速及时采取措施，以防事故发生，故一般选用P控制规律即可。3控制器(调节器)参数整定 可按单回路控制系统的整定方法进展。但取代控制方案投入工作时，取代控制器必须发出较强的控制信号，产生及时的自动保护作用，所以其比例度应整定得小一些。假设有积分作用时，积分作用也应整定得弱一点。四、选择性控制工业应用举例 在锅炉的运行中，蒸汽负荷随用户需要而经常波动。正常情况下，用控制燃料量的方法来维持蒸汽压力的稳定。 当蒸汽用量增加时，蒸汽总管压力将下降，此时正常调节器输出信号去开大调节阀，增加燃料量。 同时，燃料气压力随燃料量的增加而升高。当燃料气压力超过某一平安极限时，会产生脱火现象，可能将造成消费事故。为此，设计应用如图460所示的蒸汽压力与燃料气压力的选择性控制系统。五选择性控制系统中的积分饱和及其防止 对于具有积分作用的调节器在开环状态下，由于给定值与实际值之间存在偏向，调节器的积分动作将使其输出不停地变化、一旦到达某个限值(如气动调节器的积分饱和上限约为气源压力140KPa，下限值接近大气压)且停留在该值上，这种情况称为积分饱和。 对于数字式控制器来说，防止积分饱和比较容易实现(如可通过编程方式停顿处于开环状态的控制器的积分作用)；对于模拟式控制器(调节