第九章分程控制系統(tǒng)在分程控制系統(tǒng)中,一個控制器的輸出信

1、過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng) 第九章第九章第九章第九章 分程控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)在分程控制系統(tǒng)中，一個控制器的輸出信號被分在分程控制系統(tǒng)中，一個控制器的輸出信號被分割成幾個行程段，每一段行程各控制一個調(diào)節(jié)閥，故割成幾個行程段，每一段行程各控制一個調(diào)節(jié)閥，故取名為分程控制系統(tǒng)。取名為分程控制系統(tǒng)。例如，例如，一個控制器的輸出信號一個控制器的輸出信號分程分程控制控制兩個兩個調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥閥A和和B ， A和和B的輸入信號各占一半行程。的輸入信號各占一半行程。q可調(diào)整閥門定可調(diào)整閥門定位器來縮小調(diào)節(jié)閥位器來縮小調(diào)節(jié)閥的輸入量程的輸入量程 。CABMM過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng) 第九章第九章9.1分程控制系統(tǒng)工

2、作原理及類型分程控制系統(tǒng)工作原理及類型1分程控制系統(tǒng)工作原理分程控制系統(tǒng)工作原理如某一間歇式生產(chǎn)的化學(xué)反應(yīng)過程中，每次投料如某一間歇式生產(chǎn)的化學(xué)反應(yīng)過程中，每次投料完畢后，需要先對其加熱引發(fā)化學(xué)反應(yīng)。完畢后，需要先對其加熱引發(fā)化學(xué)反應(yīng)。 TT熱水熱水冷卻水冷卻水B TCA一旦反應(yīng)開始進(jìn)行，一旦反應(yīng)開始進(jìn)行，就會持續(xù)產(chǎn)生大量的反就會持續(xù)產(chǎn)生大量的反應(yīng)熱，如果不及時降溫，應(yīng)熱，如果不及時降溫，物料溫度會越來越高，物料溫度會越來越高，有發(fā)生爆炸的危險。因有發(fā)生爆炸的危險。因此，必須降溫。此，必須降溫。過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng) 第九章第九章為此，可設(shè)計以反應(yīng)器內(nèi)溫度為被控參數(shù)、以熱為此，可設(shè)計以反應(yīng)器

3、內(nèi)溫度為被控參數(shù)、以熱水流量和冷卻水流量為控制變量的分程控制系統(tǒng)，調(diào)水流量和冷卻水流量為控制變量的分程控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)閥節(jié)閥A、B分別控制冷卻水和熱水。分別控制冷卻水和熱水。為保證安全，為保證安全，熱水閥采用氣開熱水閥采用氣開式，冷水閥采用式，冷水閥采用氣關(guān)式，則溫度氣關(guān)式，則溫度調(diào)節(jié)器設(shè)為反作調(diào)節(jié)器設(shè)為反作用。用。 TT熱水熱水冷卻水冷卻水B TCA反反反反正正過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng) 第九章第九章 調(diào)節(jié)閥分程關(guān)系曲線調(diào)節(jié)閥分程關(guān)系曲線MPa0100%0.020.060.10A閥閥B閥閥 TT熱水熱水冷卻水冷卻水B TCA正正反反反反工作原理如下：工作原理如下：當(dāng)裝料完成、化學(xué)反應(yīng)開始前，溫度

4、測量值小當(dāng)裝料完成、化學(xué)反應(yīng)開始前，溫度測量值小于設(shè)定值。調(diào)節(jié)器于設(shè)定值。調(diào)節(jié)器TC輸出氣壓大于輸出氣壓大于0.06MPa，A（冷（冷水）閥關(guān)閉，水）閥關(guān)閉，B（熱水）閥開啟，反應(yīng)器夾套中進(jìn)的（熱水）閥開啟，反應(yīng)器夾套中進(jìn)的熱水使反應(yīng)物料溫度上升。熱水使反應(yīng)物料溫度上升。過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng) 第九章第九章反應(yīng)開始后，反應(yīng)物溫度逐漸升高，調(diào)節(jié)器輸出反應(yīng)開始后，反應(yīng)物溫度逐漸升高，調(diào)節(jié)器輸出逐漸下降，熱水閥逐漸關(guān)?。划?dāng)反應(yīng)物料溫度達(dá)到并逐漸下降，熱水閥逐漸關(guān)??；當(dāng)反應(yīng)物料溫度達(dá)到并高于設(shè)定值時，調(diào)節(jié)器輸出氣壓將小于高于設(shè)定值時，調(diào)節(jié)器輸出氣壓將小于0.06MPa，熱，熱水閥完全關(guān)閉，冷水閥逐漸

5、打開，冷水進(jìn)入夾套將反水閥完全關(guān)閉，冷水閥逐漸打開，冷水進(jìn)入夾套將反應(yīng)熱帶走，使反應(yīng)物料溫度保持在設(shè)定值。應(yīng)熱帶走，使反應(yīng)物料溫度保持在設(shè)定值。 調(diào)節(jié)閥分程關(guān)系曲線調(diào)節(jié)閥分程關(guān)系曲線MPa0100%0.020.060.10A閥閥B閥閥 TT熱水熱水冷卻水冷卻水B TCA正正反反反反過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng) 第九章第九章2分程控制系統(tǒng)的類型分程控制系統(tǒng)的類型按照調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式和分程信號區(qū)段按照調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式和分程信號區(qū)段不同，可分為以下兩種類型：不同，可分為以下兩種類型：調(diào)節(jié)閥同向動作的分程控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥同向動作的分程控制系統(tǒng)例：兩個調(diào)節(jié)閥同向動作例：兩個調(diào)節(jié)閥同向動作A、B均為

6、正作用閥均為正作用閥A、B均為反作用閥均為反作用閥MPa0100%0.020.060.10A閥閥B閥閥MPa0100%0.020.060.10A閥閥B閥閥過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng) 第九章第九章MPa0100%0.020.060.10A閥閥B閥閥MPa0100%0.020.060.10A閥閥B閥閥調(diào)節(jié)閥異向動作的分程控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥異向動作的分程控制系統(tǒng)例：兩個調(diào)節(jié)閥異向動作例：兩個調(diào)節(jié)閥異向動作在在0.020.06MPa區(qū)區(qū)間，間，B閥全開、閥全開、A閥逐漸閥逐漸開大；在開大；在0.060.10MPa區(qū)間，區(qū)間，A閥全開、閥全開、B閥逐閥逐漸關(guān)小。漸關(guān)小。在在0.020.06MPa區(qū)區(qū)間，間，B

7、閥全關(guān)、閥全關(guān)、A閥逐漸閥逐漸關(guān)??；在關(guān)小；在0.060.10MPa區(qū)間，區(qū)間，A閥全關(guān)、閥全關(guān)、B閥逐閥逐漸開大。漸開大。過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng) 第九章第九章給定給定執(zhí)行器執(zhí)行器1對象對象變送器變送器控制器控制器干擾干擾執(zhí)行器執(zhí)行器29.2 分程控制系統(tǒng)設(shè)計及工業(yè)應(yīng)用分程控制系統(tǒng)設(shè)計及工業(yè)應(yīng)用分程控制系統(tǒng)本質(zhì)上屬于單回路控制系統(tǒng)。二者分程控制系統(tǒng)本質(zhì)上屬于單回路控制系統(tǒng)。二者的主要區(qū)別是：單回路控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器輸出控制一的主要區(qū)別是：單回路控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器輸出控制一個調(diào)節(jié)閥，分程控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器輸出控制多個調(diào)節(jié)個調(diào)節(jié)閥，分程控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器輸出控制多個調(diào)節(jié)閥。因此，系統(tǒng)設(shè)計上有所不同。閥。

8、因此，系統(tǒng)設(shè)計上有所不同。過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng) 第九章第九章9.2.1 控制信號的分段控制信號的分段在分程控制中，調(diào)節(jié)器輸出信號分段是由生產(chǎn)工藝要在分程控制中，調(diào)節(jié)器輸出信號分段是由生產(chǎn)工藝要求決定的。調(diào)節(jié)器輸出信號需要分成幾段，哪一段信求決定的。調(diào)節(jié)器輸出信號需要分成幾段，哪一段信號控制哪一個調(diào)節(jié)閥，完全取決于工藝要求。號控制哪一個調(diào)節(jié)閥，完全取決于工藝要求。 如在此例反應(yīng)如在此例反應(yīng)器溫度控制中，工器溫度控制中，工藝需要控制兩個調(diào)藝需要控制兩個調(diào)節(jié)閥。因此，調(diào)節(jié)節(jié)閥。因此，調(diào)節(jié)器輸出信號需要分器輸出信號需要分成兩段。成兩段。 TT熱水熱水冷卻水冷卻水B TCA反反反反正正過程控制系統(tǒng)過

9、程控制系統(tǒng) 第九章第九章 TT熱水熱水冷卻水冷卻水B TCA反反反反正正9.2.2 調(diào)節(jié)閥特性的選擇與應(yīng)注意的問題調(diào)節(jié)閥特性的選擇與應(yīng)注意的問題1. 根據(jù)工藝要求選擇同向或異向工作的調(diào)節(jié)閥根據(jù)工藝要求選擇同向或異向工作的調(diào)節(jié)閥如此例中，為保證安全，熱水閥采用氣開式，冷水如此例中，為保證安全，熱水閥采用氣開式，冷水閥采用氣關(guān)式。這就決定了兩個調(diào)節(jié)閥異向工作。又閥采用氣關(guān)式。這就決定了兩個調(diào)節(jié)閥異向工作。又因工藝要求一個閥打開時，另一個必須關(guān)閉。因此兩因工藝要求一個閥打開時，另一個必須關(guān)閉。因此兩個閥的特性組合應(yīng)是：個閥的特性組合應(yīng)是：MPa0100%0.020.060.10A閥閥B閥閥過程控制系

10、統(tǒng)過程控制系統(tǒng) 第九章第九章2. 流量特性的平滑銜接流量特性的平滑銜接如圖為蒸汽壓力減壓系統(tǒng)。小負(fù)荷時只有如圖為蒸汽壓力減壓系統(tǒng)。小負(fù)荷時只有A閥控閥控制、制、B閥閥不開；負(fù)荷較大時不開；負(fù)荷較大時A閥全開、閥全開、B閥閥控制?？刂?。兩個同向特性的調(diào)節(jié)閥并聯(lián)控制一種介質(zhì)的流量兩個同向特性的調(diào)節(jié)閥并聯(lián)控制一種介質(zhì)的流量時，總流量特性是兩個閥流量特性的疊加組合。時，總流量特性是兩個閥流量特性的疊加組合。PTMPa0100%0.020.060.10A閥閥B閥閥過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng) 第九章第九章如果兩個調(diào)節(jié)閥的增益差距較大，如果兩個調(diào)節(jié)閥的增益差距較大，組合后的總流組合后的總流量量特性有突變點，會

11、影響調(diào)節(jié)品質(zhì)。特性有突變點，會影響調(diào)節(jié)品質(zhì)。P（MPa）（a）二閥特性比較接近）二閥特性比較接近0流量流量 Q（%）1000.020.060.1045（b）二閥特性差距較大）二閥特性差距較大01000.020.060.1045P（MPa）流量流量 Q（%）如果兩個調(diào)節(jié)閥都用直線特性，組合后的總流量如果兩個調(diào)節(jié)閥都用直線特性，組合后的總流量特性有下列兩種情況：特性有下列兩種情況：過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng) 第九章第九章（a）分程信號不重疊）分程信號不重疊P（MPa）流量流量 Q（%）01000.020.060.10如果調(diào)節(jié)閥是對數(shù)流量特性，其總流量特性銜接如果調(diào)節(jié)閥是對數(shù)流量特性，其總流量特性銜接

12、處必有突變點。處必有突變點?？梢酝ㄟ^兩個調(diào)節(jié)閥分程信號部分重迭的辦法，可以通過兩個調(diào)節(jié)閥分程信號部分重迭的辦法，使調(diào)節(jié)閥流量特性實現(xiàn)平滑過渡。即將兩個閥的工作使調(diào)節(jié)閥流量特性實現(xiàn)平滑過渡。即將兩個閥的工作范圍擴(kuò)大，形成一段重迭區(qū)。范圍擴(kuò)大，形成一段重迭區(qū)。 （b）分程信號重疊）分程信號重疊P（MPa）01000.020.060.10流量流量 Q（%）過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng) 第九章第九章3）調(diào)節(jié)閥的泄漏量）調(diào)節(jié)閥的泄漏量 在分程控制中，調(diào)節(jié)閥的泄漏量太大會影響控制質(zhì)在分程控制中，調(diào)節(jié)閥的泄漏量太大會影響控制質(zhì)量。尤其當(dāng)大、小閥并聯(lián)工作時，若大閥的泄漏量接量。尤其當(dāng)大、小閥并聯(lián)工作時，若大閥的泄

13、漏量接近或大于小閥的正常的調(diào)節(jié)量，則小閥的調(diào)節(jié)能力大近或大于小閥的正常的調(diào)節(jié)量，則小閥的調(diào)節(jié)能力大大降低。大降低。因為大閥的泄漏量因為大閥的泄漏量相當(dāng)于存在一個不受控相當(dāng)于存在一個不受控制的旁路管道，所以要制的旁路管道，所以要求大閥的泄漏量很小。求大閥的泄漏量很小。PT過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng) 第九章第九章9.2.3 分程控制的實現(xiàn)分程控制的實現(xiàn)分程控制要求調(diào)節(jié)閥的輸入量程進(jìn)行壓縮。通過調(diào)分程控制要求調(diào)節(jié)閥的輸入量程進(jìn)行壓縮。通過調(diào)整閥門定位器的輸入信號零點和量程，使調(diào)節(jié)閥在整閥門定位器的輸入信號零點和量程，使調(diào)節(jié)閥在規(guī)定的信號區(qū)段作全行程動作。規(guī)定的信號區(qū)段作全行程動作。（b）分程信號重疊）

14、分程信號重疊P（MPa）01000.020.060.10流量流量 Q（%）例如，使調(diào)節(jié)閥例如，使調(diào)節(jié)閥A在在0.020.07MPa范圍內(nèi)作全范圍內(nèi)作全行程動作；使調(diào)節(jié)閥行程動作；使調(diào)節(jié)閥B在在0.050.10MPa范圍內(nèi)作全范圍內(nèi)作全行程動作。行程動作。 過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng) 第九章第九章9.2.4 分程控制系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用分程控制系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用分程控制系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用廣泛，介紹應(yīng)用比較多分程控制系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用廣泛，介紹應(yīng)用比較多的兩種形式：的兩種形式：1、用于擴(kuò)大調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍、用于擴(kuò)大調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍有的生產(chǎn)工藝要求控制的流量變化范圍較大，但有的生產(chǎn)工藝要求控制的流量變化范圍較大，但是調(diào)

15、節(jié)閥的可調(diào)范圍是有限的是調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍是有限的（國產(chǎn)統(tǒng)一設(shè)計柱塞調(diào)國產(chǎn)統(tǒng)一設(shè)計柱塞調(diào)節(jié)閥可調(diào)范圍節(jié)閥可調(diào)范圍R30）。若采用一個調(diào)節(jié)閥，能夠控若采用一個調(diào)節(jié)閥，能夠控制的最大流量和最小流量相差不可能太懸殊，滿足不制的最大流量和最小流量相差不可能太懸殊，滿足不了生產(chǎn)上流量大范圍變化的要求，這時可考慮采用兩了生產(chǎn)上流量大范圍變化的要求，這時可考慮采用兩個控制閥并聯(lián)的分程控制方案。個控制閥并聯(lián)的分程控制方案。過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng) 第九章第九章例例 某廠蒸汽壓力減壓系統(tǒng)某廠蒸汽壓力減壓系統(tǒng)用節(jié)流減壓的方法將用節(jié)流減壓的方法將10MPa的高壓蒸汽減壓成的高壓蒸汽減壓成4MPa的中壓蒸汽。中壓蒸汽的

16、使用量變化很大。的中壓蒸汽。中壓蒸汽的使用量變化很大。如果只用一個閥門控制，只能選擇大口徑閥。而如果只用一個閥門控制，只能選擇大口徑閥。而大口徑閥在小開度下工作時，控制效果變差。大口徑閥在小開度下工作時，控制效果變差。如果用兩個閥分程如果用兩個閥分程控制，小負(fù)荷時只開小控制，小負(fù)荷時只開小閥，負(fù)荷增大時再開大閥，負(fù)荷增大時再開大閥。則兩個調(diào)節(jié)閥組合閥。則兩個調(diào)節(jié)閥組合后，可調(diào)范圍擴(kuò)大。后，可調(diào)范圍擴(kuò)大。PT過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng) 第九章第九章設(shè)大小兩個調(diào)節(jié)閥的最大流通能力分別為：設(shè)大小兩個調(diào)節(jié)閥的最大流通能力分別為： CBmax=105 m3 、CAmax=4.2m3；可調(diào)范圍均為；可調(diào)范圍

17、均為 R= 30則兩個閥的最小流通能力分別為：則兩個閥的最小流通能力分別為：CBmin= CBmin / R=105/ 30=3.5 m3CAmin= CAmin / R=4.2/ 30=0.14 m3兩個調(diào)節(jié)閥并聯(lián)使用時：兩個調(diào)節(jié)閥并聯(lián)使用時：最小流通能力為：最小流通能力為：Cmin= CAmin =0.14最大流通能力為：最大流通能力為： Cmax= CBmax+CAmax=107.2 m3可調(diào)范圍可調(diào)范圍R并并= Cmax / Cmin=107.2 / 0.14=780并聯(lián)使用后調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍增大了并聯(lián)使用后調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍增大了26倍。倍。過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng) 第九章第九章2. 用于一個控制