過程控制與自動(dòng)化儀表第7章-特殊工藝要求控制系統(tǒng)課件

1、第七章 實(shí)現(xiàn)特殊工藝要求 的過程控制系統(tǒng) 主講教師：楊延西 教授 聯(lián)系電話：82312006-276 辦公地點(diǎn)：教學(xué)五樓107 教學(xué)內(nèi)容 本章主要介紹實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng)，它們分別是： 1) 比值控制系統(tǒng) 2) 均勻控制系統(tǒng) 3) 分程控制系統(tǒng) 4) 自動(dòng)選擇性控制系統(tǒng)學(xué)習(xí)要求學(xué)完本章后，應(yīng)能達(dá)到如下要求： 1) 了解比值控制的工業(yè)應(yīng)用背景，熟悉比值控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)類型； 2) 掌握比值控制系統(tǒng)中比值器參數(shù)的計(jì)算方法； 3) 了解比值控制系統(tǒng)中的非線性補(bǔ)償、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償、以及實(shí)施方案等； 4) 了解均勻控制的特點(diǎn)及設(shè)計(jì)方法； 5) 了解分程控制的特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合； 6) 了解自動(dòng)選擇性控制的特點(diǎn)

2、及應(yīng)用場(chǎng)合。（一） 比值控制系統(tǒng)主要問題：1. 開環(huán)比值控制系統(tǒng)2. 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)3. 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)4. 變比值控制系統(tǒng)5. 比值控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的特殊問題 （一） 比值控制系統(tǒng)生產(chǎn)過程中，經(jīng)常需要幾種物料的流量保持一定的比例關(guān)系。例如，在鍋爐的燃燒系統(tǒng)中，要保持燃料和空氣量的一定比例，以保證燃燒的經(jīng)濟(jì)性。定義：實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)參數(shù)符合一定比例關(guān)系的控制系統(tǒng)，稱為比值控制系統(tǒng)。Q2=K Q1 其中：K比值系數(shù)；Q1主流量； Q2副流量 。例如：要實(shí)現(xiàn)兩種物料的比例關(guān)系，則表示為：1.1 比值控制系統(tǒng)的種類 1) 開環(huán)比值控制系統(tǒng)如圖Q1是主流量，Q2是副流量。流量變送器FT檢測(cè)主物料流

3、量Q1；由控制器FC及安裝在從物料管道上的閥門來控制副流量Q2。FTFCQ1Q2優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低。缺點(diǎn)：無抗干擾能力，當(dāng)副流管線壓力改變時(shí)，不能保證所要求的比值。 控制目標(biāo)：Q2K Q12) 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)為了克服開環(huán)比值控制的不足，在開環(huán)比值控制的基礎(chǔ)上，增加對(duì)副流量的閉環(huán)控制。特點(diǎn)：對(duì)Q2進(jìn)行閉環(huán)控制，比值控制精度提高?？刂颇繕?biāo)：Q2=K Q1 優(yōu)點(diǎn)：能克服副流量干擾，使比值保持不變?nèi)秉c(diǎn)：對(duì)Q1只測(cè)量、不控制。Q1變化，Q2跟著變化，總流量不穩(wěn)定。F1TQ1Q2 KF2TF2C單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)框圖無干擾副回路受干擾主流量受干擾3) 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng) 為了克服單閉環(huán)比值控制中主

4、流量不受控制的缺點(diǎn)，增加主流量閉環(huán)控制回路。特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： Q1是主流量，Q2是副流量。兩個(gè)流量都可控，均能克服干擾因此總流量穩(wěn)定,比值保持不變；缺點(diǎn)：所用儀表多，投資高。F1TQ1Q2F1CF2TF2CK有兩個(gè)閉環(huán)控制回路，用比值器聯(lián)系?？刂颇繕?biāo)：Q2=K Q1 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)框圖主流量給定主流量干擾主流量輸出副流量干擾副流量輸出4) 變比值控制系統(tǒng)以上介紹的都是定比值控制系統(tǒng)。在有些生產(chǎn)過程中，要求兩種物料流量的比值隨第三個(gè)工藝參數(shù)的需要而變化，為滿足這種工藝的要求，就出現(xiàn)了變比值控制系統(tǒng)。 例如，變換爐工藝中，煤氣與水蒸氣（58倍）在觸媒的催化下，轉(zhuǎn)化成二氧化碳和氫氣。溫度越高轉(zhuǎn)化率越

5、高，但溫度過高會(huì)影響觸媒壽命。而煤氣與水蒸氣的比值是影響溫度的重要因素，如果根據(jù)觸媒層的溫度調(diào)節(jié)其比例系數(shù)，就能保持最佳的觸媒溫度和最高的轉(zhuǎn)化率。F1TF2T TT轉(zhuǎn)化氣溫度控制器TC根據(jù)觸媒的實(shí)際溫度與給定溫度的偏差，計(jì)算流量比值的給定值。除法器算出蒸汽與煤氣流量的實(shí)際比值，輸入到流量控制器FC。最后通過調(diào)整蒸汽量（改變蒸汽與半水煤氣的比值）來使變換爐觸媒層的溫度恒定在給定值上。 變比值控制系統(tǒng)框圖Gc2(s)Y(s)+Gv2(s)G02(s)G0(s)Gc1(s)X (s)Gm(s)Q1(s)Q2(s)Gm2(s)Gm1(s)+KKr_應(yīng)當(dāng)注意，在變比值控制系統(tǒng)中，流量比值只是一種控制手段

6、，不是最終目的，而第三參數(shù)（如本例中溫度）往往是主要被控參數(shù)。第三參數(shù)輸出比值器輸出1.2 比值控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與參數(shù)整定 1.2.1 比值控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1）主流量、副流量的確定原則：生產(chǎn)中起主導(dǎo)作用的物料流量，一般選為主流量，其余的物料流量跟隨其變化，為副流量。工藝上不可控的物料流量，一般選為主流量。成本較昂貴的物料流量一般選為主流量。當(dāng)生產(chǎn)工藝有特殊要求時(shí)，主、副物料流量的確定應(yīng)服從工藝需要。2）控制方案的選擇控制方案選擇應(yīng)根據(jù)不同的生產(chǎn)要求確定，同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)性原則。如果工藝上僅要求兩物料流量比值一定，而對(duì)總流量無要求，可用單閉環(huán)比值控制方案。如果主、副流量的擾動(dòng)頻繁，而工藝要求主、副物料總流

7、量恒定的生產(chǎn)過程，可用雙閉環(huán)比值控制方案。當(dāng)生產(chǎn)工藝要求兩種物料流量的比值要隨著第三參數(shù)的需要進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，可用變比值控制方案。3）調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的確定比值控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律是根據(jù)控制方案和控制要求而定。在單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)中，比值器K起比值計(jì)算作用，若用調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)，則選P調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)器F2C使副流量穩(wěn)定，為保證控制精度可選PI調(diào)節(jié)。F1TQ1Q2 KF2TF2CPPI雙閉環(huán)比值控制不僅要求兩流量保持恒定的比值關(guān)系，而且主、副流量均要實(shí)現(xiàn)定值控制，所以兩個(gè)調(diào)節(jié)器均應(yīng)選PI調(diào)節(jié)；比值器選P調(diào)節(jié)。 F1TQ1Q2F1CF2TF2CKPIPIP4）正確選擇流量計(jì)及其量程各種流量計(jì)都有一定的適用

8、范圍（一般正常流量選在滿量程的70左右），必須正確地選擇和使用，可參考有關(guān)設(shè)計(jì)資料、產(chǎn)品手冊(cè)。 5）比值系數(shù)的計(jì)算工藝規(guī)定的流量（或質(zhì)量）比值K不能直接作為儀表比值使用，必須根據(jù)儀表的量程轉(zhuǎn)換成儀表的比值系數(shù)K后才能進(jìn)行比值設(shè)定。變送器的轉(zhuǎn)換特性不同，比值系數(shù)K的計(jì)算公式不同。（l）流量與測(cè)量信號(hào)之間成線性關(guān)系如果Q1的流量計(jì)測(cè)量范圍為0Q1max 、Q2的流量計(jì)測(cè)量范圍為0Q2max，則變送器輸出電流信號(hào)和流量之間的關(guān)系如下：因代入工藝比值公式：得換算公式：而儀表比值公式：（2）流量與測(cè)量信號(hào)之間成非線性關(guān)系 利用節(jié)流原理測(cè)流量時(shí),如差壓流量傳感器（孔板），流量計(jì)輸出信號(hào)與流量的平方成正比：

9、 代入工藝比值公式：得換算公式：則實(shí) 例已知某比值系統(tǒng)，采用差壓式流量計(jì)測(cè)量主副流量，其最大量程分別為： 工藝要求：試計(jì)算不加開方器與加開發(fā)器后儀表的比值系數(shù)?不加開方器：加開方器：?jiǎn)栴}：如何將比值器的比值轉(zhuǎn)換成4-20mA電流輸出？解答:1.2.2 比值控制系統(tǒng)的實(shí)施與參數(shù)整定1）比值系數(shù)的實(shí)現(xiàn)比值系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)有相乘和相除二種方法。在工程上可采用比值器、乘法器、除法器等儀表實(shí)現(xiàn)；用計(jì)算機(jī)控制時(shí)，通過比例、乘、除運(yùn)算程序?qū)崿F(xiàn)。給定值給定值2）比值控制系統(tǒng)的參數(shù)整定單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，可按單回路控制系統(tǒng)進(jìn)行整定。對(duì)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，主、副流量回路均可按單回路控制系統(tǒng)整定；對(duì)變比值控制系統(tǒng)，主調(diào)節(jié)

10、器可按串級(jí)控制系統(tǒng)整定方法進(jìn)行；對(duì)副流量回路，本質(zhì)上是隨動(dòng)系統(tǒng)，要求快速、正確跟隨主流量變化，最好整定在振蕩與不振蕩邊界，具體步驟為：1）根據(jù)工藝條件，計(jì)算比值系數(shù)K，投入自動(dòng)運(yùn)行，2）Ti無窮大，由大到小調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)處于臨界過程，3）適當(dāng)放寬比例度后，投入積分，逐步減小Ti，直到出現(xiàn)臨界過程為止。(二) 均勻控制系統(tǒng)在連續(xù)生產(chǎn)過程中，有許多裝置是前后緊密聯(lián)系的。前一設(shè)備的出料，往往是后一設(shè)備的進(jìn)料，各設(shè)備的操作也互相關(guān)聯(lián)、互相影響。例如下圖所示的兩個(gè)連續(xù)操作的精餾塔。LC1#2#FTFCLT 1#塔要求液位穩(wěn)定，設(shè)液位控制系統(tǒng)。 2#塔要求進(jìn)料量穩(wěn)定，設(shè)流量控制系統(tǒng)。顯然，這兩套控制系統(tǒng)的控

11、制目標(biāo)存在矛盾： 解決辦法：1、設(shè)中間貯槽，使前后影響減小，但成本高。2、用均勻調(diào)節(jié)方案。1#塔液位調(diào)節(jié)閥 1 開度變化LC1#2#FTFCLT122#塔流量變化2#塔流量調(diào)節(jié)閥 2 開度變化1#塔液位變化3#2.1均勻控制系統(tǒng)工作原理及特點(diǎn)為了解決前后工序控制的矛盾，達(dá)到前后兼顧、協(xié)調(diào)操作，使前后工序的控制參數(shù)均能符合要求而設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)稱為均勻控制系統(tǒng)。和其它控制方式相比，均勻控制的特點(diǎn)如下：1）兩個(gè)被控變量在控制過程中都是緩慢變化的。因?yàn)槿魧?#塔液位控制成平穩(wěn)的直線，會(huì)導(dǎo)致2#塔的進(jìn)料量波動(dòng)很大；反之若將2#塔的進(jìn)料量控制成平穩(wěn)的直線，會(huì)導(dǎo)致1#塔液位波動(dòng)很大。即無法實(shí)現(xiàn)兩個(gè)被控參數(shù)都

12、很平穩(wěn)。只有讓兩者都有一定程度的波動(dòng)，但波動(dòng)都比較緩慢、且幅度較小，才有可能同時(shí)符合控制要求。 tLL FFO（a）1#塔液位穩(wěn)定、2#塔流量變化大LFL FtO（b）1#塔液位變化大、2#塔流量穩(wěn)定L FLFtO（c）1#塔液位、2#塔流量均變化較小2）前后互相聯(lián)系又互相矛盾的兩個(gè)變量應(yīng)保持在所允許的范圍內(nèi)波動(dòng)。如圖，1#塔塔釜液位的升降變化不能超過規(guī)定的上下限。2#塔進(jìn)料流量也不能超越規(guī)定的上下限，否則就不能滿足工藝要求。LC1#2#FTFCLT12L FLFtO2.2 均勻控制方案均勻控制常用的方案有簡(jiǎn)單均勻控制、串級(jí)均勻控制等形式，下面介紹這兩種控制方案。1簡(jiǎn)單均勻控制LC1#2#LT

13、結(jié)構(gòu)與簡(jiǎn)單液位定值控制系統(tǒng)一樣，但系統(tǒng)控制的目的不同。均勻控制的目的是協(xié)調(diào)控制液位和排出流量?jī)蓚€(gè)變量。由于控制目的不同，均勻控制要求兼顧兩個(gè)變量，是通過調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定來實(shí)現(xiàn)的。簡(jiǎn)單均勻控制系統(tǒng)中的控制器一般都是純比例作用，而且將比例度整定得很大。LC1#2#LT當(dāng)液位變化時(shí)，控制器的輸出變化很小，排出流量只作微小緩慢的變化，以較弱的控制作用達(dá)到均勻控制的目的。LC1#2#LT因此，簡(jiǎn)單均勻控制適用于干擾不大、對(duì)流量的均勻程度要求較低的場(chǎng)合。簡(jiǎn)單均勻控制的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投運(yùn)方便，成本低。但對(duì)另一個(gè)被控變量是不測(cè)不控的兼顧操作，其控制精度不一定能保證。如此例中，當(dāng)前后塔的壓力變化較大時(shí)，盡管調(diào)

14、節(jié)閥的開度不變，輸出流量也會(huì)發(fā)生較大變化。2串級(jí)均勻控制為了克服簡(jiǎn)單均勻控制只有一個(gè)控制回路，只能保證一個(gè)被控變量精度的缺點(diǎn)，可在簡(jiǎn)單均勻控制方案基礎(chǔ)上增加一個(gè)副控制回路，構(gòu)成串級(jí)均勻控制。 結(jié)構(gòu)與串級(jí)控制系統(tǒng)相同。增加了流量控制回路，可以及時(shí)克服壓力干擾，保證流量控制精度。FC1#2#FTLCLT串級(jí)均勻控制方案中，主、副變量都有控制精度要求，二者均在規(guī)定的范圍內(nèi)作緩慢的變化，所以控制手法上與串級(jí)控制不同。主、副控制器一般都采用純比例作用，而且將比例度整定得較大。串級(jí)均勻控制方案適用于干擾較大的場(chǎng)合。但使用儀表較多，投運(yùn)、維護(hù)較復(fù)雜。FC1#2#FTLCLT（三）分程控制系統(tǒng)在分程控制系統(tǒng)中

15、，一個(gè)控制器的輸出信號(hào)被分割成幾個(gè)行程段，每一段行程各控制一個(gè)調(diào)節(jié)閥，故取名為分程控制系統(tǒng)。例如，一個(gè)控制器的輸出信號(hào)分程控制兩個(gè)調(diào)節(jié)閥A和B ， A和B的輸入信號(hào)各占一半行程?？烧{(diào)整閥門定位器來縮小調(diào)節(jié)閥的輸入量程 。CABMM調(diào)整閥門定位器縮小調(diào)節(jié)閥的輸入量程3.1 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(duì)其加熱引發(fā)化學(xué)反應(yīng)。 TT熱水冷卻水B TCA一旦反應(yīng)開始進(jìn)行，就會(huì)持續(xù)產(chǎn)生大量的反應(yīng)熱，如果不及時(shí)降溫，物料溫度會(huì)越來越高，有發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)。因此，必須降溫。為此，可設(shè)計(jì)以反應(yīng)器內(nèi)溫度為被控參數(shù)、以熱水流量和冷卻水流量為

16、控制變量的分程控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)閥A、B分別控制冷卻水和熱水。為保證安全，熱水閥采用氣開式，冷水閥采用氣關(guān)式，則溫度調(diào)節(jié)器設(shè)為反作用。 TT熱水冷卻水B TCA反反正調(diào)節(jié)閥分程關(guān)系曲線MPa0100%0.020.060.10A閥B閥 TT熱水冷卻水B TCA正反反工作原理如下：當(dāng)裝料完成、化學(xué)反應(yīng)開始前，溫度測(cè)量值小于設(shè)定值。調(diào)節(jié)器TC輸出氣壓大于0.06MPa，A（冷水）閥關(guān)閉，B（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。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)到并高于設(shè)定值時(shí)，調(diào)節(jié)器輸出氣壓將小于0.06MPa，熱水閥完全關(guān)閉，冷水閥逐

17、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。 調(diào)節(jié)閥分程關(guān)系曲線MPa0100%0.020.060.10A閥B閥 TT熱水冷卻水B TCA正反反2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(hào)區(qū)段不同，可分為以下兩種類型：調(diào)節(jié)閥同向動(dòng)作的分程控制系統(tǒng)例：兩個(gè)調(diào)節(jié)閥同向動(dòng)作A、B均為正作用閥MPa0100%0.020.060.10A閥B閥A、B均為反作用閥MPa0100%0.020.060.10A閥B閥MPa0100%0.020.060.10A閥B閥MPa0100%0.020.060.10A閥B閥調(diào)節(jié)閥異向動(dòng)作的分程控制系統(tǒng)例：兩個(gè)調(diào)節(jié)閥異向動(dòng)作A氣開閥，B氣關(guān)閥，在0

18、.020.06MPa區(qū)間，B閥全開、A閥逐漸開大；在0.060.10MPa區(qū)間，A閥全開、B閥逐漸關(guān)小。A氣關(guān)閥，B氣開閥，在0.020.06MPa區(qū)間，B閥全關(guān)、A閥逐漸關(guān)?。辉?.060.10MPa區(qū)間，A閥全關(guān)、B閥逐漸開大。給定執(zhí)行器1對(duì)象變送器控制器干擾執(zhí)行器23.2 分程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)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)。二者的主要區(qū)別是：?jiǎn)位芈房刂葡到y(tǒng)中調(diào)節(jié)器輸出控制一個(gè)調(diào)節(jié)閥，分程控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器輸出控制多個(gè)調(diào)節(jié)閥。因此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)上有所不同。3.2.1 控制信號(hào)的分段 在分程控制中，調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)分段是由生產(chǎn)工藝要求決定的。調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)需要分成幾段，哪一段信號(hào)控制哪一

19、個(gè)調(diào)節(jié)閥，完全取決于工藝要求。 如在反應(yīng)器溫度控制中，工藝需要控制兩個(gè)調(diào)節(jié)閥。因此，調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)需要分成兩段。 TT熱水冷卻水B TCA反反正 TT熱水冷卻水B TCA反反正3.2.2 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 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(gè)調(diào)節(jié)閥異向工作。又因工藝要求一個(gè)閥打開時(shí)，另一個(gè)必須關(guān)閉。因此兩個(gè)閥的特性組合應(yīng)是：MPa0100%0.020.060.10A閥B閥2. 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(shí)只有A閥控制、B閥不開；負(fù)荷較大時(shí)A閥全開、B閥控制。兩個(gè)同向特性的調(diào)節(jié)閥并

20、聯(lián)控制一種介質(zhì)的流量時(shí)，總流量特性是兩個(gè)閥流量特性的疊加組合。PTMPa0100%0.020.060.10A閥B閥如果兩個(gè)調(diào)節(jié)閥的增益差距較大，組合后的總流量特性有突變點(diǎn)，會(huì)影響調(diào)節(jié)品質(zhì)。P（MPa）（a）二閥特性比較接近0流量 Q（%）1000.020.060.1045（b）二閥特性差距較大01000.020.060.1045P（MPa）流量 Q（%）如果兩個(gè)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：（a）分程信號(hào)不重疊P（MPa）流量 Q（%）01000.020.060.10如果調(diào)節(jié)閥是對(duì)數(shù)流量特性，其總流量特性銜接處必有突變點(diǎn)。可以通過兩個(gè)調(diào)節(jié)閥分程信號(hào)部分重迭的辦法，使調(diào)節(jié)

21、閥流量特性實(shí)現(xiàn)平滑過渡。即將兩個(gè)閥的工作范圍擴(kuò)大，形成一段重迭區(qū)。 （b）分程信號(hào)重疊P（MPa）01000.020.060.10流量 Q（%）3）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(huì)影響控制質(zhì)量。尤其當(dāng)大、小閥并聯(lián)工作時(shí)，若大閥的泄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)能力大大降低。因?yàn)榇箝y的泄漏量相當(dāng)于存在一個(gè)不受控制的旁路管道，所以要求大閥的泄漏量很小。PT3.2.3 分程控制的實(shí)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)整閥門定位器的輸入信號(hào)零點(diǎn)和量程，使調(diào)節(jié)閥在規(guī)定的信號(hào)區(qū)段作全行程動(dòng)作。（b）分程信號(hào)重疊P（MPa）01000.020.060.10流量

22、Q（%）例如，使調(diào)節(jié)閥A在0.020.07MPa范圍內(nèi)作全行程動(dòng)作；使調(diào)節(jié)閥B在0.050.10MPa范圍內(nèi)作全行程動(dòng)作。 3.2.4 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)用廣泛，介紹應(yīng)用比較多的兩種形式：1、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(jì)柱塞調(diào)節(jié)閥可調(diào)范圍R30）。若采用一個(gè)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，滿足不了生產(chǎn)上流量大范圍變化的要求，這時(shí)可考慮采用兩個(gè)控制閥并聯(lián)的分程控制方案。例 某廠蒸汽壓力減壓系統(tǒng)用節(jié)流減壓的方法將10MPa的高壓蒸汽減壓成4MPa的中壓蒸汽。中壓蒸汽的使用量變

23、化很大。如果只用一個(gè)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(shí)，控制效果變差。如果用兩個(gè)閥分程控制，小負(fù)荷時(shí)只開小閥，負(fù)荷增大時(shí)再開大閥。則兩個(gè)調(diào)節(jié)閥組合后，可調(diào)范圍擴(kuò)大。PT設(shè)大小兩個(gè)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 R= 30則兩個(gè)閥的最小流通能力分別為：CBmin= CBmax / R=105/ 30=3.5 m3CAmin= CAmax / R=4.2/ 30=0.14 m3兩個(gè)調(diào)節(jié)閥并聯(lián)使用時(shí)：最小流通能力為：Cmin= CAmin =0.14最大流通能力為： Cmax= CBmax+CAmax=109.2 m

24、3可調(diào)范圍R并= Cmax / Cmin=109.2 / 0.14=780并聯(lián)使用后調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍增大到了26倍。2. 用于一個(gè)控制回路需要控制多個(gè)操縱量的場(chǎng)合例如在工業(yè)廢液中和處理工藝中，需要根據(jù)廢液的酸堿性（pH值），分別控制加酸量或加堿量。 MPa0100%0.020.060.10酸閥堿閥 pHT正反正廢液 pHC反堿液酸液中和液pH計(jì)是通過測(cè)液體中的氫離子濃度，實(shí)現(xiàn)酸堿度測(cè)量， pH值越小pH計(jì)輸出越大。（四）選擇性控制系統(tǒng)通常的自動(dòng)控制系統(tǒng)是在正常生產(chǎn)狀態(tài)下對(duì)某參數(shù)進(jìn)行穩(wěn)定性控制。一旦生產(chǎn)過程出現(xiàn)非正常狀態(tài)（如其它參數(shù)超過安全線），就得放棄對(duì)此參數(shù)的控制，否則會(huì)發(fā)生事故。待采取生產(chǎn)

25、保護(hù)措施消除非正常狀態(tài)后，控制系統(tǒng)再重新投入工作。傳統(tǒng)的生產(chǎn)保護(hù)措施是硬保護(hù)措施。當(dāng)生產(chǎn)操作達(dá)到安全極限時(shí)，發(fā)出聲、光報(bào)警。操作工立即將控制器切到手動(dòng)操作、或是通過專門設(shè)置的聯(lián)鎖保護(hù)線路實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停車，以排除險(xiǎn)情。如果控制系統(tǒng)具有自動(dòng)應(yīng)變能力，對(duì)于不同的生產(chǎn)狀態(tài)，能自動(dòng)選擇不同的控制方案。當(dāng)生產(chǎn)出現(xiàn)不正常狀況時(shí)，能自動(dòng)切換到保護(hù)性控制回路，讓保護(hù)性控制回路來恢復(fù)生產(chǎn)狀態(tài)；當(dāng)生產(chǎn)恢復(fù)正常時(shí)，再自動(dòng)切回穩(wěn)定性控制回路。這樣就不需要通過人工或停車操作對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行保護(hù)，稱為軟保護(hù)措施。選擇性控制系統(tǒng)就是能根據(jù)生產(chǎn)狀態(tài)自動(dòng)選擇合適的控制方案的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)有多個(gè)控制回路，由選擇器根據(jù)設(shè)計(jì)的邏輯關(guān)系選通某個(gè)

26、控制回路。4.1選擇性控制系統(tǒng)的類型選擇性控制系統(tǒng)通過選擇器實(shí)現(xiàn)選擇功能。選擇器可以接在調(diào)節(jié)器的輸出端，對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行選擇；也可以接在變送器的輸出端，對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行選擇。1. 對(duì)調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)進(jìn)行選擇給定2變送器2執(zhí)行器對(duì)象被控量2給定1變送器1控制器1選擇器被控量1干擾控制器2正?？刂迫〈刂评? 鍋爐蒸汽壓力的控制工藝要求鍋爐輸出蒸汽壓力穩(wěn)定。若用單回路控制系統(tǒng)控制，則根據(jù)蒸汽出口壓力控制燃?xì)饬?。燃?xì)忮仩t給水蒸汽汽包爐膛P1TP1C正反如果蒸汽用量大幅度變化，蒸汽壓力控制系統(tǒng)會(huì)使燃?xì)忾y門開度大幅變化。但煤氣壓力過高會(huì)發(fā)生脫火。一旦脫火現(xiàn)象發(fā)生，燃燒室內(nèi)由于積存大量燃料氣與空氣的混合物，會(huì)有

27、爆炸的危險(xiǎn)。為防止產(chǎn)生脫火現(xiàn)象，增加一個(gè)燃?xì)飧邏罕Ｗo(hù)控制回路。用P2T測(cè)燃?xì)鈮毫?，P2C的設(shè)定值為燃?xì)飧邏荷舷拗?，?dāng)燃?xì)鈮毫Φ陀谏舷拗禃r(shí)， P2C輸出高值信號(hào)。 燃?xì)釶2C鍋爐給水蒸汽汽包爐膛選擇器1P2TP1TP1C反反正用低選器自動(dòng)地選擇兩個(gè)控制信號(hào)中較低的一個(gè)，作為閥門的控制信號(hào)。P2C輸出高值時(shí)，LS選中P1C作為輸出。系統(tǒng)是以蒸汽壓力為被控變量的簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)。當(dāng)煤氣壓力超過P2C給定值時(shí)， P2C輸出低值， LS將改選P2C作為輸出。 系統(tǒng)處于燃?xì)鈮毫刂茣r(shí)，蒸汽出口壓力控制回路被燃?xì)鈮毫Π踩Ｗo(hù)回路所取代。燃?xì)釶2C鍋爐給水蒸汽汽包爐膛選擇器1P2TP1TP1C反反正燃?xì)釶2C鍋爐

28、給水蒸汽汽包爐膛選擇器1P2TP1TP1C反反正在蒸汽壓力定值控制與燃?xì)飧邏鹤詣?dòng)保護(hù)的選擇控制過程中，還可能出現(xiàn)另一種事故：如果因蒸汽負(fù)荷很低，導(dǎo)致燃?xì)饬髁窟^低，會(huì)出現(xiàn)熄(回)火現(xiàn)象，也必須加以防止。為防止出現(xiàn)熄(回）火現(xiàn)象，再增加一個(gè)燃?xì)獾蛪罕Ｗo(hù)控制回路 P3T、 P3C。 P3C的設(shè)定值為燃?xì)鈮毫ο孪拗?，?dāng)燃?xì)鈮毫Φ陀谙孪拗禃r(shí)， P3C輸出高值信號(hào)，被HS選中。燃?xì)釶2C鍋爐給水蒸汽汽包爐膛選擇器1選擇器2P3TP3CP2TP1TP1C正反反反當(dāng)燃?xì)鈮毫Ω哂谙孪拗禃r(shí)， P3C輸出低值信號(hào)，不會(huì)被HS選中。本系統(tǒng)的選擇器在控制器之后，是三選一系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)處于燃?xì)鈮毫ΡＷo(hù)控制期間，蒸汽出口壓力

29、不能保證符合工藝要求。 燃?xì)釶2C鍋爐給水蒸汽汽包爐膛選擇器1選擇器2P3TP3CP2TP1TP1C正反反反2對(duì)變送器輸出信號(hào)進(jìn)行選擇這種系統(tǒng)的選擇器裝在控制器之前，對(duì)變送器輸出信號(hào)進(jìn)行選擇。用于幾個(gè)被控變量的給定值、控制規(guī)律都一樣的場(chǎng)合。 給定變送器2執(zhí)行器對(duì)象被控量2變送器1選擇器被控量1干擾 控制器正?？刂评? 固定床反應(yīng)器中熱點(diǎn)溫度的控制反應(yīng)器內(nèi)固定床上裝有催化劑以加速反應(yīng)，而反應(yīng)產(chǎn)生的熱量若不及時(shí)被冷卻液帶走，溫度過高會(huì)燒壞催化劑。因催化劑的老化、變質(zhì)和流動(dòng)等原因，固定床不同位置的溫度可能不同。在不同位置分別安裝溫度傳感器，由選擇器選出熱點(diǎn)溫度信號(hào)，送入控制器進(jìn)行控制。冷卻液入料T1

30、TTC反T2TT3T反應(yīng)器產(chǎn)品反給定變送器2執(zhí)行器對(duì)象3段變送器3選擇器被控量1 控制器對(duì)象2段對(duì)象1段變送器1在此設(shè)備中，三點(diǎn)被控溫度是串聯(lián)關(guān)系。因此，控制系統(tǒng)方框圖中對(duì)象特性可等效為串聯(lián)的三段。冷卻液入料T1TTC反T2TT3T反應(yīng)器產(chǎn)品反4.2選擇性控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則選擇性控制系統(tǒng)是多個(gè)常規(guī)控制系統(tǒng)的組合。與常規(guī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)相比，主要不同點(diǎn)是選擇器的設(shè)計(jì)選型和調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的確定。1選擇器的選型選擇器有高值選擇器HS與低值選擇器LS兩種。先要根據(jù)調(diào)節(jié)閥的選用原則，確定調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式，進(jìn)而確定調(diào)節(jié)器的正、反作用方式，最后確定選擇器的類型。確定的原則是：如果取代調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)為高

31、值時(shí)，則選擇高值選擇器；反之，則選擇低值選擇器。 燃?xì)釶2C鍋爐給水蒸汽汽包爐膛選擇器1選擇器2P3TP3CP2TP1TP1C正反反反例1 蒸汽壓力與燃?xì)鈮毫Φ淖詣?dòng)選擇控制由于燃?xì)忾y是正作用閥，防止燃?xì)鈮毫^高的選擇器1就應(yīng)當(dāng)是低選，防止燃?xì)鈮毫^低的選擇器2就應(yīng)當(dāng)是高選。冷卻液入料T1TTC反T2TT3T反應(yīng)器產(chǎn)品反例2 固定床反應(yīng)器中熱點(diǎn)溫度的控制控制思路就是按最高點(diǎn)溫度控制，所有的點(diǎn)的溫度都不會(huì)超標(biāo)，所以用高選器。例3 液氨蒸發(fā)器防液位超限自動(dòng)選擇性控制系統(tǒng) 液氨蒸發(fā)器是一個(gè)換熱設(shè)備，它利用液氨的汽化需要吸收大量的熱來冷卻流經(jīng)管內(nèi)的被冷物料。 液位不能過高而滿溢，調(diào)節(jié)閥應(yīng)選氣開式。當(dāng)液位的測(cè)量值超過設(shè)定值時(shí)，調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)減小，要求選擇器選中。顯而易見，該選擇器應(yīng)為低值選擇器。 反正2調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的確定 對(duì)于正常工況下運(yùn)行的調(diào)節(jié)器，由于有較高的控制精度要求，可用PI調(diào)節(jié)或PID調(diào)節(jié)；對(duì)于取代調(diào)節(jié)器，一般只要求其迅速發(fā)揮保護(hù)作用，可用P調(diào)節(jié)。 燃?xì)釶2C鍋爐給水蒸汽汽包爐膛選擇器1選擇器