分程調(diào)節(jié)系統(tǒng)的類型及其設(shè)計

分程調(diào)節(jié)系統(tǒng)的類型及其設(shè)計作者：王翊北京石油化工設(shè)計院摘要：本文從分程控制系統(tǒng)的定義，類型及其應用方面詳細闡述了分程調(diào)節(jié)系統(tǒng)的類型及其設(shè)計。本文還通過引入廣義對象的概念闡述了關(guān)于分程調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計當中的正反作用選擇問題。還闡述了關(guān)于分程控制系統(tǒng)設(shè)計的幾個需要注意的問題。Abstract:Detaildescriptionaboutthetypeanddesignofxxxcontrolsysteminaspectofthesystemdefinition,typeandapplicationinthearticle.Alsodiscussedthepositive/negativeactionaboutxxxregulatorviainducedtheconceptaboutwidelyobject.一、 概念所謂分程控制就是一臺控制器去操縱兩個或兩個以上的閥門，并且是按輸出信號的不同區(qū)間操作不同閥門。這種控制方式習慣上稱為分程控制。二、 分程控制常用的幾種方式利用軟件進行分程操作(二只閥門按0?50%、50%?100%進行分程)通過計算機軟件編程的方式進行分程調(diào)節(jié)，計算公式如下所示。比如PID輸出為u(t)(0?100%)無因次化后對應：第一只閥門七(t)=第一只閥門七(t)=u(t)x2100%(0?50%)(50%?100%)第二只閥門u2(t)=《(t)_皿2(0?50%)(50%?100%)利用配電器等進行分程操作通過配電器對4~20mA信號分區(qū)間，來調(diào)節(jié)兩個分程調(diào)節(jié)閥。原理與第一種類似只不過是通過電子元器件進行分程操作。4?20mA .閥門i!!閥門控制器4?20mA.0?100%二次表0?50%4?20mA 50%?100%3.利用閥門定位蒯行分用配電器進行分程操作通過閥門定位器對接收到的氣動信號進行按比例分程，可實現(xiàn)分程控制。其原理通過氣動元件進行分程。

圖3.異向分程0.02 0.06 0.10(MPa)三、從閥門角度對分程方式進行分類圖3.異向分程0.02 0.06 0.10(MPa)1、 同向分程：同時采用氣開或者氣關(guān)閥門，通過不同的信號區(qū)間控制不同的閥門實現(xiàn)分程控制。其閥門定位器輸出與調(diào)節(jié)器輸出之間的關(guān)系如圖2。2、 異向分程：分程閥門可采用氣開+氣關(guān)的方式，通過不同的信號區(qū)間控制不同的閥門實分程控制。其閥門定位器輸出與調(diào)節(jié)器輸出之間的關(guān)系如圖3。四、分程調(diào)節(jié)系統(tǒng)的應用1)用于擴大控制閥的可調(diào)范圍控制閥的一個非常重要的指標就是可調(diào)比R,它表明控制閥執(zhí)行規(guī)定特性(線性特性/等百分比特性)運行的有效范圍，可調(diào)比R計算如下式R=CJC. 公式(1)cmax、cmin分別為調(diào)節(jié)閥的最大流量系數(shù)和最小流量系數(shù)，一般國產(chǎn)柱塞閥，R=30?50，按R=30算，C.=3.3%(C)，C值不等于泄露量，泄露量更小，一般IV級為0.01%Cmax。舉例：分程控制用于擴展可調(diào)范圍時總是采用兩只同向動作的分程控制閥并聯(lián)地安裝在同一流體管道上，加入4閥CA =4,B閥CB =100，R=Ra=Rb=30，并設(shè)大閥的泄漏量為最大流量系數(shù)的0.02%，Cbs=0.02%(Cbmax)當采用分程控制后，其最小流量系數(shù)和最大流量系數(shù)分別為C.=CA.+CBS=勺"30+0.01=0.143Cmax=CAmax+ max"4+100=104

所以兩個閥門組合在一起的可調(diào)范圍將擴大到R=104/0.153=727.3>>30所以通過分程調(diào)節(jié)可有效地提高可調(diào)比。2）用于滿足工藝操作的特殊要求①間歇聚合反應器的控制配好物料后，開始加蒸汽加熱，反應被引發(fā)開始后，需關(guān)蒸汽閥，開冷水閥，迅速移走反應熱，以免發(fā)生事故。同一參數(shù)需要操縱兩個不同用途的閥門，故采用分程控制。▲選擇閥門的氣開、氣關(guān)形式：因工藝系統(tǒng)安全的原因，蒸汽選擇FC，冷水選擇FO?！x擇分程區(qū)間：為了節(jié)能需要總是先關(guān)蒸汽再關(guān)冷水，故分程操作區(qū)間圖定為如圖所示。故其閥門定位器輸出與調(diào)節(jié)器輸出之間的關(guān)系如圖4。②儲罐氮封分程控制實現(xiàn)氮封的技術(shù)要求是：始終保持儲罐內(nèi)的氮氣壓微量正壓。當儲罐內(nèi)儲存物料量增減時，將引起罐頂壓力的升降，應及時進行控制。否則，將使儲罐變形，更有甚者，會將儲罐吸扁?？刂屏鞒虉D如圖5所示

0.02 0.060.10(MPa)▲0.02 0.060.10(MPa)▲選擇閥門的氣開、氣關(guān)形式：安全起見，排空選擇FO,N2選擇FC?！x擇分程空間：為了節(jié)能需要先關(guān)N2,再開排空。故分程操作區(qū)間如圖6所示。五、分程控制系統(tǒng)設(shè)計需要注意的幾個問題閥的泄露量對同向分程擴大調(diào)節(jié)閥可調(diào)比的系統(tǒng)的影響。如果大閥門泄漏量過大，甚至接近小閥門的Cvmax，這樣就會造成小閥門調(diào)節(jié)對控制系統(tǒng)不起所用。所以選擇分程空間需要衡量這種矛盾。比如CBS>Cvmin，才能使同向分程控制達到效果。接點處的流量特性的突變對分程控制品質(zhì)的影響。1）同向分程校正方法：常規(guī)選擇等百分比閥，這樣相對來說突變小一些。異向調(diào)節(jié)時對死區(qū)的使用在異向分程系統(tǒng)中，由于存在兩個調(diào)節(jié)閥的接點問題，死區(qū)亦稱為間隙區(qū)。有死區(qū)是為了避免閥門頻繁開關(guān)，這樣做的條件是對象的時間常數(shù)足夠大，允許死區(qū)的存在，在死區(qū)中不會出現(xiàn)壓力等調(diào)節(jié)參數(shù)超高的現(xiàn)象。

系統(tǒng)的PID參數(shù)的整定1） 針對同向分程由于控制對象不變，僅僅是調(diào)節(jié)閥特性的變化，所以不必改變PID參數(shù)。2） 針對異向分程不同分程閥門調(diào)節(jié)的對象是不同的，所以有可能針對不同的分程區(qū)間需要修正PID參數(shù)，這可以通過軟件編程實現(xiàn)。調(diào)節(jié)系統(tǒng)正反作用的選擇由于調(diào)節(jié)系統(tǒng)存在兩個調(diào)節(jié)閥，而且兩個調(diào)節(jié)閥還有同向和異向兩種情況，所以無法通過一般的方塊圖進行正反作用的選擇。所以這里面定義廣義對象的概念（G’）廣義對象定義為從方塊圖中視為從調(diào)節(jié)器輸出開始到測量變送之間的環(huán)節(jié)，即方塊圖可簡化為圖。針對氮氣密封系統(tǒng)，采用廣義對象可如下考慮：調(diào)節(jié)器輸出增大（根據(jù)分程空間圖），