433分程控制系统

选择性控制系统与比值系统的结合例：下图是锅炉燃烧过程基本控制中的逻辑提量与逻辑减量控制系统。（1）请说明该控制方案的特点和控制目标。（2）假设燃烧稳定时燃料与空气的比值是1：3，蒸汽检测仪表输出为12mA（标准信号为4-20mA），请叙述蒸汽仪表输出信号为14mA与10mA时此控制方案的工作过程。4.3.3分程控制系统主要内容工作原理基本结构性能分析设计与应用4.3.3.1工作原理定义：（Split-rangeControl)一个控制器的输出同时送往两个或两个以上的执行器，各执行器的工作范围不同，这样的控制系统称为分程控制。设置分程控制系统的目的1、不同工况需要不同的控制手段。例：间歇反应器的温度控制。反应初期需要加热升温，反应开始后由于反应放热，又需要冷却降温。方案：用同一个温度控制器要控制蒸汽和冷却水两个控制阀。分程控制间歇反应器温度分程控制系统BA蒸汽0.020.060.1阀门开度%0AB100冷却水间歇反应器温度分程控制系统TTTC系统方框图间歇反应器温度分程控制系统方块图_控制器控制阀A检测变送控制阀B对象1对象2反应器温度T冷却蒸汽P阀A是气关阀，对象1是冷水输入信号时的对象，冷水流量Q增加，反应器温度下降。控制信号p上升，冷水流量Q下降，于是温度T上升。阀B是气开阀，对象2是蒸汽为输入信号时的对象，蒸汽流量Q增加，反应器温度上升。因此，控制系统在任何一个阀门工作时都为负反馈。2、扩大控制阀的可调范围。为了使控制系统小流量和大流量时都能够精确控制，应扩大控制阀的可调范围R：R=控制阀最大流通能力/控制阀最小流通能力minmaxQQR例：可调比计算有两个调节阀，其可调比R1=R2=30，第一个阀的最大流量Q1max=100m3/h，第二个阀的最大流量Q2max=4m3/h，采用分程调节时，可调比可在达到多少？解：第一个阀的最小流量Q1min=100/30=3.3m3/h第二个阀的最小流量Q2min=4/30=0.134m3/h所以R=（Q1max+Q2max）/Q2min=104/0.134=776即可调比达776。结论：分程控制系统可以增大可调比。3、用于节能控制——换热器温度分程控制系统换热器温度分程控制系统热水蒸汽冷凝液冷流体TC为了保持被加热物料的出口温度，设计用热水、蒸汽两种载热体去加热。当热水加热无法满足出口温度的要求时，则用蒸汽加热，为此对换热器出口温度采用分程控制。在这个系统中，温度控制器采用反作用方式。蒸汽阀、热水阀都用气开式，工作信号范围分别为（19.6~58.9KPa）和（58.9~98.1KPa）。在正常工况下：控制器输出信号在19.6~58.9KPa范围内，热水阀工作，蒸汽阀关闭，以节省蒸汽。当换热器受扰动使出口温度下降时，温度控制器输出气压信号增加，当气压增到58.9KPa，热水阀全开仍无法稳定出口温度时，蒸汽开始打开，以满足被加热物料所需的热量，确保出口温度稳定。4、保证生产过程的安全与稳定储罐氨封分程控制系统4.3.3.2基本结构和性能分析_控制器控制阀A对象检测变送控制阀B分程控制系统示意图通常，在一个控制系统中，一个控制器的输出信号只控制一个执行器或控制阀。如果一个控制器的输出信号同时送给两个控制阀，构成如图所示系统，这就是一种分程控制系统。根据执行器的气开、气关类型和分程工作范围的先后，可将分程控制系统分为四种不同的结构类型：同向分程：两个执行器同为气开或同为气关型。异向分程：两个执行器中一个为气开型，另一个为气关型。分程控制系统的分析——釜式间歇反应器温度控制下图是釜式间歇反应器的温度控制，反应初期需要加热升温，反应开始后由于反应放热，又需要冷却降温，设计相应的过程控制系统。（1）请根据工艺流程确定相应的过程控制系统，画出系统框图。（2）选择控制阀类型。（3）确定被控对象特性。（4）选择控制器正反作用。（5）分析控制过程。1-假设蒸汽控制阀为V1，冷却水控制阀为V2，系统框图如图所示：2-控制阀类型选择：从安全角度考虑，V1选气开型，V2选气关型。即KV10，KV20。3-被控对象特性确定：开大蒸汽阀V1，釜温升高，KP10；开大冷却水阀V2，釜温下降，KP20。4-控制器正反作用选择，根据稳定运行准则，KC0，即选择反作用控制器。5-控制过程分析：假设控制器为比例控制作用。反应初期，釜内温度较低，釜温工作点位于图中A点，反作用控制器输出增加，应开大蒸汽控制阀V1，直到反应开始放热。反应进行过程中应移走反应热，假设釜温工作点位于图中B点，则反作用控制器输出减少，逐渐开大冷却水控制阀V2，使反应釜温度恒定。因此，该控制系统应选用气关-气开导向分程控制。4.3.3.3分程控制的特点分程控制的特点不只是系统中有两个以上的执行器，更主要的是每个控制阀在控制器输出信号的某段范围内（气动的或电动的信号）能进行全行程动作，即全开全关或全关全开；否则就不是分程控制系统。4.3.3.3分程控制的特点一个控制器控制两个阀门的控制系统有哪些？4.3.3.3分程控制的特点PCVPCV1V2SPSP一个控制器控制两个阀门的控制系统有哪些？4.3.3.3分程控制的特点热水蒸汽冷凝液冷流体一个控制器控制两个阀门的控制系统有哪些？分程控制系统与双重控制系统的比较热水蒸汽冷凝液冷流体TC_控制器控制阀A对象检测变送控制阀BPCVPCV1V2SPSP双重控制系统主控制器主控制阀变送器R1(s)双重控制系统等效框图副控制器副控制阀对象R2(s)u2y1y2/u1yGc1(s)R1(s)Gc2(s)Go2(s)R2(s)u2y1y2Gc1(s)双重控制系统框图分程控制系统分程控制系统与双重控制系统的比较热水蒸汽冷凝液冷流体TC_控制器控制阀A对象检测变送控制阀B分程控制系统选择性控制系统4.3.3.4设计与应用从结构上看：分程控制系统本质上是属单回路控制系统。因此，单回路控制系统的设计原则全适用于分程控制系统的设计。但是，与单回路控制系统相比，分程控制系统的主要特点是分程调节阀多，所以，在系统设计方面亦有一些不同之处。1、分程信号的确定在分程控制中，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个区段，哪一区段信号控制哪一个调节阀工作等，完全取决于工艺要求。2、调节阀特性的选择（1）根据工艺需要选择同向工作或异向工作的调节阀。（2）流量特性的选择。分程控制系统把两个调节阀作为一个调节阀使用时，要求从一个调节阀向另一个调节阀过渡时，其流量变化要平滑。由于两个调节阀的增益不同，存在着流量特性的突变，对此必须采取相应的措施。2、调节阀特性的选择#对于线性流量特性的调节阀，只有当两个阀的流通能力很接近时，两阀衔接成直线，才能应用于分程控制系统。#对于对数流量特性调节阀，需通过两个调节阀分程信号部分重叠的方法，使调节阀特性衔接成线性化，达到平滑过渡。流量特性的选择（3）调节阀的泄漏量调节阀泄漏量大小是分程控制系统设计和应用中的一个十分重要的问题，必须保证在调节阀全关上时，不泄漏或泄漏极小。若大阀的泄漏量接近或大于小阀的正常调节量时，小阀就不能发挥其应有的控制作用，甚至不能起控制作用。3、调节器控制规律的选择与参数整定由上所述，分程控制系统属于单回路控制系统，有关调节器控制规律的选择及系统参数整定，可以参照前述单回路控制系统处理。但是分程控制中的两个控制通道特性不会完全相同，所以在系统运行中只能采用互相兼顾的办法，选取一组较为合适的整定参数值。重点与难点了解分程控制的工作原理与系统结构掌握分程控制系统的应用，并能对控制系统进行分析和设计