分程控制系统

1、分程控制系统简介2、分程控制系统的类型3、分程控制系统的应用1、分程控制系统简介分程控制是由一台控制器输出控制信号，分段控制两台或者两台以上的调节阀，以满足某些控制要求。典型的分程控制系统如图所示控制器输出到调节阀上的信号范围为4~20mADC(对于电动仪表)或20~100kPa(对于气动仪表)，将这个输出信号范围分成多个区间，每个信号区间对应于一台调节阀，每个调节阀在其信号区间里全行程工作，即信号区间的两端分别对应于调节阀的全开和全关。分程控制系统信号分段一般是在调节阀的阀门定位器上实现的。改变阀门定位器的量程和零点，就可以改变阀门定位器的输出范围。如果在分程控制系统中采用两台分程阀，如图1-1所示，要求A阀的信号区间为4~12ma，B阀的信号区间为12~20ma。通过调整两台调节阀上的阀门定位器，使A阀在4~12ma的输入信号下走完全行程，使B阀在12~20ma的输入信号下走完全行程。当控制器输出信号小于12ma时，只有A阀随信号的变化改变开度，B阀的开度不变；控制器输出信号超过12ma时，A阀的开度不变，B阀的开度随信号的变化而变化。分程控制类型在采用两个调节阀的分程控制系统中，根据调节阀的气开、气关形式，可以划分为同向动作和异向动作两类。分程阀同向或异向动作的选择，完全由生产工艺的需要来确定。图1-2为同向调节阀的分程动作过程。其中，图(a)表示两个调节阀均为气开阀。随着控制器输出信号从4ma增大到12ma时，A阀从全关逐渐打开到全开，B阀不动；信号从12ma继续增大到20ma时，A阀保持全开，B阀从全关逐渐打开到全开。图(b)表示两个调节阀均为气关阀。随着控制器输出信号为4~12ma范围时，A阀从全开到全关，B阀为全开；信号为12~20ma时，A阀保持全关，B阀从全开逐渐打开到全关。图1-3为异向调节阀的分程动作过程，即随着控制器输出信号的增大或减小调节阀开大，另一个调节阀则关小。分程控制系统的应用分程控制系统主要有以下几个方面的应用(1)用于扩大调节阀的可调范围，满足不同负荷下的控制要求。当生产负荷变化较大时，要求有较大范围的流量变化，但是调节阀的可调范围是有限制的，只用一个调节阀满足不了流量大范围变化的要求，这时可采用两个调节阀并联安装的分程控制方案.(2)增加控制手段，控制多种不同介质，以满足工艺生产的要求工艺上有时需要用两种或两种以上的介质来控制个被控变量，比较典型的就是反应器的温度控制反应物进入反应器后，为了启动反应，往往需要在反应开始前给反应器加热，一旦达到反应温度，反应就开始进行并释放出大量的热，为了使反应稳定、持续地进行下去，这些热量必须及时带走。因此，在这种情况下，既要考虑反应前的预热问题，又要考虑反应过程中带走热量的问题。在图1-5所示的串级加分程控制系统中，利用A、B两台调节阀，分别控制冷水与蒸汽两种不同介质，以满足工艺上需要冷却和加热的不同需要。该系统的工作过程如下在化学反应开始前的升温阶段，由于反应器内部温度小于要求的反应温度，控制器输出值较大(大于12ma)，因此冷却水阀A关闭，蒸汽阀B打开，由蒸汽在换热器中给循环水加热，再由加热后的循环水进入反应器夹套为反应物加热，使反应物温度慢慢升高。当反应物温度达到反应温度时，化学反应开始随着反应热的不断释放，反应器内部温度将逐渐升高，控制器的输出逐渐减小。在此过程中，B阀逐渐关闭。待控制器输出小于12ma后，B阀全关，A阀则逐渐打开，夹套中的热水逐渐被冷却水所取代，反应产生的热就不断被冷水所带走，从而达到维持一定的反应温度的目的。本应用中，冷水阀A为气关阀，蒸汽阀B为气开阀主、副控制器都选反作用。(3)确保生产状态和事故状态的安全在各类石油化工装置中，有许多存放各种油品或石油化工产品的贮罐。这些油品或石油产品不宜与空气长期接触，以避免被空气中的氧气氧化而变质，甚至引起爆炸。为此，常采取在罐顶充情性气体N2的方法，以隔绝油品与空气，这种做法称之为氮封。氮封贮罐要求贮罐内氮气压力保持微正压。当贮罐中的物料量发生增减时，氮封压力将随之变化，需要及时进行控制，以免贮罐变形。为了维持氮封压力，可采用如图1-6所示的分程控制方案。在该系统中，当贮罐压力升高时，测量值将大于给定值，压力控制器PC的输出下降，A阀关闭，而B阀将打开，通过放空泄出多余的氮气，使贮罐内的压力降下来。当贮罐内压力降低时，控制器输出增大，此时B阀将关闭而A阀将打开，于是氮气被补入贮罐，达到提高贮罐的压力的目的。为了防止贮罐中压力在给定值附近变化时A、B两阀的频繁动作，可在两阀信号交接处设置一个不灵敏区，即将B阀的信号区间设为4~11.5ma，A阀的信号区间设12.5-20ma反当控制器输出压力在11.5~12.5ma范围内时，A、B两阀都处于全关位置。因为有了这个不灵敏区，控制过程趋于缓慢，系统更为稳定。在上述系统中，进气阀A为气开阀，放空阀B为气关阀，压力控制器PC为反作用。分程控制中的几个问题(1)分程控制对阀门的泄漏等级要求较高，当分程控制的目的是为了扩大调节阀的可调范围、提高系统控制质量时尤为重要。当大小两个阀门并联工作时，如果大阀的泄漏量较大时，小阀在小开度时将起不到控制作用。(2)要正确选择调节阀流量特性。在分程控制系统中，存在着控制作用从一个调节阀向另一个调节阀的过渡。如果各阀的流通能力相差较大，那么在分程点处将出现流量的突变这在大小调节阀并联时尤其突出。解决的办法是：如果要求分程控制的总体流量特性为直线，且总的可调范围不太大，可使用两个流通能力相同的线性阀门；如果要求总的可调范围较大，则可使用两个等百分比的阀门。(3)分程控制系统本质上是简单控制系统，因此控制器的选择和参数整定，可参照简单控制系统处理。但是，当用于控制不同介质时，两个控制通道特性差异较大，控制器参数不能同时满足两个不同对象特性的要求，可以通过修改分程点位置，以改变两个控制通道的放大倍数的办法加以改进，否则只能根据正常情况下使用的阀门来整定控制器的参数，对使用另一台阀门时的操作要求，只要能在工艺允许的范围内即可。