分程調(diào)節(jié)系統(tǒng)的類型及其設(shè)計(jì)

分程調(diào)節(jié)系統(tǒng)的類型及其設(shè)計(jì)作者：王翊北京石油化工設(shè)計(jì)院摘要：本文從分程控制系統(tǒng)的定義，類型及其應(yīng)用方面詳細(xì)闡述了分程調(diào)節(jié)系統(tǒng)的類型及其設(shè)計(jì)。本文還通過引入廣義對(duì)象的概念闡述了關(guān)于分程調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)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(jì)的幾個(gè)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(tái)控制器去操縱兩個(gè)或兩個(gè)以上的閥門，并且是按輸出信號(hào)的不同區(qū)間操作不同閥門。這種控制方式習(xí)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(jìn)行分程操作(二只閥門按0?50%、50%?100%進(jìn)行分程)通過計(jì)算機(jī)軟件編程的方式進(jìn)行分程調(diào)節(jié)，計(jì)算公式如下所示。比如PID輸出為u(t)(0?100%)無因次化后對(duì)應(yīng)：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(jìn)行分程操作通過配電器對(duì)4~20mA信號(hào)分區(qū)間，來調(diào)節(jié)兩個(gè)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(jìn)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(jìn)行分程操作通過閥門定位器對(duì)接收到的氣動(dòng)信號(hào)進(jìn)行按比例分程，可實(shí)現(xiàn)分程控制。其原理通過氣動(dòng)元件進(jìn)行分程。

圖3.異向分程0.02 0.06 0.10(MPa)三、從閥門角度對(duì)分程方式進(jìn)行分類圖3.異向分程0.02 0.06 0.10(MPa)1、 同向分程：同時(shí)采用氣開或者氣關(guān)閥門，通過不同的信號(hào)區(qū)間控制不同的閥門實(shí)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(hào)區(qū)間控制不同的閥門實(shí)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(yīng)用1)用于擴(kuò)大控制閥的可調(diào)范圍控制閥的一個(gè)非常重要的指標(biāo)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(yùn)行的有效范圍，可調(diào)比R計(jì)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(jí)為0.01%Cmax。舉例：分程控制用于擴(kuò)展可調(diào)范圍時(shí)總是采用兩只同向動(dòng)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(dāng)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(gè)閥門組合在一起的可調(diào)范圍將擴(kuò)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(yīng)器的控制配好物料后，開始加蒸汽加熱，反應(yīng)被引發(fā)開始后，需關(guān)蒸汽閥，開冷水閥，迅速移走反應(yīng)熱，以免發(fā)生事故。同一參數(shù)需要操縱兩個(gè)不同用途的閥門，故采用分程控制?！x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。▲選擇分程區(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(chǔ)罐氮封分程控制實(shí)現(xiàn)氮封的技術(shù)要求是：始終保持儲(chǔ)罐內(nèi)的氮?dú)鈮何⒘空龎?。?dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)儲(chǔ)存物料量增減時(shí)，將引起罐頂壓力的升降，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行控制。否則，將使儲(chǔ)罐變形，更有甚者，會(huì)將儲(chǔ)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(jì)需要注意的幾個(gè)問題閥的泄露量對(duì)同向分程擴(kuò)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(huì)造成小閥門調(diào)節(jié)對(duì)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(dá)到效果。接點(diǎn)處的流量特性的突變對(duì)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(duì)來說突變小一些。異向調(diào)節(jié)時(shí)對(duì)死區(qū)的使用在異向分程系統(tǒng)中，由于存在兩個(gè)調(diào)節(jié)閥的接點(diǎn)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(duì)象的時(shí)間常數(shù)足夠大，允許死區(qū)的存在，在死區(qū)中不會(huì)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(duì)同向分程由于控制對(duì)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(duì)異向分程不同分程閥門調(diào)節(jié)的對(duì)象是不同的，所以有可能針對(duì)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(shí)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(gè)調(diào)節(jié)閥，而且兩個(gè)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(jìn)行正反作用的選擇。所以這里面定義廣義對(duì)象的概念（G’）廣義對(duì)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(duì)氮?dú)饷芊庀到y(tǒng)，采用廣義對(duì)象可如下考慮：調(diào)節(jié)器輸出增大（根據(jù)分程空間圖），