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1、课堂提问：选择控制,图示为锅炉燃烧控制系统，已知控制阀为“气开”式。现为了防止阀后压力过高造成脱火，需增加阀后压力的选择控制。试设计选择控制系统。,9 分程与阀位控制系统,本讲主要内容,分程控制的特点与适用场合；分程区间的确定方法；阀位控制的概念与设计方法。,9.1 分程控制系统,9.1.1 概述9.1.2 分程控制的应用场合9.1.3 分程控制系统的设计与控制器 参数的整定,9.1.1 概述,分程控制系统：一台控制器的输出可以同时控两只或两只以上的控制阀，控制器的输出被分割成若干个信号范围段，而由每一段信号去控制一只控制阀。分程控制的实现：分程控制系统中控制器的输出信号分段是由附设在控制阀上
2、的阀门定位器来实现的。,分程控制目的：,（1）扩大控制阀的可调范围，以改善控制品质。（2）为了满足工艺操作的特殊需要。,分程控制系统就控制阀的开闭形式分为两类：,（A）两个控制阀同向动作,（B） 两个控制阀异向动作,9.1.2 分程控制的应用场合,一、扩大控制阀的可调范围，改善控制品质。,蒸汽减压系统分程控制方案,设：A、B两阀最大流通能力Cmax均为100，可调范围R为30。 R = Cmax/Cmin、 Cmax = CAmax+CBmax = 2Cmax = 200 Cmin = Cmax/R = 3.33 R= Cmax/Cmin = 200/3.33 = 60,结论：采用两只流通能力
3、相同的控制阀构成分程控制系统，其控制阀可调范围比单只控制阀进行控制时的可调范围扩大一倍。控制阀的可调范围扩大了，可以满足不同生产负荷的要求，而且控制的精度提高，控制质量得以改善。生产的稳定性和安全性也可进一步得以提高。,二、用于控制两种不同的介质，以满足工艺生产的要求,间歇反应器的工作原理：1.按要求配比好原料并放入反应器，开始时温度达不到反应要求，需对其通以蒸汽加热，诱发化学反应；2.当达到反应温度并开始反应后，会产生大量的反应热，需及时地移走热量，否则会因温度过高而发生危险。,图 间歇式化学反应器分程控制系统,1.反应开始前升温阶段T测给定值TC B阀（B阀全关时）A阀 T，冷却水把反应热
4、带走，使反应釜温度恒定，反应继续进行。,FVA：气闭FVB：气开TC：反作用,3、用作生产安全的防护措施。,分析：A阀（充N2）采用气开式，B阀（放空）为气闭式，控制器为反作用。（1）向油罐注油时PPCA阀全关、B阀开P；（ 2）从油罐抽油时PPCB阀全关、A阀开P。,油品储罐N2封分程控制系统,9.1.3 分程控制系统的设计与控制器参数的整定,一、分程控制系统的设计1.确定控制阀的开、闭型式： 从生产安全的角度考虑。2.决定分程区域： 根据生产的要求和工艺的特点来考虑。3.控制器的正反作用和控制规律： 与单回路控制系统一样。,a）控制阀A、B应选气开阀，则控制器应为反作用。,b）由于A、B阀
5、一般为同口径或相近口径，所以分程区域可以等分。,1、控制阀的开闭形式与分程区间的确定,a） A阀应选气闭阀，则控制器应为反作用， B阀应选气开。,b）分程区域：为了保证安全，不使反应器温度过高，能源中断时冷水阀应该打开，所以A阀应在小信号段，B阀在高信号段。,a）控制阀A应选气开阀，则控制器应为反作用， B阀应选气闭。,b）分程区域：为了保证安全，不使贮罐压力过高，能源中断时氮气阀A应该关闭，放空阀B打开，所以B阀应在小信号段，A阀在高信号段。,关于A、B两阀的分程区域的进一步讨论,对于氮封分程控制系统而言，若把A、B两阀的分程区域交换，虽然它们能组成负反馈控制，但控制系统是不经济的和不合理的
6、。分程区域中存在的间歇区，可以避免两阀的频繁开闭，以有效地节省氮气。因为一般地贮罐顶部空隙较大，压力对象时间常数大，而压力控制的精度要求不高，存在一个间歇区是允许的。,二、控制器参数的整定,分程控制系统有两只控制阀，如对象特性比较接近、控制阀也相同时，可按单回路系统一样来整定某一回路的控制器参数；若两个通道的特性不一样，相差很大，可采取折衷的办法，选择一组合适的控制器参数，使之能兼顾两个通道特性。前述的蒸汽减压控制系统和氮封压力控制系统，它们的通道特性和控制阀特性比较接近，而间歇式反应器两个通道特性差距很大。,9.1.4 分程阀总流量特性的改善,问题：两只流通能力不相同的控制阀构成分程控制，从
7、组合后的流量特性来看，交接处流量的变化并不是平滑的。解决方法：连续分程法（例1和例2）间隔分程法,9.2 阀位控制系统,9.2.1 概述9.2.2 阀位控制系统的应用9.2.3 阀位控制系统的设计及整定,操纵变量选择原则的核心问题： 所选的操纵变量既要考虑到它的经济性和合理性， 又要考虑到它的快速性和有效性。存在问题： 在有些情况下所选择的操纵变量很难做到两者兼顾。解决办法： 阀位控制系统就是在综合考虑操纵变量的快速性、有效性和经济性、合理性基础上发展起来的一种控制系统。,9.2.1 概述,在控制系统中选用了两个操纵变量A和B，其中操纵变量A从经济性和工艺的合理性考虑比较合适，但对克服干扰的影
8、响不够及时、有效。操纵变量B的快速性、有效性较好，即克服干扰比较迅速、及时，但经济性、合理性差。这两个操纵变量分别由两只控制器来控制。操纵变量B由主控制器C1控制，控制操纵变量A的为阀位控制器C2。主控制器的给定值即产品的质量指标，阀位控制器的给定值是操纵变量B管线上控制阀的阀位。阀位控制系统也因此而得名。,阀位控制系统结构原理图,9.2.2 阀位控制系统的应用,一、管式加热炉原油出口温度控制,将操纵变量A和B有机地结合起来，却能达到提高控制质量的效果。,选用燃料气（油）作为操纵变量A是经济的和合理的，然而它对克服外界干扰的影响却不及时。操纵变量B对原油的出口温度十分及时、有效，然而从工艺考虑
9、是不经济的（增加能耗）。,（2）蒸汽减压系统压力控制,4.0MPa的中压蒸汽减压成0.3MPa的低压蒸汽，一般使用中压蒸汽经过起节流作用的控制阀VB就可以了。但是这样做不经济。如果将中压蒸汽通过中压透平后转为低压蒸汽，则可使透平做功，使能量得到有效的利用。,系统中，PC为主控制器，它的输出同时作为阀VB的控制信号，又作为阀位控制器VPC的测量信号，控制阀VA由阀位控制器进行控制，而阀位控制器的给定值r则决定着阀VB的开度（通常设置r值都是一个较小的值）。,9.2.3 阀位控制系统的设计及整定,（1）操纵变量的选择 要从经济性、合理性和快速性、有效性两个不同的角度考虑选择A、B两个操纵变量。其中
10、操纵变量A着重考虑它的经济和合理性，而操纵变量B则着重考虑它的快速性和有效性。（2）控制阀开闭形式的选择 与单回路系统介绍的方法相同。,（3）控制器规律及正反作用,控制器规律的选择 主控制器是控制产品的质量指标的，因此一般情况下主控制器应选用比例积分控制器。但当对象时间常数较大时，则可选用比例积分微分控制器。阀位控制器的作用是使控制阀处于一个固定的小开度上，因此控制阀应选比例积分作用。控制器正反作用的选择 原则：闭环回路各环节放大倍数的符号乘积必须为负。,现以管式炉原油出口温度阀位控制为例加以说明,A阀：气开B阀：气开,TC：正作用,VPC：反作用,-,蒸汽减压系统压力控制,A阀：气开B阀：气开,PC：反作用,VPC：正作用,-,（4）阀位控制系统的整定,1.在阀位控制器处于手动情况下，按单回路系统整定方法整定主控制器的参数。 2. 将整定好的主控制器参数放好，使主控制器处于自动状态，然后按单回路系统整定方法整定阀位控制器的参数。,常规过程控制系统小结,用于改善控制系统性能的常规过程控制系统（1）串级控制系统；（2）前馈控制系统；（3）变增益/变比值控制系统。用于满足工艺特定需要的常规过程控制系统（1）均匀控制系统；（2）比值控制系统；（3）分程控制系统；（4）阀位控制系统；（5）选择性控制系统。,练习题,
