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1、过程控制系统及工程 信息学院自动化系：孙洪程 Email:Sunhc 第7章 分程及阀位控制系统 分程及阀位控制系统分程及阀位控制系统 7.17.1 分程控制系统分程控制系统 7.27.2 阀位控制系统阀位控制系统 第第 7 7 章章 7.17.1分程控制系统分程控制系统 概述概述7.1.1 7.1.1 控制器输出在控制器输出在0.06Mpa0.06Mpa以下，只有阀以下，只有阀A A动作，在动作，在0.06Mpa0.06Mpa 以上，只有阀以上，只有阀B B动作动作 一个控制器控制几个控制阀一个控制器控制几个控制阀输出信号分段输出信号分段“ “分程控制分程控制” ” 如，控制两个阀如，控制两
2、个阀A A、B B A A阀控制信号阀控制信号:0.020.06Mpa:0.020.06Mpa B B阀控制信号阀控制信号:0.060.1Mpa:0.060.1Mpa A A：0.020.06Mpa 0100%0.020.06Mpa 0100% B B：0.060.1Mpa 0100%0.060.1Mpa 0100% 根据各阀的气开、气闭形式不同，决定阀的行程方向根据各阀的气开、气闭形式不同，决定阀的行程方向 两阀同向两阀同向 动作动作 两阀异向两阀异向 动作动作 概述概述7.1.1 7.1.1 通过阀门定位器调整通过阀门定位器调整 0100%100%0 0100%0100% 分程控制的应用场
3、合分程控制的应用场合7.1.2 7.1.2 （1 1）扩大控制阀可调范围：）扩大控制阀可调范围： 两个阀分程使用，扩大了流通能力两个阀分程使用，扩大了流通能力 PC 两个流通能力相同的阀，两个流通能力相同的阀， 同调节蒸汽压力，小负荷时同调节蒸汽压力，小负荷时 ， 只开一个阀，大负荷时，只开一个阀，大负荷时， 再开第再开第2 2个阀。个阀。 通过计算，如果两个阀流通通过计算，如果两个阀流通 能力相同，分程后，能力相同，分程后， 总的流通能力扩大总的流通能力扩大1 1倍。倍。 A.O A.O 例： 假定系统中所采用的A、B两只控制阀最大流通能力Cmax均 为100，可调范围R为30。由于控制阀的
4、可调范围为： R=Cmax/Cmin Cmin=Cmax/30=3.33 当采用两只控制阀组成分程控制时，最小流通能力不变，而 最大流通能力应是两阀都全开时的流通能力，即： C maxCAmax十CBmax2Cmax200 因此A、B两只控制阀构成分程控制时，两阀组合后的可调范围 应是： R=60 分程控制的应用场合分程控制的应用场合7.1.2 7.1.2 （1 1）扩大控制阀可调范围：）扩大控制阀可调范围： 分程控制的应用场合分程控制的应用场合7.1.2 7.1.2 （2 2）同时控制两种介质，满足工艺要求）同时控制两种介质，满足工艺要求 图74 间歇式化学反应器分程控制系统 TC A B
5、A.C A.O A B 工艺要求：投料后，需由蒸汽加温，以达到反应温度，工艺要求：投料后，需由蒸汽加温，以达到反应温度， 反应进行后，放出热量，需要将热量移走。反应进行后，放出热量，需要将热量移走。 两个控制阀：冷水阀两个控制阀：冷水阀A A（气关）、蒸汽阀气关）、蒸汽阀B B（气开）气开） 安全角度设置安全角度设置 温度控制器温度控制器TCTC（反作用）反作用）副反馈要求副反馈要求 T设定值，设定值，TCTC输出减小输出减小A A阀逐渐打开、阀逐渐打开、B B阀关闭阀关闭 分程控制的应用场合分程控制的应用场合7.1.2 7.1.2 （2 2）同时控制两种介质，满足工艺要求）同时控制两种介质，
6、满足工艺要求 加氮阀加氮阀A A、放空阀放空阀B B，控制两个阀，共同保持储罐氮封压力控制两个阀，共同保持储罐氮封压力 为了防止在分程点两个阀频繁动作，可以设置一个死区为了防止在分程点两个阀频繁动作，可以设置一个死区 分程控制的应用场合分程控制的应用场合7.1.2 7.1.2 （3 3）安全生产的防护措施）安全生产的防护措施 图图7-6 7-6 油品储罐氮封分程控制油品储罐氮封分程控制 PC B A BA 放空 氮 A.C A.O 11.6 12.4 分程控制器参数整定分程控制器参数整定7.1.3 7.1.3 控制器 A阀 B阀 变送器 对象 1 1、3 3例子两个阀通道相同，若阀的特性也相同
7、，按一个阀通道整定即可例子两个阀通道相同，若阀的特性也相同，按一个阀通道整定即可 A阀 变送器 反应 B阀 控制器 2 2例子两个阀通道不相同，只能折中例子两个阀通道不相同，只能折中 换热 分程阀流量特性问题分程阀流量特性问题7.1.4 7.1.4 两个流通能力不同的阀，组合后的流量特性就成为了非线性，两个流通能力不同的阀，组合后的流量特性就成为了非线性， 在分程点有一个转折，不平滑在分程点有一个转折，不平滑 100% 0 0.020.06 0.1 0.020.060.1 图711 A、B分程阀特性 图712 A、B分程阀组合特性 分程阀流量特性问题分程阀流量特性问题7.1.4 7.1.4 （
8、1 1）连续分程法：）连续分程法： 寻找总的流量特性曲线，再确定分程点寻找总的流量特性曲线，再确定分程点 例例1 1 线性阀线性阀 FFmaxKl十Kl 例例2 2 等百分比阀等百分比阀 分程阀流量特性问题分程阀流量特性问题7.1.4 7.1.4 （1 1）连续分程法：）连续分程法： 缺点：如果两个阀的流通能力相差很大时，会有一个阀的缺点：如果两个阀的流通能力相差很大时，会有一个阀的 分程信号变得非常小，调节困难。分程信号变得非常小，调节困难。 分程阀流量特性问题分程阀流量特性问题7.1.4 7.1.4 （2 2）间隔分程法：）间隔分程法： 事先确定分程点，再分别作出各自的流量曲线，事先确定分
9、程点，再分别作出各自的流量曲线， 如果在分程点流量特性突变较小，可把突变部分信号去掉如果在分程点流量特性突变较小，可把突变部分信号去掉 7.27.2阀位控制系统阀位控制系统 概述概述7.2.1 7.2.1 控制某个过程参数时，操纵变量的选择不是唯一的控制某个过程参数时，操纵变量的选择不是唯一的 操纵变量选择的原则：经济性和工艺合理性、快速性操纵变量选择的原则：经济性和工艺合理性、快速性 和有效性和有效性 有些情况，两者不能兼顾有些情况，两者不能兼顾 变量变量A A：经济合理经济合理 变量变量B B：快速有效快速有效 综合考虑综合考虑阀位控制系统阀位控制系统 C1C1主控制器，控制主控制器，控制
10、B B C2C2阀位控制器，控制阀位控制器，控制A A C2 C1 F A B 例例1 1： 阀位控制系统的应用阀位控制系统的应用 7.2.27.2.2 原油加热炉出口温度控制原油加热炉出口温度控制 TC 燃料 原油 TC VPC 原油出口温度控制系统 原油出口温度阀位控制系统 B A A.O A.O 例例1 1： 阀位控制系统的应用阀位控制系统的应用 7.2.27.2.2 原油加热炉出口温度控制原油加热炉出口温度控制 工作原理：工作原理： T TC输出VB T VPC输出 () VAT()T=Tsp VA处于某一新开度，VB处于VPC所设置的小开度 r TC VPC B A A.O A.O
11、A A：燃料量，经济合理，阀位控制器燃料量，经济合理，阀位控制器 B B：支管原油量，快速有效，主控制器支管原油量，快速有效，主控制器 T TC输出VB TVPC输出() VAT() 阀位控制系统的应用阀位控制系统的应用 7.2.27.2.2 TC VPC B A A.O A.O工作原理： 工作原理： 总结：干扰出现，由快速变量迅速使被控量回到给定，然后，干扰出现，由快速变量迅速使被控量回到给定，然后， 由经济变量调整，最终使快速变量回到原来值，而整个控制由经济变量调整，最终使快速变量回到原来值，而整个控制 任务都又经济量完成。任务都又经济量完成。 例例2 2： 阀位控制系统的应用阀位控制系统
12、的应用 7.2.27.2.2 蒸汽减压系统压力控制蒸汽减压系统压力控制 蒸汽减压系统低压总管压力阀位控制 工作原理：工作原理： P PC输出VB PVPC输出() VAP() VBVA VB由 r 确定 VA处于一新的开度 A.O B A VPC PC A.O 阀位控制系统的设计及整定阀位控制系统的设计及整定 7.2.27.2.2 （1 1）操纵变量的选择）操纵变量的选择 AA经济合理经济合理 BB快速有效快速有效 （2 2）控制阀开闭形式）控制阀开闭形式 与单回路相同与单回路相同 （3 3）控制器规律和正反作用）控制器规律和正反作用 主控制器：主控制器：PI PI（PID PID 对象时间常数大）对象时间常数大） 阀位控制器：阀位控制器：PI PI 阀位控制系统的设计及整定阀位控制系统的设计及整定 7.2.27.2.2 （4 4）参数整定）参数整定 根据总符号为根据总符号为“ “-”-”的原则的原则 R Gc GVB GCV GVA GOB GOA Y r 可视为两个彼此之间有联系的单回路系统来整定（与串级不同）可视为两个彼此之间有联系的单回路系统来整定（与串级不同） 第二步：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。 第一步：阀位控制器处于手动，按单回路系统整定方法整定 主控制器的参数。
