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1、2020 5 31 1 2 5分程控制系统和阀位控制系统 2 5 1分程控制系统 1 基本原理 在工业生产过程中 有时会遇到一个控制器去操纵几只阀门 并按输出信号的不同区间操作不同的阀门 这样的控制系统叫做分程控制系统 要求 釜内温度维持在一定范围反应开始需要加热升温 到反应开始趋于剧烈时 釜内温度升高 需要冷却降温 可采用一个温度控制器去同时操纵两个阀门 蒸汽和冷水阀 根据控制器输出的不同区间操纵不同的执行机构 分程控制 釜式间歇聚合反应器的温度控制 冷水 2020 5 31 2 2 分程控制系统的实施 借助每个执行器上的阀门定位器 通过调整A B两阀的全行程动作范围实现的 如 分别对应在4
2、 12mA和12 20mA 当控制器的输出小于12mA时 A阀动作 B阀不动 当信号大于12mA时 A阀至极限 B阀动作 2020 5 31 3 3 分程控制的作用 1 扩大控制阀的可调范围 使得在小流量时更精确的控制 阀的可调范围 表明控制阀执行规定特性运行的有效范围 定义为 国产调节阀的可调范围一般为30 如工业废水处理可调范围1000 此时可以通过分程满足工艺要求 如图 一般情况下足己满足要求 但有些场合对可调范围要求特别大 阀的泄漏量为 采用分程控制后 2020 5 31 4 2 用于满足工艺上操作的特殊要求 如图所示的间歇聚合反应器控制 开始加热升温 引发反应 等反应开始后 由于是放
3、热反应 反应逐渐加剧 温度越来越高 因此需要降温冷却 采用分程控制 利用温度控制器输出信号的不同区间分别控制这两只不同的阀门 2020 5 31 5 确定阀的气开 气关型式 为避免气源中断时造成反应温度过高 蒸汽阀选择气开式 冷水阀选气关式 温度控制取反作用 根据工艺要求 当温度偏高时 先关小蒸汽再开大冷水 温度控制器为反作用 温度升高输出信号下降 信号下降时先关小蒸汽 再开大冷水 蒸汽阀的分程为0 06 0 1MPa 冷水0 02 0 06MPa 决定分程区间 2020 5 31 6 工艺要求保持贮罐内呈微正压 当罐内料位变化 将引起罐顶压力变化 应及时控制 例2罐顶氮封分程控制炼油厂 化工
4、厂成品油化工产品贮罐为避免与空气中的氧气接触氧化 常采用罐顶充氮气的办法 PT PC 气开阀 气关阀 排空 反作用 针对罐顶空隙较大 气体压力对象时间常数大 罐顶压力控制要求不高的实际情况 设计间歇区间 避免两只阀的频繁开闭 2020 5 31 7 4 分程控制的组合形式 根据分程控制系统中控制阀的形式 分程控制系统可分为 2020 5 31 8 2 5 2阀位控制 VPC 系统 在生产中 有两个 或多个 变量均能影响同一个受控变量 但具有良好动态性能的变量 其静态性能 指工艺上的某些性能 却是低劣的 从提高受控变量控制品质的角度应采用动态性能好的变量 但从稳态优化的角度却是不适合的 为协调矛
5、盾 可采用包括阀位控制系统在内的复合控制系统 例1加热炉温度控制 节能 受控变量 物料出口温度 动态分析 旁路阀VA控制通道滞后小 控制及时 节能分析 旁路阀全关最节能 两种冷热不同流体混合过程不可逆 易造成损失 节能复合控制方案 2020 5 31 9 组成 两个回路 主回路 温变 温控 VA及对象 受控变量 出口温度 良好的动态品质 副回路 阀位控制器VPC VB 及对象 受控变量 VA阀位 其设定值对应VA较小开度 如10 控制器采用大比例度和大积分时间 使具有缓慢的控制动作 以保证系统稳定时 VA处于小开度 节能 2020 5 31 10 两回路的工作频率差异很大 作粗略分析时 讨论主回路时可将副回路看成开路 讨论副回路时 可将主回路中的某些快速环节的动态滞后忽略 例2反应釜温度控制与冷水相比 冷冻盐水的影响滞后小 有良好的动态性能 但价格较冷水昂贵 正常工况下 要求通过阀位控制器的调整使之处于小流量 而当干扰使温度突然升高时 快速打开盐水阀 2020 5 31 11 结论 从结构看 分程控制系统和阀位控制系统都具有多个控制变量和单个受控变量 从控制要求看 分程控制要求各个控制变量接替工作 阀位控制要求被选作辅助变量的阀位在稳态时处于某个较小 或较大 值上 以满足另外指标优化的要求
