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1、过程控制系统及工程第第7 7章章 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分程及阀位控制系统7.17.1 分程控制系统分程控制系统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阀位控制系统阀位控制系统 第第7章章7.17.1分程控制系统分程控制系统分程控制系统分程控制系统概述概述概述概述7.1.17.1.1控制器输出在控制器输出在控制器输出在控制器输出在0.06Mpa0.06Mpa以下，只有阀以下，只有阀以下，只有阀以下，只有阀A A动作，在动作，在动作，在动作，在0.06Mpa0.06Mpa以上，只有阀以上，只有阀以上，只有阀以上，只有阀B B动作动作动作动作
2、一个控制器控制几个控制阀一个控制器控制几个控制阀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输出信号分段输出信号分段“ “分程控制分程控制分程控制分程控制” ” 如，控制两个阀如，控制两个阀如，控制两个阀如，控制两个阀A A、B B A A阀控制信号阀控制信号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阀控制信号阀控制信号:0.060.1Mpa:0.060.1MpaA A：0.020.06Mpa 0100%0.020.06Mpa 0100%B B：0.060.1Mpa 0100%0.060.1Mpa 0100% 根
3、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 两阀同向两阀同向两阀同向两阀同向动作动作动作动作 两阀异向两阀异向两阀异向两阀异向动作动作动作动作 概述概述概述概述7.1.17.1.1通过阀门定位器调整通过阀门定位器调整通过阀门定位器调整通过阀门定位器调整 0100%100%00100%0100%分程控制的应用场合分程控制的应用场合分程控制的应用场合分程控制的应用场合7.1.27.1.2 （1 1）扩大控制阀可调范围：）扩大控制阀可调范围：）扩大控制阀可调范围
4、：）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，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，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，只开一个阀，大负荷时，只开一个阀，大负荷时，再开第再开第再开第再开第2 2个阀。个阀。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
5、，能力相同，分程后，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总的流通能力扩大总的流通能力扩大1 1倍。倍。倍。倍。 A.OA.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。由于控制阀的可调范围为： R=Cmax/CminCmin=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分程控制的应用
6、场合分程控制的应用场合7.1.27.1.2（1 1）扩大控制阀可调范围：）扩大控制阀可调范围：）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分程控制的应用场合分程控制的应用场合7.1.27.1.2（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）同时控制两种介质，满足工艺要求）同时控制两种介质，满足工艺要求图图74 间歇式化学反应器分程控制系统间歇式化学反应器分程控制系统 TCABA.CA.OAB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，工艺要求：投料后，需由蒸汽加温，以达到反应温度
7、，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。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。 两两两两个个个个控控控控制制制制阀阀阀阀：冷冷冷冷水水水水阀阀阀阀A A（气气气气关关关关）、蒸蒸蒸蒸汽汽汽汽阀阀阀阀B B（气气气气开开开开）安全角度设置安全角度设置安全角度设置安全角度设置 温度控制器温度控制器温度控制器温度控制器TCTC（反作用）（反作用）（反作用）（反作用）副反馈要求副反馈要求副反馈要求副反馈要求 TTT设定值，设定值，设定值，设定值，TCTC输出减小输出减小输出减小输
8、出减小A A阀逐渐打开、阀逐渐打开、阀逐渐打开、阀逐渐打开、B B阀关闭阀关闭阀关闭阀关闭 分程控制的应用场合分程控制的应用场合分程控制的应用场合分程控制的应用场合7.1.27.1.2（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）同时控制两种介质，满足工艺要求）同时控制两种介质，满足工艺要求加氮阀加氮阀加氮阀加氮阀A A、放空阀、放空阀、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，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
9、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分程控制的应用场合分程控制的应用场合7.1.27.1.2（3 3）安全生产的防护措施）安全生产的防护措施）安全生产的防护措施）安全生产的防护措施图图图图7-6 7-6 油品储罐氮封分程控制油品储罐氮封分程控制油品储罐氮封分程控制油品储罐氮封分程控制PCBABA放空放空氮氮A.CA.O11.6 12.4分程控制器参数整定分程控制器参数整定分程控制器参数整定分程控制器参数整定7.1.37.1.3控制器控制器A阀阀B阀阀变送器变送器对象对象1 1例子
10、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阀阀 变送器变送器反应反应 B阀阀控制器控制器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，只能折中换热换热分程控制器参数整定分程控制器参数整定分程控制器参数整定分程控制器参数整定7.1.37.1.3控制器控制器阀阀A阀阀B变送器变送器对象对象A3 3例子，例子，例子，例子，A A通道为充氮流量
11、对储油罐压力影响的通道，符号为通道为充氮流量对储油罐压力影响的通道，符号为通道为充氮流量对储油罐压力影响的通道，符号为通道为充氮流量对储油罐压力影响的通道，符号为+ +； B B通道为放空流量对储油罐压力影响的通道，符号为通道为放空流量对储油罐压力影响的通道，符号为通道为放空流量对储油罐压力影响的通道，符号为通道为放空流量对储油罐压力影响的通道，符号为- - ； 阀阀阀阀A A为气开阀，符号为为气开阀，符号为为气开阀，符号为为气开阀，符号为+ +； 阀阀阀阀B B为气闭阀，符号为为气闭阀，符号为为气闭阀，符号为为气闭阀，符号为- - ； 根据两个通道都要形成负反馈，所以控制器为反作用。根据两个
12、通道都要形成负反馈，所以控制器为反作用。根据两个通道都要形成负反馈，所以控制器为反作用。根据两个通道都要形成负反馈，所以控制器为反作用。 若两个阀的特性相同，按一个阀通道整定即可。若两个阀的特性相同，按一个阀通道整定即可。若两个阀的特性相同，按一个阀通道整定即可。若两个阀的特性相同，按一个阀通道整定即可。对象对象B分程阀流量特性问题分程阀流量特性问题分程阀流量特性问题分程阀流量特性问题7.1.47.1.4两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，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
13、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%00.020.060.10.020.060.1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分程阀流量特性问题分程阀流量特性问题7.1.47.1.4（1 1）连续分程法：）连续分程法：）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，再确定分程点例例例例1 1 线性阀线性阀线性阀线性阀FFmaxKl十Kl 例
14、例例例2 2等百分比阀等百分比阀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分程阀流量特性问题分程阀流量特性问题7.1.47.1.4（1 1）连续分程法：）连续分程法：）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分程阀流量特性问题分程阀流量特性问题
15、7.1.47.1.4（2 2）间隔分程法：）间隔分程法：）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，事先确定分程点，再分别作出各自的流量曲线，事先确定分程点，再分别作出各自的流量曲线，事先确定分程点，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阀位控制系统阀位控制系统概述概述概述概述7.2.17.2.1 控制某个过程参数时，操纵变量的选择不是唯一的控制某
16、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控制某个过程参数时，操纵变量的选择不是唯一的 操操操操纵纵纵纵变变变变量量量量选选选选择择择择的的的的原原原原则则则则：经经经经济济济济性性性性和和和和工工工工艺艺艺艺合合合合理理理理性性性性、快快快快速速速速性性性性和有效性和有效性和有效性和有效性 有些情况，两者不能兼顾有些情况，两者不能兼顾有些情况，两者不能兼顾有些情况，两者不能兼顾变量变量变量变量A A：经济合理：经济合理：经济合理：经济合理变量变量变量变量B B：快速有效：快速有效：快速有效：快速有效 综合考虑综合考虑综合考虑综合考虑阀位控制系统阀位控制
17、系统阀位控制系统阀位控制系统 C1C1主控制器，控制主控制器，控制主控制器，控制主控制器，控制B BC2C2阀位控制器，控制阀位控制器，控制阀位控制器，控制阀位控制器，控制A AC2C1FAB例例例例1 1：阀位控制系统的应用阀位控制系统的应用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燃料燃料原油原油TCVPC原油出口温度控制系统原油出口温度控制系统 原油出口温度阀位控制系统原油出口温度阀位控制系统 BAA.OA.O例例例例1 1：阀位控制系统的应用阀位控制系统的应用阀位控制系统的应用阀
18、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：工作原理：工作原理：TTC输出输出VBTVPC输出输出()VAT()T=TspVA处于某一新开度，处于某一新开度，VB处于处于VPC所设置的小开度所设置的小开度 rTCVPCBAA.OA.O 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：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：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
19、TTC输出输出VBTVPC输出输出()VAT()阀位控制系统的应用阀位控制系统的应用阀位控制系统的应用阀位控制系统的应用 7.2.27.2.2TCVPCBAA.OA.O工作原理：工作原理：工作原理：工作原理：总结：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，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
20、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。任务都又经济量完成。任务都又经济量完成。例例例例2 2：阀位控制系统的应用阀位控制系统的应用阀位控制系统的应用阀位控制系统的应用 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蒸汽减压系统低压总管压力阀位控制 工作原理：工作原理：工作原理：工作原理：PPC输出输出VBPVPC输出输出()VAP()VBVAVB由由 r 确定确定VA处于一新的开度处于一新的开度A.OBAVPCPCA.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阀位控制系统的设计
21、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）操纵变量的选择）操纵变量的选择 A A经济合理经济合理经济合理经济合理 BB快速有效快速有效快速有效快速有效（2 2）控制阀开闭形式）控制阀开闭形式）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）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：主控制器：主控制器：PIPI（PID PID 对象时间常数大）对象时间常数大）对象时间常数大）对象时间常数大）阀位控制器：阀位控制器：阀位控制器：阀位控制器：PI
22、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）参数整定）参数整定根据总符号为根据总符号为根据总符号为根据总符号为“ “-”-”的原则的原则的原则的原则RGcGVBGCVGVAGOBGOAYr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）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方法 整定阀位控制器的参数。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。主控制器的参数。
