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_分程及阀位控制系统

过程控制系统及工程
第7章分程及阀位控制系统信息学院自动化系：孙洪程 Email:Sunhc@mail.buct.edu.cn

第章
分程及阀位控制系统
7.1 分程控制系统 7.2 阀位控制系统

7

7.1 分程控制系统 7.1.1 概述
一个控制器控制几个控制阀——输出信号分段“分程控制”

如，控制两个阀A、B
A阀控制信号:0.02~0.06Mpa B阀控制信号:0.06~0.1Mpa

控制器输出在0.06Mpa以下，只有阀A动作，在0.06Mpa 以上，只有阀B动作

7.1.1 概述
通过阀门定位器调整 A：0.02~0.06Mpa —— 0~100% B：0.06~0.1Mpa —— 0~100% 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动作
0 100% 0 100%

两阀异向动作
0 100% 0 100%

7.1.2 分程控制的应用场合
（1）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流通能力相同的阀，同调节蒸汽压力，小负荷时，只开一个阀，大负荷时，再开第2个阀。通过计算，如果两个阀流通能力相同，分程后，总的流通能力扩大1倍。

PC

7.1.2 分程控制的应用场合
（2）同时控制两种介质，满足工艺要求
A
TC A A.C

B

B A.O

图7—4 间歇式化学反应器分程控制系统

7.1.2 分程控制的应用场合
（2）同时控制两种介质，满足工艺要求工艺要求：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。两个控制阀：冷水阀 A（气关）、蒸汽阀 B（气开） — —安全角度设置温度控制器TC（反作用）——副反馈要求 T<设定值，TC输出增加A阀关闭、B阀逐渐打开 T>设定值，TC输出减小A阀逐渐打开、B阀关闭

7.1.2 分程控制的应用场合
（3）安全生产的防护措施
放空 B A 氮 PC B A

图7-6 油品储罐氮封分程控制加氮阀A、放空阀B，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

7.1.3 分程控制器参数整定
A阀控制器 B阀变送器 1、3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

对象

控制器
B阀变送器 2例子两个阀通道不相同，只能折中换热

反应

7.1.4 分程阀流量特性问题
100%

0

0.02

0.06

0.1

0.02

0.06

0.1

图7—11 A、B分程阀特性

图7—12 A、B分程阀组合特性

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

7.1.4 分程阀流量特性问题
（1）连续分程法：寻找总的流量特性曲线，再确定分程点例1 线性阀

? F d? ? Fmax dl

? ? ??K

F／Fmax＝Kl十Kl

（1）连续分程法：

例2 等百分比阀

? F d? ? Fmax dl

? ? ? ?K? F ? ? ? ? Fmax ?

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。

7

.1.4 分程阀流量特性问题
（2）间隔分程法：

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

7.2 阀位控制系统 7.2.1 概述
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、快速性和有效性有些情况，两者不能兼顾综合考虑——阀位控制系统
F A B

变量A：经济合理变量B：快速有效 C1主控制器，控制B

C2阀位控制器，控制A

C2

C1

7.2.2 阀位控制系统的应用
例1：原油加热炉出口温度控制
B
A.O TC

TC 原油燃料 A

VPC

A.O

原油出口温度控制系统

原油出口温度阀位控制系统

7.2.2 阀位控制系统的应用
例1：原油加热炉出口温度控制
B A.O TC

A：燃料量，经济合理，阀位控制器

B：支管原油量，快速有效，主控制器

工作原理：
T TC输出 T VB

VPC

(
VA

) ( T

VPC输出

A
A.O

)

T=Tsp

VA处于某一新开度，VB处于VPC所设置的小开度 r

7.2.2 阀位控制系统的应用
B

工作原理：
T

A.O TC

TC输出 T

VB
VPC

(
VA

) )

VPC输出 A

( T

A.O

总结：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，而整个控制任务都又经济量完成。

7.2.2 阀位控制系统的应用
例2：蒸汽减压系统压力控制
A A.O

工作原理：
A.O P

B

VPC

PC输出
P

VB
PC

(
VA

)

VPC输出

( P

)

VB

VA

VB由 r 确定

蒸汽减压系统低压总管压力阀位控制

VA处于一新的开度

7.2.2 阀位控制系统的设计及整定
（1）操纵变量的选择 A——经济合理 B——快速有效（2）控制阀开闭形式

与单回路相同
（3）控制器规律和正反作用主控制器： PI（PID 对象时间常数大）阀位控制器： PI

7.2.2 阀位控制系统的设计及整定
根据总符号为“-”的原则
GVB R Gc GCV r GVA GOA GOB Y

（4）参数整定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。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。