分程控制系统中调节阀分程特性确定方法的改进

分程控制系统中调节阀分程特性确定方法的改进

目的：对分程控制系统中调节阀分程特性的确定方法进行改进，提供一种简捷的确定方法。

方法：分析传统确定方法的不便之处，提出改进方法并举例验证。

结果：改进方法能够弥补传统方法的不足，可以快速准确地确定分程特性。

结论：改进方法简便快捷，便于掌握与应用。

利用一个控制器的输出，通过与阀门定位器的配合，分段地控制两个或两个以上的调节阀的控制系统，称为分程控制系统［1］。由于分程控制系统能在被控变量的不同取值范围时采取不同的控制手段，满足某些特殊工况的需要，因此在复杂过程的控制中得到了较多的应用，如应用在某些精馏塔的压力控制中。在分程控制中，由于用一个控制器的输出信号，同时控制两个或两个以上的调节阀，使它们在信号的全范围内分别动作，因此对每一个调节阀来说就存在一个分程特性的问题，即存在当控制器的输出信号发生变化时，每一个调节阀是如何动作的问题。分程特性的确定在分析、设计和应用分程控制系统时是一个重要的问题。我们对分程控制系统中调节阀分程特性的传统确定方法进行了改进，提出了一种更为简便、快速、易于掌握的方法。

1 方法

1.1 传统方法的不足

在传统方法中，对分程控制系统中调节阀分程特性的确定大都是按以下的思路来进行的［1～6］：

（1）判断调节阀的气开和气关型式。

（2）判断控制器的作用方向。

（3）判断被控变量在不同取值时调节器偏差的极性及调节器输出大小。

（4）按照工艺要求、调节阀的特点去判别各调节阀的动作区域，确定调节阀的分程关系。

这种方法的判断周期比较长，在此中间涉及到的知识点较多，对应用者尤其是初学者的要求较高，需要他们对控制系统中控制器作用方向的判断、控制器的特性、工艺过程中各个变量间的相互关系要有清晰而准确的认识，使初学者在理解和应用时感到非常困难且容易出错。传统方法在应用时的不方便性促使我们去寻求一种更为简捷的方法。

1．2 改进方法

我们知道，在一个调节系统中,当调节对象、调节阀确定之后，控制器的作用方向也就唯一确定了，即对某一个确定的控制系统来说，调节阀的气开或气关与调节器的作用方向是有着对应关系的。在明确了这一点之后，我们便可不用去判断控制器的作用方向，而按以下的方法去确定分程控制系统中调节阀的分程特性：

（1）判断调节阀的气开、气关型式。

（2）根据工艺要求确定分程点（分程动作的中间点）时，两个调节阀的开、关状态。

（3）根据气开、气关阀的特点及在分程点时两阀的起始状态可直接确定调节阀的分程特性。

2 举例说明

如图1所示间歇式反应器，当配置完反应所需物料后，需加热升温，以达到化学反应速度，待化学反应开始后，由于合成反应是一个放热反应，需及时移走反应热以保证合成产品质量，否则由于连锁反应以致引起爆炸事故。工艺上通入蒸汽进行加热，通入冷水进行降温。为达此目的设计如图1所示的分程控制系统，要求确定调节阀的分程特性。

图1 间歇式反应器依据改进方法，判断过程如下：

（1）确定调节阀的气开、气关型式。当控制系统出现故障，调节阀得不到调节器输送的控制信号时，为防止反应器因过热而发生爆炸，应使冷水阀打开，而蒸汽阀关闭，故可判定冷水阀A应选用气关阀，蒸汽阀B选用气开阀。

（2）根据工艺要求，当测量值与设定值相同时，反应器既不用加热也不需冷却，因此在分程点时要求A、B两阀均为关闭。

（3）当调节器输出从0.06 MPa变化到0.02 MPa时，调节器输出减小，根据气开阀和气关阀的特点，此时气开阀开度减小，气关阀开度增大，因此，气关阀A由全关到全开，气开阀B维持全关；当调节器输出从0.06 MPa变化到0.1 MPa时，调节器输出增大，此时气开阀开度增大，气关阀开度减小，因此，A阀维持全关，B阀由全关到全开。据此得分程特性图如图2所示。

图2 分程动作关系图

3 讨论

采用以上方法确定调节阀的分程特性，抓住了在确定过程中以工艺为本的本质问题，省略了控制器作用方向的判断过程和对调节过程中一些内在问题的分析，使应用者在处理问题时有法可循，大大提高了判断速度和准确性。对于分程点交叉（如分程区域为0.02～0.07 MPa,0.05～0.10 MPa）或不连续（如分程区域为0.02～0.055 MPa,0.065～0.10 MPa）的情况，可以用近似的方法，利用分程点概念来分析，简捷地得出分程动作关系。本方法简捷、明了，在分析、设计和应用分程控制系统便于应用者尤其是初学者掌握和应用。

DCS中分程调节的改进

DCS中分程调节的改进如图l所示，我们可以将LOOP点与LCP联合，实现所需的控制方案。LCP可以连接在LOOP点前，称为输入LCP；也可以连接在LOOP点后，称为输出LCP。要实现分程调节，可以使用输出LCP，并编写相应的FST程序，程序框图如图2所示。读取分程调节LOOP点的阀位输出值／VP(Im。过崔轱修后的edValvePosidon，隐古阀位值)，判断此值是否大于或等于5o％，如果小于50％，则将此值转换成4—20mADC 的信号，驱动A调节阀；如果大于等于5o％，则将此值转换成4～20mADC 的信号，驱动B调节阀。在组态过程中，我们将LCP定义为连续型…哺cr

卜执开始读回路构出值Y．将0~5o％的信号转换成o～lOO对程输凡图

1ICP，IO0P点的连接9MULP(2)；乘2，将50％一100％的信号转换为0一将50％～loo的f号转换戚o～lOo输出到A闷I1输出到B阁输出4mA 信号给B阁II输出20mA信号绐A结束图2程序框图(CONTINOUS)，并将其扫描速率(Scanrate)定义为lB，使FST程序以每秒1次的速率重复执行，以便使调节阀驱动信号及时跟踪回路／VP值的变化。为了使系统一旦上电FST程序就能运行，将LCP的初始状态(矾rIuLSTATE)定义为活动的(AC．TⅣE)。分程调节程序如下。1DARD(P．／VP：“PIC-201”)；读取PIC．201的回路输出值／VP2BRAP()=．50，8)；判断是否大于或等于50％3MUI_P(2)；乘2．将0～50％转换成0—100％．即4—20mA4Ao 【(NImMAL，241)．输出到通道二4_1，即A阀5LDSVP(0)；

6Aovr(NORMAL，242)；将0，即4mA信号通过通道二4_2给B阀7END；结束8SUBP(50)；将回路的输出值减去50％100％．即