过程控制工程(孙洪程版)第七章 分程及阀位控制系统讲解
分程控制系统介绍
3. 加入扰动（储罐液位输入扰动），观察其对液位和 压力的影响，并截图；
4. 修改分程控制的压力上下限，观察其控制过程，并 截图；
5. 回答指导书中本实验后面的问题。
分程控系统介绍
杨春曦
1.最大偏差或超调量 指在过渡过程中，被控变量偏离给定值的最大数值。在衰减
振荡过程中，最大偏差就是第一个波的峰值。 2. 衰减比
衰减比是衰减程度的指标，它是前后相邻两个峰值的比。习惯 表示为 n:1，一般 n 取为4～10之间为宜。
一、概述
一台控制器的输出可以同时控制两台甚至两台以上的 控制阀。控制器的输出信号被分割成若干个信号范围段， 由每一段信号去控制一台控制阀，称为分程控制系统。
图8-35 分程控制系统方块图
就控制阀的开、关形式分类
两个控制阀同向动作，即随着控制器输出信号 （即阀压）的增大或减小，两控制阀都开大或关 小。
两个控制阀异向动作，即随着控制器输出信号 的增大或减小，一个控制阀开大，另一个控制阀 则关小。
二、分程控制的应用场合
1.用于扩大控制阀的可调范围，改善控制品质
蒸汽减压系统分程控制
储罐液位控制：原料油液位 氮气罐冲放气：压力过高放气，压力过低充气
PID控制器调试步骤：
1. 要求先整定储罐液位控制回路的调节器参数； 2. 对于主、从回路参数的整定实行先比例、后积分，
再微分的整定步骤；
实验内容：
1. 调节储罐液位的PID控制器参数，得到衰减比为4:1， 并记录下调试过程中的参数和截图，填写指导书中 的表格；
过程控制系统—分程控制系统(工业仪表自动化)
小结
分程控 制系统
分程控制系统的主要结构和 工作原理。
分程控制系统的应用场所。
思考
简述分程控制系统的工作原理。
分程控制系统
2.用来控制阀的可调范围，改善控制品质 有时生产过程负荷变化很大，要求有较大范围的流量变化。若用
一个控制阀，由于控制阀的可调范围R是有限的，当最大流量和最小 流量相差太悬殊时，就会降低控制系统的控制质量， 这时可采用分程 控制系统。
分程控制系统
3.用作生产安全的防护措施 有些生产过程在接近事故状态或某个参数达到极限值时，应当改
分程控制系统
课程导入
分程控制系统
主要结构
图1 氮封分程控制系统
分程控制系统
工作原理
分程控制系统
实际应用 1.用于控制两种不同介质以满足工艺生产的要求
图1 热交换器温度分程控制
图2 阀门动作示意图
采用热水与蒸汽两种不同物料作为调节介质，在一般控制系统中难于 实现，但在分程控制系统中，不仅充分利用了热水，而且节省了蒸汽。
9.分程控制-过程控制(自动化)解析
本讲主要内容
分程控制的特点与适用场合； 分程区间的确定方法； 阀位控制的概念与设计方法。
例1：间歇聚合反应器的控制问题
T
Y
冷水
“A”
蒸汽
“B”
控制要求：反应开始前，需要用蒸汽加热以达到反应所需 的温度；当反应开始后，因放出大量反应热，需要用冷水 进行冷却。要求全过程自动控制反应器的温度，怎么实现？
氮封的技术要求
实行氮封的技术要求是：要始终保持储罐内的 氮气压微量正压。储罐内储存物料量增减时， 将引起罐顶压力的升降，应及时进行控制，否 则将使储罐变形，更有甚者，会将储罐吸扁。 因此，当储罐内液面上升时，应停止继续补充 氮气，并将压缩的氮气适量排出。反之，当液 面下降时应停止放出氮气。只有这样才能达到 既隔绝空气，又保证容器不变形的目的。
多回路PID控制系统小结
用于改善控制系统性能的多回路PID系统 （1）串级控制系统； （2）前馈控制系统； （3）变增益/变比值控制系统。
用于满足工艺特定需要的多回路PID系统 （1）均匀控制系统； （2）比值控制系统； （3）分程控制系统； （4）阀位控制系统； （5）选择性控制系统。
练习
题1 下图为化学反应器的过程控制系统：1）说明图中的控制策略属于哪类控制系统？2） 最主要的被控变量是什么？最主要的操纵变量是什么？3）图中哪个控制器要整定的最慢， 哪个控制器要整定的最快？为什么？4）阀门V1是气开还是气关？为什么？V2是气开还是 气关？为什么？5）指出各图中控制器的正反作用，并给出选取的理由；6）给出图中控制 规律的选取。
0.10
调节阀气动信号（MPa）
避免两调节阀频繁开 闭的方法： （1）控制阀引入不 灵敏区。 （2）同时，控制器 引入调节死区（为什 么？）
过程控制工程(孙洪程版)第七章 分程及阀位控制系统讲解
根据总符号为“-”的原则
GVB
GOB
R
Gc
GCV
GVA
GOA
Y
r
（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。
B A.O TC
VPC
A 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
工作原理：
P
PC输出
VB
( P)
VPC输出
B A.O
VPC
A A.O
PC
VA ( P )
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
控制器
A阀
B阀
换热
反应
变送器 2例子两个阀通道不相同，只能折中
7.1.4 分程阀流量特性问题
100%
0
0.02
0.06
0.1
图7—11 A、B分程阀特性
0.02
0.06
0.1
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
7.1.2 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
过程控制工程孙洪程答案
过程控制工程孙洪程答案【篇一：过程控制工程教学大纲】xt>过程控制工程（process control engineering）课程性质：专业主干课适用专业：机电一体化技术学时分配：课程总学时：60学时其中理论课学时：60学时；实验课学时：0学时；先行课程情况：先行课：高等数学、单片机原理与应用、自动控制原理、传感器技术等；教材：孙洪程，李大宇，翁维勤编著．《过程控制工程》．北京：高等教育出版社， 2013年12月重印参考书目：1、邵裕燊．过程控制工程．北京：机械工业出版社2、何衍庆，俞金寿，蒋慰孙．工业生产过程控制．北京：化学工业出版社一、课程的目的与任务过程控制工程是机电一体化技术专业开设的主干课之一，主要研究工业生产过程中应用比较成熟的控制系统。
随着现代工业的迅速发展，对工业过程的要求也越来越高，用于工业过程控制的自动化装置也迅速发展，因此对工业过程控制的要求也随之提高。
作为研究工业过程控制系统组成，基本控制规律，以及工业过程控制系统的设计，投运的课程-----过程控制工程也越来越受到重视，并使得该课程成为自动化相关专业的一门重要的专业课程。
本课程的任务是：使学生通过本课程的学习，获得工业过程控制系统的基本理论、基本知识和基本技能，掌握测量与变送器、执行器、智能控制仪表、以及工业生产过程中的一些具体设备等自动化装置的原理与使用方法，掌握基本过程控制系统设计的方法与控制器参数的整定方法，从而为从事与本课程有关的的技术工作打下一定的基础。
二、课程的基本要求本课程采用传统的课堂讲授模式，在课堂安排上，做到精讲教学内容和学生课外自学、阅读相结合，使学生了解重点、认识难点，突出重点、剖析难点，掌握重点、化解难点，提高学生解决问题能力；引导学生课前预习、课后复习，加深对其基础知识的巩固和对前沿领域的了解。
本课程的主要内容包括基本过程控制系统、先进控制系统、过程控制工程三大模块。
其中基本过程控制系统及过程控制工程为本课程的主要学习部分，要求学生可以运用所学知识对常见的过程控制系统加以论证或者进行必要的定性定量分析。
孙洪程版过程控制课后答案
孙洪程版过程控制课后答案第一章思考题及习题1.1何谓控制通道?何谓干扰通道?它们的特性对控制系统质量有什么影响?答：所谓“通道”，就是某个参数影响另外一个参数的通路，这里所说的控制通道就是控制作用(一般的理解应当是控制器输出)U(s)对被控参数Y(s)的影响通路(一般的理解是控制作用通过执行器影响控制变量，然后控制变量通过被控对象再影响被控参数，即广义对象上的控制通道)。
同理，干扰通道就是干扰作用F(s)对被控参数Y(s)的影响通路。
干扰通道的特性对控制系统质量影响如下表所示。
控制通道的特性对控制系统质量影响如下表所示1.2如何选择控制变量?答：① 所选控制变量必须是可控的。
② 所选控制变量应是通道放大倍数比较大者，最好大于扰动通道的放大倍数。
③ 所选控制变量应使扰动通道时间常数越大越好，而控制通道时间常数应适当小一些为好，但不易过小。
④ 所选控制变量其通道纯滞后时间应越小越好。
⑤ 所选控制变量应尽量使干扰点远离被控变量而靠近控制阀。
⑥ 在选择控制变量时还需考虑到工艺的合理性。
一般来说，生产负荷直接关系到产品的产量，不宜经常变动，在不是十分必要的情况下，不宜选择生产负荷作为控制变量1.3控制器的比例度δ变化对控制系统的控制精度有何影响?对控制系统的动态质量有何影响?答：当G c(s)=K c时，即控制器为纯比例控制，则系统的余差与比例放大倍数成反比，也就是与比例度δ成正比，即比例度越大，余差也就越大。
K c增大、δ减小，控制精度提高(余差减小)，但是系统的稳定性下降。
1.4 4：1衰减曲线法整定控制器参数的要点是什么?答：衰减曲线法是在系统闭环情况下，将控制器积分时间T i放在最大，微分时间T d放在最小，比例度放于适当数值(一般为100%)，然后使δ由大往小逐渐改变，并在每改变一次δ值时，通过改变给定值给系统施加一个阶跃干扰，同时观察过渡过程变化情况。
如果衰减比大于4：1，δ应继续减小，当衰减比小于4：1时δ应增大，直至过渡过程呈现4：1衰减时为止。
宋彤过程控制工程-课程总结
➢ 扩大阀门的可调比（同向调节阀） ➢ 满足某些工艺操作的特殊要求（异向调节阀）
分程阀组流量特性改善 阀门组可调比
2）知识点
概念 阀门组合方式及应用目的 组合阀门关于信号的动作关系 分析设计
第七章 阀位控制系统（双重控制）
1）基本内容 解决控制系统的动特性（快速性，有效性）
与经济性及合理性的协调问题。 特点：
➢ 系统构成特点； ➢ 操作特点 ；
应用
2）知识点 系统由两个控制器分别控制两个调节阀 主控制器输出作为阀位控制器的测量输入信号
阀位控制回路是以主控制器控制的调节阀的开度 为被控变量的单回路控制系统，即：其给定值是 设定的阀门开度信号值
Gn1 Gn2 L GnnFn1 Fn2 L Fnn
➢ 简化解耦
人为地设定一个解耦模型的框架（通过设定解耦阵 中若干个元素为1来简化解耦阵），通过使原系统 传递关系阵与解耦阵之积为对角阵的方法求取F阵 中其余元素从而获得解耦装置模型。
➢ 解耦合设计及解耦合矩阵求取
第九章 先进控制技术
1）主要内容
基本概念、应用基础
➢ 干扰对被控变量存在显著影响，反馈控制难以克 服的场合
➢ 工艺要求按照某一给定数学模型实施控制的场合
注意：一般前馈控制不能单独应用
前馈与反馈控制的互补关系
项目 检测信号 控制依据 控制滞后 控制质量 克服干扰 回路类型
前馈控制 干扰信号 干扰大小
及时 变量不变性 仅一种干扰
开环
反馈控制 被控变量 偏差大小
操作特点
过程控制工程 (孙洪程 著) 高等教育出版社 课后答案
3.4 用除法器组成比值系统与用乘法器组成比值系统有设置方法不同，乘法方案通过在乘法器的一 个输入端，输入一个外加电流信号I 0设置；除法方案通过副流量调节器的内给定设置。 3.5 在用除法器构成的比值控制系统中，除法器的非线性对比值控制有什么影响？ 答：除法器环节的静态放大倍数与负荷成反比。 3.6 为什么4：1整定方法不适用于比值控制系统的整定？ 答：单闭环比值控制系统、双闭环的副流量回路、变比值回路均为随动控制系统，希望副流量跟随主流量变化， 始终保持固定的配比关系。出现4：1振荡时，固定配比关系不能保证。 3.7 当比值控制系统通过计算求得比值系数时，能否仍用乘法器组成比值控制？为什么？能否改变一下系统结 构，仍用乘法器构成比值控制？ 答：①当比值控制系统通过计算求得比值系数大于 1时，不能用乘法器组成比值控制。因为当时，计算所得的 乘法器的一个外加输入电流信号I0大于20mA,超出乘法器的输入范围。②不用改变系统结构，只要调整F2max 保 证 即可。 3.8 一比值控制系统用DDZ-III型乘法器来进行比值运算（乘法器输出 ，其中I1与I0分别为乘法器的两个输入信 号），流量用孔板配差压变送器来测量，但没有加开方器，如图所示。已知 ，要求：① 画出该比值控制系统 方块图。② 如果要求，应如何设置乘法器的设置值 ？ 解：①方框图如下：
正作用，干扰总存在，偏差总存在。
前馈控制的特点：
（1）前馈控制根据干扰进行，控制及时。如果前馈控制规律恰当，理论上可完全消除干扰的影响
（2）前馈控制是一种开环控制，被控变量并不经测量反馈到输入端。不能保证控制效果。 （3）前馈控制需要对干扰进行测量 ，才能进行控制。通常只测量一种干扰，因而只能克服一种干扰。
2．6 试说明在整个串级控制系统中主、副控制器之一的正、反作 用方式选错会造成怎样的危害？ 当主、副控制器有一个正反作用方式选错时,就会造成系统的主回路或副回路按正反馈控制,当被控变量出现偏差 时,系统不仅不向着消除偏差的方向校正,反而使被控变量远离给定值。 2．7 图2-20所示的反应釜内进行的是化学放热反应，，而釜内温度过高会发生事故，因此采用夹套通冷却水来 进行冷却，以带走反应过程中所产生的热量。由于工艺对该反应温度控制精度要求很高，单回路满足不了要求， 需用串级控制。 ⑴ 当冷却水压力波动是主要干扰时，应怎样组成串级？画出系统结构图。 ⑵当冷却水入口温度波动是主要干扰时，应怎样组成串级？画出系统结构图。 ⑶ 对以上两种不同控制方案选择控制阀的气开、气关形式及主、副控制器的正、反作用方式。 (1)选冷水流量为副变量,釜内温度为主变量组成串级系统. (2)夹套温度为副变量,釜内温度为主变量组成串级系 统.
过程控制工程孙洪程答案.doc
过程控制工程孙洪程答案【篇一：过程控制工程教学大纲】xt> 过程控制工程（process control engineering ）课程性质：专业主干课适用专业：机电一体化技术学时分配：课程总学时：60 学时其中理论课学时：60 学时；实验课学时：0 学时；先行课程情况：先行课：高等数学、单片机原理与应用、自动控制原理、传感器技术等；教材：孙洪程，李大宇，翁维勤编著．《过程控制工程》．北京：高等教育出版社，2013 年12 月重印参考书目：1、邵裕燊．过程控制工程．北京：机械工业出版社2、何衍庆，俞金寿，蒋慰孙．工业生产过程控制．北京：化学工业出版社一、课程的目的与任务过程控制工程是机电一体化技术专业开设的主干课之一，主要研究工业生产过程中应用比较成熟的控制系统。
随着现代工业的迅速发展，对工业过程的要求也越来越高，用于工业过程控制的自动化装置也迅速发展，因此对工业过程控制的要求也随之提高。
作为研究工业过程控制系统组成，基本控制规律，以及工业过程控制系统的设计，投运的课程----- 过程控制工程也越来越受到重视，并使得该课程成为自动化相关专业的一门重要的专业课程。
本课程的任务是：使学生通过本课程的学习，获得工业过程控制系统的基本理论、基本知识和基本技能，掌握测量与变送器、执行器、智能控制仪表、以及工业生产过程中的一些具体设备等自动化装置的原理与使用方法，掌握基本过程控制系统设计的方法与控制器参数的整定方法，从而为从事与本课程有关的的技术工作打下一定的基础。
二、课程的基本要求本课程采用传统的课堂讲授模式，在课堂安排上，做到精讲教学内容和学生课外自学、阅读相结合，使学生了解重点、认识难点，突出重点、剖析难点，掌握重点、化解难点，提高学生解决问题能力；引导学生课前预习、课后复习，加深对其基础知识的巩固和对前沿领域的了解。
本课程的主要内容包括基本过程控制系统、先进控制系统、过程控制工程三大模块。
其中基本过程控制系统及过程控制工程为本课程的主要学习部分，要求学生可以运用所学知识对常见的过程控制系统加以论证或者进行必要的定性定量分析。
第七章 分程控制系统
一、基本原理、结构和性能分析
分程控制系统的定义：
一个控制器的输出去控制两个或两个以上的执行器，执行器分别 按控制器输出的不同范围工作的控制系统。
分程控制系统的特点：
●多个执行器：与有选择器的按 操作变量进行的选择的控制系统不同 ●分程工作：与多个执行器并联运行不同
分程控制系统示意图
按照这些条件, 当调节器(包括电/气转换器)输出信号小于0.06 MPa时, A阀动作, B阀不动; 当输出信号大于0.06 MPa时, B阀动 作, 而A阀已动至极限。 由此实现分程控制过程。
一、基本原理、结构和性能分析
间歇聚合反应器的控制问题
T
Y
冷水
“VA2 ”
蒸汽
“VB1”
控制要求：反应开始前，需要用蒸汽加热以达到反应所需 的温度；当反应开始后，因放出大量反应热，需要用冷水 进行冷却。要求全过程自动控制反应器的温度？
图中表示一台控制器去操纵两个调节阀, 实施过程(动作 过程)借助调节阀上的阀门定位器对信号的转换功能。
例如图中的A、 B两阀, 要求A阀在调节器输出信号压力在0.02～ 0.06 MPa之间变化时, 作阀的全行程动作, 则要求附在A阀上的 阀门定位器在输入信号为0.02～0.06 MPa时, 相应的输出为 0.02～0.1 MPa, 而B阀上的阀门定位器, 应调整成在输入信号为0.06～ 0.1 MPa 时, 相应的输出为0.02～0.1 MPa。
二、选择性控制系统与其他控制系统的结合
、 三 选择性控制系统设计和工程应用中的问题
作业：
6-1、3、4
6.1 概述 选择性控制，取代控制，超驰控制
控制系统要求： ● 正常时，克服干扰，维持生产平稳运行 ● 达到安全极限时，具有应变能力，采取相应
过程控制系统教学课件
2、数学模型
d h T0 dt G(s)
h K0 H(s)
q1 (t K0
0 e
)
0s
(2
9)
Q1(s) T0s 1
无纯滞后
有纯滞后
纯滞后单容过程及其响应曲线
(三)、多容过程的数学模型
1、多容过程是工业生产中常见的，如下两图。
h2 h1
5、测量值：被控变量经检测变送后即是测量值。 6、给定值：即被控变量的设定值。 7、偏差值：准确地说，应是被控量的给定值与实际值之差。但 能够直接得到的信号是被控量的测量值，故通常把测量值与给 定值之差称作为偏差。
对于控制系统而言，外部输入为给定值，故偏差定义为：
给定值-测量值（sp-pv）
对于控制器而言，外部输入为测量值，故偏差定义为：
经线性化处理，有
q2
h .....................(2 7) R2
其中，R2为阀门2的阻力，称为液阻或流阻。
3、建立数学模型
由式(2-6)和式(2-7)，有
h
d h
q1 R2 A dt
拉普拉斯变换
H (s) Q1 (s) R2 AsH (s)........()
由式(*)可画出框图如图所示。即
程约取10:1为好，应根据实际情况灵活处理。
2、衰减率
B1 B 2 1 B1 1 1 / n 见图
B1
B2
是衡量过度过程稳定性的一个动态指标(于递减比
含义相同).一般取=0.75～0.9。
3、动态偏差（亦即超调量）
为被控量偏离稳定值或设定值的最大偏差值。 其它课程已做介绍，不再详述。
量要求不很高的场合。
过程控制技术--第7章(2)概况
定值上。由该过程可知，整个过程需加热和冷却两个调节阀即可，控制器输出信号经电–气转换 器后，也相应分为两段：0.06～0.10 MPa，0.02～0.06 MPa。
2. 分程控制的实现问题
分程控制系统中的调节阀与单回路控制系统中的调节阀，在输入信号工作范围上是不一样 的。单回路控制系统只有一个调节阀，其输入信号范围是 0.02～0.1 MPa，而二分程控制系统中， 有两个调节阀，其工作范围一个是 0.02～0.06 MPa，另一个为0.06～0.1 MPa。分程控制是通过 调节阀的附件—阀门定位器，如气动阀门定位器或电－气阀门定位器，来实现的。具体说，根 据每段输入信号范围，改变阀门定位器的弹簧或迁移输入信号零点，调整调节阀全行程动作所 对应的信号区间。例如，当输入信号为 0.06～0.10 MPa 时，通过改变阀门定位器调节弹簧和零 点，使其输出为 0.02～0.1 MPa，实现阀门从全关到全开，或全开到全关。当一个调节阀在其信 号范围内工作时，另一个调节阀应保持先前状态不动作（全开或全闭）。
2. 两分程控制的类型 从以上叙述可以看出，分程控制系统本质上仍然是单回路控制系统，仅增多了一个调节阀 （也可能多于两个调节阀）。由于调节阀有气开式和气闭式之分，在不同的信号区段，它们的 开启与闭合是应该引起注意的。所以，这里就这个问题作进一步讨论。至于实践中究竟是选哪 种形式，需由生产工艺和安全作业等因素决定。
4. 控制器参数整定的问题 如果所选的两个调节阀在流量特性上相近，且调节阀的切换不会带来工艺流程上的明显差 别，此时不会给控制性能带来较大影响。问题是如果两个调节阀相差较大，或切换调节阀还带
来工艺流程上的不同，此时将引起被控过程不小的变化，由于不能实时调整控制器参数，会给 系统的控制质量带来影响。对于这种情况，通常是采用折中的办法处理，整定的参数对任何一 程工作状况虽不是最好的，但双方均可接受。当然，也可采用一些高等级的控制规律来解决问 题，但这不是本节要讨论的内容。
第7章 分程及阀位控制系统
第7章 分程及阀位控制系统7.1 分程控制系统7.1.1 概述 分程控制系统：一台控制器的输出可以同时控两只或两只以上的控制阀，控制器的输出被分割成若干个信号范围段，而由每一段信号去控制一只控制阀。
分程控制的实现：分程控制系统中控制器的输出信号分段是由附设在控制阀上的阀门定位器来实现的。
分程控制目的：（1）扩大控制阀的可调范围，以改善控制品质。
（2）为了满足工艺操作的特殊需要。
分程控制系统就控制阀的开闭形式分为两类：（A ）两个控制阀同向动作 （B ） 两个控制阀异向动作7.1.2 分程控制的应用场合一、扩大控制阀的可调范围，改善控制品质。
蒸汽减压系统分程控制方案0.02 0.10MPa0.06 阀压 阀门开度(a)两阀气开式0.020.10MPa0.06 阀压 阀门开度(b)两阀气闭式0.02 0.10MPa0.06 0阀压阀门开度 (c)气开气闭式 0.020.10MPa0.06 0 阀压阀门开度(d)气闭气开式0.020.10MPa0.06 阀压阀门开度设：A 、B 两阀最大流通能力C max 均为100，可调范围R 为30。
R = C max /C min 、 C′max = C Amax +C Bmax = 2C max = 200C min = C max /R = 3.33R ′= C ′max /C min = 200/3.33 = 60结论：采用两只流通能力相同的控制阀构成分程控制系统，其控制阀可调范围比单只控制阀进行控制时的可调范围扩大一倍。
控制阀的可调范围扩大了，可以满足不同生产负荷的要求，而且控制的精度提高，控制质量得以改善。
生产的稳定性和安全性也可进一步得以提高。
二、用于控制两种不同的介质，以满足工艺生产的要求。
间歇反应器的工作原理： 1.按要求配比好原料并放入反应器，开始时温度达不到反应要求，需对其通以蒸汽加热，诱发化学反应；2.当达到反应温度并开始反应后，会产生大量的反应热，需及时地移走热量，否则会因温度过高而发生危险。
4分程与阀位控制系统
4分程与阀位控制系统分程控制系统和阀位控制系统一、分程控制系统⒈分程控制系统概念一般来说，一台控制器的输出只控制一只控制阀。
但是分程控制却不是一台控制器的输出仅控制一只控制阀。
概念：若一台控制器去操纵几只阀门，并且是按输出信号的不同区间去操纵不同阀门的，这种控制方式习惯上称为分程控制系统。
一、分程控制系统⒉基本原理及结构以一台控制器去操纵二只阀门为例来说明分程控制系统的基本原理。
一、分程控制系统⒉基本原理及结构（续）分程控制方案中，阀的开关形式，可分为同向和异向两种。
同向和异向的选择，全由工艺的需要而定一、分程控制系统⒉基本原理及结构（续）一、分程控制系统⒉基本原理及结构（续）国产控制阀的可调范围一般为R=30对于化工生产过程的绝大部分场合，采用R=30的控制阀已足够满足生产要求。
但有极少数的场合，可调范围要求特别大，如废水处理中的PH值控制。
工厂的废液来自下水道、废水沉淀池、洗涤器等处，其流量变化可达4—5倍。
酸碱含量可以变化几十倍以上。
废水中酸或碱的类型各异，其含量变化使PH值曲线也产生变化，因而这种场合需要的可调范围会超过1000。
如果不能提供足够的可调范围，其结果将是要求在高负荷下试剂供应不足或在低负荷下低于可调范围时产生极限环。
一、分程控制系统⒉基本原理及结构（续）一、分程控制系统⒉基本原理及结构（续）一、分程控制系统⒉基本原理及结构（续）一、分程控制系统⒉基本原理及结构（续）一、分程控制系统⒉基本原理及结构（续）一、分程控制系统⒉基本原理及结构（续）一、分程控制系统⒉基本原理及结构（续）一、分程控制系统⒉基本原理及结构（续）一、分程控制系统⒉基本原理及结构（续）一、分程控制系统⒉基本原理及结构（续）一、分程控制系统⒉基本原理及结构（续）一、分程控制系统⒉基本原理及结构（续）二、阀位控制(VPC)系统二、阀位控制(VPC)系统（续）二、阀位控制(V PC)系统（续）二、阀位控制(VPC)系统（续）冷冻盐水和冷水都能影响温度，两者比较，冷冻盐水的影响滞后小，有良好的动态性能，但价格贵。
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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
d
F Fmax
K
dl
F／Fmax＝Kl十Kl
（1）连续分程法：
例2 等百分比阀
d
F 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。
VB
VA
VB由 r 确定 VA处于一新的开度
蒸汽减压系统低压总管压力阀位控制
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
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.C
A
氮
A.O PC
—
B
A
11.6 12.4
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
控制器
A阀 B阀 变送器
对象
C' max＝CAmax十CBmax＝2Cmax＝200
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'
C' max
200
60
Cmin 100
R’=60
30
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
— TC
A A.C
B A.O
A B
图7—4 间歇式化学反应器分程控制系统
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
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：
B
A.O TC
T
TC输出
VB
(
T)
VPC输出
VA
(T )
T=Tsp
VA处于某一新开度，VB处于VPC所设置的小开度 r
VPC
A A.O
7.2.2 阀位控制系统的应用
工作原理：
T
TC输出
VB
( T)
VPC输出
VA ( T )
B A.O TC
VPC
A 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
工作原理：
P
PC输出
VB
( P)
VPC输出
B A.O
VPC
A A.O
PC
VA ( P )
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
两阀异向 动作
0
100%
7.1.2 分程控制的应用场合
（1）扩大控制阀可调范围：
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/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：
根据总符号为“-”的原则
GVB
GOB
R
Gc
GCV
GVA
GOA
Y
r
（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。
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
控制器
A阀
B阀
换热
反应
变送器 2例子两个阀通道不相同，只能折中
7.1.4 分程阀流量特性问题
100%
0
0.02
0.06
0.1
图7—11 A、B分程阀特性
0.02
0.06
0.1
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
0
100%
0
100% 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
A.O A.O
综合考虑——阀位控制系统
F
变量A：经济合理 变量B：快速有效
A B
C1主控制器，控制B
C2阀位控制器，控制A
C2
C1
7.温度控制
B
A.O TC
TC 原油
燃料
原油出口温度控制系统
VPC
A A.O
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
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
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@
第7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
7.1 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