分程控制系统的原理、设计及应用
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第２２卷专刊 ２００５年８月
河 北 省科 学 院 学 报 Ｊｏｕｍａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｈｅｂｅｌ Ａｃａｄｅｍｙ ｏ壬Ｓｃｉｅｎｃｅｓ
Ｖｏｌ，２２ Ｓ¨Ｄ Ａｕｇ ２００５
分程控制系统的原理、设计及应用
王满顺，陈志军
（河北科技大学）
摘要：奉史夼绍了分程控制系统的原理，并结合实例，介绍了两个执行器异向耐作的分程系统方寨设计方
万方数据
２ ２淋浴木温控制系统 人们要求一个舒适的淋浴，据各人对水温的不同的要
求，可分别词节热水量和冷水量，以满足各人对水温的要 求。方案见图５所示。
该系统的棱控参数为淋梧出口处韫度Ｔ，控制量是阀 门Ａ控制的热水流量和阀门Ｂ控制的冷水派量。从节约 能源考虑，Ａ阀选气开式，即Ｋｖ＾为“＋１号，热水流量增 加，出口温度Ｔ增加，得出该通道的过程增益‰１为“＋”． 为保证负反馈，调节器的增益Ｋｃ为“＋”，即反作用。再 分析冷水控制通道：冷水增加时．出口温度Ｔ减小．得出 该通道的增益‰：为“一”，由于调节器的增益巴定，为保 证这个通道为负反馈，所以阀Ｂ必定确定为气美式。
（ａ）热水控翩工艺流程田
ｍ＾阿气开、Ｂ闷气关
圈５淋浴丑控蕞统
’寿文献：
【１］邢播森，戴先中．过程控制工程（２版）［Ｍ］．北京：机檀工生 出版扯．２００４．
Ｃ２】施仁等编自动化仪表与过程控制．（３版）【Ｍ］北京：电子
工业出版牡．２∞４． ［３］蕾蕾云等译．过程控制系统一应用、设计与鼙定（３版）［Ｍ］
北京：清华出蔽社ｔ２００４．
圈１分程撞翩系统方框图 我们以气动仪表为例，电动仪表可仿效气动仪表。一 个执行器在调节器输出信号的２０—６０ＫＰａ范围内工作， 另一个执行器在６０一１００ＫＰａ范围内工作。 １ ２分程控制系统的几个应注意的问题 分程控制中执行器工作范围的转换是通过阀门定位 器和电一气阀门定位器来实现的；平滑过渡问题；执行器 的泄墉问题，见文献［１］。
的理解，从而扩大这种理论的应用。
‘ａ）Ａ阔气玎．Ｂ剃＋ｔ＊
ｍ）Ａ州＋ｔ蕞、Ｂ删’ｔ蚪
１ 分程控制系统的工作原理
圄３调节闷异向动作
１ １什么是分程控制系统 在单回路控制系统中，是一个调节器控制一个执行器
在全程围内工作的。分程控制系统是由一个调节器的输 出分段分别控制两个或多个执行器（常见的是两个执行 器）工作的系统称为分程控制系统。如图ｌ所示。
如）阍Ａ、Ｂ均为气开∞阀Ａ、Ｂ均为气＊ 图２调节阀同向动作
收藕日期：２（Ｊ０５ ０６—２０
万方数据
㈨控制流群罔
专刊
王满顺等：分程控制系统的原理、设计及应用
１９ｌ
Ｏ ２０
６０
ｔ００
（ｈｌ阈门Ａ器开、阁门Ｂ气关
曝４反应磊压力拉憎系统
３结论
本文对分程控制中两个调节髑作异向动作的情况作 了详细的分析：步骤是先确定系统的被控量和两个控制 量，然后从一个控锎通道出发，确定谈通道中执行器（也叫 调节闷）气开、气关型式和调节器的正、反作用．然后从另 一个控翻通道特性出发，确定另一个执行器的气开、气关 型式．这样分程控制系统方案设计的关键问题抓住了，下 边的问题和单回路的设计相同。
法，对从事过程控制的生产、教学和科研有一定参考价值。 关键词：分程控制；控制系统设计
ห้องสมุดไป่ตู้
分程控制系统在生产中经常遇到，现有的教材在这方 面舟绍的不够深Ａ，本文对分程控制系统的原理作了较概 括的总结，并通过两个工业应用实例，总结出分程控制系
阿Ｊ１。懂 。：ｉ［匝。，州¨。度 １。。：眭。，。
统的方案设计的步骤，使读者对分程控制系统理论有深人
２分程控制系统方案设计
分程控制系统根据两个调节阔气开、气关型式可分两 大类：同向动作和异向动作。同向动作的分程控制的设计 和单回路系统相同，这里不再论述。重点介绍两个执行器 异向动作的分程系统的设计。 ２ １ 化学反应器压力分程控制系统
某化学反应器进行气相反应，为了控制反应器的压 力，设计一个分程系统。该系统的被控量是反应器压力， 控制量有两个：一个是进料流量，有阀门Ａ控制；另一个 是出料流量，有Ｉ碍门Ｂ控制。从安全生产出发，选Ａ阀为 气开式．它的静态增益ＫｖＡ为“＋“号，从这个控制通道分 析得出对象的静态增益ｌ（０ｔ为“十”号，为保征系统是负反 馈，所以凋节器的静态增益Ｋｃ为“＋”号，即调节器是反 作用；从另一个控制通道分析：出料量增加时，压力减小， 所以这个通道的静态增益Ｉ（０２为“一”号，因为调节器的Ｋｃ 已定，为“＋”号，为保证这个通道为负反馈，这个通道的执 行器Ｂ的静态增益ＫｖＲ必为“一”号，即Ｂ执行器是气关型 式。该系统的控制流程图见图４所示。
河 北 省科 学 院 学 报 Ｊｏｕｍａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｈｅｂｅｌ Ａｃａｄｅｍｙ ｏ壬Ｓｃｉｅｎｃｅｓ
Ｖｏｌ，２２ Ｓ¨Ｄ Ａｕｇ ２００５
分程控制系统的原理、设计及应用
王满顺，陈志军
（河北科技大学）
摘要：奉史夼绍了分程控制系统的原理，并结合实例，介绍了两个执行器异向耐作的分程系统方寨设计方
万方数据
２ ２淋浴木温控制系统 人们要求一个舒适的淋浴，据各人对水温的不同的要
求，可分别词节热水量和冷水量，以满足各人对水温的要 求。方案见图５所示。
该系统的棱控参数为淋梧出口处韫度Ｔ，控制量是阀 门Ａ控制的热水流量和阀门Ｂ控制的冷水派量。从节约 能源考虑，Ａ阀选气开式，即Ｋｖ＾为“＋１号，热水流量增 加，出口温度Ｔ增加，得出该通道的过程增益‰１为“＋”． 为保证负反馈，调节器的增益Ｋｃ为“＋”，即反作用。再 分析冷水控制通道：冷水增加时．出口温度Ｔ减小．得出 该通道的增益‰：为“一”，由于调节器的增益巴定，为保 证这个通道为负反馈，所以阀Ｂ必定确定为气美式。
（ａ）热水控翩工艺流程田
ｍ＾阿气开、Ｂ闷气关
圈５淋浴丑控蕞统
’寿文献：
【１］邢播森，戴先中．过程控制工程（２版）［Ｍ］．北京：机檀工生 出版扯．２００４．
Ｃ２】施仁等编自动化仪表与过程控制．（３版）【Ｍ］北京：电子
工业出版牡．２∞４． ［３］蕾蕾云等译．过程控制系统一应用、设计与鼙定（３版）［Ｍ］
北京：清华出蔽社ｔ２００４．
圈１分程撞翩系统方框图 我们以气动仪表为例，电动仪表可仿效气动仪表。一 个执行器在调节器输出信号的２０—６０ＫＰａ范围内工作， 另一个执行器在６０一１００ＫＰａ范围内工作。 １ ２分程控制系统的几个应注意的问题 分程控制中执行器工作范围的转换是通过阀门定位 器和电一气阀门定位器来实现的；平滑过渡问题；执行器 的泄墉问题，见文献［１］。
的理解，从而扩大这种理论的应用。
‘ａ）Ａ阔气玎．Ｂ剃＋ｔ＊
ｍ）Ａ州＋ｔ蕞、Ｂ删’ｔ蚪
１ 分程控制系统的工作原理
圄３调节闷异向动作
１ １什么是分程控制系统 在单回路控制系统中，是一个调节器控制一个执行器
在全程围内工作的。分程控制系统是由一个调节器的输 出分段分别控制两个或多个执行器（常见的是两个执行 器）工作的系统称为分程控制系统。如图ｌ所示。
如）阍Ａ、Ｂ均为气开∞阀Ａ、Ｂ均为气＊ 图２调节阀同向动作
收藕日期：２（Ｊ０５ ０６—２０
万方数据
㈨控制流群罔
专刊
王满顺等：分程控制系统的原理、设计及应用
１９ｌ
Ｏ ２０
６０
ｔ００
（ｈｌ阈门Ａ器开、阁门Ｂ气关
曝４反应磊压力拉憎系统
３结论
本文对分程控制中两个调节髑作异向动作的情况作 了详细的分析：步骤是先确定系统的被控量和两个控制 量，然后从一个控锎通道出发，确定谈通道中执行器（也叫 调节闷）气开、气关型式和调节器的正、反作用．然后从另 一个控翻通道特性出发，确定另一个执行器的气开、气关 型式．这样分程控制系统方案设计的关键问题抓住了，下 边的问题和单回路的设计相同。
法，对从事过程控制的生产、教学和科研有一定参考价值。 关键词：分程控制；控制系统设计
ห้องสมุดไป่ตู้
分程控制系统在生产中经常遇到，现有的教材在这方 面舟绍的不够深Ａ，本文对分程控制系统的原理作了较概 括的总结，并通过两个工业应用实例，总结出分程控制系
阿Ｊ１。懂 。：ｉ［匝。，州¨。度 １。。：眭。，。
统的方案设计的步骤，使读者对分程控制系统理论有深人
２分程控制系统方案设计
分程控制系统根据两个调节阔气开、气关型式可分两 大类：同向动作和异向动作。同向动作的分程控制的设计 和单回路系统相同，这里不再论述。重点介绍两个执行器 异向动作的分程系统的设计。 ２ １ 化学反应器压力分程控制系统
某化学反应器进行气相反应，为了控制反应器的压 力，设计一个分程系统。该系统的被控量是反应器压力， 控制量有两个：一个是进料流量，有阀门Ａ控制；另一个 是出料流量，有Ｉ碍门Ｂ控制。从安全生产出发，选Ａ阀为 气开式．它的静态增益ＫｖＡ为“＋“号，从这个控制通道分 析得出对象的静态增益ｌ（０ｔ为“十”号，为保征系统是负反 馈，所以凋节器的静态增益Ｋｃ为“＋”号，即调节器是反 作用；从另一个控制通道分析：出料量增加时，压力减小， 所以这个通道的静态增益Ｉ（０２为“一”号，因为调节器的Ｋｃ 已定，为“＋”号，为保证这个通道为负反馈，这个通道的执 行器Ｂ的静态增益ＫｖＲ必为“一”号，即Ｂ执行器是气关型 式。该系统的控制流程图见图４所示。