分程及阀位控制系统
常用串级和分程控制(介绍)
概述
解决办法：再加入一个蒸汽流量控制系统，可控制 流量稳定。
FC
TC
问题：两套控制系统不能协调，甚至出现矛盾
温度控制系统要求增加或减小蒸汽流量，而流量控制 系统却只能根据事先的流量设定值进行定值控制。
概述
串级控制系统：两套控制系统的协调控制
FC
TC
特点：两个控制器，一个调节阀
- PID正反作用确定 . 先确定副控制器 调节阀选为气开型(故障关FC),特性为正作用; 流
量偏大时,阀门流通量应少, 对象特性为反作用; 所以 PID控制器应选正作用;
调节阀选为气关型(故障关FO),特性为反作用, PID控制器应选反作用;
串级控制系统
. 再确定主控制器 主控制器PID特性,不再需要考虑阀门特性和
一个控制器（主控制器）的输出送到另一个控制器 （副控制器）的给定，副控制器的输出送到控制阀ຫໍສະໝຸດ 述温度控制器流量控制器
控制阀
流量变送器
温度变送器
流量对象
温度对象
特点：两个闭环环路，内环和外环 内环：副环，副控制器、副对象、副变送器 （流量） 外环：主环，主控制器、主对象、主变送器 （温度）
概述
主环，定值控制系统，给定值由工艺设定，主控制
例：精馏塔提馏段温度控制系统 1）副环干扰 2）主环干扰
串级控制系统的特点
串级系统具有一定的自适应能力
自适应问题：控制器的参数往往是根据一定的控制对象设置的， 当控制对象特性发生变化时（非线性特性，操作条件变化、负 荷变化），原来好的控制器参数就变得不好了（不适应了） 串级系统中，副控制系统是随动系统，主控制器可根据操作条 件的变化，不断修改副控制器的给定值——自适应能力 “能力有限”，自适应控制（现代控制技术）
分程控制系统如何采用阀门定位器实现硬分程？
分程控制系统如何采用阀门定位器实现硬分程？气动调节阀以20kPa-100kPa的气压信号为输入控制信号，阀门定位器作为气动调节阀的主要辅助工具，对调节阀的定位也起着决定性作用，它与气动调节阀配套使用，可满足生产过程中控制系统对阀门提出的各种特殊要求。
分程控制中借助附设在每台调节阀上的阀门定位器，将PID调节器输出分成几段信号区间，不同区段内的电流变化分别通过阀门定位器去带动各个调节阀做全行程动作，称为“硬分程”。
如何采用阀门定位器实现硬分程由于气动调节阀有气开和气关两种特性，因此在分程控制系统中两个阀门就有四种组合特性。
如图1~图4所示。
图1和图2表示阀门同方向运动，图3和图4表示两个阀门作用方向相反。
虽然分程控制可以是两个以上阀门共同控制，但一般采用的是两个阀门分程。
图1图2图3图4如图3所示分程控制曲线图，一个PID调节器的输出同时控制两个工作范围不同的气动调节阀。
通过阀门定位器或电-气阀门定位器来实现硬分程。
A阀为气开阀，在PID调节器的输出信号为0-50%，即4-12mA时，做全行程动作。
通过对调节阀与阀门定位器的联校，使A阀从全闭到全开动作，当输入电流为12mA时，A阀达时到全开状态。
B阀也为气开阀，在PID调节器的输出信号50%-100%，即12-20mA时，做全行程动作。
改变B阀电-气阀门定位器的正反作用方式，使得B阀作反向阀使用。
通过对调节阀与阀门定位器的联校，使B阀从全开到全闭动作，当输入电流为12mA时达到全开，20mA时阀达到全闭。
硬分程存在的问题1、两个气动调节阀串联在同一回路中，一旦中间线路出故障，或一个气动调节阀进行检修，另个气动调节阀也将不能工作。
因而，不能手动控制单个气动调节阀，操作起来很不方便。
2、分程控制的实现是通过调整阀门定位器的反馈杠杆，来改变阀门定位器的量程范围从而实现分程。
在实际应用中，现场需要根据分程控制曲线，对每段输出信号，进行调节阀调校，工作起来既繁琐又费时，而求维修也较为不便。
5_4_分程控制与阀位控制
4.调节器正、反作用方式的选择
示例1：
B A.O “ “-” +”
“ +” 反作用 “ +” A.O “ +”
“-” 正作用
A
管式炉原油出口温度阀位控制系统方框图
4.调节器正、反作用方式的选择
示例2：
A.O “ B P “ +” +” “-” 正作用 “ +” A.O “ +”
经济、合理 但不及时 快速、及时 但不经济
阀位控制器 B阀位设定值
主控制器
阀位控制系统应用
管式加热炉原油出口温度控制
及时有效 正作用
A.O
反作用
经济合理
A式加热炉原油出口温度控制
及时有效 正作用
A.O
稳定情况： 被控参数=设定温度R VB开度=r 干扰使θ ↑时：
气
调节阀气动信号（MPa）
阀
0.058 0.062
气
开 阀
关
阀位控制
在设计控制系统时，选择控制变量既要考虑经济性和合理
性，又要考虑快速性和有效性。但在有些情况下，很难做到两
者兼顾。阀位控制系统就是在综合考虑控制变量的快速性、有
效性和经济性、合理性基础上发展起来的一种控制系统。
阀位控制系统的原理结构
分程控制的基本设计思想
在分程控制系统中，仅有一个被控变量CV，但通常有两个操 作变量MVs。
▪ 分程控制的基本设计思想是，将两个MVs （或两个控制阀） 合并成一个MV，再按单回路方式进行控制；
▪ “分程”是指将控制器输出信号按范围划分成几段，其中每 一段只调节一个控制阀的开度（另一控制阀的开度保持不 变）。
分程控制与阀位控制
第五章5 分程控制控制系统
图1
分程控制系统方框图
分程控制系统中控制器输出信号的分段一般是由附设在控制阀上的阀门定
位器来实现的。阀门定位器相当于一台可变放大系数，且零点可以调整的放
大器。 阀门定位器可以将控制器的输出压力分成几段信号区间。不同段内的压力
有相应的阀门定位器转化为0.02~0.1MPa信号压力，使控制阀全程动作。
例如：A和B两个控制阀 要求：A阀在控制器输出信号压力为0.02~0.06MPa信号压力，使控制 阀全程动作。 A阀上的阀门定位器对应的输出压力为0.02MPa~0.1MPa，B阀上则在控制 器输出压力为0.06MPa~0.1MPa时通过附设在上面的阀门定位器使之也刚好走 完全程。 即，当控制其输出信号小于0.06MPa时，A阀动作，B阀不动作； 当信号大于0.06MPa时，A阀已动至极限，B阀开始动作。
一类是两个控制阀异向动作: 即随着控制器输出信号的增大成减小，一个控制阀开大，另 一个控制阀则关小，如图8—37所示，其中图(a)是A为气关阀、B 为气开阀的情况。图(b)是A为气开阀、B为气关阀的情况。
分程阀同向或异向动作的选择问题，要根据生产工艺的实际需要 来确定。
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
TCபைடு நூலகம்冷水
A B 蒸汽
FVA：气闭
FVB：气开
TC：反作用
1.反应开始前升温阶段→T测<给定值→TC↑→A阀↓ →（ A阀 全关时）B阀↑ →蒸汽加热， T↑→ 达到反应温度时，反应开 始； 2.反应开始后T↑ → T测.>给定值→TC↓ →B阀↓（B阀全关时） A阀↑→ T↓，冷却水把反应热带走，使反应釜温度恒定，反 应继续进行。
5.5
分程控制系统
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？）
《过程控制及仪表》期末复习题(基础题目)
一、填空题二、自动调节系统方块图中，给定值R，测量值Z和偏差e三者之间的关系是e=R-Z。
一、过渡过程结束时，被控变量所达到的新的稳态值与原稳态值之差叫做余差二、串级调节系统中，主回路是一个定值调节系统。
1．电子电位差计是根据电压补偿原理工作的。
三、积分时间愈____长_____，积分作愈弱。
四、当一个调节器的输出信号同时送给两个调节阀，这两个调节阀工作在不同的信号区间，则构成的控制系统为___分程__控制系统。
五、在自动控制系统中，能够测量某物理量的大小并把它转化为一种特定信号的自动化装置是测量变送器。
1．过程控制仪表包括控制器、执行器、操作器以及可编程控制器等各种新型控制仪表及装置。
2．一台仪表性能的优劣通常可以用精确度、变差、灵敏度来评价。
3．基本控制规律包括双位控制、比例控制、比例积分控制、积分控制、微分控制、比例微分控制、以及比例积分微分控制。
4．二、选择题1.在自动化仪表中，显示仪表用于各种检测变量的显示、记录，按显示方式可分为三大类，下面哪项不属于显示方式。
（ B ）A 模拟式显示仪表B高端显示仪表 C 屏幕显示仪表 D 数字式显示仪表2.对于始点为0℃的电子电位差计，当输入端短路时，仪表指针应指在（ C ）。
A．始点B．终点C．室温D．原位置3. 下列（ A ）不是描述对象特性的参数。
A.过渡时间B.时间常数C.放大系数D.滞后时间4. 下面哪项不属于复杂控制系统。
（ A ）A. 自动控制系统与编程控制系统B. 比值控制系统均匀控制系统C 分程控制系统与选择性控制系统D 串级控制系统与前馈控制系统5. 串级控制系统中，副调节器一般采用（D ）调节规律A.PIB.PIDC.PDD.P6. 下面哪项不属于过程控制系统的分类。
CA过程自动检测系统 B 过程自动控制系统C过程自动显示系统D过程自动报警与联锁保护系统7. 如图为一个加热器控制系统，通过将进料与蒸汽进行换热达到对物料进行加热的目的，希望出料温度恒定。
串级、比值、前馈-反馈、选择性、分程以及三冲量六种复杂控制系统
1、串级控制系统
串级控制系统是应用最早，效果最好，使 用最广泛的一种复杂控制系统，它的特点 是两个调节器相串联，主调节器的输出作 为副调节器的设定，当对象的滞后较大， 干扰比较剧烈、频繁时，可考虑采用串级 控制系统。
1、基本概念
串级控制系统(Cascade Cont ro1System)是一 种常用的复杂控制系统，它根据系统结构
主回路(外回路)：断开副调节器的反馈回路 后的整个外回路。
副回路(内回路)：由副参数、副调节器及所 包括的一部分对象所组成的闭合回路（随
动回路)
主对象(惰性区)：主参数所处的那一部分工 艺设备，它的输入信号为副变量，输出信 号为主参数(主变量)。
副对象(导前区)：副参数所处的那一部分工 艺设备，它的输入信号为调节量，其输出 信号为副参数(副参数 将要达到危险值时，就适当降低生产要求， 让它暂时维持生产，并逐渐调整生产，使 之朝正常工况发展。能实现软限控制的控 制系统称为选择性控制系统，又称为取代 控制系统或超驰控制系统。
通常把控制回路中有选择器的控制系统称 为选择性控制(selective control)系统。选择 器实现逻辑运算，分为高选器和低选器两 类。高选器输出是其输入信号中的高信号， 低选器输出是其输入信号中的低信号。
控制系统一般又可分为简单控制系统和复 杂控制系统两大类，所谓复杂，是相对于 简单而言的。凡是多参数，具有两个以上 变送器、两个以上调节器或两个以上调节 阀组成多回路的自动控制系统，称之为复 杂控制系统。
目前常用的复杂控制系统有串级、比值、 前馈-反馈、选择性、分程以及三冲量等， 并且随着生产发展的需要和科学技术进步， 又陆续出现了许多其他新型的复杂控制系 统。
路外，使调整k时不影响控制回路稳定性。
国家开放大学《化工仪表及自动化》形考任务1-4参考答案
国家开放大学《化工仪表及自动化》形考任务1-4参考答案形考任务11.控制系统的反馈信号使得原来信号增强的叫作（）。
A.负反馈B.正反馈C.前馈D.回馈2.下面（）符号代表调节阀。
A.FVB.FTC.FYD.FE3.在自动控制系统中，随动系统把（）的变化作为系统的输入信号。
A.测量值B.给定值C.偏差值D.干扰值4.过渡过程品质指标中，余差表示（）。
A.新稳态值与给定值之差B.测量值与给定值之差C.调节参数与被调参数之差D.超调量与给定值之差5.生产过程自动化的核心是（）装置。
A.自动检测B.自动保护C.自动执行D.自动调节6.下列压力计中，能测绝对压力且精度最高的是（）。
A.弹簧管压力计B.砝码、活塞式压力计C.电容式压力计D.电阻式压力计7.压力表在现场的安装需（）。
A.水平B.倾斜C.垂直D.任意角度8.测量氨气的压力表，其弹簧管应用（）材料。
A.不锈钢B.钢C.铜D.铁9.霍尔式压力传感器利用霍尔元件将压力所引起的弹性元件（）转换为霍尔电势实现压力测量。
A.变形B.弹力C.电势D.位移10.活塞式压力计上的砝码标的是（）。
A.质量B.压力值C.千克D.公斤11.仪表的精度级别是指仪表的（）。
A.基本误差B.最大误差C.最大引用误差D.基本误差和最大允许值12.若一块压力表量程为0～16MPa，要求测量值的绝对误差小于±0.2MPa，选用（）级的仪表。
A.1.0级B.1.5级C.2.0级D.0.5级13.评定仪表品质的主要质量指标是（）A.精度B.基本误差C.动态误差D.系统误差14.计算错误所造成的误差是（）。
A.随机误差B.系统误差C.疏忽误差D.附加误差15.由于仪表内部元件老化过程引起的误差称为（）。
A.疏忽误差B.缓变误差C.随机误差D.系统误差16.自动控制系统方块图由（）组成。
A.传递方块B.信号线C.比较点D.分支点17.下列过程中（）属于典型过渡过程的基本形式。
A.发散振荡过程B.等幅振荡过程C.随机振荡过程D.非周期衰减过程18.按误差产生的原因以及误差的性质，误差分为（）。
控制调节阀的阀门定位器选型指南
控制调节阀的阀门定位器选型指南阀门定位器(又称：气动阀门定位器）是调节阀的主要附件，通常与气动调节阀配套使用，它接受调节器的输出信号，然后以它的输出信号去控制气动调节阀，当调节阀动作后，阀杆的位移又通过机械装置反馈到阀门定位器，阀位状况通过电信号传给上位系统。
在众多的控制应用场合中，阀门定位器是调节阀最重要的附件之一。
尤其是对于某个特定的应用场合，如果要选择一个最适用阀门定位器，那么就应注意考虑下列因素：1)阀门定位器能否实现“分程(Split_ranging)”实现“分程”是否容易、方便?具备“分程”功能就意味着阀门定位器只对输入信号的某个范围(如：4～12mA或0.02～0.06MPaG)有响应。
因此，如果能“分程”的话，就可以根据实际需要，只用一个输入信号实现先后控制两台或多台调节阀。
2)定位器的零点和量程的调校是否容易、方便?是不是不用打开盒盖就可以完成零点和量程的调校?但值得注意的是：有时候为了避免不正确的(或非法的)操作，这种随意就可进行调校的方式需要被禁止。
3)阀门定位器的零点和量程的稳定性如何?如果零点和量程容易随着温度、振动、时间或输入压力的变化而产生漂移的话，那么阀门定位器就需要经常地被重新调校，以确保调节阀的行程动作准确无误。
4)阀门定位器的精度在理想工况下，对应某一输入信号，调节阀的内件(TrimParts,包括球体/阀芯、阀杆、阀座等)每次都应准确地定位在所要求的位置，而不管行程的方向或者调节阀的内件承受多大的负载。
5)阀门定位器对空气质量的要求如何?由于只有极少数供气装置能提供满足ISA标准(有关仪表用空气质量的标准：ISA标准F7.3)所规定的空气，因此，对于气动(或电-气)阀门定位器，如果要经受得住现实环境的考验，就必须能承受一定数量的尘埃、水汽和油污。
6)零点和量程的标定两者是相互影响还是相互独立?如果相互影响，则零点和量程的调校就需要花费更多的时间，这是因为调校人员必须对这两个参数进行反复调整，以便逐步地达到准确的设定。
《阀门控制系统》课件
03
阀门控制系统的设计与实现
控制系统的硬件设计
01 硬件架构
介绍阀门控制系统的整体硬件架构，包括传感器 、执行器、控制器等关键组件。
02 传感器选择
根据阀门控制需求，选择合适的传感器类型和规 格，如流量计、压力传感器等。
03 执行器配置
根据阀门类型和控制需求，配置合适的执行器， 如电动阀、气动阀等。
建筑给排水中的阀门控制系统
总结词
保障供水安全及节能减排
详细描述
在建筑给排水系统中，阀门控制系统用于调节水流量、控制水压和水位，保障 供水安全。同时，通过智能控制阀门的开度，实现节能减排，降低能源消耗。
流体输送中的阀门控制系统
总结词ห้องสมุดไป่ตู้
确保流体输送安全可靠
详细描述
在石油、天然气等流体输送过程中，阀门控制系统对于保障输送安全可靠具有重 要意义。通过对阀门进行实时监控和控制，防止流体泄漏和意外事故的发生。
控制器根据接收到的信号 和设定值进行比较和计算 ，输出控制信号给执行器 。
执行器根据接收到的控制 信号对被控对象进行调节 和控制。
控制系统的信号传输与处理
控制系统的信号传输通常采用模拟信号或数字信号，模拟信号具有连续变 化的特性，数字信号则是一系列离散的二进制数。
在信号传输过程中，需要进行信号的调制解调、放大滤波等处理，以保证 信号的稳定性和可靠性。
气动控制
随着气动技术的发展，气动阀门控制 系统逐渐取代了手动控制，通过压缩 空气来驱动阀门动作。
智能控制
现代的阀门控制系统趋向于智能化， 通过微处理器和传感器实现自动控制 和远程监控，提高了系统的可靠性和 安全性。
02
阀门控制系统的工作原理
阀门的工作原理
串级控制知识问答
1．什么叫串级控制系统?画出一般串级控制系统的典型方块图。
答：串级控制系统是由其结构上的特征而得名的。
它是由主、副两个控制器串接工作的。
主控制器的输出作为副控制器的给定值，副控制器的输出去操纵控制阀，以实现对变量的定值控制。
2．串级控制系统有哪些特点?主要使用在哪些场合?答串级控制系统的主要特点为：(1)在系统结构上，它是由两个串接工作的控制器构成的双闭环控制系统；(2)系统的目的在于通过设置副变量来提高对主变量的控制质量}(3)由于副回路的存在，对进入副回路的干扰有超前控制的作用，因而减少了干扰对主变量的影响；(4)系统对负荷改变时有一定的自适应能力。
串级控制系统主要应用于：对象的滞后和时间常数很大、干扰作用强而频繁、负荷变化大、对控制质量要求较高的场合。
3．串级控制系统中主、剧变量应如何选择?答主变量的选择原则与简单控制系统中被控变量的选择原则是一样的。
副变量的选择原则是：．(1)主、副变量间应有一定的内在联系，副变量的变化应在很大程度上能影响主变量的变化；(2)通过对副变量的选择，使所构成的副回路能包含系统的主要干扰；(3)在可能的情况下，应使副回路包含更多的主要干扰，但副变量又不能离主变量太近；(4)副变量的选择应考虑到主、副对象时间常数的匹配，以防“共振”的发生4．为什么说串级控制系统中的主回路是定值控制系统，而副回路是随动控制系统?答串级控制系统的目的是为了更好地稳定主变量，使之等于给定值，而主变量就是主回路的输出，所以说主回路是定值控制系统。
副回路的输出是副变量，副回路的给定值是主控制器的输出，所以在串级控制系统中，副变量不是要求不变的，而是要求随主控制器的输出变化而变化，因此是一个随动控制系统。
5．怎样选择串级控制系统中主、副控制器的控制规律?答串级控制系统的目的是为了高精度地稳定主变量，对主变量要求较高，一般不允许有余差，所以主控制器一般选择比例积分控制规律，当对象滞后较大时，也可引入适当的微分作用。
过程装备控制技术及应用
过程装备控制是指在过程设备上，配上一些自动化装置以及合适的自动控制系统来代替操作人员的部分或全部直接劳动，使设计制造、装配、安装等在不同程度上自动的进行。
生产过程自动化系统所包含的内容：自动检测系统、信号连锁系统、自动操作系统、自动控制系统。
工业生产对过程装备控制的要求是多方面的，最终可概括为三项要求：安全性、经济性和稳定性。
安全性是指在整个生产过程中，确保人身和设备的安全，这是最重要也是最基本的要求。
控制系统的分类：1、按给定值的特点划分：定值控制系统，随动控制系统、程序控制系统2、按系统输出信号对操纵变量的影响：闭环控制、开环控制；3、按系统的复杂程度划分：简单控制系统、复杂控制系统；4、按系统克服干扰的方法：反馈控制、前馈控制、前馈-反馈控制系统。
控制系统的过渡过程：发散振荡过程、等幅振荡过程、衰减振荡过程、非振荡的单调过程。
控制系统的性能指标：1、一阶跃响应曲线形式表示的质量指标：最大偏差A(超调量σ)、衰减比n 、回复时间t s 、余差e(∞)、震荡周期T 。
2、偏差积分性能指标：平方误差积分指标（ISE ）j = e 2∞0(t )dt →min 、时间乘平方误差积分指标(ITSE)：J = te 2∞0(t )dt →min 、绝对误差积分指标(IAE):J = e (t ) dt →min ∞0、时间乘绝对误差积分指标(ITAE)J = t e (t ) dt →min ∞被控对象的特性，就是当被控对象的输入变量发生变化时，其输出变量随时间的变化规律（包括变化的大小、速度等）。
被控对象的特性参数有：放大系数K 、时间常数T 、滞后时间τ放大系数：是被控对象重新达到平衡的输出变化量与输入变化量之比。
对控制通道，放大系数适宜最好；对干扰通道越小越好。
时间常数：反应了被控对象受到输入作用后，输出变量达到新稳态值的快慢，他决定了整个动态过程的长短。
对控制通道，时间常数T 大，被控变量变化缓慢，时间常数小，被控变量变化速度快，不易控制，所以适宜最好。
分程控制在压缩机进出口压力控制中的应用与研究
分程控制在压缩机进出口压力控制中的应用与研究作者：高韵涵樊星宇来源：《当代化工》2020年第04期摘要：在众多复杂控制中，分程控制为其中一种，且在石油化工控制过程中应用广泛。
结合异构化装置中氢气压缩机进出口压力控制方法，通过对压缩机进出口工艺流程的介绍，阐述分程控制的原理、方法及必要性。
为控制异构化反应器中氢气的进料量，采用氢压缩机进出口緩冲罐顶压力、氢气干燥器出口流量为参数，将信号送至控制系统的选择单元。
此选择单元与两台调节阀构成分程控制系统，两台调节阀控制氢气回路流量，从而保证反应器内的氢气量恒定。
关键词：分程控制;压力;流量;调节阀中图分类号：TP273 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2020）04-0692-04Abstract： As a kind of complex control system， split-range control system is widely used in petrochemical control process. In this paper， combined with the pressure control method of hydrogen compressor inlet and outlet in isomerization unit， the principle， method and necessity of split-range control system were expounded by introducing the process flow of the compressor. In order to control the feed amount of hydrogen in the isomerization reactor， the pressure at the top of the buffer tank at the inlet and outlet of the hydrogen compressor and the discharge at the outlet of the hydrogen dryer were adopted as parameters to send signals to the selection unit of the control system. This selection unit and two control valves constituted a split-range control system， and the two control valves controlled the flow of hydrogen loop， so as to ensure the constant amount of hydrogen in the reactor.Key words： Split-range control; Pressure; Flow; Control valve伴随电子科技的不断发展，在石油化工领域自动化系统的普及程度逐年提高，较之传统的单回路控制结构在实际的石油化工装置上已经不能保证其有效性。
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
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、2 阀位控制系统
7、分1 程控制系统 7、1、概述 1一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
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 大流通能力应就是两阀都全开时得流通能力,即:
C' max＝CAmax十CBmax＝2Cmax＝200
因此A、B两只控制阀构成分程控制时,两阀组合后得可调范围
应就是:
R'
C' max
200
60
Cmin 100
R’=60
30
7、1、分程控制得应用场合 2
(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、分程控制得应用场合 2
(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。例1 线性阀d来自F FmaxK
dl
F／Fmax＝Kl十Kl
4
(1)连续分程法:
例2 等百分比阀
d
F Fmax dl
K
F Fmax
缺点:如果两个阀得流通能力相差很大时,会有一个阀得 分程信号变得非常小,调节困难。
7、1、分程阀流量特性问题 4
分程控制系统
如果在分程控制系统中采用两台分程阀，如图1-1 所示，要求A阀的信号区间为4~12ma，B阀的信号 区间为12~20ma。通过调整两台调节阀上的阀门 定位器，使A阀在4~12ma的输入信号下走完全行 程，使B阀在12~20ma的输入信号下走完全行程。 当控制器输出信号小于12ma时，只有A阀随信号 的变化改变开度，B阀的开度不变；控制器输出信 号超过12ma时，A阀的开度不变，B阀的开度随信 号的变化而变化。
图(b)表示两个调节阀均为气关阀。随着控制器输出 信号为4~12ma范围时，A阀从全开到全关，B阀为 全开；信号为12~20ma时，A阀保持全关，B阀从 全开逐渐打开到全关。
图1-3为异向调节阀的分程动作过程，即随着控制 器输出信号的增大或减小调节阀开大，另一个调节 阀则关小。
分程控制系统的应用 分程控制系统主要有以下几个方面的应用 (1)用于扩大调节阀的可调范围，满足不同负荷下 的控制要求。当生产负荷变化较大时，要求有较大范 围的流量变化，但是调节阀的可调范围是有限制的， 只用一个调节阀满足不了流量大范围变化的要求，这 时可采用两个调节阀并联安装的分程控制方案.
分程控制中的几个问题 (1)分程控制对阀门的泄漏等级要求较高，当分程 控制的目的是为了扩大调节阀的可调范围、提高系 统控制质量时尤为重要。当大小两个阀门并联工作 时，如果大阀的泄漏量较大时，小阀在小开度时将 起不到控制作用。
(2)要正确选择调节阀流量特性。在分程控制系统中， 存在着控制作用从一个调节阀向另一个调节阀的过 渡。如果各阀的流通能力相差较大，那么在分程点 处将出现流量的突变这在大小调节阀并联时尤其突 出。解决的办法是：如果要求分程控制的总体流量 特性为直线，且总的可调范围不太大，可使用两个 流通能力相同的线性阀门；如果要求总的可调范围 较大，则可使用两个等百分比的阀门。
分程控制及其应用
分程控制及其应用王威特【摘要】分程控制是一个调节器的输出去带动两个或两个以上的调节阀工作，每个调节阀仅在调节器输出的某段信号范围内动作。
分程控制作为一种典型的控制方案，已在很多石化装置中普遍应用。
本文介绍了分程控制的基本概念及在石油化工行业实践应用中的几种典型的应用实例，并结合现场实际应用情况对其进行了优化，详细描述了“硬分程”和“软分程”在现实生产过程中是如何实现的。
并阐述了分程控制在实际应用中的注意事项。
%As a typical control scheme, the split range control has been widely used in many petrochemical plants. The basic concepts of the split range control and several typical application examples were introduced. The actual application situation of the field was optimized, and the practical application of the split range control was expounded. Matters needing attention in were discussed.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2016(044)017【总页数】4页(P168-171)【关键词】分程控制;调节器;调节阀;分程模块【作者】王威特【作者单位】中石化洛阳工程有限公司，河南洛阳 471003【正文语种】中文【中图分类】TP13分程控制作为一种典型的控制方案，在石油化工生产中应用广泛，能适应工艺要求，采用两种或多种手段、介质来进行控制。
反应器的温度控制就是一个例子。
满足工艺生产不同负荷和开、停车过程对自控的要求。
第6、7章 选择控制系统和分程阀位控制系统
液位
温度控制器 开 关 控制阀
温度
液位对象
温度对象
图6—2 开关型选择性控制系统方块图
教学进程
6.2.1 开关型选择性系统
裂解气（88℃） 气丙烯 信号器
当液位低于75％时 pz＝0
信号器 液丙烯 PZ 当液位达到75％时 pz＝0．1MPa 切换器
TC
PY PX
切换器
当pz＝0时，pY＝px
pz＝0．1MPa时， pY＝0
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。
教学进程
作业 课本P164 课本 P183 7.7 6.5
工作原理：
T TC输出 T VB A
VPC
(
VA
) ( T
VPC输出
A.O
)
T=Tsp
教学进程
7.2.2 阀位控制系统的应用
B
工作原理：
A.O TC
T
TC输出 T
VB
VPC
(
VA
) )
VPC输出 A
( T
A.O
VA处于某一新开度，VB处于VPC所设置的小开度 r
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
P176 分析 仍有跳跃
教学进程
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
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 A B
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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
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。
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
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
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。
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
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.C A A.O 氮 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
A阀 控制器 B阀 变送器 1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
( 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 对象时间常计及整定
（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
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
7.1.3 分程控制器参数整定
控制器 阀A 阀B 变送器 3例子，A通道为充氮流量对储油罐压力影响的通道，符号为+； B通道为放空流量对储油罐压力影响的通道，符号为- ； 阀A为气开阀，符号为+； 阀B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。 若两个阀的特性相同，按一个阀通道整定即可。 对象A 对象B
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
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 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.O A.O —
PC
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： 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 ' C 200 应是： ' R’=60 max R 60 C min 100 30
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
(