5_4_分程控制与阀位控制

分程控制的内部结构
u
p
I/P
0.02~0.06MPa
0.06~0.1MPa
通过手工调节阀门定位 器，使控制阀全范围所 需的控制信号变窄。
VA
VB
上例中当输出p从0.02 变化至 0.06 MPa时，VA就可全范围 变化（此时，VB开度不变）；而当输出p从0.06 变化至
0.10 MPa时，VB就可全范围变化（此时，VA开度不变）
2. 两控制阀如何分程协调工作？ 3. 画出该控制系统的方块图
▪ 1. 为了避免气源故障引起反应器温度过高，无气时输入热量最小， 蒸汽阀，气开式。冷水阀，气关式。
▪ 2. 温度偏高，先关蒸汽再开大冷水。节能。温控器为反作用，温度 增高，输出信号下降。要求信号下降，先关小蒸汽，再开大冷水。
▪ 3. 蒸汽阀分程区间在高信号区。冷水阀在低信号区。
间歇放热反应器分程控制方案
放热 反应器
Tsp
Tm
TC 34
u
I/P
p
电/气
TT
转换器
34
换热水
Y
冷却水
T
“A”
“B” 蒸汽
常规线性控制阀的特性
ym TC u
100
34
I/P
p
气关阀
f (%) 气开阀
0
VA
0.02
0.06
0.10
p, MPa
▪ 正常情况下，当电气转换器输出p全范围变化（0.02 ~ 0.10 MPa）时，控制阀从全关至全开或从全开至全关。
100
“ A”
气关阀
0 0.02
0.06
0.10
p, MPa
Tsp
放热 反应器
Tm
TT 34
TC 34
u
I/P
p
电/气 转换器
换热水
Y
冷却 水
T
“A”
“B” 蒸汽
▪ 温度控制器，反作用控制器。
调节阀的分程动作关系
阀开度(%) 气开阀
100
气 关
“A” 阀
“B”
0 0.02
0.06
0.10
调节阀气动信号（MPa）
反应釜
Tm 温度测量
问题：
Tm Tm f A fB
分程控制系统非线性的补偿
冷水阀 fA(t)
Tsp
u(t)
＋
TC
－
＋
蒸汽阀
fB(t)
＋ 换热器
反应釜
Tm 温度测量
补偿原理：
Tm f A Tm fB f A u fB u
分程控制非线性补偿方法
补偿原理：
Tm f A Tm fB f A u fB u
100
“B”
“A”
0 0.02
0.058 0.062
0.10
调节阀气动信号（MPa）
1、控制阀引入不灵敏区。 2、同时，控制器引入调节 死区
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。
分程控制与阀位控制
吴平 浙江理工大学自动化系
2015/04/21
内容
▪ 分程控制的概念与方法 ▪ 分程控制的应用举例- 间歇反应器与储罐气封控制 ▪ 阀位控制方案
间歇放热反应器的控制问题
放热 反应器
TT 34
换热水
T
Y
冷却水
“A”
“B” 蒸汽
工艺背景：在反应开始时需要用蒸汽加热，以达到一定的反应 速度；而当反应正常进行时，需要用冷却水进行冷却，以防 止反应温度超高。
双控制阀的分程组合
f (%) “ 气开阀A” “ 气开阀B”
100
0 0.02
100
0.06
0.10
p, MPa
“ A”
“ B”
气关阀 气关阀
0
0.02
0.06
0.10
p, MPa
f (%) “ 气开阀A”
f (%) “
气开阀 B”
100
“ A”
气关阀
0 0.02
100
0.06
0.10
p, MPa
工作过程： （1）当温度变低时，调节阀的气动信号增大。若冷水阀还未 全关，则先逐步关冷水阀；否则，再开大蒸汽阀； （2）当温度变高时，调节阀的气动信号减少。若蒸汽阀还未 全关，则先逐步关蒸汽阀；否则，再开大冷水阀；
分程控制系统的非线性
冷水阀 fA(t)
Tsp
u(t)
＋
TC
－
＋
蒸汽阀
fB(t)
＋ 换热器
阀位控制系统的原理结构
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 A.O
正作用
克服干扰的快速性 和有效性比较差
反作用 经济合理
A.O
切换，以节省氮气用量？
▪ 目的：防止油品或产品和空气中的氧气接触。
▪ 方法：保持储罐氮气气压为微正压。
▪ 过程：液面上升，停止补气，将压缩氮气适量排出。液面下降，停 止放气，适量补充氮气。
▪ 进储罐阀门A 气开，排气阀门B气关。控制器反作用。
贮罐气封分程动作过程
阀开度(%) 气
关 阀 气开阀
如何避免两调节阀的频繁开闭以减少N2用量?
控制目标：希望实现反应温度全过程的自动控制
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）。
100
“ A”
f (%) “
气开阀 B”
气关阀
0 0.02
0.06
0.10
p, MPa
间歇放热反应器分程控制系统方块图
Tsp
TC u(t)
＋
34
－
fA 冷却水
VA
Hale Waihona Puke Baidu
回路
＋ Tc
放热
T
fB VB
蒸汽 ＋ 加热器
反应器
Tm TT 34
f (%) “
气开阀 B”
1. 确定TC34的正反作用； 2. 分析该控制系统如何具体工作？
“ B”
气关阀
0
0.02
0.06
0.10
p, MPa
f (%)
间歇放热反应器分程控制系统设计分析
Tsp
放热 反应器
Tm
TT 34
TC 34
u
I/P
p
电/气 转换器
换热水
Y
冷却 水
T
“A”
“B” 蒸汽
100
“ A”
f (%) “
气开阀 B”
气关阀
0 0.02
0.06
0.10
p, MPa
问题讨论
1. 选择两控制阀的气开/气关形 式；
若:
3 Tm Tm f A fB
阀开度(%)
100
“A”
“B”
0 0.02
0.04
0.06
0.10
调节阀气动信号（MPa）
fA 3 fB
u
u
油品罐顶封氮分程控制方案
排空 气关阀
VB
N2
VA
N2
气源
气开阀
PT
Pm
41
PT
41 u
Psp
问题讨论
1. 两控制阀如何分程协调工作？ 2. 确定压力控制器的正反作用； 3. 如何避免进气阀与排空阀的频繁