分程控制与阀位控制

气
开
阀
I/P
f (%)
u
p
“ B”
A “ ”
气
关 阀
▪ 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。
A”
“
f (%)
f (%)
” A
阀
“
阀
气
“
开
开
关
气
气
阀
“
“ A ”
B”
关 气
气
气 关 阀
阀
间歇放热反应器分程控制系统设计分析
Tsp Tm 放热 反应器
TT 34 TC 34
100
电/气 转换器
0 0.02 0.06 0.10
换热水
Y
“A” “B”
冷却 水
p, MPa
T
问题讨论
蒸汽
1. 选择两控制阀的气开/气关形 式； 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
间歇放热反应器分程控制方案
Tsp Tm
TT 34 TC 34
u
I/P
电/气 转换器
p
换热水 放热 反应器
Y
“A” “B”
冷却水
T
蒸汽
常规线性控制阀的特性
ym TC 34 u
100
I/P
气 阀 关
f (%)
p
0
VA
0.02
气
开 阀
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。
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
双控制阀的分程组合
100 100
B”
0 0.02 0.06 0.10
0 0.02 0.06 0.10
p, MPa
100 100
p, MPa
f (%)
f (%)
“ A”
开 阀
0 0.02
0 0.06 0.10 0.02 0.06 0.10
气
p, MPa
p, MPa
“ B” 气 开 阀
B” “ 阀 关
Tm f A Tm f B f A u f B u
分程控制非线性补偿方法
100
补偿原理：
Tm f A Tm f B f A u f B u
阀开度(%)
“A” “B”
0 0.02 0.04 0.06 0.10
调节阀气动信号（MPa）
若:
Tm Tm 3 f A f B
▪ 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
如何避免两调节阀的频繁开闭以减少N2用量?
100
阀开度(%)
“B”
0 0.02
“A”
0.10
1、控制阀引入不灵敏区。 2、同时，控制器引入调节 死区
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
TT 34
换热水 放热 反应器
Y
“A” “B”
冷却水
T
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。 控制目标：希望实现反应温度全过程的自动控制
经济、合理 但不及时 快速、及时 但不经济
气 开
1. 确定TC34的正反作用； 2. 分析该控制系统如何具体工作？
f (%)
“ B”
“ A ”
阀
气 关
阀
Tsp Tm 放热 反应器
TT 34 TC 34
u
I/P
电/气 转换器
p
换热水
Y
“A” “B”
冷却 水
T
蒸汽
▪ 温度控制器，反作用控制器。
调节阀的分程动作关系
100
阀开度(%)
气
关
“A”
分程控制的内部结构
u
I/P
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。
VB
VA
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）
0 0.02
阀
气
0.06
开
“B”
0.10
调节阀气动信号（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；
阀
分程控制系统的非线性
冷水阀 Tsp ＋ － u(t) TC 蒸汽阀 Tm 温度测量 fB(t) 换热器 fA(t) ＋ 反应釜 ＋
问题：
Tm Tm f A f B
分程控制系统非线性的补偿
冷水阀 Tsp ＋ － u(t) TC 蒸汽阀 Tm 温度测量 fB(t) 换热器 fA(t) ＋ 反应釜 ＋
补偿原理：
100
f (%)
“ B”
0.06
A “ ”
0 0.02 0.10
p, MPa
气
开
阀
气
关 阀
间歇放热反应器分程控制系统方块图
Tsp ＋ － Tm VA TC 34 u(t) VB fB fA 冷却水 回路 蒸汽 加热器 TT 34
1Hale Waihona Puke Baidu0
＋ ＋
Tc
放热 反应器
T
0 0.02 0.06 0.10
p, MPa
f A f 3 B u u
油品罐顶封氮分程控制方案
排空 气关阀 VB VA 气开阀
PT 41 N2 N2 气源
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 切换，以节省氮气用量？
Pm
PT 41
u
Psp
▪ 目的：防止油品或产品和空气中的氧气接触。
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）。