阀位控制系统

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”
阀
0 0.02
0 0.06 0.10 0.02 0.06 0.10
气 开
p, MPa
p, MPa
“ B” 气 开 阀
B” “ 阀 关
分程控制与阀位控制
戴连奎 浙江大学控制学院 2016/04/14
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 阀位控制方案与应用举例
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。对象控制特性分析 控制目标：希望实现反应温度全过程的自动控制
dPT 16
旁路线
导热油加热系统阀位控制
返回油 热油
TT 12 TC 12 TC 13
VPC 18
Tsp
TT 13
HS 18
问题讨论
(1) VPC18的正 反作用
(2) VPC18的 PID参数整定与 抗积分饱和 (3) 该系统如何 具体工作？
空气 FT 11 燃料
FC 11
FC
TC 14
TT 14
循环线 FC
dPC 16
dPT 16
旁路线
多回路PID控制方案总结


为改善被控变量CV的动态性能 (1) 串级控制 (2) 前馈反馈控制 (3) 变比值控制 为满足工艺过程提出的特殊需要 (1) （液位与流量）均匀控制 (2) （两流量之间的）比值控制 (3) （两被控变量之间的）超驰控制或选择控制 (4) （两控制阀之间的）分程控制 (5) （主回路的）阀位控制
B
0
气 开
0.10
TC 34
I/P
阀
u
p
f (%)
“ B”
Tsp
A “ ”
关 气
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
100
＋ ＋
Tc
放热 反应器
T
1. 确定TC34的正反作用； 2. 当反应器温度为常温时，试确定 两控制阀的初始状态？ 3. 分析该控制系统如何具体工作？
f (%)
“ B”
0.06
“ A ”
0 0.02 0.10
p, MPa
气
开 阀
气
阀 关
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. 画出该控制系统的方 块图，并确定压力控 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
返回油
导热油加热系统
TT 12 TC 13 TC 12 FC 11 FT 11 空气 燃料
热油
导热油加热系 统控制问题： (1) 工艺过程 (2) 调节阀气开 气关选择 (3) 热与压力平 衡分析 (4) 如何节能？
Tsp
TT 13
FC
TC 14
TT 14
循环线 FC
dPC 16
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）。


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 关
f (%)
p
阀 气
0
开
阀
VA
0.02 0
0.06 50
0.10 100
p, MPa u, %
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。
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）
A”
“
f (%)
f (%)
” A
阀
“
阀
气
“
开
开
关
气
气
阀
“
“ A ”
B”
气
气
气 关 阀
关
阀
间歇放热反应器 分程控制系统设计分析
100
Tm 放热 反应器
TT 34
电/气 转换器
问题讨论
阀
换热水
Y
“A” “B”
冷却 水
T
பைடு நூலகம்蒸汽
1. 0.02 选择两控制阀的气 0.06 开/气关形式； p, MPa 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
控制系统综合设计举例
TT 17 TC 17
液体产品 出料 连续放热 反应器
该放热反应为 A+B→C。试改 进现有的单回路控制方案。 具体的控制目标包括： (1) FB /FA = R
冷却水
气关阀 A 反应 进料
(2) 冷却水温度波动较大时， 如何改善TT17的控制性能？ (3) 当冷却水系统的冷量不足 时，如何控制TT17不超温