过程控制 第四章 复杂过程控制系统-分程与选择性控制5

RAB
C A max CB max 4 100 780 C A min 0.133
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可见，组合后的可调比为一个阀可调比的26倍。
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§4-5-2 分程控制的应用
如图所示的氨厂蒸汽减压分程控制系统就是扩大可调比 的一个应用。该系统需要把压力为10MPa、温度为482℃的高 压蒸汽通过控制阀和节流孔板减至压力为4MPa、温度为362℃ 的中压蒸汽。如果采用单只控制阀，根据可能出现的最大流
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§4-5-2 分程控制的应用
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§4-5-3 分程控制实施中的几个问题
一、对控制阀泄漏量的要求 泄漏量：阀门完全关闭时的流动量。 注意：在大阀与小阀并联分程时，要求大阀的泄漏量要小。 二、利用阀门定位器实现信号分程 • 仪表厂生产的控制阀，接受的控制信号范围一般为0.02— 0.1MPa，自身没有信号分程能力。 • 通过调整阀门定位器的零点和范围来实现信号分程。 三、分程信号的衔接 两个阀并联分程时，实际上就是将两个阀当作一个阀 来使用，这时存在由一个阀向另一个阀平滑过渡的问题。
量，则需要安装一个口径很大的控制阀。而该阀在正常的生
产条件下开度就很小，再加上压差大、温度高，不平衡力使 控制阀振荡剧烈，严重影响控制阀的寿命和控制系统品质。
为此，改为一个小阀和一个大阀分程控制，在正常的小流量
时，只有小阀进行控制，大阀处于关闭状态，如果流量增大 到小阀全开时还不够时，在分程控制信号的操纵下，大阀打
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§4-5-2 分程控制的应用
因此，当贮罐内液位 上升时，应停止继续补充 N2气，并将罐顶压缩的N2 气适量排出。反之，当液 位下降时，应停止排放N2 气而继续补充N2气。只有 这样才能做到既隔绝了空 气，又保证了贮罐不变形 的目的。
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§4-5-4 自动选择控制系统(超弛控制系统)
4、超弛控制（Override Control）的定义 系统具有两台控制器，通过选择器对两个输出信号 的选择来实现对控制阀的两种控制方式。在正常工况下， 应选某一控制器输出信号，而当达到极限值时，则应选 另一控制器的输出。 这种系统中具有选择器，所以又归为“选择性控制” 这大类。
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§4-5-4 自动选择控制系统(超弛控制系统)
对被控变量的选择性控制系统
从安全角度考虑，控制阀选用气开式，温度控制器 选择正作用方式。当被冷却物料的出口温度升高时，控 制器的输出增大，控制阀门开度增大，液态氨流量增大， 从而有更多的液态氨气化，使被冷却物料的出口温度下 降。
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第四章
§4-5
复杂过程控制系统
分程与选择性控制
§4-5-1
§4-5-2
分程控制的基本概念
分程控制的应用
§4-5-3
§4-5-4
分程控制实施中的几个问题
自动选择控制系统(超弛控制系统)
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过程控制
§4-5-1 分程控制的基本概念
一、特点 多阀：一个控制器的输出信号去带动两个或两个以 上的控制阀工作。 分程：每一个控制阀仅在控制器输出信号整个范围 的某段内工作。
二、实现方法 如有A、B两个控制阀；控制器输出信号压力为0.020.1MPa。 当控制信号<0.06MPa时，A阀动作，B阀不动作； 当控制信号>0.06MPa时，A阀动至极限，B阀才动作。
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§4-5-1 分程控制的基本概念
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§4-5-4 自动选择控制系统(超弛控制系统)
3、防超限的方法 （1）参数达到第一极限时报警 设法排除故障 若没有及时排除故障，参数值会达到更严重的第二极限，经 联锁装置动作，自动停车。这种做法称硬保护。 （2）参数达到第一极限时报警 设法排除故障 同时，改变操作方式，按使该参数脱离极限值为主要控制目 标进行控制，以防该参数进一步超限。这种操作方式一般会 使原有控制质量降低，但能维持生产的继续运转，避免了停 车。这种做法称软保护。 超弛控制就是为实现软保护而设计的控制系统。
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§4-5-4 自动选择控制系统(超弛控制系统)
在正常工况下，操纵液氨流量使被冷却物料的出口温 度得到控制，而液位在允许的一定范围内变化。如果突然 出现非正常工况，假设有杂质油漏入被冷却物料管线，使 导热系数下降，原来的传热面积不能带走同样多的热量， 只有使液位升高，加大传热面积。如果当液位升高到全部 淹没换热器的所有列管时，传热面积已达到极限，出口温 度仍没有降下来，温度控制器会不断地开大控制阀门，使 液位继续升高。如果液面太高，会导致气氨中夹带液氨进 入压缩机，损坏压缩机叶片。为此。需要在温度控制系统 的基础上，增加一个液面超限的取代单回路控制系统，如 图所示。
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§4-5-1 分程控制的基本概念
三、分类 控制阀同向动作及控制阀异向动作见下图。
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西南科技大学信息工程学院 （a）两阀同向；（ b）两阀异向
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§4-5-2 分程控制的应用
一、用于扩大控制阀的可调比 在过程控制中，有些场合需要控制阀的可调范围很宽。 如果仅用一个大口径的控制阀，当控制阀工作在小开度时， 阀门前后的压差很大，流体对阀芯、阀座的冲蚀严重，并 会使阀门剧烈振荡，影响阀门寿命，破坏阀门的流量特性， 从而影响控制系统的稳定。若将控制阀换小，其可调范围 又满足不了生产需要，致使系统不能正常工作。在这种情 况下，可将大小两个阀并联分程后当作一个阀使用，从而 扩大了可调比，改善了阀门工作特性，使得在小流量时有 更精确的控制。
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例：如图所示为一管式加热炉，工艺要求用煤气与燃料油加热， 使原油出口温度保持恒定。为节省燃料，要求尽量采用煤气供 热，只有当煤气气量不足以提供所需热量时，才以燃料油作为 补充。根据以上要求： （1）设计一控制系统，画出其原理图及方框图，并阐述系统的 工作原理；
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§4-5-4 自动选择控制系统(超弛控制系统)
二、选择性控制系统的类型 对被控变量的选择性控制系统、对操纵变量的选择性 控制系统、对测量信号的选择。 三、选择器的性质确定 低值选择器和高值选择器的确定 选择器性质取决与超弛作用的控制器。如图所示，由 于液位控制器为反作用，当测量值超过设定值时，控制器 输出信号会减小。该信号减小后要求被选择器选中，则该 选择器为低值选择器。
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§4-5-2 分程控制的应用
假定并联的两个阀，其小阀A的最大流通能力为CAmax ＝4；大阀B的最大流通能力为CBmax ＝l00。两阀的可调比 相同，即RA＝RB＝30。根据可调比的定义，可以算出小阀 A的最小流通能力为: 4 C Amin 0.133 30 那么两阀并联组合在一起的可调比RAB为:
（1）设计分程控制系统，其方框图如图所示。
工作过程如下；当温度很低时，两只阀全打开，使温度 逐渐升高；当温度较高时。逐渐关小燃料油阀，直至全关； 若温度还高，就逐渐关小煤气阀，直到温度达到要求为止；
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（2）两阀均采用气开阀，当气 源事故中断时，两阀均关闭，以 免烧坏炉子； （3）两阀的工作信号段如图所 示。其中A阀为燃料油阀，工作 信号段为60—100kPa；B阀为煤 气，工作信号段为20—60 kPa； （4）分程控制系统中调节器正、反作用的确定，可按单回路控制 系统中调节器正、反作用确定的原则进行。本题中的阀为气开阀， 特性为“＋”；燃料油或煤气流量增加时，原油出口温度上升，故 对象特性亦为“＋”；调节器应为”反”作用，只有这样，当温度 升高时，调节器输出下降，阀门逐渐关小，起到负反馈的作用。
开参与控制。从而保证了控制精度和可调范围。
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§4-5-2 分程控制的应用
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§4-5-2 分程控制的应用
二、满足工艺操作上的特殊要求 如图所示的罐顶氮封分程控制系统。在炼油厂或石 油化工厂中，有许多贮罐存放着各种油品或石油化工产 品。这些贮罐建造在室外，为使这些油品或产品不与空 气中的氧气接触、被氧化变质，或引起爆炸危险，常采 用罐顶充氮气的办法，使其与外界空气隔绝。实行N2封 的技术要求是要始终保持罐内的N2气压为微量正压。贮 罐内贮存的物料量增减时，将引起罐顶压力的升降，应 及时进行控制，否则将会造成贮罐变形。
（2）以不烧坏炉子为安全条件，选择阀门的气关、气开型式；
（3）决定每个阀的工作信号段（假定分程点为60KPa）；并画 出两控制阀的分程特性图；
（4）确定调节器的正、反作用方式。
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过程控制
§4-5-4
一、基本概念
自动选择控制系统(超弛控制系统)
1、超弛控制的由来 从整个生产流程控制的角度，所有控制系统可分为三类： 物料平衡（或能量平衡）控制，质量控制和极限控制。超弛 控制属于极限控制。它们一般是从生产安全角度提出来的。 如要求温度、压力、流量、液位等参数不能超限。 2、极限控制的特点：在正常情况下，该参数不会超限，所 以不考虑对它进行直接控制；而在非正常工况下，该参数会 达到极限值，这时又要求采取强有力的控制手段，避免超限。
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§4-5-3 分程控制实施中的几个问题
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§4-5-3 分程控制实施中的几个问题
由于对数阀合成的流量特性比线性阀效果好，一般都 采用两个对数阀并联分程。如果系统要求合成阀的流量特 性为线性，则可以通过添加其他非线性补偿环节的方法， 将合成的对数特性校正为线性特性。 分程控制系统的参数整定 分程控制系统属于单回路控制系统，其参数整定方 法与一般单回路定值控制系统相同。
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§4-5-3 分程控制实施中的几个问题
2、两个对数流量特性的阀并联分程使用 如果使用两个对数流量特性的阀进行并联分程，效果 要比两个线性阀分程好得多。 但是，从图上可以看出。 在两特性的衔接处仍不平滑，还存在有一定的突变现象。 此时可采用部分分程信号重叠的办法加以解决。 分程信号范围：小阀为0.02—0.065MPa，大阀为 0.055—0.1MPa。这样，分程控制时，不等到大阀全关， 小阀已开始关小；不等到小阀全开，大阀已开始渐开，从 而使两阀在衔接处平滑过被。
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§4-5-3 分程控制实施中的几个问题
1、两个线性阀并联分程使用 由于小阀和大阀流量特性的放大系数 不同，致使两阀在衔接处有突变现象，形 成一个折点。对控制品质带来不利影响。 要克服这种现象，维持全行程的放大倍数 恒定，只有令小阀分程信号的范围为 0.02—0.0232MPa，大阀为0.0232— 0.1MPa，大小阀衔接处才没有折点，图中 虚线所示。但这样的分程信号范围太悬殊， 几乎和不分程一样。所以要想将直线阀用 于分程控制，只有当两个控制阀的流通能 力很接近时才可以。