概述

簡單控制系統(tǒng)是一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出帶動(dòng)一個(gè)調(diào)節(jié)閥動(dòng)作,而分程控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出同時(shí)控制幾個(gè)工作范圍不同的調(diào)節(jié)閥。例如一個(gè)調(diào)節(jié)閥在20~ 60kPa范圍內(nèi)工作，另一個(gè)調(diào)節(jié)閥在60-100kPa的范圍內(nèi)工作。分程控制系統(tǒng)方塊圖見圖1。

1、動(dòng)作原理

分程是靠閥門定位器或電一氣閥門定位器來實(shí)現(xiàn)的。如某調(diào)節(jié)器的輸出信號范圍是0.02~0.1MPa氣信號，要控制A、B兩只調(diào)節(jié)閥，那么只要在A、B調(diào)節(jié)閥上分別裝上氣動(dòng)閥門定位器，A閥上的定位器調(diào)整為:當(dāng)輸入0.02~0.06MPa時(shí),輸出為0.02~0.1MPa;而B閥上的定位器調(diào)整為:當(dāng)輸入0.06~0.1MPa時(shí),輸出為0.02~0.1MPa。即當(dāng)調(diào)節(jié)器輸出在0.02~0.06MPa時(shí),A閥動(dòng)作，而調(diào)節(jié)器輸出在0.06~0.1MPa時(shí),B調(diào)節(jié)閥動(dòng)作，從而達(dá)到了分程的目的。

2、分程控制的應(yīng)用

(1)采用幾種根本不同的控制手段圖2所示為間歇式化學(xué)反應(yīng)器，每次加料完畢后，為引發(fā)化學(xué)反應(yīng),必須先進(jìn)行加熱。待反應(yīng)開始后，由于產(chǎn)生大量的反應(yīng)熱，若不及時(shí)帶走反應(yīng)熱,則反應(yīng)會越來越劇烈，以致發(fā)生爆炸事故,所以要通入冷水降溫，將熱量帶走。為此，設(shè)計(jì)了分程控制系統(tǒng)見圖2.

(2)它由一個(gè)反作用調(diào)節(jié)器、氣關(guān)式冷水調(diào)節(jié)閥A和氣開式蒸汽調(diào)節(jié)閥B所組成。當(dāng)調(diào)節(jié)器輸出信號由20~60kPa變化時(shí),A閥從全開至全關(guān);當(dāng)信號由60~100kPa變化時(shí),B閥由全關(guān)至全開。兩只調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作情況見圖3。

反應(yīng)與控制過程如下:加料后，反應(yīng)開始前，反應(yīng)器內(nèi)溫度低于設(shè)定值，反作用調(diào)節(jié)器輸出信號增大，打開B閥，用加熱蒸汽加熱冷水變成熱水,再通過夾套對反應(yīng)器加熱升溫,促使反應(yīng)開始,由于是放熱反應(yīng),一旦反應(yīng)進(jìn)行，將產(chǎn)生反應(yīng)熱使反應(yīng)溫度迅速上升,當(dāng)溫度大于設(shè)定后,調(diào)節(jié)器的輸出開始下降，漸漸關(guān)閉B閥，接著打開A閥，通入冷水,帶走反應(yīng)熱量,直至把反應(yīng)溫度控制在設(shè)定值上

(3)擴(kuò)大調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍在某些場合，調(diào)節(jié)手段雖然只有一種,但要求操縱變量的流量有很大的可調(diào)范圍，例如大于100以上。而國產(chǎn)統(tǒng)一設(shè)計(jì)的調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍最大也只有30,滿足了大流量就不能滿足小流量，反之亦然。為此可采用兩個(gè)大小并聯(lián)使用，在小流量時(shí)用小閥，大流量時(shí)用大閥，這樣就大大地?cái)U(kuò)大了可調(diào)范圍。

這樣分程后調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍比單個(gè)調(diào)節(jié)稅閥的可調(diào)范圍約增大了25.9倍，大大地?cái)U(kuò)展了可調(diào)范圍，從而提高了控制質(zhì)量。

例如:在中和反應(yīng)過程中，若用中和pH =2的溶液所選用的調(diào)節(jié)閥,來中和PH=5的溶液時(shí),閥門的開度要減小到原來的1%。顯然，若只用一個(gè)調(diào)節(jié)閥是達(dá)不到控制要求的，為此，必須采用大、小兩只調(diào)節(jié)閥進(jìn)行并聯(lián)使用,這樣就構(gòu)成了分程控制系統(tǒng)。圖4和圖5所示分別為大、小調(diào)節(jié)閥分程控制原理圖和分程動(dòng)作示意圖。

3、分程控制系統(tǒng)對調(diào)節(jié)閥的要求

(1)關(guān)于流量特性的問題

因?yàn)樵趦芍徽{(diào)節(jié)閥的分程點(diǎn)上，調(diào)節(jié)閥的流量特性會產(chǎn)生突變，這在大、小閥并聯(lián)時(shí)更為突出。如果兩只調(diào)節(jié)閥都是線性特性，情況更嚴(yán)重，見圖6(a)。這種情況的出現(xiàn)對控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)質(zhì)量是十分不利的，解決辦法有兩個(gè)① 采用兩只對數(shù)特性調(diào)節(jié)閥，這樣從小閥向大閥過渡時(shí)，調(diào)節(jié)閥的流量特性相對要平滑些，見圖6(b)所示。

②采用分程信號重疊的方法，如兩個(gè)信號段可分為0.02~0.065MPa和0.055~0.1MPa,即不等于閥全開時(shí)，大閥已經(jīng)小開了，這樣流量特性會改善

(2)根據(jù)工藝要求選擇同向或異向規(guī)律的調(diào)節(jié)閥

在分程控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)閥的開關(guān)形式可分為兩類。一類稱同向規(guī)律調(diào)節(jié)閥,即隨著調(diào)節(jié)閥輸入信號的增加,兩個(gè)閥門都是開大或關(guān)小，見圖7。另一類稱為異向調(diào)節(jié)閥，即隨著調(diào)節(jié)閥輸入信號的增加,一個(gè)閥門關(guān)閉,而另一個(gè)閥門開大，或者相反，見圖8。

(3)泄漏量問題

分程控制系統(tǒng)中，盡量應(yīng)使兩只調(diào)節(jié)閥都無泄漏，特別是對大、小閥并聯(lián)使用時(shí)，如果大閥的泄漏量過大，小閥將不能正常發(fā)揮作用，調(diào)節(jié)閥的流量可調(diào)范圍仍然得不到增加。

(4)調(diào)節(jié)閥參數(shù)整定問題

當(dāng)分程控制系統(tǒng)中兩只調(diào)節(jié)閥分別控制兩個(gè)操縱變量時(shí)，這兩只閥所對應(yīng)的通道特性可能差異很大,即廣義對象特性差異很大。這時(shí)，調(diào)節(jié)器參數(shù)整定必須注意,需要兼顧兩種情況,選取一組合適的調(diào)節(jié)器參數(shù)。

4.圖例

素材來源：

易啟邦（工控一體化縱深服務(wù)生態(tài)平臺）編輯部

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