过程控制技术--第7章(2)概况.pptVIP

* 7.3 分程控制系统 7.3.1 分程控制 1. 分程控制的出现 先看一个具体例子，然后由此引出分程控制系统（Split-ranging Control System）的概念、常见类型等内容。 图 7-14 为某化学反应器温度控制示意图，其中 TT 为温度检测器，TC为温度控制器，温度为被控参数，直接影响产品质量。当反应容器的物料填装完成后，由于初始温度过低，需对物料进行加热，才能开始反应过程。此时控制器输出大于 0.06MPa 信号（需经 4～20mA / 0.02～0.1MPa 的电∕气转换），打开 A 阀（气开式），见图 7-15，让蒸汽进入反应容器，开始化学反应。等到化学反应发生后，会释放大量的热，容器内温度迅速上升，A阀减小开度。由于反应必须在规定的温度下进行，温度过高，一来影响产品质量，二来可能出现事故。所以，必须尽快将过高的温度压下去，于是关掉蒸汽阀 A，并打开冷却水阀 B（气闭式），带走反应热，使容器降温。随着温度下降，B阀逐渐减小开度，见图 7-15，物料温度最终达到并维持在工艺要求的水平上。 上述这种根据工艺要求，将整个控制器的输出信号进行分段，以驱动两个或两个以上调节阀在各自的区段工作，称实现这种控制方式的系统为分程控制系统。 图7-15 调节阀分程关系 图7-14 化学反应器温度控制示意图 简单地说，分程控制系统就是在单回路控制系统的基础上增加了一个或多个调节阀（以增加一个居多）。两个调节阀工作在控制器输出的不同区段（具体实现将在后面具体介绍），两分程控制系统一般性结构方框图见图 7-16。 图7-16 二分程控制系统一般性结构 2. 两分程控制的类型 从以上叙述可以看出，分程控制系统本质上仍然是单回路控制系统，仅增多了一个调节阀（也可能多于两个调节阀）。由于调节阀有气开式和气闭式之分，在不同的信号区段，它们的开启与闭合是应该引起注意的。所以，这里就这个问题作进一步讨论。至于实践中究竟是选哪种形式，需由生产工艺和安全作业等因素决定。 （1）调节阀同向动作的分程控制 图 7-17 为调节阀同方向分程动作示意图，其中（a）为气开式调节阀动作走势，（b）为气闭式调节阀动作走势。在7-17（a）图中，当控制器输出信号为 0.02MPa 时，A 阀（逐渐）打开，B 阀关闭。输出信号为 0.06 MPa 时，A阀全开，同时 B 阀开始（逐渐）打开。当输出信号 图7-17 调节阀同向动作分程图 (a) (b) 为 0.1MPa 时，B 阀全开；在图 7-17（b）中，当控制器输出 0.02 MPa 时，A 阀由原来的全开开始逐渐关闭，B 阀全开不变。当控制器输出为 0.06 MPa 时，A 阀全闭，B 阀开始逐渐关闭。当信号为 0.1MPa 时，B 阀全关闭。 （2）调节阀异向动作的分程控制 调节阀异向动作，是指两个调节阀，一个是气开式，另一个是气闭式，在一个系统中分程执行控制信号的情形。在图 7-18（a）中，当控制器输出信号为 0.02MPa 时，气开式A调节阀开始（逐渐）打开，气闭式调节阀B维持全开。当输出信号为 0.06MPa 时，A 阀全开，B阀开始关 (b) （a） 图7-18 调节阀异向动作分程图 小。当输出信号为 0.10 时，B 阀全关，A阀维持全开不变。在图 7-18（b）中，当控制器输出0.01MPa 时，气闭式调节阀B开始关小。当输出信号为 0.06MPa 时，B阀全关，气开式调节阀A开始打开。当输出信号为 0.10MPa 时，A 阀全开，B 阀仍关闭。前面的化学反应器温度分程控制系统就是采用这种形式。 调节阀按气开式和气闭式分类，进行两两组合，一共有四种选择结果。设计时应根据工艺要求、生产安全和经济节俭的原则来选择。 7.3.2 值得关注的问题及其解决方法 大体上说，分程控制系统的设计可按单回路控制系统进行。但是，由于使用了两个或两个以上的调节阀，因此产生了一些新的问题，需要有相应的解决办法。例如，控制器输出信号分几段、各调节阀如何实现各自的执行范围、各调节阀特性在选择上有什么值得注意的地方，以及因调节阀分程控制引起的控制性能变化等。 1. 分几程的问题 分程控制涉及：控制器输出信号分为几段？分别为几个调节阀提供操纵信号？要回答这类问题，必须了解生产工艺的要求。要求决定控制、要求决定方式。通过事先对生产工艺过程的深入了解，发现问题，提出具体的解决方案。实践中二分程的居多。就拿本节前面的化学反应器温度控制系统来说，反应初期，反应器