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分程控制系统的分析及应用

分程控制系统的分析及应用

摘要：通过对分程控制回路的深入分析，并对控制阀门流通力

进行设计计算，达到优化工艺流程，精确控制工艺指标的目的。

关键词：分程控制控制点分程功能模块

在现代化石油化工的仪表控制部分，分程控制系统起着至关重要

的作用。通过对分程控制系统的加强理解和分析，在实际控制组态中

加以合理的使用，得以实现优化工艺流程，精确控制工艺指标的目的，

本文拟从浅至深的对分程控制系统进行概述分析。

一、分程控制系统的定义

在一般的过程控制系统中，一个控制器的输出信号只带动一个控

制阀作全行程的动作。而分程控制系统中，一个控制器的输出信号分

割成两个（或多个）不同量程范围，带动不同的两个（或多个）控制

阀，每个控制阀只能在控制器输出信号的某一区段范围内作全行程的

动作，控制器输出信号区段的划分需要根据生产工艺要求来确定。

二、分程控制信号与阀门动作关系

在分程控制系统中，控制器的输出与控制阀的动作的关系可以划

分为两种形式：一种是同向动作，即随着控制器输出信号的增大或减

小，两个控制阀在各自全行程的信号区段内都开大或关小；另一种是

异向动作，即随着控制器输出信号的增大或减小，两个控制阀在各自

全行程的信号区段内一个开大、一个关小。一个分程控制系统是同向

动作还是异向动作只取决于工艺的控制要求，与控制器和阀门定位器

的正反作用无关。

三、分程点的确定

分程控制是控制器利用两个阀门分别来对同一个被控变量进行

控制，如果控制器输出在两个阀门的区段内的过程增益相差太大，那

么控制器的输出对于被控变量的作用在一个阀门区段内较慢，另一个

区阀门段内较快。在这种情况下，我们可以通过改变分程点的位置来

平衡两个区段内的控制强度，使得分程控制系统更加平稳。

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四、分程功能模块的实现方法

DCS、PLC等电子控制系统利用方便的软件组态来实现过程控制

和运算，其强大的控制器来执行过程控制和运算功能。下面以横河的

CENTUMVP系统为例，简单介绍分程控制在DCS系统中的实现方法。

SPLIT功能块把PID控制块的输出信号分成两个信号分别送入两

个MLD-SW手操块，然后经过手操块后再送到AO通道。增加手操块主

要是为了让每个阀门能单独的被手动操作，在工程实施中每个阀门必

须要增加手动模块以便于操作工可以手动干预，分程控制的信号区段

的划分和范围的转换是由SPLIT功能块来实现的。

SPLIT功能块根据设定值SV来计算两个操作输出值MV1和MV2，

信号范围的转换中SV的值与PID控制块的输出值相对应，MV1和MV2

的值分别与两个控制阀的输入值相对应。

当SV的值在预定范围之内时（一般为0～100%），MV1和MV2的

值可由下列公式得出：

每个DCS厂家对于分程块的组态都有区别，但分程块的本质是完

成输入与两个输出之间的范围转换，也就是上面两个公式中MV和SV

之间的运算。在PLC中组态分程控制时，由于PLC没有分程功能块，

分程控制必须由组态人员利用运算功能来实现，所以在工程设计文件

中，我们用运算功能来表示分程控制更符合分程控制的本质，而手动

操作功能我们可以在备注里说明。

五、分程控制系统的应用

1.扩大调节阀的可调范围

有时生产过程要求有较大范围的流量变化，但是控制阀的可调范

围是有限制的（一般柱塞式控制阀的可调范围R=50），若采用一个控

制阀，能够控制的最大流量和最小流量相差不可能太悬殊，满足不了

生产上流量大范围变化的要求，这时可考虑采用两个控制阀并联的分

成控制方案。

某锅炉产汽压力为10MPa高压蒸汽，而生产上需要的是4MPa中

压蒸汽。如果采用单个的控制阀，则需要选用一个很大口径的控制阀，

在正常工作时，控制阀开度很小，由于压差大、温度高，控制阀会产

生振荡，使被控压力产生波动，控制品质不好，同时高速蒸汽对阀座

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的汽蚀现象十分严重。若采用分程控制（如右图所示），把两个不同

口径的控制阀并联起来使用，在正常情况下，一个控制阀工作，在