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C. B. M. M. A. 第九章 分程控制系统 在分程控制系统中,一个控制器的输出信号被分割成几个行程段,每一段行程各控制一个调节阀,故取名为分程控制系统。 例如,一个控制器的输出信号分程控制两个调节阀 A 和 B , A 和 B 的输入信号各占一半行程。. 可调整阀门定位器来缩小调节阀的输入量程 。. TT. TC. A. 冷却水. B. 热水. 9.1 分程控制系统工作原理及类型 1 .分程控制系统工作原理 如某一间歇式生产的化学反应过程中,每次投料完毕后,需要先对其加热引发化学反应。.
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C B M M A 第九章 分程控制系统 在分程控制系统中,一个控制器的输出信号被分割成几个行程段,每一段行程各控制一个调节阀,故取名为分程控制系统。 例如,一个控制器的输出信号分程控制两个调节阀A和B, A和B的输入信号各占一半行程。 • 可调整阀门定位器来缩小调节阀的输入量程 。
TT TC A 冷却水 B 热水 9.1分程控制系统工作原理及类型 1.分程控制系统工作原理 如某一间歇式生产的化学反应过程中,每次投料完毕后,需要先对其加热引发化学反应。 一旦反应开始进行,就会持续产生大量的反应热,如果不及时降温,物料温度会越来越高,有发生爆炸的危险。因此,必须降温。
反 反 TT TC A 冷却水 正 B 热水 为此,可设计以反应器内温度为被控参数、以热水流量和冷却水流量为控制变量的分程控制系统,调节阀A、B分别控制冷却水和热水。 为保证安全,热水阀采用气开式,冷水阀采用气关式,则温度调节器设为反作用。
反 100% TT TC A 冷却水 A阀 B阀 反 B 0 0.02 0.06 0.10 MPa 正 热水 调节阀分程关系曲线 工作原理如下: 当装料完成、化学反应开始前,温度测量值小于设定值。调节器TC输出气压大于0.06MPa,A(冷水)阀关闭,B(热水)阀开启,反应器夹套中进的热水使反应物料温度上升。
反 100% TC TT A 冷却水 A阀 B阀 反 B 0 0.02 0.06 0.10 MPa 正 热水 调节阀分程关系曲线 反应开始后,反应物温度逐渐升高,调节器输出逐渐下降,热水阀逐渐关小;当反应物料温度达到并高于设定值时,调节器输出气压将小于0.06MPa,热水阀完全关闭,冷水阀逐渐打开,冷水进入夹套将反应热带走,使反应物料温度保持在设定值。
100% 100% B阀 A阀 A阀 B阀 0 0 0.02 0.06 0.10 MPa 0.02 0.06 0.10 MPa 2.分程控制系统的类型 按照调节阀的气开、气关形式和分程信号区段不同,可分为以下两种类型: ①调节阀同向动作的分程控制系统 例:两个调节阀同向动作 A、B均为正作用阀 A、B均为反作用阀
100% B阀 A阀 100% 0 A阀 B阀 0.02 0.06 0.10 MPa 0 0.02 0.06 0.10 MPa ②调节阀异向动作的分程控制系统 例:两个调节阀异向动作 在0.02~0.06MPa区间,B阀全关、A阀逐渐关小;在0.06~0.10MPa区间,A阀全关、B阀逐渐开大。 在0.02~0.06MPa区间,B阀全开、A阀逐渐开大;在0.06~0.10MPa区间,A阀全开、B阀逐渐关小。
干扰 控制器 对象 执行器1 给定 - 执行器2 变送器 9.2 分程控制系统设计及工业应用 分程控制系统本质上属于单回路控制系统。二者的主要区别是:单回路控制系统中调节器输出控制一个调节阀,分程控制系统中调节器输出控制多个调节阀。因此,系统设计上有所不同。
反 反 TT TC A 冷却水 正 B 热水 9.2.1 控制信号的分段 在分程控制中,调节器输出信号分段是由生产工艺要求决定的。调节器输出信号需要分成几段,哪一段信号控制哪一个调节阀,完全取决于工艺要求。 如在此例反应器温度控制中,工艺需要控制两个调节阀。因此,调节器输出信号需要分成两段。
100% B阀 A阀 0 反 0.02 0.06 0.10 MPa 反 TT TC A 冷却水 正 B 热水 9.2.2 调节阀特性的选择与应注意的问题 1. 根据工艺要求选择同向或异向工作的调节阀 如此例中,为保证安全,热水阀采用气开式,冷水阀采用气关式。这就决定了两个调节阀异向工作。又因工艺要求一个阀打开时,另一个必须关闭。因此两个阀的特性组合应是:
100% B阀 A阀 0 0.02 0.06 0.10 MPa PT 2. 流量特性的平滑衔接 如图为蒸汽压力减压系统。小负荷时只有A阀控制、B阀不开;负荷较大时A阀全开、B阀控制。 两个同向特性的调节阀并联控制一种介质的流量时,总流量特性是两个阀流量特性的叠加组合。
流量 Q(%) 100 流量 Q(%) 100 • 45 0 0.02 0.06 0.10 P(MPa) 45 • 0 (a)二阀特性比较接近 0.02 0.06 0.10 P(MPa) (b)二阀特性差距较大 如果两个调节阀都用直线特性,组合后的总流量特性有下列两种情况: 如果两个调节阀的增益差距较大,组合后的总流量特性有突变点,会影响调节品质。
流量 Q(%) 流量 Q(%) 100 100 • 0 0 P(MPa) P(MPa) 0.02 0.06 0.10 0.02 0.06 0.10 (a)分程信号不重叠 (b)分程信号重叠 如果调节阀是对数流量特性,其总流量特性衔接处必有突变点。 可以通过两个调节阀分程信号部分重迭的办法,使调节阀流量特性实现平滑过渡。即将两个阀的工作范围扩大,形成一段重迭区。
PT 3)调节阀的泄漏量 在分程控制中,调节阀的泄漏量太大会影响控制质量。尤其当大、小阀并联工作时,若大阀的泄漏量接近或大于小阀的正常的调节量,则小阀的调节能力大大降低。 因为大阀的泄漏量相当于存在一个不受控制的旁路管道,所以要求大阀的泄漏量很小。
流量 Q(%) 100 0 P(MPa) 0.02 0.06 0.10 (b)分程信号重叠 9.2.3 分程控制的实现 分程控制要求调节阀的输入量程进行压缩。通过调整阀门定位器的输入信号零点和量程,使调节阀在规定的信号区段作全行程动作。 例如,使调节阀A在0.02~0.07MPa范围内作全行程动作;使调节阀B在0.05~0.10MPa范围内作全行程动作。
9.2.4 分程控制系统的工业应用 分程控制系统的工业应用广泛,介绍应用比较多的两种形式: 1、用于扩大调节阀的可调范围 有的生产工艺要求控制的流量变化范围较大,但是调节阀的可调范围是有限的(国产统一设计柱塞调节阀可调范围R=30)。若采用一个调节阀,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程控制方案。
PT 例 某厂蒸汽压力减压系统 用节流减压的方法将10MPa的高压蒸汽减压成4MPa的中压蒸汽。中压蒸汽的使用量变化很大。 如果只用一个阀门控制,只能选择大口径阀。而大口径阀在小开度下工作时,控制效果变差。 如果用两个阀分程控制,小负荷时只开小阀,负荷增大时再开大阀。则两个调节阀组合后,可调范围扩大。
设大小两个调节阀的最大流通能力分别为: CBmax=105 m3 、CAmax=4.2m3;可调范围均为R=30 则两个阀的最小流通能力分别为: CBmin= CBmin / R=105/ 30=3.5 m3 CAmin= CAmin / R=4.2/ 30=0.14 m3 两个调节阀并联使用时: 最小流通能力为:Cmin= CAmin =0.14 最大流通能力为:Cmax= CBmax+CAmax=107.2 m3 可调范围R并= Cmax / Cmin=107.2 / 0.14=780 并联使用后调节阀的可调范围增大了26倍。
反 酸液 pHT pHC 反 正 碱液 正 废液 中和液 100% 酸阀 碱阀 0 MPa 0.02 0.06 0.10 2. 用于一个控制回路需要控制多个操纵量 例如在工业废液中和处理工艺中,需要根据废液的酸碱性(pH值),分别控制加酸量或加碱量。
一个控制器 对多个控制阀 实现多个操 纵量协调操作 分程