§4 分程控制原理

1. §4 分程控制原理 简单控制系统，一个控制器的输出只控制一个执行器或控制阀，如图9－17所示。 如果一个控制器的输出同时送给两个控制阀，可以构成如图9－18所示的分程控制系统。这两个阀门并联使用，都是气开阀。两个阀门在控制信号的不同区间从全开到全关，走完整个行程。

2. 图9－17 采用一个控制阀特性示意图

3. 一、分程控制原理 简单控制系统，一个控制器的输出只控制一个执行器或控制阀，如图9－17所示。 如果一个控制器的输出同时送给两个控制阀，可以构成如图9－18所示的分程控制系统。这两个阀门并联使用，都是气开阀。两个阀门在控制信号的不同区间从全开到全关，走完整个行程。

4. 图9－18 分程控制系统示意图 （上：方框图；下：工作特性）

5. 由于阀门有气开和气关两种特性，因此两个阀门就有四种组合特性。如图9－19所示。（a）和（b）表示阀门同方向运动，（c）和（d）表示两个阀门作用方向相反。虽然分程控制可以是两个以上阀门共同控制，但一般采用的是两个阀门分程。由于阀门有气开和气关两种特性，因此两个阀门就有四种组合特性。如图9－19所示。（a）和（b）表示阀门同方向运动，（c）和（d）表示两个阀门作用方向相反。虽然分程控制可以是两个以上阀门共同控制，但一般采用的是两个阀门分程。

6. 图9－19 两个阀门的分程控制特性

7. 二、分程控制的应用 1、提高阀的可调比 设控制阀可控制最小流量为Qmin，可控制最大流量为Qmax，定义可调比或可调范围 R=Qmax/Qmin 多数国产阀门的可调比等于30，在有些场合不能满足要求，希望提高可调比，适应负荷的大范围变化，改善控制品质，这就可以采用分程控制。

8. 以图9－19（a）中的气开阀为例进行分析，设可控制的最大流量为200，R＝30，可控制的最小流量为200/30＝6.67。以图9－19（a）中的气开阀为例进行分析，设可控制的最大流量为200，R＝30，可控制的最小流量为200/30＝6.67。 采用分程控制后，两只阀门工作于不同的控制信号区间。对于这两只阀门并联而成的起分程控制作用的整体来说： 可控制最小流量 可控制最大流量

9. 则有可调比 由此可见，可调比增加了一倍。如果A阀的Qmax，Qmax,则可调比增加的更多。

10. 2、交替使用不同的工作方式 工业生产过程中，有时需要使用不同的控制方式，如图9－20所示的例子。 封氮：有些油品储罐的顶部需要填充氮气，以隔绝油品与空气中氧气的作用。 储罐顶部充满氮气，保持微正压。随着液位变化，顶部压力会变化。 • 液位升高，压力增加 • 液位下降，压力下降 压力增加多或下降多都是不允许的。

11. 反作用控制器 图9－20 储罐氮封分程控制方案及特性图 阀门A：气关，阀门B：气开

12. 2、交替使用不同的工作方式 工业生产过程中，有时需要使用不同的控制方式，如图9－20所示的例子。 封氮：有些油品储罐的顶部需要填充氮气，以隔绝油品与空气中氧气的作用。 储罐顶部充满氮气，保持微正压。随着液位变化，顶部压力会变化。 • 液位升高，压力增加 • 液位下降，压力下降 压力增加多或下降多都是不允许的。

13. 反作用控制器 图9－20 储罐氮封分程控制方案及特性图 阀门A：气关，阀门B：气开

14. 封氮分程控制过程： • 液位上升时，阀门B关闭，阀门A打开，排出氮气维持压力不变 • 液位下降时，阀门B打开，阀门A关闭，补充氮气维持压力不变 • 液位在小范围波动时，压力也在小范围波动，控制系统不动作，即不补充也不排出氮气，称为安全区间。可以避免阀门频繁动作，保持系统稳定。

15. 3、满足生产过程不同阶段需要 对于放热化学反应过程，在反应的初始阶段，需要对物料加热，以启动反应过程；由于是放热反应，反应器中的热量在不断累积，所以需要补偿的热量在逐步减小，当放出的热量超过反应过程需要的热量后，不仅不能再补充热量，反而需要冷却反应器，以移走反应过程产生的多余热量。 对这类过程，可以采用如图9－21所示的分程控制。

16. 反作用控制器 图9－21 间歇反应器温度分程控制系统

17. 控制器是反作用 阀门A：气关；阀门B：气开 对象1：反作用；对象2：正作用 控制系统在任一阀门工作时都是负反馈。 图9－22 间歇反应器温度分程控制系统方框图

18. 反作用控制器 图9－21 间歇反应器温度分程控制系统

19. 控制器是反作用 阀门A：气关；阀门B：气开 对象1：反作用；对象2：正作用 控制系统在任一阀门工作时都是负反馈。 图9－22 间歇反应器温度分程控制系统方框图