1. 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 。

2. 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。

3. 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。

4. 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。

5. 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。

6. 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

7. 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。

8. 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。

9. 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。

10. 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：

11. 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。

12. 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。

13. 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。

14. 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。

15. 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。

16. 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。

17. 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。

18. 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。

19. 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。

20. 一个控制器 对多个控制阀 实现多个操 纵量协调操作 分程