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§4 分程控制原理

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  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