复杂控制理论--分程控制.ppt

2019/12/29 1 分程控制系统和阀位控制系统 一、 基本原理 在工业生产过程中，有时会遇到一个控制器去操纵几只阀门，并按输 出信号的不同区间操作不同的阀门，这样的控制系统叫做 分程控制系统 。 要求：釜内温度维持在一定范围 反应开始需要加热升温，到反应 开始趋于剧烈时，釜内温度升高，需 要冷却降温。 可采用一个温度控制器去同时操 纵两个阀门 : 蒸汽和冷水阀，根据控 制器输出的不同区间操纵不同的执行 机构 —— 分程控制。 釜式间歇聚合反应器的温度控制 TT TC 蒸 汽 冷水 2 、分程控制系统的实施 借助每个执行器上的阀门定位器， 通过调整 A 、 B 两阀的全行程动作范 围实现的。 控制器 电气 转换 A B 2019/12/29 2 2019/12/29 3 如：分别对应在 4~12mA 和 12~20mA 当控制器的输出小于 12mA 时， A 阀动作、 B 阀不动； 当信号大于 12mA 时， A 阀至极限， B 阀动作。 二、 分程控制的作用 1 、扩大控制阀的可调范围，使得在小流量时更精确的控制 阀的可调范围，表明控制阀执行规定特性运行的有效范围。定义为： 国产调节阀的可调范围一般为 30 。 min max C C R ? max min % 33 . 3 C C ? 如工业废水处理可调范围 1000 ，此时可以通过分程满足工艺要求。如图： 一般情况下 足己满足要求 , 但有些场合对可调范围要求特别大 , 30 ? R 控制器 电气 转换 A B MPa 06 . 0 ~ 02 . 0 MPa 1 . 0 ~ 06 . 0 4 max ? A C 150 max ? B C 30 ? ? B A R R 阀的泄漏量为： m ax % 02 . 0 C C s ? max % 02 . 0 B Bs C C ? 2019/12/29 4 采用分程控制后： 154 . 0 03 . 0 30 4 min min ? ? ? ? ? Bs A C C C 154 150 4 max max max ? ? ? ? ? B A C C C 30 1000 154 . 0 154 min max ?? ? ? ? C C R 2 、用于满足工艺上操作的特殊要求 如图所示的间歇聚合反应器控制 TT TC 蒸汽 冷水 开始加热升温，引发反应；等反应开 始后，由于是放热反应，反应逐渐加剧， 温度越来越高，因此需要降温冷却。 采用分程控制，利用温度控制器输出 信号的不同区间分别控制这两只不同的阀 门。 确定阀的气开、气关型式 为避免气源中断时造成反应温度过高，蒸汽阀选择气开式、冷水阀选 气关式；温度控制取反作用。 A B 2019/12/29 5 ? ?? ? ? ?? ? ? B A T T A T T r r 根据工艺要求，当温度偏高时， 先关小蒸汽再开大冷水 温度控制器为反作用，温度升高 输出信号下降，信号下降时先关小蒸 汽，再开大冷水。 蒸汽阀的分程为 0.06~0.1MPa 、 冷水 0.02~0.06MPa 。 决定分程区间 A B 02 . 0 06 . 0 1 . 0 0 100 MPa 工艺要求保持贮罐内呈正压，当罐内料位 变化，将引起罐顶压力变化，应及时控制。 例 2 罐顶氮封分程控制 炼油厂、化工厂成品油化工产品贮罐为避 免与空气中的氧气接触氧化，常采用罐顶充氮 气的办法。如图： PT PC 气开阀 2 N 排 空 反作用 针对罐顶空隙较大、气体压力对象时间常数大；罐顶压力控制要求不 高的实际情况，设计间歇区间，避免两只阀的频繁开闭。 02 . 0 062 . 0 1 . 0 0 100 MPa 058 . 0 2019/12/29 6 三、 分程控制的组合形式 根据分程控制系统中控制阀的形式，分程控制系统可分为： 02 . 0 06 . 0 1 . 0 0 100 MPa 02 . 0 06 . 0 1 . 0 0 100 MPa 02 . 0 06 . 0 1 . 0 0 100 MPa 02 . 0 06 . 0 1 . 0 0 100 MPa 2019/12/29 7 四、 阀位控制 (VPC) 系统 在生产中，有两个（或多个）变量均能影响同一个受控变量， 但具有良好动态性能的变量，其静态性能 ( 指工艺上的某些性能 ) 却是 低劣的。从提高受控变量控制品质的角度应采用动态性能好的变量， 但从稳态优化的角度却是不适合的。为协调矛盾，可采用包括阀位 控制系统在内的 复合控制系统 。 例 1 加热炉温度控制 — 节能 受控变量：物料出口温度 ? 动态分析：旁路阀 V A 控制通 道滞后小，控制及时； 节能分析：旁路阀全关最节能 （两种冷热不同流体混合过程不 可逆，易造成损失。 ) 节能复合