分程與選擇性控制

1、第五節(jié)第五節(jié)分程控制分程控制選擇性控制選擇性控制 分程控制系統(tǒng)原理與設(shè)計分程控制系統(tǒng)原理與設(shè)計 分程控制工業(yè)應(yīng)用分程控制工業(yè)應(yīng)用 選擇性控制系統(tǒng)原理與設(shè)計選擇性控制系統(tǒng)原理與設(shè)計 選擇性控制工業(yè)應(yīng)用選擇性控制工業(yè)應(yīng)用一、分程控制系統(tǒng)原理與設(shè)計一、分程控制系統(tǒng)原理與設(shè)計注意問題注意問題 在生產(chǎn)過程中，有時為了滿足被控參在生產(chǎn)過程中，有時為了滿足被控參數(shù)寬范圍的要求，需要改變幾個控制數(shù)寬范圍的要求，需要改變幾個控制參數(shù)。如圖參數(shù)。如圖4-50，一個調(diào)節(jié)器的輸出，一個調(diào)節(jié)器的輸出信號分段分別控制兩個調(diào)節(jié)閥動作。信號分段分別控制兩個調(diào)節(jié)閥動作。 一個氣動調(diào)節(jié)一個氣動調(diào)節(jié)閥在調(diào)節(jié)器輸出信閥在調(diào)節(jié)器輸出信

2、號為號為2060kPa范圍范圍內(nèi)工作，另一個氣內(nèi)工作，另一個氣動調(diào)節(jié)閥在動調(diào)節(jié)閥在60100 kPa范圍內(nèi)工作。范圍內(nèi)工作。 某些工業(yè)生產(chǎn)要求調(diào)節(jié)閥工作時某些工業(yè)生產(chǎn)要求調(diào)節(jié)閥工作時其可調(diào)范圍很大，但國產(chǎn)統(tǒng)一設(shè)計的柱其可調(diào)范圍很大，但國產(chǎn)統(tǒng)一設(shè)計的柱塞式調(diào)節(jié)閥，其塞式調(diào)節(jié)閥，其可調(diào)范圍可調(diào)范圍R30，滿足，滿足了大流量就不能滿足小流量，反之亦然。了大流量就不能滿足小流量，反之亦然。為此，可設(shè)計和應(yīng)用分程控制，將兩個為此，可設(shè)計和應(yīng)用分程控制，將兩個調(diào)節(jié)閥當作一個調(diào)節(jié)閥使用，從而可擴調(diào)節(jié)閥當作一個調(diào)節(jié)閥使用，從而可擴大其調(diào)節(jié)范圍，提高控制質(zhì)量。大其調(diào)節(jié)范圍，提高控制質(zhì)量。 設(shè)分程控制中使用的大小

3、兩只調(diào)設(shè)分程控制中使用的大小兩只調(diào)節(jié)閥的節(jié)閥的最大最大流通能力流通能力分別為分別為CAmax=4，CBmax=100 可調(diào)范圍可調(diào)范圍 RA=RB=30 故小閥的故小閥的最小最小流通能力流通能力為為AmaxAminAC4C= 0.134R30 分程控制把兩個調(diào)節(jié)閥當作一個調(diào)分程控制把兩個調(diào)節(jié)閥當作一個調(diào)節(jié)閥使用，其最小流通能力為節(jié)閥使用，其最小流通能力為0.134，最大流通能力為最大流通能力為104，可調(diào)范圍為，可調(diào)范圍為 分程后調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍為單個調(diào)分程后調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍為單個調(diào)節(jié)閥的節(jié)閥的26倍，既能滿足生產(chǎn)的要求，倍，既能滿足生產(chǎn)的要求，又能改善調(diào)節(jié)閥的工作特性，提高控制又能改善調(diào)節(jié)閥

4、的工作特性，提高控制質(zhì)量。質(zhì)量。分AmaxBmaxAminC+C104R=780C4/30 在分程控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器的輸在分程控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器的輸出信號仍為出信號仍為010mA DC、420mA DC(電動儀表電動儀表)或或20100 KPa(氣動儀氣動儀表表)。這一輸出信號可分為。這一輸出信號可分為24段，每一段，每一段帶動一個調(diào)節(jié)閥動作，每個調(diào)節(jié)閥在段帶動一個調(diào)節(jié)閥動作，每個調(diào)節(jié)閥在此信號段內(nèi)從全開到全關(guān)或從全關(guān)到全此信號段內(nèi)從全開到全關(guān)或從全關(guān)到全開動作開動作(全行程動作全行程動作)。 4 12 20 mA DC 20 60 100 KPa 0.02 0.06 0.1 MPa 全關(guān)全關(guān)

5、 半開半開 全開全開 （氣開閥）（氣開閥） 全開全開 半開半開 全關(guān)全關(guān) （氣關(guān)閥）（氣關(guān)閥） 分程控制是通過分程控制是通過閥門定位器閥門定位器來實現(xiàn)的。改變閥門定位器的來實現(xiàn)的。改變閥門定位器的量量程彈簧程彈簧和和調(diào)零彈簧調(diào)零彈簧，就改變了閥，就改變了閥門定位器的測量范圍，從而達到門定位器的測量范圍，從而達到了分程控制的目的。了分程控制的目的。 例如二級分程控制，將一個例如二級分程控制，將一個調(diào)節(jié)閥的閥門定位器的輸入范圍調(diào)節(jié)閥的閥門定位器的輸入范圍調(diào)到調(diào)到2060KPa，其輸出為，其輸出為20 100KPa；將另一個調(diào)節(jié)閥的閥；將另一個調(diào)節(jié)閥的閥門定位器輸入范圍調(diào)到門定位器輸入范圍調(diào)到601

6、00 KPa，其輸出也是，其輸出也是20100KPa ，在不同信號區(qū)段內(nèi)，調(diào)節(jié)閥都是在不同信號區(qū)段內(nèi)，調(diào)節(jié)閥都是全行程工作的。全行程工作的。 分程控制根據(jù)調(diào)節(jié)閥的氣開、分程控制根據(jù)調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式和分程信號區(qū)段的不同，氣關(guān)形式和分程信號區(qū)段的不同，分為兩類：分為兩類： 1.調(diào)節(jié)閥同向動作的分程控制調(diào)節(jié)閥同向動作的分程控制： 即隨著調(diào)節(jié)閥輸入信號的增加即隨著調(diào)節(jié)閥輸入信號的增加或減小，調(diào)節(jié)閥的開度均逐漸開大或減小，調(diào)節(jié)閥的開度均逐漸開大或均逐漸關(guān)小。（圖或均逐漸關(guān)小。（圖451） 2.調(diào)節(jié)閥異向動作的分程控制，調(diào)節(jié)閥異向動作的分程控制，即隨調(diào)節(jié)閥輸入信號的增加或減小，即隨調(diào)節(jié)閥輸入信號的增

7、加或減小，閥開度按一只逐漸開大而另一只逐閥開度按一只逐漸開大而另一只逐漸關(guān)小的方向動作。漸關(guān)小的方向動作。(圖圖4-52) 調(diào)節(jié)閥同向或異向動作的選擇完調(diào)節(jié)閥同向或異向動作的選擇完全由生產(chǎn)工藝安全的原則決定。全由生產(chǎn)工藝安全的原則決定。 在分程控制中，實際上是把兩個調(diào)在分程控制中，實際上是把兩個調(diào)節(jié)閥作為一個調(diào)節(jié)閥使用，因此要節(jié)閥作為一個調(diào)節(jié)閥使用，因此要求求從一個閥向另一個閥過渡時，其從一個閥向另一個閥過渡時，其流量變化要平滑流量變化要平滑。但由于兩個閥的。但由于兩個閥的放大系數(shù)不同，在放大系數(shù)不同，在分程點分程點上常會引上常會引起流量特性的突變，尤其是大、小起流量特性的突變，尤其是大、小閥

8、并聯(lián)工作時。閥并聯(lián)工作時。 如前述可調(diào)范圍達如前述可調(diào)范圍達780的兩個調(diào)節(jié)的兩個調(diào)節(jié)閥，當均為線性閥時，其突變情況閥，當均為線性閥時，其突變情況非常嚴重非常嚴重(圖圖453a)。當均為對數(shù)。當均為對數(shù)閥時，突變情況要好一些閥時，突變情況要好一些(圖圖453b)。 為使總的流量特性比較平滑，一般為使總的流量特性比較平滑，一般應(yīng)考慮如下措施：應(yīng)考慮如下措施： 1)盡量選用對數(shù)調(diào)節(jié)閥盡量選用對數(shù)調(diào)節(jié)閥，除非，除非調(diào)節(jié)閥范圍擴展不大時調(diào)節(jié)閥范圍擴展不大時(此時兩個調(diào)此時兩個調(diào)節(jié)閥的流通能力很接近節(jié)閥的流通能力很接近)，可選用線，可選用線性閥。性閥。 2)采用分程信號重疊法采用分程信號重疊法。如圖。如

9、圖454，使兩個閥有一區(qū)段重疊的調(diào)，使兩個閥有一區(qū)段重疊的調(diào)節(jié)器輸出信號，這樣不等到小閥全節(jié)器輸出信號，這樣不等到小閥全開，大閥就已漸漸打開。開，大閥就已漸漸打開。 調(diào)節(jié)閥的泄漏量：調(diào)節(jié)閥的泄漏量： 分程控制分程控制選用的調(diào)節(jié)閥應(yīng)不泄漏選用的調(diào)節(jié)閥應(yīng)不泄漏或泄漏量極小，尤其是大、小閥并聯(lián)工或泄漏量極小，尤其是大、小閥并聯(lián)工作，若大閥泄漏量過大，小閥將不能充作，若大閥泄漏量過大，小閥將不能充分發(fā)揮其控制作用，甚至起不到控制作分發(fā)揮其控制作用，甚至起不到控制作用。用。 調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的選擇及其參數(shù)整定：調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的選擇及其參數(shù)整定： 可參照單回路系統(tǒng)（可參照單回路系統(tǒng)（分程控制系分程控制系統(tǒng)本

10、質(zhì)上是一個單回路控制系統(tǒng)統(tǒng)本質(zhì)上是一個單回路控制系統(tǒng)）。但）。但是分程控制中的兩個控制通道的特性不是分程控制中的兩個控制通道的特性不會完全相同，所以只能兼顧兩種情況，會完全相同，所以只能兼顧兩種情況，選取一組比較合適的整定參數(shù)。選取一組比較合適的整定參數(shù)。二、分程控制工業(yè)應(yīng)用示例二、分程控制工業(yè)應(yīng)用示例1用于節(jié)能控制用于節(jié)能控制2用于擴大調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍用于擴大調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍 如廢水處理中的如廢水處理中的PH值控制，值控制，調(diào)節(jié)閥可調(diào)范圍特別大，廢液流調(diào)節(jié)閥可調(diào)范圍特別大，廢液流量變化可達量變化可達45倍，酸堿含量變倍，酸堿含量變化幾十倍。在這種場合下，若調(diào)化幾十倍。在這種場合下，若調(diào)節(jié)閥可

11、調(diào)范圍不夠大，是達不到節(jié)閥可調(diào)范圍不夠大，是達不到控制要求的，必須采用大、小閥控制要求的，必須采用大、小閥并聯(lián)使用的分程控制。并聯(lián)使用的分程控制。3.用于保證生產(chǎn)過程的安全、穩(wěn)定用于保證生產(chǎn)過程的安全、穩(wěn)定4用于不同工況下的控制用于不同工況下的控制 在化工生產(chǎn)中，有時需要加熱，有在化工生產(chǎn)中，有時需要加熱，有時又需要移走熱量，為此配有蒸時又需要移走熱量，為此配有蒸 汽和汽和冷水兩種傳熱介質(zhì)，設(shè)計分程控制系統(tǒng)，冷水兩種傳熱介質(zhì)，設(shè)計分程控制系統(tǒng)，以滿足生產(chǎn)工藝要求。以滿足生產(chǎn)工藝要求。三、選擇性控制系統(tǒng)三、選擇性控制系統(tǒng) 原理與設(shè)計原則原理與設(shè)計原則 選擇性控制：選擇性控制：把生產(chǎn)過程中的限把生

12、產(chǎn)過程中的限制條件所構(gòu)成的邏輯關(guān)系，疊加到正制條件所構(gòu)成的邏輯關(guān)系，疊加到正常的自動控制系統(tǒng)上去的一種組合控常的自動控制系統(tǒng)上去的一種組合控制方法。制方法。 系統(tǒng)設(shè)有系統(tǒng)設(shè)有兩個控制器兩個控制器(調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器)(或或兩個以上的變送器兩個以上的變送器)，通過，通過高、低值選高、低值選擇器擇器選出能適應(yīng)生產(chǎn)安全狀況的控制選出能適應(yīng)生產(chǎn)安全狀況的控制信號，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的自動控制。信號，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的自動控制。 當生產(chǎn)過程趨近于危險極限區(qū)，但還當生產(chǎn)過程趨近于危險極限區(qū)，但還未進入危險區(qū)時，一個用于控制不安未進入危險區(qū)時，一個用于控制不安全情況的控制方案通過高、低值選擇全情況的控制方案通過高、低值

13、選擇器取代正常生產(chǎn)情況下工作的控制方器取代正常生產(chǎn)情況下工作的控制方案案(正常調(diào)節(jié)器處于開環(huán)狀態(tài)正常調(diào)節(jié)器處于開環(huán)狀態(tài))，直至，直至使生產(chǎn)過程重新恢復(fù)正常。然后，又使生產(chǎn)過程重新恢復(fù)正常。然后，又通過選擇器使原來的控制方案重新恢通過選擇器使原來的控制方案重新恢復(fù)工作。復(fù)工作。 這種選擇性控制系統(tǒng)又被稱為這種選擇性控制系統(tǒng)又被稱為自動保自動保護系統(tǒng)護系統(tǒng)，或稱為，或稱為軟保護系統(tǒng)軟保護系統(tǒng)。 選擇器選擇器：可以接在兩個或多個調(diào)節(jié)器的：可以接在兩個或多個調(diào)節(jié)器的輸出端，對控制信號進行選擇，也可以輸出端，對控制信號進行選擇，也可以接在幾個變送器的輸出端，對測量信號接在幾個變送器的輸出端，對測量信號進

14、行選擇。進行選擇。 1)選擇器位于調(diào)節(jié)器的輸出端選擇器位于調(diào)節(jié)器的輸出端，對，對調(diào)節(jié)器的輸出信號進行選擇的系統(tǒng)，如調(diào)節(jié)器的輸出信號進行選擇的系統(tǒng)，如圖圖458。 2)選擇器位于調(diào)節(jié)器之前選擇器位于調(diào)節(jié)器之前，對變送器輸出信號進行選擇的系對變送器輸出信號進行選擇的系統(tǒng)，如圖統(tǒng)，如圖459。例：例：P205 圖圖4-37 例：反應(yīng)器熱點極值選擇性控制系統(tǒng)例：反應(yīng)器熱點極值選擇性控制系統(tǒng) 選擇性控制系統(tǒng)可等效為兩個選擇性控制系統(tǒng)可等效為兩個(或或更多個更多個)單回路控制系統(tǒng)。單回路控制系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計的系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵關(guān)鍵是選擇器的設(shè)計選型以及多個控制是選擇器的設(shè)計選型以及多個控制器控制規(guī)律的確定。器控

15、制規(guī)律的確定。 1選擇器的選型選擇器的選型 選擇器有選擇器有高值選擇器高值選擇器(HS)與與低值選低值選擇器擇器(LS)。前者容許較大信號通過，后。前者容許較大信號通過，后者容許較小信號通過。者容許較小信號通過。 在選擇器具體選型時，根據(jù)生產(chǎn)處在選擇器具體選型時，根據(jù)生產(chǎn)處于不正常情況下，于不正常情況下，取代調(diào)節(jié)器取代調(diào)節(jié)器的輸出信的輸出信號為高值或為低值來確定選擇器的類型。號為高值或為低值來確定選擇器的類型。如果取代調(diào)節(jié)器輸出信號為高值時，則如果取代調(diào)節(jié)器輸出信號為高值時，則選用高值選擇器；反之則選用低值選擇選用高值選擇器；反之則選用低值選擇器。器。2控制器控制器(調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器)控制規(guī)律的確

16、定控制規(guī)律的確定 對于對于正?？刂破髡？刂破?，由于控制精度，由于控制精度要求較高，同時要保證產(chǎn)品的質(zhì)量，所要求較高，同時要保證產(chǎn)品的質(zhì)量，所以應(yīng)選用以應(yīng)選用PI控制規(guī)律，如果過程的容量控制規(guī)律，如果過程的容量滯后較大，可以選用滯后較大，可以選用PID控制規(guī)律；控制規(guī)律； 對于對于取代控制器取代控制器，由于在正常生，由于在正常生產(chǎn)時開環(huán)備用，僅要求在生產(chǎn)將出問題產(chǎn)時開環(huán)備用，僅要求在生產(chǎn)將出問題時，能迅速及時采取措施，以防事故發(fā)時，能迅速及時采取措施，以防事故發(fā)生，故一般選用生，故一般選用P控制規(guī)律控制規(guī)律即可。即可。3控制器控制器(調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器)參數(shù)整定參數(shù)整定 可按單回路控制系統(tǒng)的整定方法

17、可按單回路控制系統(tǒng)的整定方法進行。但取代控制方案投入工作時，取進行。但取代控制方案投入工作時，取代控制器必須發(fā)出較強的控制信號，產(chǎn)代控制器必須發(fā)出較強的控制信號，產(chǎn)生及時的自動保護作用，所以其比例度生及時的自動保護作用，所以其比例度應(yīng)整定得小一些。如果有積分作用時，應(yīng)整定得小一些。如果有積分作用時，積分作用也應(yīng)整定得弱一點。積分作用也應(yīng)整定得弱一點。四、選擇性控制工業(yè)應(yīng)用舉例四、選擇性控制工業(yè)應(yīng)用舉例 在鍋爐的運行中，蒸汽負荷隨用在鍋爐的運行中，蒸汽負荷隨用戶需要而經(jīng)常波動。正常情況下，戶需要而經(jīng)常波動。正常情況下，用控制燃料量的方法來維持蒸汽壓用控制燃料量的方法來維持蒸汽壓力的穩(wěn)定。力的穩(wěn)定

18、。 當蒸汽用量增加時，蒸汽總管壓當蒸汽用量增加時，蒸汽總管壓力將下降，此時正常調(diào)節(jié)器輸出信力將下降，此時正常調(diào)節(jié)器輸出信號去開大調(diào)節(jié)閥，增加燃料量。號去開大調(diào)節(jié)閥，增加燃料量。 同時，燃料氣壓力隨燃料量的增同時，燃料氣壓力隨燃料量的增加而升高。當燃料氣壓力超過某一加而升高。當燃料氣壓力超過某一安全極限時，會產(chǎn)生安全極限時，會產(chǎn)生脫火脫火現(xiàn)象，可現(xiàn)象，可能將造成生產(chǎn)事故。為此，設(shè)計應(yīng)能將造成生產(chǎn)事故。為此，設(shè)計應(yīng)用如圖用如圖460所示的蒸汽壓力與燃料所示的蒸汽壓力與燃料氣壓力的選擇性控制系統(tǒng)。氣壓力的選擇性控制系統(tǒng)。五選擇性控制系統(tǒng)中的積五選擇性控制系統(tǒng)中的積分飽和及其防止分飽和及其防止 對于對于具有積分作用的調(diào)節(jié)器具有積分作用的調(diào)節(jié)器在開環(huán)狀態(tài)下在開環(huán)狀態(tài)下，由于