分程控制新版系统.doc
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1、2.5 分程控制系统2.5.1 分程控制系统基本概念1分程调节系统普通来说,一台调节器输出仅操纵一只调节阀,若一只调节器去控制两个以上阀并且是按输出信号不同区间去操作不同阀门,这种控制方式习惯上称为分程控制。图2.5-1表达了分程控制系统简图。图中表达一台调节器去操纵两只调节阀,实行(动作过程)是借助调节阀上阀门定位器对信号转换功能。例如图中A、B两阀,规定A阀在调节器输出信号压力为0.020.06MPa变化时,作阀得全行程动作,则规定附在A阀上阀门定位器,对输入信号0.020.06MPa时,相应输出为0.020.1MPa,而B阀上阀门定位器,应调节成在输入信号为0.060.1 图2.5-1
2、分程控制系统示意图MPa时,相应输出为0.020.1MPa。按照这些条件,当调节器(涉及电/气转换器)输出信号不大于0.06MPa时A阀动作,B阀不动;当输出信号不不大于0.06MPa时,而B阀动作,A阀已动至极限;由此实现分程控制过程。分程控制系统中,阀开闭形式,可分同向和异向两种,见图2.5-2和图2.5-3。 图2.5-2 调节阀分程动作(同向) 图2.5-3 调节阀分程动作(异向)普通调节阀分程动作采用同向规律是为了满足工艺上扩大可调比规定;反向规律选取是为了满足工艺特殊规定。2分程控制系统应用1)为扩大调节阀可调范畴。调节阀有一种重要指标,即阀可调范畴。它是一项静态指标,表白调节阀执
3、行规定特性(线性特性或等比例特性)运营有效范畴。可调范畴可用下式表达: (2.5-1)式中 阀最大流通能力,流量单位。 阀最小流通能力,流量单位。国产柱塞型阀固有可调范畴=30,因此。须指出阀最小流通能力不等于阀关闭时泄漏量。普通柱塞型阀泄漏量仅为最大流通能力0.10.01%。对于过程控制绝大某些场合,采用=30控制阀已足够满足生产规定了。但有很少数场合,可调范畴规定特别大,如果不能提供足够可调范畴,其成果将是或在高负荷下供应局限性,或在低负荷下低于可调范畴时产生极限环。例如蒸汽压力调节系统,设锅炉产生是压力为10MPa高压蒸汽,而生产上需要是4MPa平稳中压蒸汽。为此,需要通过节流减压办法将
4、10MPa高压蒸汽节流减压成4MPa中压蒸汽。在选取调节阀口径时,如果选用一种调节阀,为了适应大负荷下蒸汽供应量需要,调节阀口径要选取得很大,而正常状况下蒸汽量却不需要哪么大,这就需要将阀关小某些。也就是说,正常状况下调节阀只是在小开度工作,由于大阀在小开度下工作时,除了阀特性会发生畸变外,还容易产生噪声和震荡,这样控制会使控制效果变差控制质量减少。为理解决这一矛盾,可选用两只同向动作调节阀构成分程控制系统,如图2.5-2所示分程控制系统采用了A、B两只同向动作调节阀(依照工艺规定均选为气开式)其中A阀得在调节器输出信号412mA(气压信号为0.020.06MPa)时由全闭到全开,B阀得在调节
5、器输出信号1220mA(气压信号为0.060.1MPa)时由全闭到全开,这样,在正常状况下,即小负荷时,B阀处在全关,只通过A阀开度变化来进行控制;当大负荷时,A阀已全开仍满足不了蒸汽量需求,这是B阀也开始打开,以补足A阀全开时蒸汽供应量局限性。 图2.5-4 蒸汽减压分程控制系统原理图 假定系统中所采用A、B两只调节阀最大流通能力均为100,可调范畴=30。由于调节阀可调范畴为: (2.5-2)据上式可求得 = (2.5-3)当采用两支阀构成分程控制系统时,最小流通能力不变,而最大流通能力为两阀最大流通能力之和=200,因而A、B两阀组合后可调范畴应是: 这就是说采用两支流通能力相似调节阀构
6、成分程控制系统后,其调节阀可调范畴比单只调节阀增大一倍。2)满足工艺操作特殊规定。在某些间歇式生产化学反映过程中,当反映物投入设备后,为了使其达到反映温度,往往在反映开始前需要给它提供一定热量。一旦达到反映温度后,就会随着化学反映进行不断释放出热量,这些热量如不及时移走,反映就会越来越激烈,以致会有爆炸危险。因而对于这种间歇式化学反映器既要考虑反映前预热问题,又要考虑反映过程中及时移走反映热问题。为此设计了如图2.5-5所示分程控制系统。 图2.5-5 间歇式化学反映器分程控制系统图图中温度调节器选取反作用,冷水调节阀选取气关式(A阀),热水调节阀选取气开式(B阀)。该系统工作过程如下:在进行
7、化学反映前升温阶段,由于温度测量值不大于给定值,因而调节器输出增大,B阀开大,A阀关闭,即蒸汽阀开、冷水阀关,以便使反映器温度升高。当温度达到反映温度时,化学反映发生,于是就有热量放出,反映物温度逐渐提高。当温升使测量值不不大于给定值时,调节器输出将减小(由于调节器是反作用),随着调节器输出减小,B阀将逐渐关小乃至完全关闭,而A阀则逐渐打开。这时反映器夹套中流过将不再是热水而是冷水。这样一来,反映所产生热量就被冷水所带走,从而达到维持反映温度目。2.5.2分程控制系统方案实行1分程区间决定分程控制系统设计重要是各种阀之间分程区间问题,设计原则: 先拟定阀开关作用形式(以安全生产为主); 再决定
8、调节器正反作用;最后决定各个阀分程区间。2分程阀总流量特性改进当调节阀采用分程控制,如果它们得流通能力不同,组合后总流通特性,在信号交接处流量变化并不是光滑。例如选用和这两只调节阀构成分程控制,两阀特性及它们组合总流量特性如图2.5-6所示。 图2.5-6 分程系统大、小阀连接组合特性图由图2.5-6可以看出,本来线性特性较好两只控制阀,当组合在一起构成分程控制时,其总流量特性已不再呈现线性关系,而变成非线性关系了。特别是在分程点,总流量特性浮现了一种转折点。由于转折点存在,导致了总流量特性不平滑。这对系统平稳运营是不利,为了使总流量特性达到平滑过渡,可采用如下办法。解决在0.06处浮现了大转
9、折,呈严重非线性办法 选用等比例阀此时可自然解决; 线性阀则可通过添加非线性补偿调节办法将等比例特性校正为线性。2.5.3 阀位控制系统1概述一种控制系统在受到外界干扰时,被控变量将偏离原先给定值,而发生变化,为了克服干扰影响,将被控变量拉回到给定值,需要对控制变量进行调节。对一种系统来说,可供选取作为控制变量也许是各种,选取控制变量既要考虑它经济性和合理性,又要考虑它迅速性和有效性。但是,在有些状况下,所选取控制变量很难做到两者兼顾。阀门控制系统就是在综合考虑控制变量迅速性、有效性、经济性和合理性基本上发展起来一种控制系统。阀位控制系统原理构造如图2.5-7所示。在阀位控制系统中选用了两个控
10、制变量蒸汽量和物料量,其中控制变量从经济性和工艺合理性考虑比较适当,但是对克服干扰影响不够及时有效。控制变量却正好相反,迅速性、有效性较好,但经济性、工艺合理性较差。 图2.5-7 阀位控制系统构造原理图这两个控制变量分别由两支控制器来控制。其中控制变量为主控制器TC,控制变量为阀位控制器VPC。主控制器给定值即产品质量指标,阀门控制器给定值是控制变量管线上控制阀阀位,阀位控制系统也因而而得名。2阀位控制系统工作原理如图2.5-8阀位控制系统,假定A阀、B阀均选为气开阀,主控制器TC(温度调节器)为正作用,阀位控制器VPC为反作用。系统稳定状况下,被控变量等于主控制器设定值R,A阀处在某一开度
11、,控制B阀处在阀位调节器VPC所设立小开度r。当系统受到外界干扰使原油出口温度上升时,温度调节器输出将增大,这一增大信号送往两处:其一去B阀;其二去VPC。送往B阀信号将使B阀开度增大,这会将原油出口温度拉下来;送往VPC信号是作为后者测量值,在r不变状况下,测量值增大,VPC输出将减小,A阀开度将减小,燃料量则随之减小,出口温度也将因而而下降。这样A、B两只阀动作成果都将会使温度上升趋势减低。随着出口温度上升趋势下降,温度调节器输出逐渐减小,于是B阀开度逐渐减小,A阀开度逐渐加大。这一过程始终进行到温度调节器及阀位调节器偏差都等于0时为止。温度调节器偏差等于0,意味着出口温度等于给定值,即阀
12、位调节器偏差等于零,意味着调节阀B阀压与阀位调节器VPC设定值r相等,而B开度与阀压是有着一一相应关系,也就是说阀B最后会回到设定值r所相应开度。 由上面分析可以看到:本系统运用控制变量有效性和迅速性,在干扰一旦浮现影响到被控变量偏离给定值时,先行通过对控制变量调节来克服干扰影响。随着时间增长,对控制变量调节逐渐削弱,而控制出口温度任务逐渐转让给控制变量来担当。最后阀B停止在一种很小开度(由设定值r来决定)上,而维持控制合理性和经济性。2.6 选取性控制系统2.6.1概述选取性控制系统又叫取代控制,也称超驰控制。普通自动控制系统只能在生产工艺处在正常状况下进行工作,一旦生产浮现事故状态,控制器
13、就要改为手动,待事故排除后,控制系统再重新投入工作。在大型生产工艺过程中,除了规定控制系统在生产在正常状况下可以克服外界干扰,平稳操作外,还必要考虑事故状态下安全生产。即当生产操作达到安全极限时,应有保护性办法。属于生产保护性办法有两类:一类是硬保护办法;一类是软保护办法。所谓硬保护办法就是当生产操作达到安全极限时,有声、光报警产生。此时有操作工将控制器切换到手动,进行手动操作、解决;或是通过专门设立联锁保护线路实现自动停车,达到保护生产目。对于持续生产过程来说,虽然短暂设备停车,也会导致巨大经济损失。因而这种硬保护办法已逐渐不为人们所欢迎,相应地浮现了软保护办法。所谓软保护办法,就是通过一种
14、特定设计选取性控制系统,在生产短期内处在不正常状况时,生产设备不须停车,由选取性控制系统自动变化操作方式,使参数脱离极限值。并且当参数恢复正常时原控制系统自动恢复,避免停车并且无需人参入与。2.6.2 超驰控制设计应用 如图(2.6-1)(a)、(b)可用来阐明氨蒸发器是如何从一种可以满足正常生产状况下控制方案,演变成为烤炉极限条件下超驰控制实例。 图2.6-1 液氨蒸发器控制方案液氨蒸发器是一种换热设备,它是运用液氨汽化需要大量热量,以此来冷却流经管内被冷物料。在生产中,往往规定物料出口温度稳定,即构成一种以被冷物料出口温度为被控变量,以液氨流量为操纵变量控制方案。见图2.6-1(a),这一
15、控制方案用是变化传热面积来调节传热量办法。因液位高度会影响热互换器浸润传热面积,因而液位高度反映传热面积变化。由此可见液氨蒸发器实质上是一种单输入(液氨流量)两输出(温度和液位)系统。通过工艺适当设计,正常状况下温度得到控制后来,液位也应当在一定容许区间。超限现象是由于浮现了非正常工况缘故。不妨假设有杂质油漏入被冷物料管线,使传热系数猛降,为了取走同样热量,就要大大增长传热面积。但当液位沉没了换热器所有列管时,传热面积增长已达极限,如果继续增长氨蒸发器内液氨量,并不会提高传热量。但是液位继续升高,却也许带来生产事故。这是由于气化氨是要回收重复使用,气氨将进入压缩机入口,若气氨带液,液滴会损坏压
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