分程與選擇性控制概要

1、分程與選擇性控制概要一、分程控制系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)注意問(wèn)題在消費(fèi)過(guò)程中，有時(shí)為了滿足被控參數(shù)寬范圍的要求，需要改變幾個(gè)控制參數(shù)。如圖4-50，一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)分段分別控制兩個(gè)調(diào)節(jié)閥動(dòng)作。 一個(gè)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥在調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)為2060kPa范圍內(nèi)工作，另一個(gè)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥在60100 kPa范圍內(nèi)工作。 某些工業(yè)消費(fèi)要求調(diào)節(jié)閥工作時(shí)其可調(diào)范圍很大，但國(guó)產(chǎn)統(tǒng)一設(shè)計(jì)的柱塞式調(diào)節(jié)閥，其可調(diào)范圍R30，滿足了大流量就不能滿足小流量，反之亦然。為此，可設(shè)計(jì)和應(yīng)用分程控制，將兩個(gè)調(diào)節(jié)閥當(dāng)作一個(gè)調(diào)節(jié)閥使用，從而可擴(kuò)大其調(diào)節(jié)范圍，進(jìn)步控制質(zhì)量。 設(shè)分程控制中使用的大小兩只調(diào)節(jié)閥的最大流通才能分別為CAmax=4，CBm

2、ax=100 可調(diào)范圍 RA=RB=30 故小閥的最小流通才能為 分程控制把兩個(gè)調(diào)節(jié)閥當(dāng)作一個(gè)調(diào)節(jié)閥使用，其最小流通才能為0.134，最大流通才能為104，可調(diào)范圍為 分程后調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍為單個(gè)調(diào)節(jié)閥的26倍，既能滿足消費(fèi)的要求，又能改善調(diào)節(jié)閥的工作特性，進(jìn)步控制質(zhì)量。 在分程控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)仍為010mA DC、420mA DC(電動(dòng)儀表)或20100 KPa(氣動(dòng)儀表)。這一輸出信號(hào)可分為24段，每一段帶動(dòng)一個(gè)調(diào)節(jié)閥動(dòng)作，每個(gè)調(diào)節(jié)閥在此信號(hào)段內(nèi)從全開(kāi)到全關(guān)或從全關(guān)到全開(kāi)動(dòng)作(全行程動(dòng)作)。 4 12 20 mA DC 20 60 100 KPa 0.02 0.06 0.1 M

3、Pa 全關(guān) 半開(kāi) 全開(kāi) 氣開(kāi)閥 全開(kāi) 半開(kāi) 全關(guān) 氣關(guān)閥 分程控制是通過(guò)閥門定位器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。改變閥門定位器的量程彈簧和調(diào)零彈簧，就改變了閥門定位器的測(cè)量范圍，從而到達(dá)了分程控制的目的。 例如二級(jí)分程控制，將一個(gè)調(diào)節(jié)閥的閥門定位器的輸入范圍調(diào)到2060KPa，其輸出為20 100KPa；將另一個(gè)調(diào)節(jié)閥的閥門定位器輸入范圍調(diào)到60100 KPa，其輸出也是20100KPa ，在不同信號(hào)區(qū)段內(nèi)，調(diào)節(jié)閥都是全行程工作的。 分程控制根據(jù)調(diào)節(jié)閥的氣開(kāi)、氣關(guān)形式和分程信號(hào)區(qū)段的不同，分為兩類： ： 即隨著調(diào)節(jié)閥輸入信號(hào)的增加或減小，調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度均逐漸開(kāi)大或均逐漸關(guān)小。圖451 2.調(diào)節(jié)閥異向動(dòng)作的分程控制，

4、即隨調(diào)節(jié)閥輸入信號(hào)的增加或減小，閥開(kāi)度按一只逐漸開(kāi)大而另一只逐漸關(guān)小的方向動(dòng)作。(圖4-52) 調(diào)節(jié)閥同向或異向動(dòng)作的選擇完全由消費(fèi)工藝平安的原那么決定。 在分程控制中，實(shí)際上是把兩個(gè)調(diào)節(jié)閥作為一個(gè)調(diào)節(jié)閥使用，因此要求從一個(gè)閥向另一個(gè)閥過(guò)渡時(shí)，其流量變化要平滑。但由于兩個(gè)閥的放大系數(shù)不同，在分程點(diǎn)上常會(huì)引起流量特性的突變，尤其是大、小閥并聯(lián)工作時(shí)。如前述可調(diào)范圍達(dá)780的兩個(gè)調(diào)節(jié)閥，當(dāng)均為線性閥時(shí)，其突變情況非常嚴(yán)重(圖453a)。當(dāng)均為對(duì)數(shù)閥時(shí)，突變情況要好一些(圖453b)。為使總的流量特性比較平滑，一般應(yīng)考慮如下措施： 1)盡量選用對(duì)數(shù)調(diào)節(jié)閥，除非調(diào)節(jié)閥范圍擴(kuò)展不大時(shí)(此時(shí)兩個(gè)調(diào)節(jié)閥的流

5、通才能很接近)，可選用線性閥。 2)采用分程信號(hào)重疊法。如圖454，使兩個(gè)閥有一區(qū)段重疊的調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)，這樣不等到小閥全開(kāi)，大閥就已漸漸翻開(kāi)。調(diào)節(jié)閥的泄漏量： 分程控制選用的調(diào)節(jié)閥應(yīng)不泄漏或泄漏量極小，尤其是大、小閥并聯(lián)工作，假設(shè)大閥泄漏量過(guò)大，小閥將不能充分發(fā)揮其控制作用，甚至起不到控制作用。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)分程控制系統(tǒng)本質(zhì)上是一個(gè)單回路控制系統(tǒng)。但是分程控制中的兩個(gè)控制通道的特性不會(huì)完全一樣，所以只能兼顧兩種情況，選取一組比較適宜的整定參數(shù)。二、分程控制工業(yè)應(yīng)用例如1用于節(jié)能控制2用于擴(kuò)大調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍 如廢水處理中的PH值控制，調(diào)節(jié)閥可調(diào)范圍特別大

6、，廢液流量變化可達(dá)45倍，酸堿含量變化幾十倍。在這種場(chǎng)合下，假設(shè)調(diào)節(jié)閥可調(diào)范圍不夠大，是達(dá)不到控制要求的，必須采用大、小閥并聯(lián)使用的分程控制。3.用于保證消費(fèi)過(guò)程的平安、穩(wěn)定4用于不同工況下的控制 在化工消費(fèi)中，有時(shí)需要加熱，有時(shí)又需要移走熱量，為此配有蒸 汽和冷水兩種傳熱介質(zhì)，設(shè)計(jì)分程控制系統(tǒng)，以滿足消費(fèi)工藝要求。三、選擇性控制系統(tǒng) 原理與設(shè)計(jì)原那么 選擇性控制：把消費(fèi)過(guò)程中的限制條件所構(gòu)成的邏輯關(guān)系，疊加到正常的自動(dòng)控制系統(tǒng)上去的一種組合控制方法。 系統(tǒng)設(shè)有兩個(gè)控制器(調(diào)節(jié)器)(或兩個(gè)以上的變送器)，通過(guò)高、低值選擇器選出能適應(yīng)消費(fèi)平安狀況的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)消費(fèi)過(guò)程的自動(dòng)控制。當(dāng)消費(fèi)過(guò)程趨

7、近于危險(xiǎn)極限區(qū)，但還未進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)時(shí)，一個(gè)用于控制不平安情況的控制方案通過(guò)高、低值選擇器取代正常消費(fèi)情況下工作的控制方案(正常調(diào)節(jié)器處于開(kāi)環(huán)狀態(tài))，直至使消費(fèi)過(guò)程重新恢復(fù)正常。然后，又通過(guò)選擇器使原來(lái)的控制方案重新恢復(fù)工作。這種選擇性控制系統(tǒng)又被稱為自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)，或稱為軟保護(hù)系統(tǒng)。選擇器：可以接在兩個(gè)或多個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出端，對(duì)控制信號(hào)進(jìn)展選擇，也可以接在幾個(gè)變送器的輸出端，對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)展選擇。 1)選擇器位于調(diào)節(jié)器的輸出端，對(duì)調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)進(jìn)展選擇的系統(tǒng)，如圖458。 2)選擇器位于調(diào)節(jié)器之前，對(duì)變送器輸出信號(hào)進(jìn)展選擇的系統(tǒng)，如圖459。例：P205 圖4-37例：反響器熱點(diǎn)極值選擇性控制系統(tǒng)

8、選擇性控制系統(tǒng)可等效為兩個(gè)(或更多個(gè))單回路控制系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是選擇器的設(shè)計(jì)選型以及多個(gè)控制器控制規(guī)律確實(shí)定。 1選擇器的選型 選擇器有高值選擇器(HS)與低值選擇器(LS)。前者容許較大信號(hào)通過(guò)，后者容許較小信號(hào)通過(guò)。 在選擇器詳細(xì)選型時(shí)，根據(jù)消費(fèi)處于不正常情況下，取代調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)為高值或?yàn)榈椭祦?lái)確定選擇器的類型。假設(shè)取代調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)為高值時(shí)，那么選用高值選擇器；反之那么選用低值選擇器。2控制器(調(diào)節(jié)器)控制規(guī)律確實(shí)定 對(duì)于正?？刂破鳎捎诳刂凭纫筝^高，同時(shí)要保證產(chǎn)品的質(zhì)量，所以應(yīng)選用PI控制規(guī)律，假設(shè)過(guò)程的容量滯后較大，可以選用PID控制規(guī)律； 對(duì)于取代控制器，由于在正常消

9、費(fèi)時(shí)開(kāi)環(huán)備用，僅要求在消費(fèi)將出問(wèn)題時(shí)，能迅速及時(shí)采取措施，以防事故發(fā)生，故一般選用P控制規(guī)律即可。3控制器(調(diào)節(jié)器)參數(shù)整定 可按單回路控制系統(tǒng)的整定方法進(jìn)展。但取代控制方案投入工作時(shí)，取代控制器必須發(fā)出較強(qiáng)的控制信號(hào)，產(chǎn)生及時(shí)的自動(dòng)保護(hù)作用，所以其比例度應(yīng)整定得小一些。假設(shè)有積分作用時(shí)，積分作用也應(yīng)整定得弱一點(diǎn)。四、選擇性控制工業(yè)應(yīng)用舉例 在鍋爐的運(yùn)行中，蒸汽負(fù)荷隨用戶需要而經(jīng)常波動(dòng)。正常情況下，用控制燃料量的方法來(lái)維持蒸汽壓力的穩(wěn)定。 當(dāng)蒸汽用量增加時(shí)，蒸汽總管壓力將下降，此時(shí)正常調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)去開(kāi)大調(diào)節(jié)閥，增加燃料量。 同時(shí)，燃料氣壓力隨燃料量的增加而升高。當(dāng)燃料氣壓力超過(guò)某一平安極限時(shí)，會(huì)產(chǎn)生脫火現(xiàn)象，可能將造成消費(fèi)事故。為此，設(shè)計(jì)應(yīng)用如圖460所示的蒸汽壓力與燃料氣壓力的選擇性控制系統(tǒng)。五選擇性控制系統(tǒng)中的積分飽和及其防止 對(duì)于具有積分作用的調(diào)節(jié)器在開(kāi)環(huán)狀態(tài)下，由于給定值與實(shí)際值之間存在偏向，調(diào)節(jié)器的積分動(dòng)作將使其輸出不停地變化、一旦到達(dá)某個(gè)限值(如氣動(dòng)調(diào)節(jié)器的積分飽和上限約為氣源壓力140KPa，下限值接近大氣壓)且停留在該值上，這種情況稱為積分飽和。 對(duì)于數(shù)字式控制器來(lái)說(shuō)，防止積分飽和比較容易實(shí)現(xiàn)(如可通過(guò)編程方式停頓處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)的控制器的積分作用)；對(duì)于模擬式控制器(調(diào)節(jié)