儀電知識｜分程控制系統對調節閥的要求及實例

概述

簡單控制系統是一個調節器的輸出帶動一個調節閥動作,而分程控制系統的特點是一個調節器的輸出同時控制幾個工作范圍不同的調節閥。例如一個調節閥在20~ 60kPa范圍內工作，另一個調節閥在60-100kPa的范圍內工作。分程控制系統方塊圖見圖1。

1、動作原理

分程是靠閥門定位器或電一氣閥門定位器來實現的。如某調節器的輸出信號范圍是0.02~0.1MPa氣信號，要控制A、B兩只調節閥，那么只要在A、B調節閥上分別裝上氣動閥門定位器，A閥上的定位器調整為:當輸入0.02~0.06MPa時,輸出為0.02~0.1MPa;而B閥上的定位器調整為:當輸入0.06~0.1MPa時,輸出為0.02~0.1MPa。即當調節器輸出在0.02~0.06MPa時,A閥動作，而調節器輸出在0.06~0.1MPa時,B調節閥動作，從而達到了分程的目的。

2、分程控制的應用

(1)采用幾種根本不同的控制手段圖2所示為間歇式化學反應器，每次加料完畢后，為引發化學反應,必須先進行加熱。待反應開始后，由于產生大量的反應熱，若不及時帶走反應熱,則反應會越來越劇烈，以致發生爆炸事故,所以要通入冷水降溫，將熱量帶走。為此，設計了分程控制系統見圖2.

(2)它由一個反作用調節器、氣關式冷水調節閥A和氣開式蒸汽調節閥B所組成。當調節器輸出信號由20~60kPa變化時,A閥從全開至全關;當信號由60~100kPa變化時,B閥由全關至全開。兩只調節閥的動作情況見圖3。

反應與控制過程如下:加料后，反應開始前，反應器內溫度低于設定值，反作用調節器輸出信號增大，打開B閥，用加熱蒸汽加熱冷水變成熱水,再通過夾套對反應器加熱升溫,促使反應開始,由于是放熱反應,一旦反應進行，將產生反應熱使反應溫度迅速上升,當溫度大于設定后,調節器的輸出開始下降，漸漸關閉B閥，接著打開A閥，通入冷水,帶走反應熱量,直至把反應溫度控制在設定值上

(3)擴大調節閥的可調范圍在某些場合，調節手段雖然只有一種,但要求操縱變量的流量有很大的可調范圍，例如大于100以上。而國產統一設計的調節閥的可調范圍最大也只有30,滿足了大流量就不能滿足小流量，反之亦然。為此可采用兩個大小并聯使用，在小流量時用小閥，大流量時用大閥，這樣就大大地擴大了可調范圍。

這樣分程后調節閥的可調范圍比單個調節稅閥的可調范圍約增大了25.9倍，大大地擴展了可調范圍，從而提高了控制質量。

例如:在中和反應過程中，若用中和pH =2的溶液所選用的調節閥,來中和PH=5的溶液時,閥門的開度要減小到原來的1%。顯然，若只用一個調節閥是達不到控制要求的，為此，必須采用大、小兩只調節閥進行并聯使用,這樣就構成了分程控制系統。圖4和圖5所示分別為大、小調節閥分程控制原理圖和分程動作示意圖。

3、分程控制系統對調節閥的要求

(1)關于流量特性的問題

因為在兩只調節閥的分程點上，調節閥的流量特性會產生突變，這在大、小閥并聯時更為突出。如果兩只調節閥都是線性特性，情況更嚴重，見圖6(a)。這種情況的出現對控制系統調節質量是十分不利的，解決辦法有兩個① 采用兩只對數特性調節閥，這樣從小閥向大閥過渡時，調節閥的流量特性相對要平滑些，見圖6(b)所示。

②采用分程信號重疊的方法，如兩個信號段可分為0.02~0.065MPa和0.055~0.1MPa,即不等于閥全開時，大閥已經小開了，這樣流量特性會改善

(2)根據工藝要求選擇同向或異向規律的調節閥

在分程控制系統中，調節閥的開關形式可分為兩類。一類稱同向規律調節閥,即隨著調節閥輸入信號的增加,兩個閥門都是開大或關小，見圖7。另一類稱為異向調節閥，即隨著調節閥輸入信號的增加,一個閥門關閉,而另一個閥門開大，或者相反，見圖8。

(3)泄漏量問題

分程控制系統中，盡量應使兩只調節閥都無泄漏，特別是對大、小閥并聯使用時，如果大閥的泄漏量過大，小閥將不能正常發揮作用，調節閥的流量可調范圍仍然得不到增加。

(4)調節閥參數整定問題

當分程控制系統中兩只調節閥分別控制兩個操縱變量時，這兩只閥所對應的通道特性可能差異很大,即廣義對象特性差異很大。這時，調節器參數整定必須注意,需要兼顧兩種情況,選取一組合適的調節器參數。

4.圖例

素材來源：

易啟邦（工控一體化縱深服務生態平臺）編輯部

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