概述

簡單控制系統(tǒng)是一個調節(jié)器的輸出帶動一個調節(jié)閥動作,而分程控制系統(tǒng)的特點是一個調節(jié)器的輸出同時控制幾個工作范圍不同的調節(jié)閥。例如一個調節(jié)閥在20~ 60kPa范圍內工作，另一個調節(jié)閥在60-100kPa的范圍內工作。分程控制系統(tǒng)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(xiàn)的。如某調節(jié)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(jié)閥，那么只要在A、B調節(jié)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(jié)器輸出在0.02~0.06MPa時,A閥動作，而調節(jié)器輸出在0.06~0.1MPa時,B調節(jié)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(fā)化學反應,必須先進行加熱。待反應開始后，由于產(chǎn)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(fā)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(tǒng)見圖2.

(2)它由一個反作用調節(jié)器、氣關式冷水調節(jié)閥A和氣開式蒸汽調節(jié)閥B所組成。當調節(jié)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(jié)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(jié)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(chǎn)生反應熱使反應溫度迅速上升,當溫度大于設定后,調節(jié)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(jié)閥的可調范圍在某些場合，調節(jié)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(chǎn)統(tǒng)一設計的調節(jié)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(lián)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(jié)閥的可調范圍比單個調節(jié)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(jié)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(jié)閥是達不到控制要求的，為此，必須采用大、小兩只調節(jié)閥進行并聯(lián)使用,這樣就構成了分程控制系統(tǒng)。圖4和圖5所示分別為大、小調節(jié)閥分程控制原理圖和分程動作示意圖。

3、分程控制系統(tǒng)對調節(jié)閥的要求

(1)關于流量特性的問題

因為在兩只調節(jié)閥的分程點上，調節(jié)閥的流量特性會產(chǎn)生突變，這在大、小閥并聯(lián)時更為突出。如果兩只調節(jié)閥都是線性特性，情況更嚴重，見圖6(a)。這種情況的出現(xiàn)對控制系統(tǒng)調節(jié)質量是十分不利的，解決辦法有兩個① 采用兩只對數(shù)特性調節(jié)閥，這樣從小閥向大閥過渡時，調節(jié)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(jīng)小開了，這樣流量特性會改善

(2)根據(jù)工藝要求選擇同向或異向規(guī)律的調節(jié)閥

在分程控制系統(tǒng)中，調節(jié)閥的開關形式可分為兩類。一類稱同向規(guī)律調節(jié)閥,即隨著調節(jié)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(jié)閥，即隨著調節(jié)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(tǒng)中，盡量應使兩只調節(jié)閥都無泄漏，特別是對大、小閥并聯(lián)使用時，如果大閥的泄漏量過大，小閥將不能正常發(fā)揮作用，調節(jié)閥的流量可調范圍仍然得不到增加。

(4)調節(jié)閥參數(shù)整定問題

當分程控制系統(tǒng)中兩只調節(jié)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(jié)器參數(shù)整定必須注意,需要兼顧兩種情況,選取一組合適的調節(jié)器參數(shù)。

4.圖例

素材來源：

易啟邦（工控一體化縱深服務生態(tài)平臺）編輯部

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