第4卷 第3期
2002年9月
本溪冶金高等专科学校学报Vol. 4 No. 3
Sep. 2002JOURNAL OF BE NXI C OLLEGE OF ME TALLURGY
文章编号:1008-3723(2002) 03-0014-03
分程控制系统的分析
方景林
(本溪冶金高等专科学校自动控制系, 辽宁本溪117022)
摘要:介绍了分程控制系统的实现与类型, 通过实例给出可调比的准确计算方法, 分析了控制阀分程范围的合理性, 并对分程控制系统分析中应注意的问题加以说明。关键词:分程控制; 可调比; 分程范围中图分类号:TP273 文献标识码:A
0 引言
在一般的过程控制系统中, 由一个控制器的输出信号去带动一个控制阀作全行程的动作, 而分程控制
系统, 具有控制阀多而且实现分程控制, 每个控制阀只能在控制器输出信号的某一区段范围内作全行程的动作, 控制器输出信号区段的划分必须根据生产工艺要求来确定。分程控制的目的有两种:一种是扩大控制阀的可调比, 提高系统的控制品质, 增加系统的稳定性; 另一种是满足工艺操作的某些特殊要求。现在的教材中对分程控制阀的可调比计算不够准确, 对控制阀的分程范围的合理性没有充分的分析说明, 因此, 有必要对此进行分析探讨。
1 分程控制的实现与类型
控制阀实现分程动作必须借助于附加在每个控制阀上的阀门定位器, 通过调整阀门定位器的零位和位移反馈, 将控制器的输出信号分成几个信号区段, 不同区段内的信号由相应的阀门定位器转化为0. 02MPa~0. 1MPa 的信号压力, 使每个控制阀都能全行程动作。
根据控制阀的气开、气关形式和分程信号的区段不同, 分程控制可以分成两类:一类是控制阀同向动作, 即随着控制阀输入信号的增大或减小, 控制阀的开度都增大或减小(图1) ; 另一类是控制阀异向动作, 即随着控制阀输入信号的增大或减小, 控制阀的开度总是按照一只阀开大而另一只阀关小的方向动作(图2) 。具体采用哪一种依据工艺需要确定。
收稿日期:2001-12-04
作者简介:方景林(1963-) , 男, 辽宁建平人, 本溪冶金高等专科学校自控系副教授, 工学硕士.
图1 同向动作的分程控制阀
2 分程控制阀的可调比的计算
大型合成氨厂蒸汽减压系统中, 要求将压力为100MPa 温度为420e 的蒸汽减压至4MPa 温度为368e 的中压蒸汽。如果采用单个的控制阀, 则需要选用一个很大口径的控制阀, 在正常工作时, 控制阀开度很小, 由于压差大、温度高, 控制阀会产生振荡, 使被控压力产生波动, 控制品质不好, 同时高速蒸汽对阀座的汽蚀现象十分严重。若采用分程控制(图3) , 选用两只口径较小的控制阀, 在正常情况下, 一个控制阀工作, 在特殊情况下, 另一个控制阀同时工作, 满足了工艺要求, 又提高了控制质量。
第3期 方景林. 分程控制系统的分析
15
可见, 分程控制阀的可调比是单个控制阀可调比的26倍, 从而改善了控制阀的工作特性, 提高了系统的控制精度。
3 控制阀分程的合理性
间歇生产的化学反应釜, 当配置好反应物料后, 开始时需要经历加热升温过程以引发化学变化。待化学反应开始后, 由于化学反应过程放出热量, 若不及时移走热量, 温度会越来越高, 化学反应加剧, 有可能引起爆炸。所以还需要经历一个降温过程, 因此构成温度分程控制系统(图4) , 依据/故障-安全0原则, 选用气关阀A 控制冷水, 选用气开阀B 控制蒸汽, 控制器选用反作用PI 控制规律。下面分析说明
图2 异同向动作的分程控制
控制阀分程的合理性。
(1) 气关-气开式分程控制:冷水阀A 的分程范围为0. 02Mpa~0. 06Mpa, 蒸汽阀B 的分程范围为0. 06Mpa~0. 1Mpa 。
开始生产时, 因为初始温度较低, 测量信号低于设定值, 所以反作用的温度控制器TC 的输出信号将趋向最大值, 将冷水阀A 全关, 蒸汽阀B 全开, 用蒸汽加热冷水获得热水, 再通过夹套对反应釜加热。待化学反应开始后, 当反应放出的热量使釜内温度升高并超过设定值时, 控制器的输出信号开始下降, 逐渐关闭蒸汽阀B, 待蒸汽阀B 全关后, 再逐渐打开冷水阀A 通入冷水移走反应热, 直至把反应温度控制在设定值上。可见, 分程控制系统满足工艺操作的特殊要求。
设在分程控制中两只控制阀的最大流通能力分别为Camax=4, Cbmax=100, 控制阀的可调比为Ra=Rb=30, 由于R=C max /C min , 因此每个控制阀的最小流通能力为
C amin
C amax ===R a 3015C b max
==R b 303
C bmin =
图3 压力分程控制系统
即每个控制阀的流通能力范围为2/15~4, 10/3~100, 可调比为30。
只有一个控制参数且两个控制阀并联工作时, 两个控制阀一定是同向动作, 因此分程控制中可以看成一个控制阀使用, 其组合可调比应该为组合阀的最大流通能力与最小流通能力之比, 即
R ab =
C amax +C bmax
==780
(2) 气开-气关式分程控制:蒸汽阀B 的分程范围为0. 02Mpa~0. 06Mpa, 冷水阀A 的分程范围为0. 06Mpa~0. 1Mpa 。
图4 化学反应釜分程控制系统
16
本溪冶金高等专科学校学报 第4卷
设定值, 所以反作用的温度控制器TC 的输出信号将趋向最大值, 将冷水阀A 全关, 蒸汽阀B 全开, 用蒸汽加热冷水获得热水, 再通过夹套对反应釜加热。待化学反应开始后, 当反应放出的热量使釜内温度升高并超过设定值时, 控制器的输出信号开始下降, 逐渐打开冷水阀A 通入冷水移走反应热, 当冷水阀A 全开后, 仍然不足以移走反应放热时, 才逐渐关闭蒸汽阀B, 以求把反应温度控制在设定值上。可见, 在控制器输出信号的整个变化范围内(不包括端点) , 冷水阀A 和蒸汽阀B 总是以不同的开度同时打开, 即不论釜内温度高低, 均有冷水和蒸汽同时加入的现象存在, 显然会浪费大量的能源, 而且很可能出现冷却水过量无法引发化学反应的现象, 或者出现冷却水不足以致引起爆炸事故的发生。
综上分析, 方案(1) 中控制阀的分程合理, 既能实
现正常的生产过程控制, 又节能而且绝对不会引起爆炸事故, 满足工艺操作的特殊要求。
4 分析中应注意的问题
(1) 计算可调比时, 要根据分程控制阀的类型, 弄清楚在控制器输出信号范围内, 组合控制阀的最大和最小流通能力, 则可以准确算出分程控制阀的组合可调比。
(2) 分析各控制阀的分程信号范围的合理性时, 在选择好每个控制阀的开关方式和控制器的正反作用后, 必须根据/故障-安全0原则、具体的工艺要求并兼顾节能及降低成本等各方面因素综合考虑, 避免出现浪费尤其是安全事故, 以求得到最佳的方案。
参 考 文 献
[1]朱麟章. 过程控制系统及设计1M 2. 北京:机械工业出版社, 1996.
[2]邵裕森. 自动控制系统(工业生产过程自动控制系统) 1M 2. 北京:中央广播电视大学出版社, 1998.
Investigation of Stroke-Dividing Control System
FANG Jing-lin
(Dept. o f Autocontrol, Benxi College o f Metallurgy , Benxi, Liaoning , 117022, China)
Abstract:This article introduces the implementation process and types of stroke-dividing control system, presents calculat -ing method for obtaining the accurat econtrollable rate with examples, discusses the available range of stroke-dividing c on -trol, and points out all that should be paid attention to in analyses of the system. Key words:Stroke dividing control; Controllable rate; Block range.
(上接第11页)
参 考 文 献
112胡学林. 可编程控制器应用技术1M 2. 北京:高等教育出版社, 2001. 122宋伯生. 可编程控制器配置. 编程. 联网1M 2. 北京:中国劳动出版社, 1998. 132吕景泉. 可编程控制器技术教程1M 2. 北京:高等教育出版社, 2001.
On Type of Timer and its Flexible Parameters Setting within PLC System
HU Xue-lin
(Dept. o f Autocontrol, Benxi College o f Metallurgy , Benxi, Liaoning , 117022, China)
Abstract:The paper introduces common types of timer wihtin PLC system and the method for setting flexible time parame -ters.
Key words:Programmable controller; Timer; Parameters setting; Flexible
第4卷 第3期
2002年9月
本溪冶金高等专科学校学报Vol. 4 No. 3
Sep. 2002JOURNAL OF BE NXI C OLLEGE OF ME TALLURGY
文章编号:1008-3723(2002) 03-0014-03
分程控制系统的分析
方景林
(本溪冶金高等专科学校自动控制系, 辽宁本溪117022)
摘要:介绍了分程控制系统的实现与类型, 通过实例给出可调比的准确计算方法, 分析了控制阀分程范围的合理性, 并对分程控制系统分析中应注意的问题加以说明。关键词:分程控制; 可调比; 分程范围中图分类号:TP273 文献标识码:A
0 引言
在一般的过程控制系统中, 由一个控制器的输出信号去带动一个控制阀作全行程的动作, 而分程控制
系统, 具有控制阀多而且实现分程控制, 每个控制阀只能在控制器输出信号的某一区段范围内作全行程的动作, 控制器输出信号区段的划分必须根据生产工艺要求来确定。分程控制的目的有两种:一种是扩大控制阀的可调比, 提高系统的控制品质, 增加系统的稳定性; 另一种是满足工艺操作的某些特殊要求。现在的教材中对分程控制阀的可调比计算不够准确, 对控制阀的分程范围的合理性没有充分的分析说明, 因此, 有必要对此进行分析探讨。
1 分程控制的实现与类型
控制阀实现分程动作必须借助于附加在每个控制阀上的阀门定位器, 通过调整阀门定位器的零位和位移反馈, 将控制器的输出信号分成几个信号区段, 不同区段内的信号由相应的阀门定位器转化为0. 02MPa~0. 1MPa 的信号压力, 使每个控制阀都能全行程动作。
根据控制阀的气开、气关形式和分程信号的区段不同, 分程控制可以分成两类:一类是控制阀同向动作, 即随着控制阀输入信号的增大或减小, 控制阀的开度都增大或减小(图1) ; 另一类是控制阀异向动作, 即随着控制阀输入信号的增大或减小, 控制阀的开度总是按照一只阀开大而另一只阀关小的方向动作(图2) 。具体采用哪一种依据工艺需要确定。
收稿日期:2001-12-04
作者简介:方景林(1963-) , 男, 辽宁建平人, 本溪冶金高等专科学校自控系副教授, 工学硕士.
图1 同向动作的分程控制阀
2 分程控制阀的可调比的计算
大型合成氨厂蒸汽减压系统中, 要求将压力为100MPa 温度为420e 的蒸汽减压至4MPa 温度为368e 的中压蒸汽。如果采用单个的控制阀, 则需要选用一个很大口径的控制阀, 在正常工作时, 控制阀开度很小, 由于压差大、温度高, 控制阀会产生振荡, 使被控压力产生波动, 控制品质不好, 同时高速蒸汽对阀座的汽蚀现象十分严重。若采用分程控制(图3) , 选用两只口径较小的控制阀, 在正常情况下, 一个控制阀工作, 在特殊情况下, 另一个控制阀同时工作, 满足了工艺要求, 又提高了控制质量。
第3期 方景林. 分程控制系统的分析
15
可见, 分程控制阀的可调比是单个控制阀可调比的26倍, 从而改善了控制阀的工作特性, 提高了系统的控制精度。
3 控制阀分程的合理性
间歇生产的化学反应釜, 当配置好反应物料后, 开始时需要经历加热升温过程以引发化学变化。待化学反应开始后, 由于化学反应过程放出热量, 若不及时移走热量, 温度会越来越高, 化学反应加剧, 有可能引起爆炸。所以还需要经历一个降温过程, 因此构成温度分程控制系统(图4) , 依据/故障-安全0原则, 选用气关阀A 控制冷水, 选用气开阀B 控制蒸汽, 控制器选用反作用PI 控制规律。下面分析说明
图2 异同向动作的分程控制
控制阀分程的合理性。
(1) 气关-气开式分程控制:冷水阀A 的分程范围为0. 02Mpa~0. 06Mpa, 蒸汽阀B 的分程范围为0. 06Mpa~0. 1Mpa 。
开始生产时, 因为初始温度较低, 测量信号低于设定值, 所以反作用的温度控制器TC 的输出信号将趋向最大值, 将冷水阀A 全关, 蒸汽阀B 全开, 用蒸汽加热冷水获得热水, 再通过夹套对反应釜加热。待化学反应开始后, 当反应放出的热量使釜内温度升高并超过设定值时, 控制器的输出信号开始下降, 逐渐关闭蒸汽阀B, 待蒸汽阀B 全关后, 再逐渐打开冷水阀A 通入冷水移走反应热, 直至把反应温度控制在设定值上。可见, 分程控制系统满足工艺操作的特殊要求。
设在分程控制中两只控制阀的最大流通能力分别为Camax=4, Cbmax=100, 控制阀的可调比为Ra=Rb=30, 由于R=C max /C min , 因此每个控制阀的最小流通能力为
C amin
C amax ===R a 3015C b max
==R b 303
C bmin =
图3 压力分程控制系统
即每个控制阀的流通能力范围为2/15~4, 10/3~100, 可调比为30。
只有一个控制参数且两个控制阀并联工作时, 两个控制阀一定是同向动作, 因此分程控制中可以看成一个控制阀使用, 其组合可调比应该为组合阀的最大流通能力与最小流通能力之比, 即
R ab =
C amax +C bmax
==780
(2) 气开-气关式分程控制:蒸汽阀B 的分程范围为0. 02Mpa~0. 06Mpa, 冷水阀A 的分程范围为0. 06Mpa~0. 1Mpa 。
图4 化学反应釜分程控制系统
16
本溪冶金高等专科学校学报 第4卷
设定值, 所以反作用的温度控制器TC 的输出信号将趋向最大值, 将冷水阀A 全关, 蒸汽阀B 全开, 用蒸汽加热冷水获得热水, 再通过夹套对反应釜加热。待化学反应开始后, 当反应放出的热量使釜内温度升高并超过设定值时, 控制器的输出信号开始下降, 逐渐打开冷水阀A 通入冷水移走反应热, 当冷水阀A 全开后, 仍然不足以移走反应放热时, 才逐渐关闭蒸汽阀B, 以求把反应温度控制在设定值上。可见, 在控制器输出信号的整个变化范围内(不包括端点) , 冷水阀A 和蒸汽阀B 总是以不同的开度同时打开, 即不论釜内温度高低, 均有冷水和蒸汽同时加入的现象存在, 显然会浪费大量的能源, 而且很可能出现冷却水过量无法引发化学反应的现象, 或者出现冷却水不足以致引起爆炸事故的发生。
综上分析, 方案(1) 中控制阀的分程合理, 既能实
现正常的生产过程控制, 又节能而且绝对不会引起爆炸事故, 满足工艺操作的特殊要求。
4 分析中应注意的问题
(1) 计算可调比时, 要根据分程控制阀的类型, 弄清楚在控制器输出信号范围内, 组合控制阀的最大和最小流通能力, 则可以准确算出分程控制阀的组合可调比。
(2) 分析各控制阀的分程信号范围的合理性时, 在选择好每个控制阀的开关方式和控制器的正反作用后, 必须根据/故障-安全0原则、具体的工艺要求并兼顾节能及降低成本等各方面因素综合考虑, 避免出现浪费尤其是安全事故, 以求得到最佳的方案。
参 考 文 献
[1]朱麟章. 过程控制系统及设计1M 2. 北京:机械工业出版社, 1996.
[2]邵裕森. 自动控制系统(工业生产过程自动控制系统) 1M 2. 北京:中央广播电视大学出版社, 1998.
Investigation of Stroke-Dividing Control System
FANG Jing-lin
(Dept. o f Autocontrol, Benxi College o f Metallurgy , Benxi, Liaoning , 117022, China)
Abstract:This article introduces the implementation process and types of stroke-dividing control system, presents calculat -ing method for obtaining the accurat econtrollable rate with examples, discusses the available range of stroke-dividing c on -trol, and points out all that should be paid attention to in analyses of the system. Key words:Stroke dividing control; Controllable rate; Block range.
(上接第11页)
参 考 文 献
112胡学林. 可编程控制器应用技术1M 2. 北京:高等教育出版社, 2001. 122宋伯生. 可编程控制器配置. 编程. 联网1M 2. 北京:中国劳动出版社, 1998. 132吕景泉. 可编程控制器技术教程1M 2. 北京:高等教育出版社, 2001.
On Type of Timer and its Flexible Parameters Setting within PLC System
HU Xue-lin
(Dept. o f Autocontrol, Benxi College o f Metallurgy , Benxi, Liaoning , 117022, China)
Abstract:The paper introduces common types of timer wihtin PLC system and the method for setting flexible time parame -ters.
Key words:Programmable controller; Timer; Parameters setting; Flexible