分程控制系统的分析_方景林

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


相关文章

  • 云南云景林纸实习报告
  • 云南云景林纸实习报告 一 实习目的 1、进厂初步了解工厂各个部门 2、通过生产实习了解造纸厂主要工艺 3、重点了解制浆整个工艺流程和控制系统测量仪表对象控制方法等 4、重点了解抄浆工艺中各个过程的控制、电机的控制 5、进一步全面的了解plc在控制过程中的应用和包装过程中机器手的控制 6、对车间所用到 ...

  • 生态环境建设的指导思想.原则和战略目标
  • (一)生态环境建设的指导思想 高举邓小平理论伟大旗帜,以党的十五届五中全会和市委八届六次全会为指导,以实施可持续发展战略和促进经济增长方式转变为中心,以北京市生态环境规划为依据,以科技为先导,以法律法规为保障,遵循自然和经济规律,坚持生态环境建设与经济发展相结合,工程措施与生物措施相结合,治理与防护 ...

  • 20XX年农林水务局工作总结及20XX年工作计划
  • 2009年,在区委、区政府的正确领导下,在市水务局、市农林渔业局等上级主管部门的大力支持下,我局坚持以“三个代表”重要思想为指导,深入贯彻落实科学发展观,以构建和谐盐田、生态盐田为中心,围绕区委、区政府的中心工作,攻坚克难,开拓创新,真抓实干,工作取得了显著成效:两大民生实事任务圆满完成,区重点建设 ...

  • 关于20XX年市农林渔业发展计划
  • 一.发展指标 综合考虑各种因素,-年----发展主要预期目标是:农林牧渔业总产值,与上年基本持平,其中种植业增长3%,林业增长畜牧业.渔业基本持平.鲜活农产品出口额元,增长8%.农作物播种面积增长2%,其中蔬菜播种面积-----万亩,增长---%:水果产量---万吨,增长5%:花卉产值--亿元,与上 ...

  • 林场场长述职报告
  • 20xx年本人在区委.区政府.区林业局和场党支部的领导下,我自觉践行"三个代表"重要思想,始终牢记"两个务必",认真履行工作职责,认真维护场领导班子的团结,带领全体职工,抓住森林防火和林木管护这一中心,绿化美化森林公园,擦亮森林公园这一窗口,全心为开发商搞好服 ...

  • 20XX年-20XX年学年度下学期班主任工作计划
  • 2005-2006学年度下学期班主任工作计划 0310班 唐景林 2006年2月 本学期进入了高三年级下学期,面临着高考的到来 ,要在高考中取得好成绩,这学期对学生的管理更加重要,本学期准备做好以下几个方面的工作: 一、抓好纪律管理。纪律是保证取得成绩的保证。在本学期要严格按照学校的管理办法及高三年 ...

  • 劳动竞赛方案
  • 一、劳动竞赛目的及意义   通过 60 天的奋战,保证公司 xx 年各项生产经营指标的全面完成,为公司可持续发展创造条件,为公司“煤、电、路、化、检修服务”产业链的形成和战略目标的实现而努力奋斗。通过 60 天的奋战,挖掘内部潜力,优化工作流程,强化执行,提高劳动效率,提升管理水平。因此,奋战 60 ...

  • 乡镇庆七一表彰大会主持词
  • 同志们: 今天,我们在这里召开纪念中国共产党成立90周年总结表彰大会,旨在回顾总结前一段的工作,表彰先进.激励士气.鼓舞干劲,进一步动员广大党员干部解放思想.与时俱进.团结拼搏.扎实工作,为全面推进全乡经济和社会各项事业而努力奋斗.参加今天会议的有所有在乡共产党员及乡机关干部,共计余人.市委组织部袁 ...

  • 学院期末考试工作总结
  • 学年度第一学期期末考试工作已圆满结束,现总结如下: 一. 考试组织和准备工作 为做好期末考试工作,学院领导专门开会研究了期末考试安排,成立了由主管教学院长赵翠兰同志为总主考的期末考试监督小组和领导小组.安排如下: 1.考试领导小组 总主考:赵翠兰 组长:苏和平 副组长:贾长友 组员:张再武 单春霞 ...

  • 白云山生态旅游考察报告
  • 白云山生态旅游考察报告 广东实验中学 冯哲 凌敏捷 朱玮泉 吴尚端 祁禾 刘智昆 卢荻 (指导老师:刘敏) 何为生态旅游?生态旅游是指在被保护的自然生态系统中,以自然景观为主体,融合区域内人文.社会景观为对象的郊野性旅游,旅游者通过与自然的接近,达到了解自然.享受自然生态功能的好处,产生回归自然的意 ...