分程控制在石油化工生產中比較常見，昌暉儀表在本文分享分程控制原理和分程控制應用兩方面知識，方便儀表工構建和用好分程控制系統(tǒng)。

一個簡單的負反饋控制系統(tǒng)，通常調節(jié)器的控制輸出只控制一個執(zhí)行器或控制閥，如圖1所示。



圖1 單回路控制系統(tǒng)控制方框圖



圖2 采用一個調節(jié)閥特性示意圖

如果一個調解器的輸出同時送給兩個控制閥，可以構成如圖3和圖4所示的分程控制系統(tǒng)。這兩個閥門并聯(lián)使用，都是氣開閥。兩個閥門在控制信號的不同區(qū)間從全開到全關，走完整個行程。



圖3  分程控制系統(tǒng)方框圖



圖4  分程控制系統(tǒng)工作特性

由于氣動調節(jié)閥有氣開和氣關兩種特性，因此兩個閥門就有四種組合特性。如圖5~圖8所示。圖5和圖6表示閥門同方向運動，圖7和圖8表示兩個閥門作用方向相反。雖然分程控制可以是兩個以上閥門共同控制，但一般采用的是兩個閥門分程。

      
                          圖5                                                                      圖6





分程控制的應用
1、提高閥的可調比
設調節(jié)閥可控制最小流量為Qmin，可控制最大流量為Qmax，定義可調比或可調范圍R=Qmax/Qmin，多數(shù)國產閥門的可調比等于30，在有些場合不能滿足要求，希望提高可調比，適應負荷的大范圍變化，改善控制品質，這就可以采用分程控制。



以上圖中的氣開閥為例進行分析，設可控制的最大流量為200，R=30，可控制的最小流量為200/30=6.67。采用分程控制后，兩只閥門工作于不同的控制信號區(qū)間。對于這兩只閥門并聯(lián)而成的起分程控制作用的整體來說：可控制最小流量Q′min=Qmin=6.67；可控制最大流量Q′max=2×Qmin=400。則有可調比R′=Q′max/Q′min=400/6.67=60，由此可見，可調比增加了一倍。

2、交替使用不同的工作方式
工業(yè)生產過程中，有時需要使用不同的控制方式，如圖9~圖10所示的例子。


圖9 儲罐氮封分程控制方案(閥門A為氣關，閥門B氣開)



圖10 儲罐氮封分程控制特性圖

封氮指有些油品儲罐的頂部需要填充氮氣，以隔絕油品與空氣中氧氣的作用。儲罐頂部充滿氮氣，保持微正壓。隨著液位變化，頂部壓力會變化。
◆液位升高，壓力增加
◆液位下降，壓力下降
封氮油品儲罐壓力增加多或下降多都是不允許的。
◆封氮分程控制過程：液位上升時，閥門B關閉，閥門A打開，排出氮氣維持壓力不變
◆液位下降時，閥門B打開，閥門A關閉，補充氮氣維持壓力不變
◆液位在小范圍波動時，壓力也在小范圍波動，控制系統(tǒng)不動作，即不補充也不排出氮氣，稱為安全區(qū)間?？梢员苊忾y門頻繁動作，保持系統(tǒng)穩(wěn)定。

3、滿足生產過程不同階段需要
對于放熱化學反應過程，在反應的初始階段，需要對物料加熱，以啟動反應過程；由于是放熱反應，反應器中的熱量在不斷累積，所以需要補償?shù)臒崃吭谥鸩綔p小，當放出的熱量超過反應過程需要的熱量后，不僅不能再補充熱量，反而需要冷卻反應器，以移走反應過程產生的多余熱量。對這類過程，可以采用如圖11~圖12所示的分程控制。


         
圖11 間歇反應器溫度分程控制系統(tǒng)



圖12 間歇反應器溫度分程控制系統(tǒng)特性圖



圖13 間歇反應器溫度分程控制系統(tǒng)方框圖

說明：間歇反應器溫度分程控制系統(tǒng)中調節(jié)器是反作用；閥門A：氣關；閥門B：氣開；對象1：反作用；對象2：正作用。間歇反應器溫度分程控制系統(tǒng)在任一閥門工作時都是負反饋。

結合以上三個分程控制實例及相關系統(tǒng)方圖，相信大家對分程控制原理及分程控制系統(tǒng)已經有了基本的了解，建議大家再看看分程控制相關的其他文章：分程控制系統(tǒng)故障檢查及維修實例和分程控制系統(tǒng)應用需注意的三個問題。