分程控制系统

分程控制：

• 多阀：一个控制器的输出同时控制两个或两个以上的控制阀
• 分程：每一个控制阀仅在控制器输出信号整个范围的某段内工作

分程控制系统是将一个控制器的输出分成若干个信号范围，由各个信号段去控制相应的控制阀，从而实现了一个控制器对多个控制阀的控制，有效地提高了过程控制系统的控制能力。

由于分程控制中只用一个控制器，可以先单回路反馈控制系统判断控制器的正反作用，再反推其他回路的控制阀的正反作用（无选择的余地）

分程控制目的

1. 用于节能控制
2. 扩大控制阀的可调范围，改善控制品质
3. 保证生产过程的安全与稳定
4. 满足不同工况的控制要求

正反作用选择

1. 气开+ 气关-，从安全性考虑
2. 被控对象（+/-） 根据输入输出判断：输入增大，输出减小，则为-
3. 根据气开气关和被控对象的的正负（整个环节的乘积为 - 构成负反馈），来确定控制器的正负
4. 分程关系确定

同向动作

反向动作

连续分程法

可调比计算

调节机构#二、调节阀的可调比 单个阀的可调比为 $R$， 将两个阀看作一个阀，则组合后的可调比为 $R^{\prime }$：

R= \dfrac{Q_{max}}{Q_{min}}\quad R'=\dfrac{Q_{2max}+Q_{1max}}{\min\left\{ Q_{1min }\; ,\;Q_{2min}\right\}} \end{align}$$ - 最大流量为两个调节阀全开时的流量 - 最小流量为两个调节阀的最小的最小流量（一个开最小，一个关闭） #### 分程阀总流量特性 [[调节机构#三、调节阀的流量特性\|调节机构#三、调节阀的流量特性]] 将两个阀组合，计算组合后的可调比，进而将流量表示为开度的关系， 根据小流量阀的最大流量，计算出此时的信号 $I$ 作为分程信号！ $$\begin{align} \dfrac{Q}{Q_{max}}=f(\dfrac{l}{L})\; {\color{red}\Rightarrow} \; \dfrac{l}{L}=\dfrac{I-4}{16} \end{align}$$ #### 直线 $$\begin{align} \dfrac{\mathrm{d}(\dfrac{Q}{Q_{max}} )}{\mathrm{d} (\dfrac{l}{L}) } =K \Rightarrow \dfrac{Q}{Q_{max}} =K\cdot\dfrac{l}{L}+C \quad \begin{cases} C =\dfrac{1}{R} \\ \\ 1 =K+C \; {\color{red}\Rightarrow} \; K=1- \dfrac{1}{R} \end{cases} \end{align}$$ $$\begin{align} \dfrac{Q}{Q_{max}}= \dfrac{1}{R} +(1- \dfrac{1}{R}) \dfrac{l}{L} \end{align}$$ #### 等百分比 $$\begin{align} \dfrac{\mathrm{d}(\dfrac{Q}{Q_{max}} )}{\mathrm{d} (\dfrac{l}{L}) } =K (\dfrac{Q}{Q_{max}})\Rightarrow \ln \dfrac{Q}{Q_{max}}= K \dfrac{l}{L}-\ln K_{1}\quad \begin{cases} \dfrac{1}{R}= \dfrac{1}{K_{1}}\; {\color{red}\Rightarrow} \;K_{1}=R \\ \\ 1=\dfrac{1}{K_{1}}e^{K }\; {\color{red}\Rightarrow} \;K=\ln R \end{cases} \end{align}$$ $$\begin{align} \dfrac{Q}{Q_{max}} =R^{l/L-1} \end{align}$$ ### 间隔分程法 4~12 12~20 $$\begin{align} l_{1}= \dfrac{I-4}{12-4}=\dfrac{I-4}{8}\quad l_{2}=\dfrac{ I-12}{20-12}=\dfrac{I-12}{8} \end{align}$$ $$\begin{align} \begin{cases} \dfrac{F}{F_{Amax}}=R^{l_{1}-1}\quad \quad I<12mA \\ \dfrac{F}{F_{Bmax}}=R^{l_{2}-1}\quad \quad I\geq12mA \end{cases} \end{align}$$ ### 阀门定位器的作用 阀门定位器与气动执行机构构成闭环负反馈系统，可以增加执行器的输出功率、减小信号传递滞后，加快阀杆的位移速度、提高线性度、克服摩擦力影响、保证阀门正确到位。 1. **增加执行机构的推力，提高控制阀的定位精度**。 可用于高压差、大口径、高压、高温、低温及介质中含有固体悬浮物或黏性流体的场合。 2. **克服信号的传递滞后，加快执行机构的动作速度，改善控制阀的动态特性**。 当控制器与执行机构距离较远时（控制器与执行器相距 60 米以上），为了克服信号的传递滞后，加快执行机构的动作速度，应使用阀门定位器，使原来控制阀的一阶滞后特性变为比例环节。 3. **改善控制阀的流量特性**。 通过改变反馈凸轮的几何形状可改变控制阀的流量特性。 4. **实现分程控制**。 采用一台控制器的输出信号分别控制两台气动执行器工作时，可使用两个阀门定位器，使它们分别在信号的某一区段完成行程动作，实现分程控制。