分程控制在石油化工生產(chǎn)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(yīng)用兩方面知識(shí)，方便儀表工構(gòu)建和用好分程控制系統(tǒng)。

一個(gè)簡單的負(fù)反饋控制系統(tǒng)，通常調(diào)節(jié)器的控制輸出只控制一個(gè)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(gè)調(diào)節(jié)閥特性示意圖

如果一個(gè)調(diào)解器的輸出同時(shí)送給兩個(gè)控制閥，可以構(gòu)成如圖3和圖4所示的分程控制系統(tǒng)。這兩個(gè)閥門并聯(lián)使用，都是氣開閥。兩個(gè)閥門在控制信號(hào)的不同區(qū)間從全開到全關(guān)，走完整個(gè)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(dòng)調(diào)節(jié)閥有氣開和氣關(guān)兩種特性，因此兩個(gè)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(yùn)動(dòng)，圖7和圖8表示兩個(gè)閥門作用方向相反。雖然分程控制可以是兩個(gè)以上閥門共同控制，但一般采用的是兩個(gè)閥門分程。
      
                          圖5                                                                      圖6
      
                          圖7                                                                       圖8
分程控制的應(yīng)用
1、提高閥的可調(diào)比
設(shè)調(diào)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(diào)比或可調(diào)范圍R=Qmax/Qmin，多數(shù)國產(chǎn)閥門的可調(diào)比等于30，在有些場合不能滿足要求，希望提高可調(diào)比，適應(yīng)負(fù)荷的大范圍變化，改善控制品質(zhì)，這就可以采用分程控制。

以上圖中的氣開閥為例進(jìn)行分析，設(shè)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(hào)區(qū)間。對(duì)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(diào)比R′=Q′max/Q′min=400/6.67=60，由此可見，可調(diào)比增加了一倍。

2、交替使用不同的工作方式
工業(yè)生產(chǎn)過程中，有時(shí)需要使用不同的控制方式，如圖9~圖10所示的例子。
                             
圖9   儲(chǔ)罐氮封分程控制方案(閥門A為氣關(guān)，閥門B氣開)                   圖10 儲(chǔ)罐氮封分程控制特性圖

封氮指有些油品儲(chǔ)罐的頂部需要填充氮?dú)猓愿艚^油品與空氣中氧氣的作用。儲(chǔ)罐頂部充滿氮?dú)猓３治⒄龎?。隨著液位變化，頂部壓力會(huì)變化。
◆液位升高，壓力增加
◆液位下降，壓力下降
封氮油品儲(chǔ)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(shí)，閥門B關(guān)閉，閥門A打開，排出氮?dú)饩S持壓力不變
◆液位下降時(shí)，閥門B打開，閥門A關(guān)閉，補(bǔ)充氮?dú)饩S持壓力不變
◆液位在小范圍波動(dòng)時(shí)，壓力也在小范圍波動(dòng)，控制系統(tǒng)不動(dòng)作，即不補(bǔ)充也不排出氮?dú)?，稱為安全區(qū)間?？梢员苊忾y門頻繁動(dòng)作，保持系統(tǒng)穩(wěn)定。

3、滿足生產(chǎn)過程不同階段需要
對(duì)于放熱化學(xué)反應(yīng)過程，在反應(yīng)的初始階段，需要對(duì)物料加熱，以啟動(dòng)反應(yīng)過程；由于是放熱反應(yīng)，反應(yīng)器中的熱量在不斷累積，所以需要補(bǔ)償?shù)臒崃吭谥鸩綔p小，當(dāng)放出的熱量超過反應(yīng)過程需要的熱量后，不僅不能再補(bǔ)充熱量，反而需要冷卻反應(yīng)器，以移走反應(yīng)過程產(chǎn)生的多余熱量。對(duì)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(yīng)器溫度分程控制系統(tǒng)                                     圖12 間歇反應(yīng)器溫度分程控制系統(tǒng)特性圖


圖13 間歇反應(yīng)器溫度分程控制系統(tǒng)方框圖

說明：間歇反應(yīng)器溫度分程控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器是反作用；閥門A：氣關(guān)；閥門B：氣開；對(duì)象1：反作用；對(duì)象2：正作用。間歇反應(yīng)器溫度分程控制系統(tǒng)在任一閥門工作時(shí)都是負(fù)反饋。

結(jié)合以上三個(gè)分程控制實(shí)例及相關(guān)系統(tǒng)方圖，相信大家對(duì)分程控制原理及分程控制系統(tǒng)已經(jīng)有了基本的了解，建議大家再看看分程控制相關(guān)的其他文章：分程控制系統(tǒng)故障檢查及維修實(shí)例和分程控制系統(tǒng)應(yīng)用需注意的三個(gè)問題。