一台控制阀是如何控制两个过程变量？(图文)

一台控制阀是如何控制两个过程变量？

实际工况应用中，会出现控制两个过程变量仅用一个控制阀的情况。 那么是否其中一个控制器必须是否反向作用（RA）？此外，当控制器输出信号减小时，是否会导致失效关闭，从而阀门的开度降低，使其向关闭位置移动？

由于一个控制阀只能由一个控制器来节流，在正常情况下，选择的是常规控制器（控制器-N）来控制阀门。只有当出现某种异常情况时，阀门才会被软约束控制器接管。在软控制下，不会触发硬报警也不会启动停机，这样可以保持工厂运行，但生产率可能会下降以使约束控制器（控制器-C）处于设定点。当异常情况消失后，控制器-N会自动恢复控制而无需操作员干预。两个控制器N和C的动作被选择为节流阀门的方向，这会使过程趋向更安全的操作。

例如，在增压泵应用中（图1），在正常情况下，反向作用的排出压力控制器（PIC-N）控制着失效关闭的阀门。另一方面，如果吸入压力过低，如吸入管破裂的情况下，PIC-N的响应会将阀门朝错误方向移动。它会打开阀门，进一步降低吸入压力超出安全限值，导致气蚀，严重损害泵。

图1: 在基于软约束的选择性控制下的增压泵控制

为了防止这种情况发生，添加了一个软约束控制器（即吸入压力控制器），并将其设置在低压侧的安全限值，并在两个控制器的输出上安装了一个低选器。由于控制阀是气开式的，低选器会选择控制器的输出，使阀门的开启程度变小。当问题解决并且吸入压力再次足够时，PIC-N的输出会变低并重新接管阀门的节流。

如果泵是可变速的，则可以不使用阀门实施相同的控制，消除了阀门的压力降并节省了泵送能量。在约束控制系统中，一个控制器的输出总是被阻断。因此，如果使用复位信号（当PIC有积分动作时），该复位信号必须是外部的（ER），这样即使控制器输出被阻断，复位仍然有效。

另一种常见的选择性覆盖应用是蒸汽流量控制与压力覆盖。在这种情况下，控制阀通常被用来保持蒸汽流量恒定（图2中的FIC），但如果关键用户的蒸汽压力达到压力控制器（PIC，即软约束控制器）的设定点，则切换到压力控制。如果压力继续上升并达到系统的硬约束（PSH），即使从FIC切换到PIC控制之后，也会触发警报或启动停机。

图2: 具有PIC作为常规控制器和FIC作为软约束控制器的选择性覆盖控制系统

选择性覆盖控制可以通过使用多个覆盖控制器来提供。一个例子是在锅炉中，燃烧空气流量通常在一氧化碳控制下被操纵，但也提供了额外的覆盖控制器来保持不透明度、烟气温度、碳氢化合物和过量氧气在可接受的范围内。

选择性覆盖应用可以保证阀门关闭。例如，在控制进入精馏塔的进料流量时，提供了底部液位覆盖以确保当底部液位达到100%时，进料阀门关闭。如果过程过于复杂以至于操作员无法手动控制启动或停机，就会使用自动覆盖控制。这种自动控制提供了覆盖以防止违反几个约束。一个例子是在启动精馏塔时，斜坡信号通常会打开阀门，而覆盖控制则提供了：

1） 当底液位低或压差过高时，夹紧蒸汽，这可能导致淹水；

2） 当底液位高时，夹紧进料阀；

3） 当冷凝器液位低时，夹紧回流，而在冷凝器液位高时增加回流。

选择性控制可以在多种燃料之间提供平滑过渡。在一种燃料比另一种更昂贵的情况下，选择性覆盖保证在开始补充更高成本的燃料之前使用低成本的燃料。此时，更高成本燃料的流量开始平稳增加。

实际上，在尝试用一个控制阀控制两个变量的常见高/低覆盖控制情况下，显然你不能同时控制这两个测量值以保持两个设定点不变。 其中一个必须是主要的控制变量，而另一个将在约束控制之下。

一个低选覆盖的例子出现在从公共蒸汽总管向再沸器供应蒸汽时。由于再沸器需要更多的蒸汽，阀门打开并通过更多的蒸汽。蒸汽总管上可能有多台设备，并且可能存在总的蒸汽流量限制。在某些条件下，蒸汽总管压力会变得过低。约束控制使用了一个设定点低于总管正常运行压力的压力控制器。

在这种配置中，低选器的输入是总管压力和再沸器流量控制器的输出，低选器的输出是两个控制器中较低的那个。在这种配置下，当压力高于压力设定点时，流量控制器控制阀门。如果阀门抽取了过多的蒸汽，或者蒸汽产生减少，导致总管压力降至压力设定点以下，系统会减少流向再沸器的流量（即关闭阀门，即使流量需求未得到满足）。

当再沸器流量不太关键，并且更重要的是保持蒸汽压力高于某个最低值以供更重要的过程用户使用时，使用低选覆盖控制配置。

对于高选逻辑也采用类似的方法。

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