分程控制在生产过程中的应用浅析

    分程控制是当下工业生产过程中较为常见的一种控制模式，其凭借自身丰富且先进的控制功能得以广泛应用，并成为工业生产自动控制的主流，其中在石油化工生产中应用最为广泛，但在具体实践中，其应用还存在些许的局限性，亟待完善，因此必须加大研究和实践力度，使其得到不断的改进和优化，从而更好的服务于工业生产，创造更多的经济效益。

    1 分程控制概述

    早在20世纪70年代，分程控制系统就崭露头角，为工业生产带来了发展机遇和契机，而且随着时代的发展和科技的进步，该系统逐步完善、成熟，无形中改变着传统的控制模式，已在生产过程中得以广泛应用，发挥效用。在生产过程中，为了满足具有特殊要求的工艺操作，或者进一步扩大控制阀的可调范围，通常会借助分程控制实现上述要求，其工作原理如下：在分程控制系统中，模拟仪表是其重要构成，经由控制器输出的信号会在阀门定位器的作用下以范围段的形式被分解，此时每个范围段的信号都可以控制一个控制阀，如此一来，控制器就可以同时控制两个及其以上的控制阀，大大改善了控制效果。

    通常，分程控制系统的实现主要包括硬分程和软分程两种类型。其中在硬分程控制系统中，阀门定位器的作用是决定性的，即控制器中输出的信号在定位器的作用下实现对控制阀全程动作的调节，但该种模式具有一定的局限性，因2个控制阀处于同一回路中，且是串联状态，一旦其中一个控制阀出现故障，就会影响整个系统控制，而且维修麻烦，人为误操作风险较大；而软分程则不同，其可以利用软件系统很容易的实现控制阀的正反作用，而且应用的是两个回路，对控制阀的操作可以分路进行，彼此之间不会相互影响，只要根据工艺需求或者是控制阀的可调范围设定相应的操作程序即可，因此其分程控制相对便捷、高效，也易于维护。

    2 分程控制在生产过程中的应用分析

    2.1 用于满足特殊生产工艺的要求

    满足生产过程中的特殊工艺操作要求是分程控制系统应有的基本目的之一，如丁苯聚合反应主要涉及加热升温、恒温控制以及回收控制三大阶段，若在其生产过程中不能合理、有效的控制蒸汽、热量、温度等因素，不仅会影响生产质量，甚至会引发爆炸事故，因此可借助完善的分程控制系统避免上述不良情况，在这里着重讲解分程控制方式在丁苯聚合反应恒温控制环节的应用。

    一需要完成分程控制回路，由于DeltaV系统不仅可以根据用户的具体需求集成等级模块不同的控制系统，且模块可分离和调试，便于扩展和维护，还可以提供包括分程、串级等复杂的标准模块，因此可在DeltaV系统的辅助下，便捷的实现分程调节，即转化PID的输出结果得到OUT1和2，然后利用两个AO模块控制2台控制阀。

    二需要实现分程控制曲线，在分程控制过程中，PID模块会在AI的作用下读入模拟信号用于确定PV值，而系统中的SP值一般固定不变，但因其与PV往往出现差值，因此可将经由PID计算的OUT值输入分程控制模块中，然后分2路输出在不同范围内变化的OUT值，最后在AO模块的作用下实现对2台控制阀的控制。其中在聚合反应初期，反应釜内的温度相对较低，由于所获取的测量信号低于事先设定的数值，所以此时由TC的OUT值最小，蒸汽阀处于全开状态，冷水阀处于全关状态；当TC输出的OUT值等于50时，蒸汽阀会由全开过渡为全闭；随着聚合反应过程中生成的热量致使釜内温度高于预设值时，则会出现PV＞SP的情况，此时的TC的OUT值会逐渐超过50，从而促使冷水阀逐渐打开用于降低釜内温度，直至使其回归设定值。

    显而易见，分程控制系统可有效满足生产过程中特殊的工艺操作要求，而且DeltaV系统的应用将2台控制阀分别设置在不同的回路中，以此避免因一个控制阀或者一个线路出现故障而影响其他装置的风险，同时分程控制模块的参数应用方便，阀门定位器也便于调校和维修，值得在生产过程中推广。

    2.2 用于扩大控制控制阀的可调范围

    扩大控制阀以及系统的可调范围是分程控制系统的另一重要功能，在实际生产中通常并联使用两个大小阀，就是在流量较大时采用大阀，在流量较小时采用小阀，该种分程控制方式常见于蒸汽减压系统中，具体而言是在负荷较小的情况下，由小阀负责主要控制作用，关闭大阀；若负荷较大，即使小阀处于全开状态，也难以满足蒸汽量的实际需求，因此可打开大阀，补充蒸汽量。

    在此以脱丙烷塔生产过程为例，其属于加压生产类型，操作的常规压力为0.75（单位为MPa），在工艺要求方面除了需要稳定压力外，还应冷凝蒸气，以免因冷凝器中出现不凝气体积聚造成压力升高，此时无论冷剂量多大都无法消除影响，只能对其进行火炬燃烧操作，因此通常利用塔顶压力分程控制系统达到上述目的，其工作原理如下。

    通过在冷剂丙烯的蒸发管道中安装控制阀1，在回流罐排放不凝气体管道上安装控制阀2，若控制器输出的信号为0.06～0.10，此时阀1处于开启状态，阀2处于关闭状态，而用于维持塔顶的压力的是泠凝器中进入的冷剂量；若塔顶积聚了大量的不凝气体，阀1则无法加以调节，致使压力持续增大，控制器所输出的信号值会逐渐下降，当其处于0.06以下时，阀2会由关闭转为开启，部分不凝气体会被火炬烧掉，从而有效冷凝蒸气，促使塔顶压力回归定值。即控制器输出的信号值由0.06上升为0.10时，阀1由完全开启转向完全关闭，而信号值由0.02上升为0.06时，阀2由完全开启转向完全关闭。可见，分程控制系统可有效扩大控制阀的可调范围，从而改善系统控制效果。

    2.3 新型分程控制系统的应用

    基于CS3000的分程控制系统具有多功能的信号分离模块，而且操作环境相对开放，既可以妥善解决常规分程控制系统存在的缺陷，也能够生成新型、高效的分程控制模式，是当下分程控制系统的发展潮流代表之一，其主要由工程师站、现场控制站、操作站、通信网络、门单元、总线转换器等构成，与传统的分程控制系统相比，其输出信号被转化为范围分段的过程是软件组态作用下完成的，而且在经过信号分离模块之后会被分为两路，不仅可被分别送至AO单元然后输出，且其每路信号范围均被扩大到0%～100%，而传统模式的信号范围分别为0%～50%和50%～100%；同时软件组态功能的应用为参数设定和修改提供了便捷，控制效果也更加可靠、准确，而传统模式中需要调试参数时必须在现场实施，其效果既不准确，也不稳定；此外在信号分离模块方面，其不仅具有强大的计算功能，可方便计算和分配控制器所输出的信号，还可以信号为工具实现开关自动切换效果，在多种应用场合中都较为实用。

    虽然当下分程控制系统取得了长足发展，技术更为先进，效果也更为显著，为工业生产作出了不容忽视的贡献，但在具体实践中还存在些许不足，还需要不断的加以完善，而且随着科技的不断创新，分程控制系统必然会突飞猛进的发展，其应用前景也会更加广阔。

    3 结语

    总而言之，分程控制系统是当下工业生产过程中的主流控制模式，其不仅可以满足具有特殊要求的工艺操作，也可扩大控制阀的可调范围，对于改善生产控制效果具有重要意义，因此必须强化研究和创新，促进分程控制系统更完善、更高效，从而提高工业生产水平，推动经济发展。