分程控制在石油化工生产中比较常见，昌晖仪表在本文分享分程控制原理和分程控制应用两方面知识，方便仪表工构建和用好分程控制系统。

一个简单的负反馈控制系统，通常调节器的控制输出只控制一个执行器或控制阀，如图1所示。

图1 单回路控制系统控制方框图

图2  采用一个调节阀特性示意图

如果一个调解器的输出同时送给两个控制阀，可以构成如图3和图4所示的分程控制系统。这两个阀门并联使用，都是气开阀。两个阀门在控制信号的不同区间从全开到全关，走完整个行程。

图3  分程控制系统方框图

图4  分程控制系统工作特性
 
由于气动调节阀有气开和气关两种特性，因此两个阀门就有四种组合特性。如图5~图8所示。图5和图6表示阀门同方向运动，图7和图8表示两个阀门作用方向相反。虽然分程控制可以是两个以上阀门共同控制，但一般采用的是两个阀门分程。
      
                          图5                                                                      图6
      
                          图7                                                                       图8
分程控制的应用
1、提高阀的可调比
设调节阀可控制最小流量为Qmin，可控制最大流量为Qmax，定义可调比或可调范围R=Qmax/Qmin，多数国产阀门的可调比等于30，在有些场合不能满足要求，希望提高可调比，适应负荷的大范围变化，改善控制品质，这就可以采用分程控制。

以上图中的气开阀为例进行分析，设可控制的最大流量为200，R=30，可控制的最小流量为200/30=6.67。采用分程控制后，两只阀门工作于不同的控制信号区间。对于这两只阀门并联而成的起分程控制作用的整体来说：可控制最小流量Q´min=Qmin=6.67；可控制最大流量Q´max=2×Qmin=400。则有可调比R´=Q´max/Q´min=400/6.67=60，由此可见，可调比增加了一倍。

2、交替使用不同的工作方式
工业生产过程中，有时需要使用不同的控制方式，如图9~图10所示的例子。
                             
图9   储罐氮封分程控制方案(阀门A为气关，阀门B气开)                   图10 储罐氮封分程控制特性图

封氮指有些油品储罐的顶部需要填充氮气，以隔绝油品与空气中氧气的作用。储罐顶部充满氮气，保持微正压。随着液位变化，顶部压力会变化。
◆液位升高，压力增加
◆液位下降，压力下降
封氮油品储罐压力增加多或下降多都是不允许的。
◆封氮分程控制过程：液位上升时，阀门B关闭，阀门A打开，排出氮气维持压力不变
◆液位下降时，阀门B打开，阀门A关闭，补充氮气维持压力不变
◆液位在小范围波动时，压力也在小范围波动，控制系统不动作，即不补充也不排出氮气，称为安全区间。可以避免阀门频繁动作，保持系统稳定。

3、满足生产过程不同阶段需要
对于放热化学反应过程，在反应的初始阶段，需要对物料加热，以启动反应过程；由于是放热反应，反应器中的热量在不断累积，所以需要补偿的热量在逐步减小，当放出的热量超过反应过程需要的热量后，不仅不能再补充热量，反而需要冷却反应器，以移走反应过程产生的多余热量。对这类过程，可以采用如图11~图12所示的分程控制。
        
图11 间歇反应器温度分程控制系统                                     图12 间歇反应器温度分程控制系统特性图


图13 间歇反应器温度分程控制系统方框图

说明：间歇反应器温度分程控制系统中调节器是反作用；阀门A：气关；阀门B：气开；对象1：反作用；对象2：正作用。间歇反应器温度分程控制系统在任一阀门工作时都是负反馈。

结合以上三个分程控制实例及相关系统方图，相信大家对分程控制原理及分程控制系统已经有了基本的了解，建议大家再看看分程控制相关的其他文章：分程控制系统故障检查及维修实例和分程控制系统应用需注意的三个问题。