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。
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