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如何對閥門進行排序以平滑從小到大的過渡

來源：上海自動化儀表有限公司作者：發表時間：2018-09-19 09:07:25【小中大】

問：我在污水處理廠工作，我們使用50％重量的氫氧化鈉來中和混合罐中的水。為了滿足應用的可調范圍要求，我們對兩個控制閥并行排序。我想學習如何減少或消除在試劑要求低于大閥門最小流量的點附近發生的極限循環，但是在小閥門的最大流量下。

A：可調范圍要求通常通過在實驗室中滴定50ml左右的廢水樣品來確定，結果通常繪制為pH與所用試劑的毫升數。要將此信息轉換為每1,000 gpm廢水所需的工業強度試劑的加侖/分鐘（gpm），必須以常態（N）為單位知道試劑濃度。

例如，如果使用10.2ml的0.01N 氫氧化鈉試劑中和50ml廢水樣品，則50ml樣品的正常性為N =（10.2 / 50）0.01 = 0.00204。如果在工廠中，將使用50％氫氧化鈉試劑（N = 19.1）; 然后中和1000加侖的廢水將需要1,000（0.00204）/ 19.1 = 0.107加侖的這種試劑。

我們上海自動化儀表有限公司通常選擇一個控制閥尺寸來提供所需最大試劑流量的兩倍。建議使用這種過大程度以允許估計中的誤差，并在從負載變化恢復期間提供動態校正的余量。應對預期的最小負荷進行類似的計算，以估算所需的最小試劑流量。兩個流量的比率將給出控制系統的可調范圍要求。

一種選擇是通過計量泵輸送試劑，如果20：1的可調范圍就足夠了。這通常是不夠的，因此一個計量泵通常不是可接受的選擇。我們上海自動化儀表有限公司曾經嘗試過，如果使用一個控制閥并且它沒有足夠的可調范圍（等距百分比為50：1，線性為35：1，快速開啟為20：1），最大試劑流量不足以達到最大值工廠負荷，或低負荷時的最小值。在任何一種情況下，經處理的流出物都是不合規格的，并且對此的懲罰可能是嚴重的。

排序等百分比閥門

圖1：線上的點代表閥門定位器的校準極限。較小的閥門在控制器輸出范圍為0-52％時節流，大閥門從48％節流至100％。必須提供邏輯互鎖以在控制器輸出達到其各自的范圍時關閉一個閥門而另一個閥門打開。

如果最小可控流量太大，將導致極限循環。如果是單個試劑閥，則會發生這種情況，因為當閥門關閉時，負載會使pH值偏離設定值，因此控制器打開閥門，之后，因為最小可控流量大于所需的流量，pH值將超過設定值，這將導致控制器再次關閉閥門。該循環將以通常的鋸齒形式重復。如果循環的幅度在可接受的pH限制范圍內，那么植物可以與其一起生存并且可以僅在下游放置容器（甚至是未混合的）以減弱循環。

兩個閥門并聯的情況類似于這種情況，因為在重疊區域，兩個閥門都在某種程度上打開。當試劑需求增加時，大閥門在小閥門完全打開之前開始打開，因此試劑流量變得太高，導致pH超過控制器設定點。作為響應，控制器將減小閥門開口（兩者），當該減小導致大閥門完全關閉時，將導致充電不足。因此，可以對兩個并聯的閥門進行排序以擴展可調范圍，但它們不能同時打開。這是因為，如果較大的閥門在較小的閥門仍然打開時開始打開，則輸送的總流量幾乎可以翻倍。

當對兩個容量比為20：1的閥門進行排序時，較小的閥門必須在較大的閥門開始打開時關閉。這種測序要求兩個閥具有相同百分比的特征。圖1顯示了這種在半對數圖上的切換，其中百分比控制器輸出在橫坐標上（線性），而試劑流在縱坐標上（對數）。

圖1中兩個閥門的順序基本上導致該對的單個特征，具有幾乎1,000：1的可調范圍（中心處具有小的重疊）。線上的點代表閥門定位器的校準極限。較小的閥門在0-52％的控制器輸出范圍內節流，大閥門的節流量從48％到100％。為了正確地實現這種切換，必須提供邏輯互鎖以在控制器輸出達到它們各自的范圍時關閉一個閥門而另一個閥門打開。因此，當控制器輸出超過52％時，互鎖將關閉小閥門，當控制器輸出降至48％以下時，邏輯將關閉大的閥門。開關產生一個小的瞬態，但它只持續一秒左右。

由于大多數pH控制回路需要線性性能特征（控制器輸出和輸出的試劑流量之間的關系應該是線性的），因此在控制器輸出和閥門定位器的輸入之間需要曲線表征器。其目的是保證輸送的流量與控制器輸出成線性關系。這種雙曲線表征器可用于順序對等百分比閥門，在圖1中提供1,000：1的可調范圍。

另一種更簡單但更有限的擴展閥門可調范圍的方法如圖2所示，其中閥門位置控制器（VPC）用于驅動較大的閥門，而pH控制器驅動較小的閥門。VPC將pH控制器的輸出與其自身設定值（50％）進行比較，并將較大的閥門緩慢移至該設置。VPC動作僅為完整性，必須為控制器提供外部反饋以防止結束。在該系統中，VPC提供短期控制以節流小閥門使其保持在50％開度，而反饋控制器（pHC）設定試劑流量的大部分，只要它在大閥門的范圍內。

當總負載低于大閥門的最小流量時，VPC將驅動較大的閥門關閉。當負載上升并且大閥開始打開至其最小流量時，這可能會使pH升高。而且，該系統可能不夠快以應對需要在小閥門范圍之外的試劑流量變化的突然負載變化。

當廢水pH值在中性兩側變化時，酸閥和基閥必須按順序運行。酸閥將節流控制器輸出的50-100％，基閥將從50％節流至0％。兩個閥必須關閉，因此，基閥需要一個反作用定位器。

使用閥門位置控制器進行排序：

圖2：擴展閥門可調范圍的另一種方法是使用閥門位置控制器（VPC）驅動較大的閥門，而pH控制器驅動較小的閥門。VPC將pH控制器輸出與其自身設定值（50％）進行比較，并將較大的閥門緩慢移至該設置。短期控制是由VPC對小閥門進行節流以使其保持在50％，而反饋控制器（pHC）在大閥門范圍內設定試劑流量的大部分。

對于用于控制pH值的所有閥門，無論是否排序，上海自動化儀表股份有限公司建議使用智能數字定位器，因為只有將速度與所需的死區消除相結合，并且必要時還可以單獨表征。

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