第5章4選擇性控制系統(tǒng)-12年

1、5.4 5.4 選擇性控制系統(tǒng)選擇性控制系統(tǒng)5.4.1 5.4.1 概述概述5.4.2 5.4.2 選擇性控制系統(tǒng)的類型及應(yīng)用選擇性控制系統(tǒng)的類型及應(yīng)用5.4.3 5.4.3 選擇性控制系統(tǒng)的設(shè)計選擇性控制系統(tǒng)的設(shè)計5.4.5 5.4.5 積分飽和及其防止措施積分飽和及其防止措施5.4.1 概 述l 控制系統(tǒng)可分為三類控制系統(tǒng)可分為三類： 物料平衡（或能量平衡）控制，質(zhì)量控制和極限控制物料平衡（或能量平衡）控制，質(zhì)量控制和極限控制。l 選擇性控制屬于極限控制一類選擇性控制屬于極限控制一類。它的。它的特點特點是：是： 在正常工況下，參數(shù)不會超限，所以也不考慮對它進行直在正常工況下，參數(shù)不會超限，

2、所以也不考慮對它進行直接控制；而在非常工況下，該參數(shù)會達到極限值，這時又要求接控制；而在非常工況下，該參數(shù)會達到極限值，這時又要求采取強有力的控制手段，避免超限。采取強有力的控制手段，避免超限。選擇性控制系統(tǒng)又叫選擇性控制系統(tǒng)又叫取代控制，也稱超馳控制取代控制，也稱超馳控制。l 生產(chǎn)保護性措施的分類：生產(chǎn)保護性措施的分類： 硬保護和軟保護硬保護和軟保護2.軟保護軟保護n參數(shù)達到第一極限時報警第一極限時報警 設(shè)法排除故障 若沒有及時排除故障，參數(shù)值會達到更嚴重的第二極限第二極限，經(jīng)連鎖裝置動作連鎖裝置動作，自動停車。達到保護生產(chǎn)的目的。1.硬保護硬保護n參數(shù)達到第一極限時報警 設(shè)法排除故障 在這

3、同時，改變操作方式改變操作方式，按使該參數(shù)脫離極限值為主要控制目標進行控制，以防該參數(shù)進一步超限。這種操作方式一般會使原有的控制質(zhì)量降低，但能維持生產(chǎn)的繼續(xù)運轉(zhuǎn)，避免了停車。選擇性控制系統(tǒng)：選擇性控制系統(tǒng)： 把生產(chǎn)過程中的限制條件所構(gòu)成的邏輯關(guān)系，疊加到正把生產(chǎn)過程中的限制條件所構(gòu)成的邏輯關(guān)系，疊加到正?？刂葡到y(tǒng)上去的一種控制方法。常控制系統(tǒng)上去的一種控制方法。 生產(chǎn)過程趨近于危險極限區(qū)，但未達到危險區(qū)時，一個生產(chǎn)過程趨近于危險極限區(qū)，但未達到危險區(qū)時，一個用于控制不安全的控制方案取代正常情況下的控制方案，即用于控制不安全的控制方案取代正常情況下的控制方案，即用用一個取代控制器的裝置自動頂替正

4、常情況下工作的控制器一個取代控制器的裝置自動頂替正常情況下工作的控制器。當(dāng)生產(chǎn)脫離危險時，再切換到正常工作下的控制器。當(dāng)生產(chǎn)脫離危險時，再切換到正常工作下的控制器。 要構(gòu)成選擇性控制，生產(chǎn)操作必須有一定選擇性邏輯關(guān)系。要構(gòu)成選擇性控制，生產(chǎn)操作必須有一定選擇性邏輯關(guān)系。而選擇性控制的實現(xiàn)則需要具有選擇功能的而選擇性控制的實現(xiàn)則需要具有選擇功能的自動選擇器自動選擇器(高值高值選擇器和低值選擇器選擇器和低值選擇器)或有關(guān)或有關(guān)切換裝置切換裝置來完成。來完成。5.4.2 選擇性控制系統(tǒng)的類型及應(yīng)用選擇性控制系統(tǒng)的類型及應(yīng)用選擇性控制系統(tǒng)的特點：采用了選擇性控制系統(tǒng)的特點：采用了選擇器選擇器。選擇器在

5、控制系統(tǒng)中的位置分類：選擇器在控制系統(tǒng)中的位置分類： 1）選擇器在）選擇器在測量變送器測量變送器輸出端；輸出端； 2）選擇器在）選擇器在控制器控制器的輸出端，并在控制閥前的輸出端，并在控制閥前 A、對被控參數(shù)的選擇、對被控參數(shù)的選擇 B、對操縱變量的選擇、對操縱變量的選擇根據(jù)控制閥的結(jié)構(gòu)分類：根據(jù)控制閥的結(jié)構(gòu)分類： 1) 開關(guān)型選擇性控制系統(tǒng)開關(guān)型選擇性控制系統(tǒng) 2) 連續(xù)型選擇性控制系統(tǒng)連續(xù)型選擇性控制系統(tǒng) 3) 混合型選擇性控制系統(tǒng)混合型選擇性控制系統(tǒng)1）選擇器位于調(diào)節(jié)器之前，對變送器輸出信號選擇）選擇器位于調(diào)節(jié)器之前，對變送器輸出信號選擇選擇的目的有兩個：選擇的目的有兩個：第一個：第一個

6、： 選出最高或最低測量值。選出最高或最低測量值。 圖8-62a為反應(yīng)器熱點溫度的選擇性控制原理圖。氫氣和氮氣在觸媒的作用下合成為氨。合成塔內(nèi)的反應(yīng)溫度是反映氨合成率的間接指標。熱點溫度過高會燒壞觸媒，在觸媒層的不同位置上插入熱電偶，將測量的溫度信號送至高選器，通過選擇最高溫度進行控制，保證不燒壞觸媒。特點：特點：幾個變送器合用一個調(diào)節(jié)器幾個變送器合用一個調(diào)節(jié)器第二個：第二個： 選出可靠測量值。選出可靠測量值。 為防止儀器故障對裝置可能造成的危害，對于關(guān)鍵性的檢測點可同時安裝三個變送器，通過選擇器，選出可靠的測量信號進行自動控制，以提高系統(tǒng)運行的可靠程度。 圖8-63為反應(yīng)器成分信號中值選擇性控

7、制。2）選擇器位于調(diào)節(jié)器輸出端，對調(diào)節(jié)器輸出信號選擇）選擇器位于調(diào)節(jié)器輸出端，對調(diào)節(jié)器輸出信號選擇特點：特點：幾個調(diào)節(jié)器合用一個調(diào)節(jié)閥幾個調(diào)節(jié)器合用一個調(diào)節(jié)閥 正常調(diào)節(jié)器在生產(chǎn)正常情況下工作；取代調(diào)節(jié)器處于備用狀態(tài)。在正正常調(diào)節(jié)器在生產(chǎn)正常情況下工作；取代調(diào)節(jié)器處于備用狀態(tài)。在正常情況下，兩個調(diào)節(jié)器同時輸出信號到選擇器，選出適應(yīng)生產(chǎn)安全狀況的常情況下，兩個調(diào)節(jié)器同時輸出信號到選擇器，選出適應(yīng)生產(chǎn)安全狀況的控制信號給調(diào)節(jié)閥，進行自動控制?？刂菩盘柦o調(diào)節(jié)閥，進行自動控制。 在生產(chǎn)狀況不正常時，通過選擇器在生產(chǎn)狀況不正常時，通過選擇器(低值或高值低值或高值)選出能適應(yīng)安全狀況選出能適應(yīng)安全狀況的控制

8、信號，由取代調(diào)節(jié)器代替正常調(diào)節(jié)器工作，直到生產(chǎn)情況恢復(fù)正常，的控制信號，由取代調(diào)節(jié)器代替正常調(diào)節(jié)器工作，直到生產(chǎn)情況恢復(fù)正常，然后再通過選擇器的自動切換，仍由原正常調(diào)節(jié)器來控制生產(chǎn)的正常進行。然后再通過選擇器的自動切換，仍由原正常調(diào)節(jié)器來控制生產(chǎn)的正常進行。A、對被控量的選擇性控制系統(tǒng)、對被控量的選擇性控制系統(tǒng)工程示例：冷卻器出口溫度與液氨液位選擇性控制系統(tǒng)工程示例：冷卻器出口溫度與液氨液位選擇性控制系統(tǒng)TC物料氣氨液氨LC選擇器n為了防止液氨帶液進入氨壓縮機危及氨壓縮機安全，控制閥應(yīng)選氣開式。為了防止液氨帶液進入氨壓縮機危及氨壓縮機安全，控制閥應(yīng)選氣開式。n物料出口溫度是工藝的操作指標，溫度

9、控制器是正常情況下工作的控制物料出口溫度是工藝的操作指標，溫度控制器是正常情況下工作的控制器，由于溫度對象的容量滯后比較大，因此，溫度控制器應(yīng)選擇器，由于溫度對象的容量滯后比較大，因此，溫度控制器應(yīng)選擇PID控控制規(guī)律。系統(tǒng)中液位控制器為非正常情況下工作的控制器，因此，液位制規(guī)律。系統(tǒng)中液位控制器為非正常情況下工作的控制器，因此，液位控制器應(yīng)選用窄比例式?？刂破鲬?yīng)選用窄比例式。n由于液位控制系統(tǒng)是在非正常情況下工作，液位大于給定值時，反作用由于液位控制系統(tǒng)是在非正常情況下工作，液位大于給定值時，反作用控制器控制器LC下降，所以選擇器應(yīng)低選器下降，所以選擇器應(yīng)低選器LS，以防事故的發(fā)生。，以防事

10、故的發(fā)生。GCT(S)GmL(S)GmT(S)GOL(S)GOT(S)GV(S)GCL(S)LSFTB、對操縱變量的選擇性控制系統(tǒng)、對操縱變量的選擇性控制系統(tǒng) 與被控量選擇性控制系統(tǒng)的差別在于被控量有一個，而操縱變量有兩個。它比普通單回路控制系統(tǒng)又增加了一個影響被控量的控制通道。工程示例：加熱爐的燃料供熱方案工程示例：加熱爐的燃料供熱方案 采用低值燃料采用低值燃料A和高值燃料和高值燃料B供熱。為了節(jié)約能源，要求只有在負荷增加后，供熱。為了節(jié)約能源，要求只有在負荷增加后，在最大限度地使用低值燃料在最大限度地使用低值燃料A仍然感到不足時，才把高值燃料仍然感到不足時，才把高值燃料B作為補充形式投入作

11、為補充形式投入燃燒。燃燒。 串級控制系統(tǒng)：溫度控制器的輸出信號作為選擇計算裝置的輸入值，經(jīng)計算串級控制系統(tǒng)：溫度控制器的輸出信號作為選擇計算裝置的輸入值，經(jīng)計算后，按照信號，作為低值燃料后，按照信號，作為低值燃料A和高值燃料和高值燃料B流量控制器的設(shè)定值。流量控制器的設(shè)定值。1) 開關(guān)型選擇性控制系統(tǒng)開關(guān)型選擇性控制系統(tǒng)定義：定義： 一般設(shè)有一般設(shè)有A、B兩個可供選擇的變量。兩個可供選擇的變量。 A變量：變量：工藝操作的主要指標；工藝操作的主要指標； B變量變量: 工藝上對它只有一個限值要求。工藝上對它只有一個限值要求。 在限值以內(nèi)時，生產(chǎn)過程按變量在限值以內(nèi)時，生產(chǎn)過程按變量A進行連續(xù)控制，

12、當(dāng)進行連續(xù)控制，當(dāng)B達到或超過達到或超過限值時，選擇控制系統(tǒng)將通過專門的裝置切斷限值時，選擇控制系統(tǒng)將通過專門的裝置切斷A的輸出，而控制閥迅速的輸出，而控制閥迅速關(guān)閉或打開，直到關(guān)閉或打開，直到B回到限值內(nèi)，系統(tǒng)才重新恢復(fù)到按變量回到限值內(nèi)，系統(tǒng)才重新恢復(fù)到按變量A進行連續(xù)進行連續(xù)控制?？刂啤?開關(guān)型選擇性控制系統(tǒng)一般都用作系統(tǒng)的限值保護。開關(guān)型選擇性控制系統(tǒng)一般都用作系統(tǒng)的限值保護。丙烯冷卻器的兩種控制方案TC裂解氣氣丙烯液丙烯88 15 TC裂解氣氣丙烯液丙烯88 15 LS注：LS為液位開關(guān)工程示例：工程示例： 在乙烯分離過程中，裂解氣經(jīng)五段壓縮后其溫度已達到88。為了進行低溫分離，必須

13、將它的溫度降下來。為此，工藝上采用了液丙烯低溫下蒸發(fā)吸熱原理，用它與裂解氣換熱，達到降低裂解氣溫度的目的。分析工作過程：分析工作過程：非正常工況時：非正常工況時： 當(dāng)裂解氣溫度過高或負荷過大時，控制閥已被大幅開大，并且冷卻器當(dāng)裂解氣溫度過高或負荷過大時，控制閥已被大幅開大，并且冷卻器中所有的列管都有已被淹沒時，裂解氣溫度仍降不下來，則不能再使控制中所有的列管都有已被淹沒時，裂解氣溫度仍降不下來，則不能再使控制閥開度繼續(xù)開大了，因為一來換熱面積已無法再增加，二來丙烯液位的繼閥開度繼續(xù)開大了，因為一來換熱面積已無法再增加，二來丙烯液位的繼續(xù)上升，會使冷卻器中的丙烯蒸發(fā)空間縮小，使氣丙烯出現(xiàn)帶液現(xiàn)象

14、，給續(xù)上升，會使冷卻器中的丙烯蒸發(fā)空間縮小，使氣丙烯出現(xiàn)帶液現(xiàn)象，給壓縮機帶來損害。壓縮機帶來損害。正常工況時下：正常工況時下： 液位低于限值（液位低于限值（75%），液位開關(guān)），液位開關(guān)LS斷開，電磁閥失電，溫度控制斷開，電磁閥失電，溫度控制器輸出直通控制閥，實現(xiàn)溫度控制；器輸出直通控制閥，實現(xiàn)溫度控制；TC裂解裂解氣氣氣丙烯氣丙烯液丙烯液丙烯88 88 15 15 LS 非正常工況時，液位高于限值（非正常工況時，液位高于限值（75%），），液位開關(guān)液位開關(guān)LS接通，電磁閥得電，將溫度控接通，電磁閥得電，將溫度控制器輸出切斷，同時使控制閥膜頭與大氣制器輸出切斷，同時使控制閥膜頭與大氣相通，控

15、制閥關(guān)閉，停止進液丙烯。待冷相通，控制閥關(guān)閉，停止進液丙烯。待冷卻器中液態(tài)丙烯逐漸蒸發(fā)，液位慢慢下降卻器中液態(tài)丙烯逐漸蒸發(fā)，液位慢慢下降到低于到低于75%時，液位開關(guān)時，液位開關(guān)LS斷開，電磁閥斷開，電磁閥重新失電，恢復(fù)溫度控制系統(tǒng)。重新失電，恢復(fù)溫度控制系統(tǒng)。2) 連續(xù)型選擇性控制系統(tǒng)連續(xù)型選擇性控制系統(tǒng) 連續(xù)型連續(xù)型選擇性控制系統(tǒng)與選擇性控制系統(tǒng)與開關(guān)型開關(guān)型選擇性控制系統(tǒng)選擇性控制系統(tǒng)區(qū)別區(qū)別： 在連續(xù)型性選擇控制系統(tǒng)中，一般具有兩個連續(xù)控制器，在連續(xù)型性選擇控制系統(tǒng)中，一般具有兩個連續(xù)控制器，它們的輸出它們的輸出通過一個選擇器通過一個選擇器后，送往控制閥。一個控制器工作后，送往控制閥。

16、一個控制器工作在正常情況下，另一個工作在非正常情況下，并通過選擇器進在正常情況下，另一個工作在非正常情況下，并通過選擇器進行切換。行切換。 當(dāng)取代作用發(fā)生后，控制閥不是立即全關(guān)或全開，而是當(dāng)取代作用發(fā)生后，控制閥不是立即全關(guān)或全開，而是在原有開度基礎(chǔ)上繼續(xù)控制，因此，對控制閥來說，控制作在原有開度基礎(chǔ)上繼續(xù)控制，因此，對控制閥來說，控制作用是連續(xù)的。用是連續(xù)的。工作機理：工作機理：工程示例工程示例1：蒸汽壓力與燃料氣壓力的選擇性控制系統(tǒng)：蒸汽壓力與燃料氣壓力的選擇性控制系統(tǒng) 大型合成氨工廠中，蒸汽鍋爐是一個很重要的動力設(shè)備，它直接擔(dān)負著大型合成氨工廠中，蒸汽鍋爐是一個很重要的動力設(shè)備，它直接擔(dān)

17、負著向全廠提供蒸汽的任務(wù)。因此必須對鍋爐的正常運行采取一系列的保護措向全廠提供蒸汽的任務(wù)。因此必須對鍋爐的正常運行采取一系列的保護措施。施。 問題：當(dāng)燃料壓力過高時，會將燃燒噴嘴的火焰吹滅，產(chǎn)生脫火現(xiàn)象。問題：當(dāng)燃料壓力過高時，會將燃燒噴嘴的火焰吹滅，產(chǎn)生脫火現(xiàn)象。一旦發(fā)生脫火不僅會因未燃燒而導(dǎo)致煙囪冒黑煙，而且會在燃燒室內(nèi)積存一旦發(fā)生脫火不僅會因未燃燒而導(dǎo)致煙囪冒黑煙，而且會在燃燒室內(nèi)積存大量燃料氣與空氣的混合物，會有爆炸的危險。大量燃料氣與空氣的混合物，會有爆炸的危險。PC2PC1LSPBPYPA供水燃料氣蒸汽PCPC1 1為正?？刂破鳎赫羝麎毫楸豢貐?shù)為正常控制器：蒸汽壓力為被控參數(shù)P

18、CPC2 2為非?？刂破鳎喝剂蠅毫楸豢貐?shù)為非常控制器：燃料壓力為被控參數(shù)控制器PC2燃料氣壓力變送器蒸汽壓力變送器蒸汽壓力對象控制閥控制器PC1燃料氣壓力對象LSPBPAPYP1P2n在正常情況下，燃料氣壓力低于產(chǎn)生脫火的壓力，在正常情況下，燃料氣壓力低于產(chǎn)生脫火的壓力，PC2感受到的是負偏差，感受到的是負偏差，因此它的輸出因此它的輸出PB呈現(xiàn)為高信號，而與此同時呈現(xiàn)為高信號，而與此同時PC1的輸出信號相對來說呈低的輸出信號相對來說呈低信號。這樣，低選器信號。這樣，低選器LS將選中將選中PC1輸出輸出PA 送往控制閥，構(gòu)成蒸汽壓力控制送往控制閥，構(gòu)成蒸汽壓力控制系統(tǒng)。系統(tǒng)。n當(dāng)燃料氣壓力上

19、升到超過當(dāng)燃料氣壓力上升到超過PC2的給定值時，的給定值時，PC2感受到的是正偏差，由于感受到的是正偏差，由于它是反作用、窄比例，因此它的輸出它是反作用、窄比例，因此它的輸出PB一下跌為低信號，于是低選器一下跌為低信號，于是低選器LS將將選中選中PC2輸出輸出PB 送往控制閥，構(gòu)成燃料氣壓力控制系統(tǒng)，從而防止燃料氣送往控制閥，構(gòu)成燃料氣壓力控制系統(tǒng)，從而防止燃料氣壓力上升，達到防止脫火的產(chǎn)生。壓力上升，達到防止脫火的產(chǎn)生。工作過程：工作過程：工程示例工程示例2： 乙烯工程中，乙烯工程中，C3綠油塔液位與去脫丙烷塔綠油綠油塔液位與去脫丙烷塔綠油流量的選擇性控制系統(tǒng)流量的選擇性控制系統(tǒng)脫丙烷塔綠油

20、塔FCLCLS進料FLS(30%)GCL(S)GmF(S)GmL(S)GOF(S)GOL(S)GV(S)GCF(S)LSFL控制閥：氣開閥FC：反作用LC：正作用工作過程工作過程:(1) (1) 在正常情況下，綠油塔液位在正常情況下，綠油塔液位L L高于給定值高于給定值L LS S(30%)(30%)，LCLC感受的是正偏差，感受的是正偏差，其輸出為高信號（其輸出為高信號（LCLC為正作用），低選器為正作用），低選器LSLS將選中將選中FCFC輸出送往控制輸出送往控制閥，構(gòu)成流量控制系統(tǒng)，以維護脫丙烯塔進料的穩(wěn)定。閥，構(gòu)成流量控制系統(tǒng)，以維護脫丙烯塔進料的穩(wěn)定。(2) (2) 當(dāng)綠油塔液位當(dāng)綠

21、油塔液位L L低于給定值低于給定值L LS S(30%)(30%)時時，LCLC感受到的是負偏差，其輸出感受到的是負偏差，其輸出迅速地轉(zhuǎn)變?yōu)榈托盘枺ㄑ杆俚剞D(zhuǎn)變?yōu)榈托盘枺↙CLC為正作用），低選器為正作用），低選器LSLS將選中將選中LCLC輸出送往輸出送往控制閥，從而構(gòu)成液位控制系統(tǒng)，因此控制閥將被關(guān)小，防止液位控制閥，從而構(gòu)成液位控制系統(tǒng)，因此控制閥將被關(guān)小，防止液位繼續(xù)下降。繼續(xù)下降。脫丙烷塔綠油塔FCLCLS進料FLS(30%)GCL(S)GmF(S)GmL(S)GOF(S)GOL(S)GV(S)GCF(S)LSFL“正”“反”3) 混合型選擇性控制系統(tǒng)混合型選擇性控制系統(tǒng)定義：定義：既

22、包含有開關(guān)型選擇的內(nèi)容，又包含有連續(xù)型選擇的系統(tǒng)。問題：當(dāng)燃料壓力不足時，燃料氣管線壓力有可能低于燃燒 室壓力，這樣可能會出現(xiàn)回火現(xiàn)象。PC2PC1LSPBPYPA供水燃料氣蒸汽解決：解決：在方案中增加一只帶下限節(jié)點的壓力控制器PC3和一只三通電磁閥。PC2PC1LSPBPYPA供水燃料氣蒸汽PC3分析：分析： 當(dāng)燃料氣壓力正常時， PC3下限節(jié)點是斷開的，電磁閥是失電的，低選器LS輸出直通控制閥。一旦燃料氣壓力下降到低于下限值時，電磁閥得電的，于是切斷低選器LS控制閥的通路，使得控制閥關(guān)閉，以防回火現(xiàn)象。當(dāng)燃料氣壓力恢復(fù)正常，電磁閥失電，恢復(fù)正常工作狀態(tài)。5.4.3選擇性控制系統(tǒng)的設(shè)計選擇性

23、控制系統(tǒng)的設(shè)計選擇性控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟選擇性控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟1、根椐生產(chǎn)安全要求選擇控制閥的開、閉形式2、根椐對象的特性和控制要求，選擇控制器的控制規(guī)律及正 、反作用。3、最后根椐控制器的正、反作用和選擇性控制系統(tǒng)設(shè)置的目的，確定選擇器的類型。n選擇器的類型可以根據(jù)生產(chǎn)處于不正常情況下、正常情況控制器的輸出信號高、低來確定；如果在非正常情況下它的輸出信號為高信號，應(yīng)選高選器；如果在這種情況下它的輸出信號為低信號，應(yīng)選低選器。工程示例：工程示例：氨冷卻器出口溫度與液氨液位選擇性控制系統(tǒng)TC物料氣氨液氨LC選擇器LSGCT(S)GmL(S)GmT(S)GOL(S)GOT(S)GV(S)GCL(S)LT+-+控制閥：氣開LC：反作用TC：正作用為了防止液氨帶液進入氨壓縮機危及氨壓縮機安全，控制閥應(yīng)選氣開為了防止液氨帶液進入氨壓縮機危及氨壓縮機安全，控制閥應(yīng)選氣開式。式。物料出口溫度是工藝的操作指標，溫度控制器是正常情況下工作的控物料出口溫度是工藝的操作指標，溫度控制器是正常情況下工作的控制器，由于溫度對象的容量滯后比較大，因此，溫度控制器應(yīng)選擇制器，由于溫度對象的容量滯后比較大，因此，溫度控制器應(yīng)選擇PIDPID控控制規(guī)律。系統(tǒng)中