分程控制系統(tǒng)

1、分程控制系統(tǒng)2.5分程控制系統(tǒng)2.5.1分程控制系統(tǒng)的基本概念1分程調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般來(lái)說(shuō)，一臺(tái)調(diào)節(jié)器的輸出僅操縱一只調(diào)節(jié)閥，若一只調(diào)節(jié)器去控制兩個(gè)以上的閥并且是按輸出信號(hào)的不同區(qū)間去操作不同的閥門(mén)，這種控制方式習(xí)慣上稱(chēng)為分程控制。圖 2.5-1 表示了分程控制系統(tǒng) 的簡(jiǎn)圖。圖中表示一臺(tái)調(diào)節(jié)器去操縱兩只調(diào)節(jié)閥，實(shí)施（動(dòng)作過(guò)程）是借助調(diào)節(jié)閥上的閥門(mén)定位器對(duì)信號(hào)的轉(zhuǎn)換功能。例如圖中的 A、 B兩閥，要求 A閥在調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)壓力為 0.02 0.06MPa變化時(shí)，作閥得全行程動(dòng)作，則要求附在 A閥上的閥門(mén)定位器，對(duì)輸入信號(hào) 0.02 0.06MPa時(shí)，相應(yīng)輸出為 0.02 0.1MPa，而 B閥上的閥門(mén)

2、定位器，應(yīng)調(diào)整成在輸入信號(hào)為0.06 0.1圖2.5-1分程控制系統(tǒng)示意圖MPa時(shí)，相應(yīng)輸出為0.02 0.1MPa。按照這些條件，當(dāng)調(diào)節(jié)器（包括電/ 氣轉(zhuǎn)換器）輸出信號(hào)小于 0.06MPa時(shí) A閥動(dòng)作， B閥不動(dòng)；當(dāng)輸出信號(hào)大于 0.06MPa時(shí)，而 B閥動(dòng)作， A閥已動(dòng)至極限；由此實(shí)現(xiàn)分程控制過(guò)程。分程控制系統(tǒng)中，閥的開(kāi)閉形式，可分同向和異向兩種，見(jiàn)圖2.5-2 和圖 2.5-3 。圖2.5-2調(diào)節(jié)閥分程動(dòng)作（同向）圖2.5-3調(diào)節(jié)閥分程動(dòng)作（異向）一般調(diào)節(jié)閥分程動(dòng)作采用同向規(guī)律的是為了滿足工藝上擴(kuò)大可調(diào)比的要求；反向規(guī)律的選擇是為了滿足工藝的特殊要求。2分程控制系統(tǒng)的應(yīng)用1）為擴(kuò)大調(diào)節(jié)閥

3、的可調(diào)范圍。60分程控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥有一個(gè)重要指標(biāo)，即閥的可調(diào)范圍R 。它是一項(xiàng)靜態(tài)指標(biāo)，表明調(diào)節(jié)閥執(zhí)行規(guī)定特性（線性特性或等百分比特性）運(yùn)行的有效范圍?？烧{(diào)范圍可用下式表示：CmaxRCmin（ 2.5-1）式中C max 閥的最大流通能力，流量單位。C min 閥的最小流通能力，流量單位。國(guó)產(chǎn)柱塞型閥固有可調(diào)范圍R =30，所以 C min30%C max 。須指出閥的最小流通能力不等于閥關(guān)閉時(shí)的泄漏量。一般柱塞型閥的泄漏量C S 僅為最大流通能力的 0.1 0.01%。對(duì)于過(guò)程控制的絕大部分場(chǎng)合，采用 R =30的控制閥已足夠滿足生產(chǎn)要求了。但有極少數(shù)場(chǎng)合，可調(diào)范圍要求特別大，如果不能提供

4、足夠的可調(diào)范圍，其結(jié)果將是或在高負(fù)荷下供應(yīng)不足，或在低負(fù)荷下低于可調(diào)范圍時(shí)產(chǎn)生極限環(huán)。例如蒸汽壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，設(shè)鍋爐產(chǎn)生的是壓力為10MPa的高壓蒸汽，而生產(chǎn)上需要的是4MPa平穩(wěn)的中壓蒸汽。為此，需要通過(guò)節(jié)流減壓的方法將10MPa的高壓蒸汽節(jié)流減壓成4MPa的中壓蒸汽。在選擇調(diào)節(jié)閥口徑時(shí)，如果選用一個(gè)調(diào)節(jié)閥，為了適應(yīng)大負(fù)荷下蒸汽供應(yīng)量的需要，調(diào)節(jié)閥的口徑要選擇得很大，而正常情況下蒸汽量卻不需要哪么大，這就需要將閥關(guān)的小一些。也就是說(shuō)，正常情況下調(diào)節(jié)閥只是在小開(kāi)度工作，因?yàn)榇箝y在小開(kāi)度下工作時(shí)，除了閥的特性會(huì)發(fā)生畸變外，還容易產(chǎn)生噪聲和震蕩，這樣控制會(huì)使控制效果變差控制質(zhì)量降低。為了解決這一矛盾

5、，可選用兩只同向動(dòng)作的調(diào)節(jié)閥構(gòu)成分程控制系統(tǒng)，如圖 2.5-2 所示的分程控制系統(tǒng)采用了 A、B兩只同向動(dòng)作的調(diào)節(jié)閥（根據(jù)工藝要求均選為氣開(kāi)式）其中 A閥得在調(diào)節(jié)器輸出信號(hào) 4 12mA（氣壓信號(hào)為 0.02 0.06MPa）時(shí)由全閉到全開(kāi)，B閥得在調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)1220mA（氣壓信號(hào)為 0.06 0.1MPa）時(shí)由全閉到全開(kāi)，這樣，在正常情況下，即小負(fù)荷時(shí)，B閥處于全關(guān)，只通過(guò)A閥開(kāi)度的變化來(lái)進(jìn)行控制；當(dāng)大負(fù)荷時(shí)，A閥已全開(kāi)仍滿足不了蒸汽量的需求，這是B閥也開(kāi)始打開(kāi)，以補(bǔ)足A閥全開(kāi)時(shí)蒸汽供應(yīng)量的不足。圖2.5-4蒸汽減壓分程控制系統(tǒng)原理圖假定系統(tǒng)中所采用的A、 B兩只調(diào)節(jié)閥的最大流通能力C

6、max 均為 100，可調(diào)范圍R =30。由于調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍為：RC max C min（2.5-2 ）61分程控制系統(tǒng)據(jù)上式可求得C minC max 30 =100 303.33（ 2.5-3 ）當(dāng)采用兩支閥構(gòu)成分程控制系統(tǒng)時(shí)，最小流通能力不變，而最大流通能力為兩閥最大流通能力之和 2C max =200，因此 A、 B兩閥組合后的可調(diào)范圍應(yīng)是：C max20060R3.33C min這就是說(shuō)采用兩支流通能力相同的調(diào)節(jié)閥構(gòu)成分程控制系統(tǒng)后，其調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍比單只調(diào)節(jié)閥增大一倍。2）滿足工藝操作的特殊要求。在某些間歇式生產(chǎn)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，當(dāng)反應(yīng)物投入設(shè)備后，為了使其達(dá)到反應(yīng)溫度，往往在反

7、應(yīng)開(kāi)始前需要給它提供一定的熱量。一旦達(dá)到反應(yīng)溫度后，就會(huì)隨著化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行不斷釋放出熱量，這些熱量如不及時(shí)移走，反應(yīng)就會(huì)越來(lái)越激烈，以致會(huì)有爆炸的危險(xiǎn)。因此對(duì)于這種間歇式化學(xué)反應(yīng)器既要考慮反應(yīng)前的預(yù)熱問(wèn)題，又要考慮反應(yīng)過(guò)程中及時(shí)移走反應(yīng)熱的問(wèn)題。為此設(shè)計(jì)了如圖2.5-5 所示的分程控制系統(tǒng)。圖 2.5-5間歇式化學(xué)反應(yīng)器分程控制系統(tǒng)圖圖中溫度調(diào)節(jié)器選擇反作用，冷水調(diào)節(jié)閥選擇氣關(guān)式（A閥），熱水調(diào)節(jié)閥選擇氣開(kāi)式（B閥）。該系統(tǒng)工作過(guò)程如下 : 在進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)前的升溫階段， 由于溫度測(cè)量值小于給定值，因此調(diào)節(jié)器輸出增大， B閥開(kāi)大， A閥關(guān)閉，即蒸汽閥開(kāi)、冷水閥關(guān)，以便使反應(yīng)器溫度升高。當(dāng)溫度達(dá)到

8、反應(yīng)溫度時(shí)，化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，于是就有熱量放出，反應(yīng)物的溫度逐漸提高。當(dāng)溫升使測(cè)量值大于給定值時(shí)，調(diào)節(jié)器輸出將減小（由于調(diào)節(jié)器是反作用），隨著調(diào)節(jié)器的輸出的減小，B閥將逐漸關(guān)小乃至完全關(guān)閉，而A閥則逐漸打開(kāi)。這時(shí)反應(yīng)器夾套中流過(guò)的將不再是熱水而是冷水。這樣一來(lái)，反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量就被冷水所帶走，從而達(dá)到維持反應(yīng)溫度的目的。2.5.2 分程控制系統(tǒng)的方案實(shí)施1分程區(qū)間的決定分程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是多個(gè)閥之間的分程區(qū)間問(wèn)題，設(shè)計(jì)原則： 先確定閥的開(kāi)關(guān)作用形式（以安全生產(chǎn)為主）； 再?zèng)Q定調(diào)節(jié)器的正反作用；最后決定各個(gè)閥的分程區(qū)間。2分程閥總流量特性的改善當(dāng)調(diào)節(jié)閥采用分程控制，如果它們得流通能力不同，組合后的

9、總流通特性，在信號(hào)交接處流量的變化并不是光滑的。例如選用C max4 和 C min100 這兩只調(diào)節(jié)閥構(gòu)成分程控制，兩閥特性及它們的組合總流量特性如圖2.5-6 所示。62分程控制系統(tǒng)圖2.5-6分程系統(tǒng)大、小閥連接組合特性圖由圖 2.5-6 可以看出，原來(lái)線性特性很好的兩只控制閥，當(dāng)組合在一起構(gòu)成分程控制時(shí)，其總流量特性已不再呈現(xiàn)線性關(guān)系，而變成非線性關(guān)系了。特別是在分程點(diǎn)，總流量特性出現(xiàn)了一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。由于轉(zhuǎn)折點(diǎn)的存在，導(dǎo)致了總流量特性的不平滑。這對(duì)系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行是不利的，為了使總流量特性達(dá)到平滑過(guò)渡，可采用如下方法。解決在 0.06 處出現(xiàn)了大的轉(zhuǎn)折，呈嚴(yán)重的非線性方法 選用等百分比閥此

10、時(shí)可自然解決； 線性閥則可通過(guò)添加非線性補(bǔ)償調(diào)節(jié)的方法將等百分比特性校正為線性。2.5.3閥位控制系統(tǒng)1概述一個(gè)控制系統(tǒng)在受到外界干擾時(shí)，被控變量將偏離原先的給定值，而發(fā)生變化， 為了克服干擾的影響， 將被控變量拉回到給定值，需要對(duì)控制變量進(jìn)行調(diào)整。對(duì)一個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，可供選擇作為控制變量的可能是多個(gè)，選擇控制變量既要考慮它的經(jīng)濟(jì)性和合理性，又要考慮它的快速性和有效性。但是，在有些情況下，所選擇的控制變量很難做到兩者兼顧。閥門(mén)控制系統(tǒng)就是在綜合考慮控制變量的快速性、有效性、經(jīng)濟(jì)性和合理性基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種控制系統(tǒng)。閥位控制系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)如圖2.5-7所示。在閥位控制系統(tǒng)中選用了兩個(gè)控制變量蒸汽量

11、Gs 和物料量 Q ，其中控制變量 Gs 從經(jīng)濟(jì)性和工藝的合理性考慮比較合適，但是對(duì)克服干擾的影響不夠及時(shí)有效?？刂谱兞?Q 卻正好相反，快速性、有效性較好，但經(jīng)濟(jì)性、工藝的合理性較差。圖 2.5-7 閥位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖這兩個(gè)控制變量分別由兩支控制器來(lái)控制。其中控制變量Q 的為主控制器TC ，控制變量 Gs的為閥位控制器 VPC 。主控制器的給定值即產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)，閥門(mén)控制器的給定值是控制變量管線上控制閥的閥位，閥位控制系統(tǒng)也因此而得名。2閥位控制系統(tǒng)的工作原理如圖 2.5-8 的閥位控制系統(tǒng)，假定A 閥、 B 閥均選為氣開(kāi)閥，主控制器TC （溫度調(diào)節(jié)器）為正作用，閥位控制器VPC 為反作

12、用。系統(tǒng)穩(wěn)定情況下，被控變量等于主控制器的設(shè)定值 R， A 閥處于某一開(kāi)度，控制 B 閥處于閥位調(diào)節(jié)器 VPC 所設(shè)置的小開(kāi)度 r。當(dāng)系統(tǒng)受到外界干擾使原油出口溫度上升時(shí)， 溫度調(diào)節(jié)器的輸出將增大， 這一增大的信號(hào)送往兩處：63分程控制系統(tǒng)其一去 B 閥；其二去VPC 。送往 B 閥的信號(hào)將使B 閥的開(kāi)度增大，這會(huì)將原油出口溫度拉下來(lái)；送往VPC 的信號(hào)是作為后者的測(cè)量值，在r 不變的情況下，測(cè)量值增大，VPC的輸出將減小， A 閥的開(kāi)度將減小， 燃料量則隨之減小，出口溫度也將因此而下降。這樣 A 、B 兩只閥動(dòng)作的結(jié)果都將會(huì)使溫度上升的趨勢(shì)減低。隨著出口溫度上升趨勢(shì)的下降，溫度調(diào)節(jié)器的輸出逐

13、漸減小，于是B 閥的開(kāi)度逐漸減小，A 閥的開(kāi)度逐漸加大。這一過(guò)程一直進(jìn)行到溫度調(diào)節(jié)器及閥位調(diào)節(jié)器的偏差都等于0 時(shí)為止。溫度調(diào)節(jié)器偏差等于0，意味著出口溫度等于給定值，即閥位調(diào)節(jié)器偏差等于零，意味著調(diào)節(jié)閥B 的閥壓與閥位調(diào)節(jié)器VPC 的設(shè)定值 r 相等，而B(niǎo) 的開(kāi)度與閥壓是有著一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系的，也就是說(shuō)閥B 最終會(huì)回到設(shè)定值 r 所對(duì)應(yīng)的開(kāi)度。由上面的分析可以看到：本系統(tǒng)利用控制變量Q 的有效性和快速性，在干擾一旦出現(xiàn)影響到被控變量偏離給定值時(shí)，先行通過(guò)對(duì)控制變量Q 的調(diào)整來(lái)克服干擾的影響。隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，對(duì)控制變量Q 的調(diào)整逐漸減弱，而控制出口溫度的任務(wù)逐漸轉(zhuǎn)讓給控制變量G s 來(lái)?yè)?dān)當(dāng)。最終

14、閥 B 停止在一個(gè)很小的開(kāi)度 (由設(shè)定值 r 來(lái)決定 )上，而維持控制的合理性和經(jīng)濟(jì)性。2.6選擇性控制系統(tǒng)2.6.1概述選擇性控制系統(tǒng)又叫取代控制，也稱(chēng)超馳控制。通常自動(dòng)控制系統(tǒng)只能在生產(chǎn)工藝處于正常情況下進(jìn)行工作，一旦生產(chǎn)出現(xiàn)事故狀態(tài)，控制器就要改為手動(dòng)，待事故排除后，控制系統(tǒng)再重新投入工作。在大型生產(chǎn)工藝過(guò)程中，除了要求控制系統(tǒng)在生產(chǎn)在正常情況下能夠克服外界的干擾，平穩(wěn)操作外，還必須考慮事故狀態(tài)下安全生產(chǎn)。即當(dāng)生產(chǎn)操作達(dá)到安全極限時(shí)，應(yīng)有保護(hù)性措施。屬于生產(chǎn)保護(hù)性措施的有兩類(lèi)：一類(lèi)是硬保護(hù)措施；一類(lèi)是軟保護(hù)措施。所謂硬保護(hù)措施就是當(dāng)生產(chǎn)操作達(dá)到安全極限時(shí)，有聲、光報(bào)警產(chǎn)生。 此時(shí)有操作工

15、將控制器切換到手動(dòng)， 進(jìn)行手動(dòng)操作、 處理；或是通過(guò)專(zhuān)門(mén)設(shè)置的聯(lián)鎖保護(hù)線路實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停車(chē)，達(dá)到保護(hù)生產(chǎn)的目的。 對(duì)于連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程來(lái)說(shuō)， 即使短暫的設(shè)備停車(chē)， 也會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此這種硬保護(hù)措施已逐漸不為人們所歡迎，相應(yīng)地出現(xiàn)了軟保護(hù)措施。所謂軟保護(hù)措施， 就是通過(guò)一個(gè)特定設(shè)計(jì)的選擇性控制系統(tǒng)， 在生產(chǎn)短期內(nèi)處于不正常情況時(shí)，生產(chǎn)設(shè)備不須停車(chē)，由選擇性控制系統(tǒng)自動(dòng)改變操作方式，使參數(shù)脫離極限值。并且當(dāng)參數(shù)恢復(fù)正常時(shí)原控制系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)，避免停車(chē)而且無(wú)需人的參入與。2.6.2超馳控制設(shè)計(jì)應(yīng)用如圖（ 2.6-1 ）（ a）、（ b）可用來(lái)說(shuō)明氨蒸發(fā)器是如何從一個(gè)能夠滿足正常生產(chǎn)情況下的控制方案，

16、演變成為烤爐極限條件下的超馳控制的實(shí)例。圖 2.6-1液氨蒸發(fā)器的控制方案64分程控制系統(tǒng)液氨蒸發(fā)器是一個(gè)換熱設(shè)備，它是利用液氨的汽化需要大量的熱量，以此來(lái)冷卻流經(jīng)管內(nèi)的被冷物料。 在生產(chǎn)中， 往往要求物料的出口溫度穩(wěn)定，即構(gòu)成一個(gè)以被冷物料的出口溫度為被控變量，以液氨流量為操縱變量的控制方案。見(jiàn)圖2.6-1 （ a），這一控制方案用的是改變傳熱面積來(lái)調(diào)節(jié)傳熱量的方法。因液位高度會(huì)影響熱交換器的浸潤(rùn)傳熱面積，因此液位高度反應(yīng)傳熱面積的變化。由此可見(jiàn)液氨蒸發(fā)器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)單輸入（液氨流量） 兩輸出（溫度和液位） 系統(tǒng)。通過(guò)工藝合適設(shè)計(jì)，正常情況下溫度得到控制以后，液位也應(yīng)該在一定允許區(qū)間。超限現(xiàn)

17、象是因?yàn)槌霈F(xiàn)了非正常工況的緣故。不妨假設(shè)有雜質(zhì)油漏入被冷物料管線，使傳熱系數(shù)猛降， 為了取走同樣的熱量， 就要大大增加傳熱面積。 但當(dāng)液位淹沒(méi)了換熱器的所有列管時(shí)，傳熱面積的增加已達(dá)極限， 如果繼續(xù)增加氨蒸發(fā)器內(nèi)的液氨量， 并不會(huì)提高傳熱量。但是液位的繼續(xù)升高，卻可能帶來(lái)生產(chǎn)事故。這是因?yàn)闅饣陌笔且厥罩貜?fù)使用的，氣氨將進(jìn)入壓縮機(jī)入口，若氣氨帶液， 液滴會(huì)損壞壓縮機(jī)葉片，因而液氨蒸發(fā)器上部必須留有足夠的氣化空間， 所以就要限制液位不要超過(guò)某一限高。為此就必須在原有溫度控制的基礎(chǔ)上加一個(gè)防液位超限的控制系統(tǒng)。兩個(gè)控制系統(tǒng)的工作規(guī)律如下：正常情況下， 由溫度控制器操縱閥門(mén)進(jìn)行溫度控制；當(dāng)出現(xiàn)非正

18、常工況， 引起氨液位達(dá)到高限時(shí)， 被冷卻物料的溫度即使仍偏高， 此時(shí)溫度的偏離給定值暫時(shí)成為次要因素， 而保護(hù)氨壓縮機(jī)已經(jīng)上升為主要矛盾， 于是液位控制器取代溫度控制器工作。 等引起不正常的因素消失， 液位恢復(fù)到正常區(qū)域， 此時(shí)又應(yīng)恢復(fù)溫度控制的閉環(huán)運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)上述功能的防超限控制方案如圖2.6-1 （ b），它具有兩臺(tái)控制器，通過(guò)選擇器對(duì)兩個(gè)輸出信號(hào)的選擇來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)控制閥的兩種控制方式。正常情況下應(yīng)該選溫度控制器輸出信號(hào)，當(dāng)液位達(dá)到極限時(shí)，則應(yīng)選上液位控制器輸出。這種控制方式，習(xí)慣上稱(chēng)為“超馳控制”。總之，選擇性控制系統(tǒng)工作過(guò)程是：（ 1）在正常情況下，溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)工作（ 2）當(dāng)液面達(dá)到

19、高限時(shí)， LC調(diào)節(jié)器搶奪（ 3）當(dāng)液面恢復(fù)正常值時(shí)， TC溫度調(diào)節(jié)的恢復(fù)正常工作。選擇性控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是： （ 1）實(shí)現(xiàn)工藝要求的邏輯關(guān)系或極值條件（ 2）系統(tǒng)中具體實(shí)現(xiàn)邏輯功能的選擇器（ 3）保護(hù)性系統(tǒng)必須是短時(shí)的（ 4）“救急”的控制系統(tǒng)。選擇性調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)： （ 1）被調(diào)節(jié)參數(shù)的選擇（ 2）調(diào)節(jié)器的選型及參數(shù)整定（ 3）選擇器的選擇步驟，先確定閥的開(kāi)、關(guān)形式；再確定出調(diào)節(jié)器的正反作用；最后看超馳系統(tǒng)參數(shù)的極限輸出，是高選擇器選為高選。是低為低選。正?；芈穮?shù)變化與選擇器選擇無(wú)關(guān)。2.6.3關(guān)于防積分飽和的方法由于選擇性控制系統(tǒng)中，總有一臺(tái)控制器處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)，因此易產(chǎn)生積分飽和。防積分飽

20、和的三種方法：限幅法：用高低值限幅器, 控制器積分反饋信號(hào)限定在某個(gè)區(qū)域。外反饋法：在控制器開(kāi)環(huán)狀態(tài)下，不再使它自身的信號(hào)做積分反饋，而是采用合適的外部信號(hào)作為積分反饋信號(hào)。從而也切斷了積分正反饋，防止了進(jìn)一步的偏差積分作用。積分切除法：它是從控制器本身的線路結(jié)構(gòu)上想辦法。使控制器積分線路在開(kāi)環(huán)情況下，會(huì)暫時(shí)自動(dòng)切除，使之僅具有比例作用。所以這類(lèi)控制器稱(chēng)為PI-P 控制器。因?yàn)榉e分切除法，主要是涉及儀表內(nèi)部線路設(shè)計(jì)，在這里不作進(jìn)一步的討論。關(guān)于限幅器與外反饋方法，因?yàn)樗鼈兊姆婪e分飽和原理不一致，功能亦有差別，在應(yīng)用中應(yīng)注意它們各自的適用場(chǎng)合。對(duì)于選擇性控制系統(tǒng)的防積分飽和，應(yīng)選擇外反饋法。其積

21、分外反饋信號(hào)取自選擇器的輸出信號(hào)，如圖2.6-2 所示。當(dāng)控制器1處于工作狀態(tài)時(shí)，選擇器輸65分程控制系統(tǒng)出信號(hào)等于它自身的輸出信號(hào)，而對(duì)控制器2來(lái)說(shuō)，這信號(hào)就成為外部積分反饋信號(hào)了。反之，亦相同。值得注意的是，在這里防積分飽和要解決的問(wèn)題，并非僅僅是在于使開(kāi)環(huán)工作的控制器輸出信號(hào)不超出有效區(qū)間，而且要求當(dāng)該控制器的偏差為0時(shí)瞬間，其輸出信號(hào)與當(dāng)時(shí)工作的控制器輸出信號(hào)相同，以以便及時(shí)替換。圖2.6-2 的外反饋法能滿足這種要求的。因?yàn)閷?duì)一般 PI 控制器，存在下式1u K ceuT1 s1因此控制器 1工作時(shí)，控制器的輸出算式1u2K c2 e T2 s 1u1（ 2.6-1 ）式中： e2

22、偏差， K c2 控制器的比例增益，圖 2.6-2選擇性調(diào)節(jié)系統(tǒng)防積分飽和示意圖T2 為積分反饋時(shí)間常數(shù)。若e2 為 0，且系統(tǒng)處于較平穩(wěn)階段時(shí)，上式為：u2 u1（ 2.6-2 ）從而實(shí)現(xiàn)了跟蹤，一旦偏差e2 反向，控制器的輸出信號(hào)立即會(huì)被選上，顯然，若在這里選用限幅法防積分飽和，則無(wú)法起到信號(hào)跟蹤功能。2.6.2 其他選擇控制系統(tǒng)選擇性控制系統(tǒng)除用于軟保護(hù)外，還有很多用途，茲舉一下數(shù)例。1用于被控變量測(cè)量值的選擇固定床反應(yīng)器中熱點(diǎn)溫度的控制就是一個(gè)例子。熱點(diǎn)溫度（即最高點(diǎn)溫度）的位置可能會(huì)隨催化劑的老化，變質(zhì)和流動(dòng)等原因而有所移動(dòng)。反應(yīng)器各處溫度都應(yīng)參加比較，擇其高者用于溫度控制。其控制方

23、案見(jiàn)圖2.6-3 。類(lèi)似的一種情況是使用復(fù)份檢測(cè)儀表時(shí)的控制問(wèn)題。成分分析儀一般比其它儀表的可靠性差。 在圖 2.6-4 所示的系統(tǒng)中， 采用兩臺(tái)分析儀， 用高值選擇器來(lái)決定儀表信號(hào)的選取，所以萬(wàn)一哪一臺(tái)分析儀出現(xiàn)刻度偏高故障時(shí)，仍然可以維持正常的控制作用。圖中方案當(dāng)然可能會(huì)造成刻度偏高故障的影響，但這里假定它不至于造成過(guò)大危害。假若刻度偏高、偏低的故障都不太允許，則應(yīng)配置三個(gè)分析儀，它們的輸出送至中值選擇器，將其中最高和最低信號(hào)均舍棄。因而在分析儀產(chǎn)生任一方向故障時(shí)，設(shè)備都能受到保護(hù)。圖 2.6-3高選器用于控制反應(yīng)器熱點(diǎn)溫度圖 2.6-4用選擇器對(duì)復(fù)份儀表檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行選擇66分程控制系統(tǒng)2

24、用于“變結(jié)構(gòu)控制”有時(shí)在系統(tǒng)達(dá)到某一約束區(qū)后，需要將調(diào)節(jié)器的輸出從一個(gè)閥門(mén)切換到另一個(gè)閥上去。圖 2.6-5 的冷凝器控制系統(tǒng)即屬于這種情況。圖中系統(tǒng)是精餾塔控制的一部分。來(lái)于精餾塔頂?shù)奈锪险羝谶M(jìn)入冷凝器后，被冷凝為液體。冷凝液流入冷凝液貯罐，并用泵輸送回塔。正常運(yùn)行條件下，全部蒸汽都是可凝的。塔頂蒸汽的壓力可以通過(guò)改變回流量來(lái)進(jìn)行控制。這里改變回流量的目的是為了調(diào)整冷凝器中冷凝液液位。圖 2.6-5精餾過(guò)程中冷凝器控制系統(tǒng)如回流量減少，則液位升高，減小冷凝器中暴露于蒸汽中的傳熱表面積使冷凝量減小蒸汽壓力上升。在此期間，回流罐液位升高，液位控制器產(chǎn)生高輸出信號(hào)，但是這個(gè)信號(hào)不會(huì)被低值選擇器選

25、中，此時(shí)，送給減法器的兩個(gè)信號(hào)相等，減法器輸出至排氣閥的信號(hào)為零，相應(yīng)地排氣閥應(yīng)處于全關(guān)狀態(tài)。如有不凝氣體在冷凝器中積累起來(lái)，壓力就會(huì)升高。壓力控制器將加大回流量，但可能冷凝器中的液體抽完，壓力仍然降不下來(lái)。這時(shí)為了避免抽空冷凝貯罐和氣蝕回泵，液位控制器必須接替壓力控制器控制回流量。對(duì)于已經(jīng)空了的冷凝器，只能依靠排出不凝氣體來(lái)減低壓力。在圖 2.6-5 系統(tǒng)中，當(dāng)選擇液位控制器控制回流量時(shí)，壓力控制就被平穩(wěn)地切換到排氣閥上。在切換點(diǎn)，送給減法器的兩個(gè)輸入信號(hào)開(kāi)始有所不同，產(chǎn)生一個(gè)打開(kāi)排氣閥的信號(hào)。壓力控制器的輸出以排氣閥代替了控制回流閥。壓力控制器參數(shù)應(yīng)當(dāng)在它控制回流量時(shí)進(jìn)行整定。當(dāng)它控制排氣

26、閥時(shí)，可以通過(guò)調(diào)整減法器通道系數(shù)K 的方法重新加以調(diào)整。液位控制器需要有外部反饋以防積分飽和，但壓力控制器沒(méi)有這個(gè)必要，因?yàn)椴徽撏ㄟ^(guò)哪一個(gè)閥門(mén)進(jìn)行控制，它的回路總是閉合的。2.7 按計(jì)算指標(biāo)的控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)于某些特殊生產(chǎn)工藝，采用能直接測(cè)量的變量作為操縱指標(biāo)不能滿足工藝要求，而可以作為操作指標(biāo)的一些變量，由于種種原因又不能直接測(cè)量出來(lái)。這時(shí)可以通過(guò)測(cè)量與此控制指標(biāo)有關(guān)的某些變量，按一定的物料或能量換算關(guān)系，由計(jì)算指來(lái)獲得控制指標(biāo)，進(jìn)行控制。這一類(lèi)由測(cè)量變量經(jīng)計(jì)算得到的控制指標(biāo)作為被控變量的控制系統(tǒng)即稱(chēng)之按計(jì)算指標(biāo)的控制系統(tǒng)。常見(jiàn)按計(jì)算指標(biāo)控制系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)來(lái)分，可有兩種情況：一類(lèi)是由

27、輔助輸出變量推算出的控制指標(biāo)，直接作為被控變量的測(cè)量值；另一類(lèi)是以某輔助輸出變量為被控變量，而它的設(shè)定值則由控制指標(biāo)算式推算來(lái)得出。這兩種情況本質(zhì)上是一致的。主要應(yīng)用在精餾塔的內(nèi)回流控制系統(tǒng)，和氣液混相進(jìn)料下熱焓控制系統(tǒng)等 2.7 1 精餾塔的內(nèi)回流控制1內(nèi)回流及其對(duì)精餾操作的影響內(nèi)回流是精餾塔平穩(wěn)操作的一個(gè)重要因素，內(nèi)回流通常是指精餾塔的精餾段內(nèi)上一層塔盤(pán)向下一層塔盤(pán)流下的液體流量。它與精餾操作一般所說(shuō)的回流量（即外回流量）是既有關(guān)系，又有區(qū)別的兩個(gè)概念。從精餾操作的原理看：當(dāng)塔的進(jìn)料流量、溫度、和成分都比較平穩(wěn)時(shí)，內(nèi)回流穩(wěn)定是67分程控制系統(tǒng)保證塔操作良好的一個(gè)重要因素。內(nèi)回流的變化會(huì)影響

28、塔盤(pán)上氣液平衡工況，導(dǎo)致塔頂、塔底產(chǎn)品可能不合格。所以要使工況穩(wěn)定，需保持內(nèi)回流量的恒定。如果進(jìn)料流量不能保證恒定時(shí)，從精餾操作可知， 要保證產(chǎn)品合格，應(yīng)使內(nèi)回流量隨塔的進(jìn)料量按一定比例變化，同時(shí)，再沸器的汽化量也要做相應(yīng)的增減。因此根據(jù)精餾塔的工藝情況，希望塔的內(nèi)回流穩(wěn)定或按規(guī)律（如與進(jìn)料量成比例）變化。2內(nèi)回流和外回流的關(guān)系內(nèi)回流與外回流之間的關(guān)系如圖2.7-1所示。外回流是塔頂蒸汽經(jīng)冷凝器冷凝后，從塔外再送回精餾塔的回流液量L0 ，因?yàn)橥饣亓魍幱谶^(guò)冷狀態(tài)，所以外回流液的溫度T0 因?yàn)榛亓髁坎荒苤苯訙y(cè)得通常要比回流層塔盤(pán)的溫度T1 低，這樣在這一層塔盤(pán)上，除了正常精餾過(guò)程的汽化和冷凝外

29、，尚需把外回流液加熱到T1 ，而這一部分熱能只能有這一層塔盤(pán)的一部分上升蒸汽冷凝所釋放的汽化潛熱來(lái)提供。因此從這一層塔盤(pán)向下流的內(nèi)回流量應(yīng)等于外回流流量與這部分冷凝液量之和，即：L1 L0 L（ 2.7-1 ）式中L1 內(nèi)回流；L0 外回流； L 冷凝液量。由式（ 2.7-1 ）可看出內(nèi)回流與外回流的關(guān)系。（ 1）若 T0T1 則 L =0， L 1L0 ；（ 2）若 T0T1 則 L 0， L1L0 。一般塔頂蒸汽采用風(fēng)冷式冷凝器冷卻，所以T0 T1 ，這樣 L1 不能用 L0 代替，而需要采用內(nèi)回流控制。3實(shí)現(xiàn)內(nèi)回流控制的方法因?yàn)閮?nèi)回流難于測(cè)量和控制，必須通過(guò)測(cè)量與其有關(guān)的一些其它變量，經(jīng)

30、過(guò)計(jì)算得到內(nèi)回流作為被控變量，方可實(shí)現(xiàn)內(nèi)回流控制。1）內(nèi)回流運(yùn)算的數(shù)學(xué)模型內(nèi)回流運(yùn)算的數(shù)學(xué)模型可以通過(guò)列寫(xiě)回流層的物料和能量平衡關(guān)系得到。物料平衡關(guān)系式如式（ 2.7-1 ）所示：L1L0 L熱平衡關(guān)系式為： LL0 cp (T1 T0 )（ 2.7-2 ）68分程控制系統(tǒng)式中冷凝液的汽化潛熱；c p 外回流液的比熱容；T1 回流層塔板溫度；T0 外流層塔板溫度。將式（ 2.7-2 ）代入式（ 2.7-1）可得：L1L0 1c p (T1 T0 ) = L0 (1 K T ）（ 2.7-3 ）式中Kc p， TT1T0 。式（ 2.7-3 ）即內(nèi)回流的計(jì)算式。因?yàn)閏 p 和值可查有關(guān)物性數(shù)據(jù)表

31、得到，外回流 L0 及溫差 T 可以直接測(cè)量得， 這樣通過(guò)式 （ 2.7-3 ）即可間接算得內(nèi)回流量 L1。2）實(shí)現(xiàn)內(nèi)回流控制的示意圖內(nèi)回流控制系統(tǒng)的原理圖如圖2.7-2 所示。由圖可知，內(nèi)回流計(jì)算裝置可以由開(kāi)方器、乘法器和加法器組成，通過(guò)它們完成式（2.7-3）的運(yùn)算。由于內(nèi)回流控制在石油、化工等生產(chǎn)過(guò)程中較為廣泛，因此人們已設(shè)計(jì)出內(nèi)回流計(jì)算的專(zhuān)用儀表，以便于使用。圖 2.7-2 所示方案是通過(guò)改變外回流量L0 來(lái)保證內(nèi)回流量L1 的，從理論上講也可以通過(guò)改變外回流液的溫度T0 來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外，如果精餾工藝中需要內(nèi)回流按其他變量如進(jìn)料量作一定比例變化時(shí)，只要把上述方案中的流量調(diào)節(jié)器的給定值由其他變量來(lái)決定就可以了。3）儀表的信號(hào)匹配問(wèn)題在“按計(jì)算指標(biāo)控制系統(tǒng)中”，總需要有一個(gè)運(yùn)算裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)關(guān)于“計(jì)算指標(biāo)” 得推算。當(dāng)用幾只模擬儀表或可編程調(diào)節(jié)器來(lái)實(shí)現(xiàn)這種運(yùn)算時(shí)，必須注意采用合適的設(shè)計(jì)步驟。一般不宜按照工藝算式來(lái)構(gòu)筑運(yùn)算裝置的框圖，而應(yīng)該先將工藝算式轉(zhuǎn)化為信號(hào)算式，再由信號(hào)算式去構(gòu)筑運(yùn)算裝置。（ 1) 根據(jù)工藝關(guān)系式設(shè)計(jì)運(yùn)算裝置步驟步驟 1：選定信號(hào)變送器型號(hào)及變送范圍，并求得信號(hào)變送算式（設(shè)選用電型組合單元儀表）：I L1L1 （ 20-4 ）+4 mA（2.7-4 ）L1量程69分程控制系統(tǒng)I L 0L0(20-4）+4 mA（ 2.