選擇性控制---過程控制系統(tǒng)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上一、選擇性控制原理 通常的自動(dòng)控制系統(tǒng)都是在生產(chǎn)過程處于正常工況時(shí)發(fā)揮作用的，如遇到不正常工況，則往往要退出自動(dòng)控制而切換為手動(dòng)，待工況基本恢復(fù)再投入自動(dòng)控制狀態(tài)。 現(xiàn)代石油、化工等過程工業(yè)中，越來越多的生產(chǎn)裝置要求控制系統(tǒng)既能在正常工藝狀況下發(fā)揮控制作用，又能在非正常工況下仍然起到自動(dòng)控制作用，使生產(chǎn)過程盡快恢復(fù)到正常工況，至少也是有助于或有待于工況恢復(fù)正常。這種非正常工況時(shí)的控制系統(tǒng)屬于安全保護(hù)措施，安保措施有兩大類，一是硬保護(hù)，二是軟保護(hù)。硬保護(hù)措施就是聯(lián)鎖保護(hù)控制系統(tǒng)。當(dāng)生產(chǎn)過程工況超出一定范圍時(shí)，聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)采取一系列相應(yīng)的措施，如報(bào)警、自動(dòng)到手動(dòng)、聯(lián)鎖動(dòng)作

2、等，使生產(chǎn)過程處于相對安全的狀態(tài)。但這種硬保護(hù)措施經(jīng)常使生產(chǎn)停車，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。于是，人們在實(shí)踐中探索出許多更為安全經(jīng)濟(jì)的軟保護(hù)措施來減少停車造成的損失。所謂軟保護(hù)措施，就是當(dāng)生產(chǎn)工況超出一定范圍時(shí)，不是消極地輸入聯(lián)銷保護(hù)甚至停車，而是自動(dòng)地切換到一種新控制系統(tǒng)中，這個(gè)新的控制系統(tǒng)取代了原來的控制系統(tǒng)對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制，當(dāng)工況恢復(fù)時(shí)，又自動(dòng)地切換到原來的控制系統(tǒng)中。由于要對工況是否正常進(jìn)行判斷，要在兩個(gè)控制系統(tǒng)當(dāng)中選擇。因此，稱為選擇性控制系統(tǒng)，有時(shí)也稱為取代控制或超馳控制。選擇性控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上的最大特點(diǎn)是有一個(gè)選擇器，通常是兩個(gè)輸入信號，一個(gè)輸出信號，如圖8-25。對于高選器，輸出信

3、號 Y等于X1和X2中數(shù)值較大的一個(gè)，如X1=5mA，X24mA，Y5mA。對于低選器，輸出信號Y等于X1和X2中數(shù)值較小的一個(gè)。圖8-25 高選器和低選器 高選器時(shí)，正常工藝情況下參與控制的信號應(yīng)該比較強(qiáng)，如設(shè)為X1，則X1應(yīng)明顯大于X2。出現(xiàn)不正常工藝時(shí)，X2變得大于X1，高選器輸出Y轉(zhuǎn)而等于X2；待工藝恢復(fù)正常后，X2又下降到小于X1，Y又恢復(fù)為選擇X1。這就是選擇性控制原理。 圖8-27丙烯冷卻器開關(guān)型選擇性控制系統(tǒng)二、選擇性控制系統(tǒng)的類型l、開關(guān)型選擇性控制系統(tǒng)如圖826所示是一個(gè)丙稀冷卻器溫度控制系統(tǒng)，目的是使裂解氣的溫度下降并穩(wěn)定在一定的溫度上。測量裂解氣出口溫度T，如T偏高，使

4、液丙烯流量加大，冷卻器中的液丙烯液面升高，載有裂解氣的列管與液丙稀的接觸面積增大，換熱加快，T下降，達(dá)到控制的目的。這是正常的工況時(shí)的控制作用。如果干擾很大，裂解氣進(jìn)口溫度很高，液面上升到全部列管均已浸在液丙烯中，仍然不能將T降下來，控制系統(tǒng)勢必要繼續(xù)加大液丙稀的流量。但這時(shí)，繼續(xù)加大液丙烯流量不能進(jìn)一步增加列管與液丙烯的換熱面積，而且，由于液面很高，液丙烯的蒸發(fā)空間太小，使換熱效率下降。更為嚴(yán)重的問題是，出口氣丙烯中可能帶有液體，即帶液現(xiàn)象，帶液氣丙烯送入壓縮機(jī)會(huì)損壞壓縮機(jī)，這是不允許的。因此，在非正常工況時(shí)，無法用圖8-26所示的簡單控制系統(tǒng)解決。根據(jù)選擇性控制思想，設(shè)計(jì)一個(gè)開關(guān)型選擇性控

5、制系統(tǒng)如圖8-27所示。比簡單控制系統(tǒng)增加了液位變送器和電磁三通閥。正常工況時(shí)，三通閥將溫度調(diào)節(jié)器來的控制信號P送至氣動(dòng)調(diào)節(jié)器室，系統(tǒng)與簡單控制系統(tǒng)相同。當(dāng)液位上升到一定位置時(shí)，液位變送器的上限節(jié)點(diǎn)接通，電磁閥通電，切斷控制信號P的通路，將大氣（即表壓為0）通入氣室，閥門關(guān)閉。液位回降至一定位置時(shí)，液位變送器上的上限節(jié)點(diǎn)斷開，電磁三通閥失電，系統(tǒng)恢復(fù)為簡單溫度控制系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)的方塊圖如圖8-28所示。圖8-28 丙烯冷卻器開關(guān)型選擇性控制系統(tǒng)方塊圖 2連續(xù)型選擇性控制系統(tǒng)開關(guān)型選擇性控制系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)閥，在正常工況向非正常工況切換時(shí)不是全開就是全關(guān)。連續(xù)型選擇性控制系統(tǒng)則是切換到另一個(gè)連續(xù)控制

6、系統(tǒng)。如圖8-29是壓縮機(jī)的連續(xù)型選擇性控制系統(tǒng)。正常工況時(shí)，P2C的輸出信號小于P1C的輸出信號，LS選P2C的輸出信號，系統(tǒng)維持壓縮機(jī)的出口壓力P2比穩(wěn)定不變。當(dāng)壓縮機(jī)進(jìn)口壓力P1下降至一定程度時(shí)，壓縮機(jī)會(huì)產(chǎn)生喘振，這成為主要的問題。由于采用了低選器LS，當(dāng)P1降至一定數(shù)值時(shí)，P1C的輸出信號會(huì)低于P2C 的輸出信號，LS選擇P1C的輸出信號為輸出，系統(tǒng)切換成為進(jìn)口壓力控制系統(tǒng)，將閥門關(guān)小，以維持P1不低于安全限；當(dāng)進(jìn)口壓力P1回升，P1C使閥門開大，P2回升，待P2回升到一定程度時(shí)，P2C 的輸出變得小于P1C的輸出，低選器動(dòng)作，系統(tǒng)恢復(fù)正常。3混合型選擇性控制系統(tǒng)同時(shí)在一個(gè)控制系統(tǒng)中使

7、用開關(guān)型與連續(xù)型選擇性控制，就是混合型選擇控制系統(tǒng)。在鍋爐的燃燒系統(tǒng)中，正常情況下，燃料氣量根據(jù)蒸汽出口壓力來調(diào)整。但有兩種非正常工況可能出現(xiàn)：一是燃料氣壓力過高，產(chǎn)生“脫火”現(xiàn)象，燃燒室中火焰熄滅，大量未燃燒的燃料氣積存在燃燒室內(nèi)，煙囪冒黑煙，并有爆炸的危險(xiǎn)，因此，應(yīng)采取措施，使燃料氣壓力不致過高；二是燃料氣壓力也不能過低，太低的燃料氣壓力有“回火”的危險(xiǎn)，導(dǎo)致燃料氣貯罐燃燒和爆炸，因此，也需要采取措施，使燃料氣壓力不過低。結(jié)合這兩種非正常工況的需要，設(shè)計(jì)混合型選擇性系統(tǒng)如圖8-30。正常工況時(shí)，蒸氣壓力P1上升，a下降，d下降，閥門關(guān)小，燃料氣流量減小，使P1下降，實(shí)現(xiàn)控制。如P2上升至有

8、“脫火”危險(xiǎn)時(shí)，b小于a，db，閥門關(guān)小，使P2下降，起防“脫火”作用。P2降至正常后，系統(tǒng)恢復(fù)蒸汽壓力控制系統(tǒng)，是連續(xù)型選擇性控制。如P3下降至有“回火”危險(xiǎn)時(shí)，P3C的下限節(jié)點(diǎn)接通，使三通電磁閥通電，電磁閥動(dòng)作，氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥膜頭氣室通大氣，氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，起防止“回火”作用。P3回升后，系統(tǒng)恢復(fù)為蒸汽壓力控制系統(tǒng)，是開關(guān)型選擇性控制。選擇器的使用，還可以構(gòu)成其他類型的復(fù)雜控制系統(tǒng)，有時(shí)也可以說，凡是應(yīng)用選擇器的控制系統(tǒng)就是選擇性控制系統(tǒng)。三、積分飽和問題l積分飽和現(xiàn)象在選擇性控制系統(tǒng)中，由于采用了選擇器，未被選用的調(diào)節(jié)器就處于開環(huán)狀態(tài)，如調(diào)節(jié)器有積分作用，偏差又長期存在，則調(diào)節(jié)器的輸出就會(huì)持續(xù)地朝一個(gè)方向變化，直至極限狀態(tài)。超出氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的正常輸入信號范圍（00201MPa），這時(shí)就進(jìn)入了積分飽和狀態(tài)。如果在這種狀態(tài)下，該調(diào)節(jié)器重新被選用，它不能迅速地從極限狀態(tài)（即飽和狀態(tài)）的014MPa或OMPa進(jìn)入氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的正常輸入信號范圍002-01MPa之內(nèi)?？刂葡到y(tǒng)不能及時(shí)地進(jìn)行控制，系統(tǒng)質(zhì)量和安全等性能都受到影響，甚至造成事故。積分飽和現(xiàn)象并不是選擇性控制系統(tǒng)所特有的，只要符合產(chǎn)生積分飽和的三個(gè)條件，即：調(diào)節(jié)器具有積分作用；調(diào)節(jié)器處于開環(huán)狀況；調(diào)節(jié)器的偏差長期存在，系統(tǒng)都會(huì)發(fā)生積分飽和現(xiàn)象。2抗積分飽和的措施（l）限幅法 采用技術(shù)措施，將調(diào)節(jié)器