过程控制-4.7-选择控制

1、第四章4.7选择控制系统选择性控制系统选择性控制系统问题提出：一旦生产中遇到特大干扰作用或其它不正常、不安全工况时，传统控制系统往往不能或不允许运行，这种情况解决的方法是采用选择性控制系统。选择器LS/HSacbLS：当ab时，c=bHS：当ab时，c=a问题的解决：要构成选择性控制，生产操作必须具有一定选择性逻辑关系。而选择性控制的实现则需要靠具有选择功能的自动选择器（高值选择器HS和低值选择器LS）或有关的切换装置（切换器、带接点的控制器或测量装置）来完成。选择器LS/HS：选择性控制系统选择性控制系统1、开关型选择控制系统（示例）工艺描述：在乙烯分离过程中，裂解气经五段压缩后其温度已达到

2、88度，为了进行低温分离，必须将它的温度降下来（工艺要求降到15度）。为此，工艺上采用了液丙烯低温下蒸发吸热的原理，用它与裂解气换热，达到降低裂解气温度的目的。液丙烯C15气丙烯裂解气）（C88TCTC液氨液氨C15C15气氨气氨裂解气）（C88裂解气）（C88（a）（b）图图1 丙烯冷却器的两种控制方案丙烯冷却器的两种控制方案VLTTT选择性控制系统选择性控制系统l传统控制方案：图1（a）所示控制方案，实际上是通过改变换热面积的方法，来达到控制裂解气出口温度的目的。当裂解气温度偏高时，控制阀开大，液氨流量也随之增大，冷却器的液位将会上升，冷却器中列管被液氨浸没的数量增多，换热面积增大，因而，

3、为液氨汽化所带走的热量将会增多，因此裂解气温度下降。反过来，当裂解气温度偏低时，控制阀关小，液氨的液位将会下降，换热面积减小，液氨汽化所带走的热量减小，裂解气温度将会上升。因此，通过对液氨流量的控制，就可以达到维持裂解气出口温度的目的。 l存在的问题：然而，有一种情况必须进行考虑，当裂解气温度过高或负荷过大时，控制阀势必要大幅度地被打开。当换热器中的列管已全部为液氨所淹没，而裂解气出口温度仍然降不下来时，不能再使控制阀开度继续开大了。因为，一来这时液位继续升高已不能增加换热面积，换热效果不能再提高，再增加控制阀的开度，冷量则得不到充分的利用；二来液位的继续上升，会使冷却器中的蒸发空间逐渐缩小，

4、甚至会完全没有蒸发空间，以至于使气氨出现带液现象。而气相带液进入压缩机带来损害，这是不允许的。选择性控制系统选择性控制系统改进的控制方案开关型选择控制系统：方案（b）是在方案（a）的基础上增加了一个带上限接点的液位控制器（或报警器）和一个连接于温度控制器输出去控制阀的气动信号管路上的电磁三通阀。上限接点一般设置在液位高度的75%，接点是断开的（常开接点），电磁阀保护压缩机不受损害已成为主要矛盾，于是，液位控制器上限接点闭合，电磁阀得电，将温度控制气输出切断，同时使控制阀的膜头与大气相通，使膜头压力很快下降为0，于是控制阀很快关闭，这就终止了液氨继续进入冷却器。待冷却器中液氨逐渐蒸发，液位慢慢下

5、降到低于75%时，液位控制器上限接点又复断开，电磁阀重新失电，于是温度控制器的输出又直接送往控制阀，恢复成温度控制系统。选择性控制系统选择性控制系统控制方块图：温度控制器开关控制阀液位对象温度对象液位温度GTCGVG冷却器G列管LTTT+_选择性控制系统选择性控制系统2、连续型选择控制系统（）选择性控制系统选择性控制系统TC液氨C15气氨裂解气）（C88（C）VLTTTLCLS问题：（1）控制阀特性?（2）控制器正反作用？（3）工作过程？2、连续型选择控制系统（）锅炉所用燃料为天然气或其他燃料气，在正常情况下，根据产汽压力来控制燃料气量。用户所需蒸汽增加时，蒸汽压力就会下降，为维持蒸汽压力，必

6、须在增加供水的同时，增加燃料气量。反之，减小燃料气量。但燃料气压力过大时，会将燃烧喷嘴的火焰喷灭，产生脱火现象。脱火现象会污染环境，严重时引起爆炸。为防止脱火现象的产生，在锅炉系统中采用了如图2所示的蒸汽压力与燃料气压力选择性控制方案。 图中，PC1，PC2均为反作用，其中PC1为正常情况下工作的控制器，PC2为非正常情况下的控制器，而且是窄比例的（即比例放大倍数很大）。 PC1PC2蒸汽燃料气供水PBVPA图图2 蒸汽压力与燃料气压力选择控制系统蒸汽压力与燃料气压力选择控制系统PT1LSPT2PY选择性控制系统选择性控制系统控制方案：在正常情况下，燃料气压力低于产生脱火的压力（即低于给定植）

7、，PC2感受到的是负偏差，因此，它的输出PB呈现为高信号（因为PC2为反作用，窄比例）。而与此同时PC1的输出信号相对来说则呈现为低信号。这样，低选器LS将选中PC1的输出PA送往控制阀，构成蒸汽压力控制系统。当燃料气压力上升到超过PC2的给定植（脱火压力）时，PC2感受到的是正偏差，由于它是反作用、窄比例，因此PC2的输出PB送往控制阀，构成燃料气压力控制系统，从而防止燃料气压力的上升，达到防止脱火的产生。待燃料气压力下降到低于给定植时，重新回到蒸汽压力控制系统。选择性控制系统选择性控制系统PAGPC1Gv GPT1GPC2 GPT2L S G管道 G锅炉PYPBP1P2控制方块图：进燃料气

8、：压力流量温度供水流量锅炉自身负荷+选择性控制系统选择性控制系统3、混合型选择性控制系统（示例）问题提出：这种系统中既包含有开关型选择的内容，又包含有连续型选择的内容。例如锅炉燃烧系统既考虑“脱火”又考虑“回火”的保护问题，就可以设计一个混合型选择系统来进行解决。 PC1LSPC2蒸汽燃料气供水PA图图3 混合型选择控制系统混合型选择控制系统PC3PT1PT2PT3PBPCPYV控制方案：在本方案中增加了一个带下限接点的压力控制器PC3和一个三通电磁阀。当燃料气压力正常时，PC3下限接点是断开的，电磁阀失电，低选器LS输出直通控制阀，此时系统的工作情况与图2相同。一旦燃料气压力下降到低于下限值

9、，PC3下限接点接通，电磁阀得电，于是便切断了低选器LS至控制阀的通路，并使控制阀的膜头与大气相通，膜头压力将迅速下降到0，于是控制阀将关闭，以防止“回火”的产生。当燃料气管线压力慢慢上升到正常值时，PC3接点又复断开，电磁阀复断电，于是低选器LS的输出又能直通控制阀，恢复成图2的控制方案。3、混合型选择性控制系统（示例）控制方块图：LSGPC1(s)Gv(s)G管道(s)GPT1(s)GPC2(s)开关GPC3(s)G锅炉(s)GPT3(s)GPT2(s)+进燃料气：压力流量温度供水流量锅炉自身负荷P1PAPBPCPY3、混合型选择性控制系统（示例）选择性控制系统n 积分饱和及其防止积分饱和

10、及其防止 一个具有积分作用的控制器，当其处于开环工作状态时，如果偏差输入信号一直存在，那么由于积分作用的结果，将使控制器的输出不断增加或不断减小，一直达到输出的极限值并保持在此极限值上，而控制器暂时丧失了控制功能的现象，称为“积分饱和”现象。 n 产生积分饱和的原因产生积分饱和的原因1、控制系统中控制器具有积分控制规律；2、控制器输入偏差长期存在得不到补偿。 选择性控制系统n防止积分饱和方法防止积分饱和方法1、限幅法 通过专门的技术措施对积分反馈信号加以限制（电动 型仪表、电动 型仪表中有专门设计的限幅控制器 2、外反馈法 在控制器处于开环状态时，借用其它相应信号对控制器进行积分外反馈来限制积分的作用 3、积分切除法 在控制器处于开环工作状态时，就将控制器的积分作用切除掉 选择控制系统的抗积分饱和控制器1控制器2积分外反馈LS设定1设定2测量1测量2u1u2抗积分饱和方法：抗积分饱和方法：当某一控制器起作用时，让另一备用控制器的输出跟踪起作用控制器的输出，从而避免备用控制