4.3.2选择性控制系统

4.3.2选择性控制系统主要内容基本原理系统结构性能分析设计与应用4.3.2.1基本原理在生产过程中，一般都有一定的安全保护措施。例如，声光报警或自动安全联锁。即当生产工艺参数达到安全极限时，报警开关接通，通过报警灯或警铃发出报警信号，改为人工手动操作或通过自动安全联锁装置，强行切断电源或气源，使整个工艺装置或某些设备停车，待操作人员排除故障后再重新启动。随着生产的现代化，一些生产过程速度很快，操作人员往往还没有反应过来，事故可能已经发生了。现在的生产多数都是大规模的连续生产，安全联锁装置在故障时强行使一些设备停车，引起大面积停工停产，将会造成很大的经济损失。因此，一种既能自动起保护作用而又不停车的“软保护”措施就应运而生了。这就是选择性控制系统，也称为取代控制系统或超驰控制系统。在选择性控制系统中，把生产过程中的限制条件所构成的逻辑关系叠加到正常的控制系统中去，即当工艺过程参数趋近于危险极限，但还未到达危险极限时，一个用于控制不安全情况的控制方案将取代正常情况下工作的控制方案，用取代控制器自动顶替正常工况下的控制器的工作。正常控制器与取代控制器的自动切换可由选择器进行判别。定义：把控制回路中有选择器的控制系统称为选择性控制系统。（SelectiveControl)选择器实现逻辑运算，分为高选器和低选器两类。高选器输出是其输入信号中的高信号，低选器输出是其输入信号中的低信号。4.3.2.2系统结构根据选择性控制系统中被选择的变量性质，可分为三种类型：对被控变量进行选择的选择性控制系统对操纵变量进行选择的选择性控制系统对测量信号进行选择的选择性控制系统（1）对被控变量的选择性控制系统被控变量有两个，而操纵变量（执行器）只有一个，选择器对被控变量进行选择。例：液态氨冷却器控制系统液氨蒸发冷却器是工业生产中常用的一种换热设备，它利用液氨的蒸发吸取大量的汽化热，来冷却流经管内的被冷却物料。工艺上要求被冷却物料的出口温度稳定为某一定值，所以将被冷却物料的出口温度作为被控变量，以液态氨的流量作为操纵变量，构成正常工况下的单回路定值控制系统。液态氨冷却器单回路定值控制系统控制阀：气开式温度控制器：正作用在正常工况下，操纵液氨流量使被冷却物料的出口温度得到控制，而液位在允许的一定范围内变化。如果突然出现非正常情况，假设有杂质油漏入被冷却物料管线，使导热系数下降，原来的传热面积不能带走同样多的热量，只有使液位升高，加大传热面积。如果当液位升高到全部淹没换热器的所有列管时，传热面积已达到极限，出口温度仍没降下来，温度控制器会不断地开大控制阀门，使液位继续升高，将导致气氨中夹带液氨进入压缩机，损坏压缩机叶片。为了保护压缩机的安全，要求氨蒸发器有足够的气化空间，限制氨液面的上限高度，因此，需要在温度控制系统的基础上，增加一个液面超限的取代单回路控制系统。液态氨冷却器选择性控制系统液位控制器：反作用选择器：低选器系统框图工作原理在正常工况下，液位处于安全范围，低于界限值，由于液位控制器的反作用使其输出高于温度控制器的输出，从而低值选择器选中了温度控制器，液位控制器处于开环待命的状态。当氨的液位达到高限值时，由于液位的升高使液位控制器的输出减小，同时，冷却物出口温度较高，正作用的温度控制器输出较大，因而低值选择器立即选中液位控制器，而温度控制器则成为开环状态。（2）对操纵变量的选择性控制系统被控变量只有一个，而操纵变量却有两个，选择器对操纵变量进行选择。例：对燃料的选择性控制系统加热炉采用多种燃料燃烧，当低值燃料A的流量没有超过上限值AH时，尽量用A燃料。在AAH时则用高热值燃料B来补充。多燃料燃烧的选择性控制系统系统框图（3）对测量信号的选择将选择器接在变送器的输出端，一般用来对测量信号进行选择。例：对反应器各处温度测量值的选择性控制系统。反应器内装有固定触媒层，由于热点温度的位置可能会随着催化剂的老化、变质和流动等原因而有所移动，为防止反应温度过高烧坏触媒，因此，反应器内各处温度都应参加比较，选择其中的最高温度用于控制。对温度测量值的选择性控制系统4.3.2.3设计与应用1、抗积分饱和在选择性控制系统中，无论在正常工况下，还是在异常工况下，总是有控制器处于开环待命状态，对于开环下的控制器，其偏差长时间存在，如果有积分控制作用，其输出将进入深度饱和状态，一旦选择器选中这个控制器工作，控制器因处于饱和状态而失去控制能力，只能等到退出饱和以后才能工作，所以在选择性控制系统中，对有积分作用的控制器，务必要采取抗积分饱和措施。抗积分饱和措施在选择性控制系统中，抗积分饱和的方法多采用如图所示的外反馈法，即将选择器输出作为积分外反馈信号，分别送两个控制器。实现输出信号的跟踪和同步。2、控制器选择与参数整定（1）由于对正常控制器的控制精度要求较高，控制规律的选择和单回路定值控制系统一样，一般情况下采用PI作用，若容量滞后较大，可适当引入微分环节。而取代控制器在大多数情况下处于开环待命状态，只有在出现故障时，用它作为暂时性的措施，因此，一般选P作用就可以了。但当对极限值要求严格时，也可采用PI控制。（2）对控制器的参数整定时，两个控制器都可以按照单回路控制系统的整定方法进行。值得注意的是，取代控制器是为了安全、避免事故发生，所以对取代控制器的要求是，一旦投入工作，控制作用要强，速度要快，因此，比例度应整定得较小，积分时间也应较短，以便产生及时的保护作用。选择性控制系统与比值系统的结合例：下图是锅炉燃烧过程基本控制中的逻辑提量与逻辑减量控制系统。（1）请说明该控制方案的特点和控制目标。（2）假设燃烧稳定时燃料与空气的比值是1：3，蒸汽检测仪表输出为12mA（标准信号为4-20mA），请叙述蒸汽仪表输出信号为14mA与10mA时此控制方案的工作过程。难点与重点了解选择性控制系统的基本原理与控制特点掌握选择性控制系统的三种结构，并能对其性能进行分析。了解选择性控制系统的设计与应用，特别是抗积分饱和的措施。