第5章4选择性控制系统 12年ppt课件.ppt
5.4 选择性控制系统,5.4.1 概述5.4.2 选择性控制系统的类型及应用5.4.3 选择性控制系统的设计5.4.5 积分饱和及其防止措施,5.4.1 概 述,控制系统可分为三类：物料平衡（或能量平衡）控制，质量控制和极限控制。选择性控制属于极限控制一类。它的特点是：在正常工况下，参数不会超限，所以也不考虑对它进行直接控制；而在非常工况下，该参数会达到极限值，这时又要求采取强有力的控制手段，避免超限。选择性控制系统又叫取代控制，也称超驰控制。生产保护性措施的分类：硬保护和软保护,2.软保护,参数达到第一极限时报警 设法排除故障 若没有及时排除故障，参数值会达到更严重的第二极限，经连锁装置动作，自动停车。达到保护生产的目的。,1.硬保护,参数达到第一极限时报警 设法排除故障 在这同时，改变操作方式，按使该参数脱离极限值为主要控制目标进行控制，以防该参数进一步超限。这种操作方式一般会使原有的控制质量降低，但能维持生产的继续运转，避免了停车。,选择性控制系统：把生产过程中的限制条件所构成的逻辑关系，叠加到正常控制系统上去的一种控制方法。生产过程趋近于危险极限区，但未达到危险区时，一个用于控制不安全的控制方案取代正常情况下的控制方案，即用一个取代控制器的装置自动顶替正常情况下工作的控制器。当生产脱离危险时，再切换到正常工作下的控制器。要构成选择性控制，生产操作必须有一定选择性逻辑关系。而选择性控制的实现则需要具有选择功能的自动选择器(高值选择器和低值选择器)或有关切换装置来完成。,5.4.2 选择性控制系统的类型及应用,选择性控制系统的特点：采用了选择器。选择器在控制系统中的位置分类：1）选择器在测量变送器输出端；2）选择器在控制器的输出端，并在控制阀前 A、对被控参数的选择 B、对操纵变量的选择根据控制阀的结构分类：1)开关型选择性控制系统 2)连续型选择性控制系统 3)混合型选择性控制系统,1）选择器位于调节器之前，对变送器输出信号选择,选择的目的有两个：第一个：选出最高或最低测量值。图8-62a为反应器热点温度的选择性控制原理图。氢气和氮气在触媒的作用下合成为氨。合成塔内的反应温度是反映氨合成率的间接指标。热点温度过高会烧坏触媒，在触媒层的不同位置上插入热电偶，将测量的温度信号送至高选器，通过选择最高温度进行控制，保证不烧坏触媒。,特点：几个变送器合用一个调节器,第二个：选出可靠测量值。为防止仪器故障对装置可能造成的危害，对于关键性的检测点可同时安装三个变送器，通过选择器，选出可靠的测量信号进行自动控制，以提高系统运行的可靠程度。图8-63为反应器成分信号中值选择性控制。,2）选择器位于调节器输出端，对调节器输出信号选择,特点：几个调节器合用一个调节阀,正常调节器在生产正常情况下工作；取代调节器处于备用状态。在正常情况下，两个调节器同时输出信号到选择器，选出适应生产安全状况的控制信号给调节阀，进行自动控制。在生产状况不正常时，通过选择器(低值或高值)选出能适应安全状况的控制信号，由取代调节器代替正常调节器工作，直到生产情况恢复正常，然后再通过选择器的自动切换，仍由原正常调节器来控制生产的正常进行。,A、对被控量的选择性控制系统,工程示例：冷却器出口温度与液氨液位选择性控制系统,为了防止液氨带液进入氨压缩机危及氨压缩机安全，控制阀应选气开式。物料出口温度是工艺的操作指标，温度控制器是正常情况下工作的控制器，由于温度对象的容量滞后比较大，因此，温度控制器应选择PID控制规律。系统中液位控制器为非正常情况下工作的控制器，因此，液位控制器应选用窄比例式。由于液位控制系统是在非正常情况下工作，液位大于给定值时，反作用控制器LC下降，所以选择器应低选器LS，以防事故的发生。,B、对操纵变量的选择性控制系统,与被控量选择性控制系统的差别在于被控量有一个，而操纵变量有两个。它比普通单回路控制系统又增加了一个影响被控量的控制通道。,工程示例：加热炉的燃料供热方案 采用低值燃料A和高值燃料B供热。为了节约能源，要求只有在负荷增加后，在最大限度地使用低值燃料A仍然感到不足时，才把高值燃料B作为补充形式投入燃烧。串级控制系统：温度控制器的输出信号作为选择计算装置的输入值，经计算后，按照信号，作为低值燃料A和高值燃料B流量控制器的设定值。,1)开关型选择性控制系统,定义：一般设有A、B两个可供选择的变量。A变量：工艺操作的主要指标；B变量:工艺上对它只有一个限值要求。在限值以内时，生产过程按变量A进行连续控制，当B达到或超过限值时，选择控制系统将通过专门的装置切断A的输出，而控制阀迅速关闭或打开，直到B回到限值内，系统才重新恢复到按变量A进行连续控制。开关型选择性控制系统一般都用作系统的限值保护。,丙烯冷却器的两种控制方案,注：LS为液位开关,工程示例：在乙烯分离过程中，裂解气经五段压缩后其温度已达到88。为了进行低温分离，必须将它的温度降下来。为此，工艺上采用了液丙烯低温下蒸发吸热原理，用它与裂解气换热，达到降低裂解气温度的目的。,分析工作过程：,非正常工况时：当裂解气温度过高或负荷过大时，控制阀已被大幅开大，并且冷却器中所有的列管都有已被淹没时，裂解气温度仍降不下来，则不能再使控制阀开度继续开大了，因为一来换热面积已无法再增加，二来丙烯液位的继续上升，会使冷却器中的丙烯蒸发空间缩小，使气丙烯出现带液现象，给压缩机带来损害。,正常工况时下：液位低于限值（75%），液位开关LS断开，电磁阀失电，温度控制器输出直通控制阀，实现温度控制；,非正常工况时，液位高于限值（75%），液位开关LS接通，电磁阀得电，将温度控制器输出切断，同时使控制阀膜头与大气相通，控制阀关闭，停止进液丙烯。待冷却器中液态丙烯逐渐蒸发，液位慢慢下降到低于75%时，液位开关LS断开，电磁阀重新失电，恢复温度控制系统。,2)连续型选择性控制系统,连续型选择性控制系统与开关型选择性控制系统区别：,在连续型性选择控制系统中，一般具有两个连续控制器，它们的输出通过一个选择器后，送往控制阀。一个控制器工作在正常情况下，另一个工作在非正常情况下，并通过选择器进行切换。,当取代作用发生后，控制阀不是立即全关或全开，而是在原有开度基础上继续控制，因此，对控制阀来说，控制作用是连续的。,工作机理：,工程示例1：蒸汽压力与燃料气压力的选择性控制系统,大型合成氨工厂中，蒸汽锅炉是一个很重要的动力设备，它直接担负着向全厂提供蒸汽的任务。因此必须对锅炉的正常运行采取一系列的保护措施。问题：当燃料压力过高时，会将燃烧喷嘴的火焰吹灭，产生脱火现象。一旦发生脱火不仅会因未燃烧而导致烟囱冒黑烟，而且会在燃烧室内积存大量燃料气与空气的混合物，会有爆炸的危险。,PC1为正常控制器：蒸汽压力为被控参数PC2为非常控制器：燃料压力为被控参数,在正常情况下，燃料气压力低于产生脱火的压力，PC2感受到的是负偏差，因此它的输出PB呈现为高信号，而与此同时PC1的输出信号相对来说呈低信号。这样，低选器LS将选中PC1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的给定值时，PC2感受到的是正偏差，由于它是反作用、窄比例，因此它的输出PB一下跌为低信号，于是低选器LS将选中PC2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上升，达到防止脱火的产生。,工作过程：,工程示例2：乙烯工程中，C3绿油塔液位与去脱丙烷塔绿油流量的选择性控制系统,控制阀：气开阀FC：反作用LC：正作用,工作过程:,(1)在正常情况下，绿油塔液位L高于给定值LS(30%)，LC感受的是正偏差，其输出为高信号（LC为正作用），低选器LS将选中FC输出送往控制阀，构成流量控制系统，以维护脱丙烯塔进料的稳定。(2)当绿油塔液位L低于给定值LS(30%)时，LC感受到的是负偏差，其输出迅速地转变为低信号（LC为正作用），低选器LS将选中LC输出送往控制阀，从而构成液位控制系统，因此控制阀将被关小，防止液位继续下降。,“正”,“反”,3)混合型选择性控制系统,定义：既包含有开关型选择的内容，又包含有连续型选择的系统。问题：当燃料压力不足时，燃料气管线压力有可能低于燃烧 室压力，这样可能会出现回火现象。,解决：在方案中增加一只带下限节点的压力控制器PC3和一只三通电磁阀。,分析：当燃料气压力正常时，PC3下限节点是断开的，电磁阀是失电的，低选器LS输出直通控制阀。一旦燃料气压力下降到低于下限值时，电磁阀得电的，于是切断低选器LS控制阀的通路，使得控制阀关闭，以防回火现象。当燃料气压力恢复正常，电磁阀失电，恢复正常工作状态。,5.4.3选择性控制系统的设计,选择性控制系统的设计步骤1、根椐生产安全要求选择控制阀的开、闭形式2、根椐对象的特性和控制要求，选择控制器的控制规律及正、反作用。3、最后根椐控制器的正、反作用和选择性控制系统设置的目的，确定选择器的类型。,选择器的类型可以根据生产处于不正常情况下、正常情况控制器的输出信号高、低来确定；如果在非正常情况下它的输出信号为高信号，应选高选器；如果在这种情况下它的输出信号为低信号，应选低选器。,工程示例：氨冷却器出口温度与液氨液位选择性控制系统,LS,控制阀：气开,LC：反作用TC：正作用,为了防止液氨带液进入氨压缩机危及氨压缩机安全，控制阀应选气开式。物料出口温度是工艺的操作指标，温度控制器是正常情况下工作的控制器，由于温度对象的容量滞后比较大，因此，温度控制器应选择PID控制规律。系统中液位控制器为非正常情况下工作的控制器，因此，液位控制器应选用窄比例式。由于液位控制系统是在非正常情况下工作，液位大于给定值时，反作用控制器LC下降，所以选择器应低选器LS，以防事故的发生。,分析：,“反”,“正”,5.4.4 积分饱和及其防止措施,1)积分饱和的产生及其危害2)抗积分饱和措施,1)积分饱和的产生及其危害,积分饱和：一个具有积分作用的控制器，当处于开环工作状态时，如果偏差一直存在，那么，由于积分作用控制器的输出将不断增加或不断减少，一直达到极限为止，这种现象称之为积分饱和。积分饱和产生的条件：（1）控制器具有积分作用。（2）控制器处于开环工作状态。（3）偏差信号长期存在。内因：控制器具有积分作用；外因：偏差长期存在得不到消除。危害：积分饱和造成了控制阀的工作死区，使控制阀不能即时地发挥作用，因而导致控制品质的恶化，甚至还会导致事故。,2)抗积分饱和措施,抗积分饱和措施的分类：(1)限幅法 定义：通过采取一些专门的技术措施对积分反馈信号加以限制，从而使控制阀工作在信号范围内。(2)积分切除法 定义：当控制器处于开环状态时，将控制器的积分作用切除掉的方法。在回路处于正常工作状态时，又回复原来的积分作用。(3)外反馈法 定义：不选用其自身的输出信号作为反馈信号。采用外部信号作为控制器的反馈信号，这样，当控制器处于开环状态时，就不会形成对偏差的积分作用。外反馈法只适用于气动控制器。,
