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1、第六节 选择性控制系统,不正常工况或特大扰动时的一般处理方式（硬保护措施）：1.人工保护： 极限情况声光报警人工控制停车；问题：操作人员的生理反应难于跟上；人工操作难免出错；2.联锁保护：当生产达到安全极限时，通过专门设置联锁保护线路，使设备停车，达到保护目的。问题：动辄就使设备停车，必然会影响到生产。,6.1 选择性控制系统原理,生产操作条件趋向极限条件时，用于控制不安全情况的控制方案将自动取代正常情况下工作的控制方案。生产操作回到安全范围时，正常情况下工作的控制方案又自动恢复对生产过程的正常控制。选择性控制系统、取代控制系统、自动保护控制系统、超弛控制 。,两个或多个调节器多个变送器选择器
2、例如：两个调节器选择性控制系统：它们的输出信号通过一个选择器后送往调节阀。 “正常”调节器、“取代”调节器或“超弛”调节器。,6.2 选择性控制系统组成,常用的选择器： 高值选择器 低值选择器,6.3 选择性控制系统分类,开关型选择性控制系统：由限位信号切断控制器输出；连续型选择性控制系统：由限位信号切换为另一个控制器输出给执行器；混合型选择性控制系统：采用两个限制信号，同时进行上述两种控制。,工艺要求：A、B 两个可供选择的变量，A：操作的主要技术指标；B：限值要求。正常状态：生产过程按照变量A来进行连续控制。变量B达到极限值： 切断变量A控制器的输出 关闭或打开控制阀变量B回到限值以内：系
3、统自动重新恢复到按变量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,1) 开关型选择性控制系统,开关型选择性控制系统的应用,丙烯冷却器温度控制。乙烯分离过程中，裂解气经五段压缩后其温度已达88 。为了进行低温分离，必须将温度降下来，工艺要求降到 15 左右。采用液态丙烯低温下蒸发吸热的原理，达到降低裂解气温度的目的。,举例1,控制系统：被控变量：冷却后的裂解气温度；操纵变量：液态丙烯的流入量。控制过程：当裂解气出口温度偏高时；当裂解气出口温度偏低时；,问题：裂解气温度过高或负荷量过大控制阀大幅度地被打开。当冷却器中的列管全部为液态丙烯所淹没。而裂解气出口温度仍然降不到希望温度时
4、。就不能再一昧地使控制阀开度继续增加了。为什么？1.换热效果不会提高；2.液位的继续上升，会使气相丙烯会出现带液现象。解决方法：需要考虑到当丙烯液位上升到极限情况时的防护性措施。,改进方案：增加了一个带上限节点的液位变送器、一个电磁三通阀。上限节点一般设定在液位总高度的 75% 左右。,特点：取代作用发生后，控制阀在阀门原来开度基础上继续进行连续控制。,蒸汽锅炉：燃料为天然气或其他燃料气。蒸汽压力控制系统。正常情况： 根据产汽压力来控制所加燃料量。问题：脱火现象1）大量燃料气就会因未燃烧而导致烟囱冒黑烟2）污染环境3）爆炸的危险。,举例2,2) 连续型选择性控制系统,解决方法：燃烧系统中采用了
5、蒸汽压力与燃料气压力的自动选择性控制系统。低选器 (LS)：P2C反作用控制器，并且其比例度一般都设置得比较小。,3) 混合型选择性控制系统,锅炉燃烧系统回火：燃料气压力不足时，出现危险的回火现象 , 危及燃料气罐使之发生燃烧和爆炸。解决方法：蒸汽压力与燃料气压力连续型选择性控制系统的基础上加入防止燃料气压力过低的开关型选择的内容。,举例3,6.4 积分饱和,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, 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为止。,1) 积分饱和产生条件,积分作用控制器处于开环工作状态控制器的输入偏差
6、信号长期存在。例如：间歇生产过程中的控制器；系统出现故障、阀芯卡住、信号传送管线泄漏等。选择性控制系统：产生积分饱和的条件。,控制器处于积分饱和状态时，输出将达到最大或最小的极限值，超出执行器的有效输入信号范围。控制阀将停留在某一极限位置(全开或全关)不再变化。控制器输出在退回饱和区时，控制阀不会动作，因此，积分饱和引起控制系统滞后，控制作用不及时。选择性控制系统：在某时刻有一个控制器没有被选择，假如其积分饱和产生，如果在某个时刻重新被选择器选中，并不能立即发挥作用。为什么？退出饱和区，输出慢慢返回到执行器的有效范围以后，才能使执行器开始动作，因而控制是不及时的。,2) 积分饱和的危害,3)
7、抗积分饱和措施,l) 限幅法：对积分反馈信号加以限制，使控制器输出信号被限制在工作信号范围之内。气动和电动型仪表中有专门的限幅器；电动型仪表中则有专门设计的限幅型控制器。2) 积分切除法：控制器处于开环工作状态时，将控制器的积分作用去掉。,6.5 选择性控制器的实施方案,1.选择器位于两个调节器与执行器之间2.选择器在变送器与调节器之间特点：多个变送器共用一个调节器，实现被控变量的选点。目的：最高或最低测量值选出可靠或中间测量值,选择器性质的确定,确定选择器性质的步骤：1.从工艺安全出发确定调节阀的气开、气关形式2.对象特性3.确定调节器的正反作用方式4.确定选择器的类型。,锅炉燃料压力与蒸汽
8、压力选择控制系统1）气开阀：正作用2）蒸汽压力对象和燃料阀后压力对象：正作用3）蒸汽压力调节器和燃料阀后压力调节器都选择反作用。4）选择器的性质取决于超弛调节器：低值选择器。,举例,分程控制系统,分程控制系统,一个控制器同时控制两个执行机构并使之次第执行的控制系统。一台控制器的输出信号可以同时控制两台甚至两台以上控制阀的自动控制系统。,两个控制阀同向动作 两个控制阀异向动作,控制阀同向和异向动作,使用目的：扩大调节范围，提高调节精度；可用于两种不同的介质，以满足工艺要求；用作生产安全的防护措施。,分程控制的应用场合,1. 用于扩大控制阀的可调范围，改善控制品质。某厂蒸汽压力减压系统：锅炉产汽压
9、力为1OMPa，是高压蒸汽，而生产上需要压力平稳的4MPa中压蒸汽。为此需要通过节流减压的方法将10MPa的高压蒸汽节流减压成4MPa的中压蒸汽。选择控制阀口径：控制阀的口径很大。,问题在正常情况下蒸汽量却不需要这么大，即正常情况下控制阀只在小开度下工作。控制效果变差，控制质量降低。为解决这一矛盾，采用两台控制阀构成分程控制方案 。,控制系统中设置了两台分程阀 ：控制阀 A 和控制阀B，每个阀门上设置了阀门定位器。阀门定位器：放大系数、零点可以调整的放大器。执行器的输入信号 20100kPa 分为两段：在 2060kPa信号范围内，A阀作全行程动作， B阀处于某个极限位置；B阀在 60100k
10、Pa 的输入信号下走完全行程。 A阀处于某个极限位置,实例,蒸汽压力减压分程控制系统,蒸汽压力减压分程控制系统,组成：A、B两台控制阀（假定根据工艺要求均选择为气开阀）。A阀：在控制器输出压力为 2060KPa时从全关到全开；B阀：在控制器输出压力为 60l00KPa时由全关到全开。,蒸汽压力减压分程控制系统,工作原理：正常情况，小负荷时，B 阀处于关闭状态，只通过A阀开度的变化来进行控制。当大负荷时，A阀已全开仍满足不了蒸汽量的需要，中压蒸汽管线的阀后压力达不到给定值，于是反作用式的压力控制器 PC输出增加，超过了6OKPa, 使B阀也逐渐打开，以弥补蒸汽供应量的不足。,2. 用于控制两种不
11、同的介质, 以满足工艺生产的要求,间歇式化学反应器分程控制系统,温度控制器 TC ：反作用冷水控制阀 A 选为气关式 2060KPa蒸汽控制阀 B 选为气开式60l00KPa 。,间歇式化学反应器的分程控制系统工作过程：1.升温阶段：控制阀 TC 输出较大(大于60KPa):A阀将关闭，B阀被打开：2.当反应物温度达到反应温度：控制器的输出逐渐减小: B阀将逐渐关闭 B阀全关(60KPa),3. 用作生产安全的防护措施储罐氮封分程控制系统：1.氮封2.氮封措施：氮气压力保持为微正压。3.问题：储罐中物料量的增减会导致氮封压力的变化。4.解决方法：分程控制,储罐氮封分程控制系统组成：A阀为气开式
12、，B阀为气关式，分程特性如图所示。压力控制器 PC：反作用,储罐氮封分程控制系统工作过程,储罐压力升高时：储罐内压力降低：两阀信号交接处不灵敏区设置：B阀在2058kPa信号范围内从全开到全关A 阀在62100kPa信号范围内从全关到全开，控制器输出压力在5862KPa范围变化时，A、B两阀都处于全关位置不动。,分程控制实施中的几个问题,1. 控制阀流量特性要正确选择两阀分程点上，控制阀的放大倍数可能出现突变；采用对数特性控制阀，情况会有所改善；2.大阀的泄漏量要小于小阀当大阀的泄漏量较大时，系统的最小流通能力不再是小阀的最小流通量。3.参数的选择和整定,多冲量控制系统,多冲量控制系统：在控制
13、系统中有多个变量信号 经过一定的运算后，共同控制一台执行器，以使某个被控的工艺变量有较高的控制质量。冲量：变量。多冲量控制系统的名称本身并不确切，但在锅炉液位控制中已习惯使用这一名称。,锅炉汽包水位：给水控制统就是用来自动控制锅炉的给水量，使其适应蒸发量的变化，维持汽包水位在允许的范围内 , 以使锅炉运行平稳可靠，并减轻操作人员的繁重劳动。,单冲量液位控制系统,优点：结构简单、使用仪表少。主要用于蒸汽负荷变化不剧烈，用户对蒸汽品质要求不十分严格的小型锅炉。缺点：不能适应蒸汽负荷的剧烈变化。假液位,双冲量液位控制系统,双冲量：液位信号和蒸汽流量信号。控制阀选为气关型，液位控制器选 LC 为正作用：运算器中的液位信号应为正蒸汽流量信号运算符号应为负,双冲量控制系统的方框图,结构：双冲量控制系统是一个前馈一反馈控制系统。当蒸汽负荷的变化引起液位大幅度波动时，蒸汽流量信号的引入起着超前的作用（即前馈作用) 。,三冲量液位控制系统,三冲量：液位、蒸汽流量、供水流量的信号。及时克服由于供水压力波动而引起的汽包液位的变化。大容量、高参数的近代锅炉上应用更为广泛 三冲量控制系统的一种实施方案图,三冲量液位控制系统方框图,实质：前馈一串级控制系统被控变量：汽包液位，串级控制系统中的主变量，是工艺的主要控制指标；,
