选择控制系统
过程控制第6章选择性控制系统-xu
过程控制第6章选择性控制系统-xu过程控制四选择性控制系统系统必须要保证在非正常工况安全生产，一般采取的处理方法有：连锁保护紧急性停车自动切换至手动都会造成生产停止, 要很长时间才能恢复生产选择性控制系统当生产操作趋向限制条件时，一个用于控制不安全工况的控制方案将取代正常情况下的控制方案，直到生产操作重新回到安全范围以内，恢复原控制方案为止。
过程控制选择性控制是：把工业生产过程中的限制条件所构成的逻辑关系，叠加到正常的自动控制系统上去的一种组合控制方法。
即在一个过程控制系统中，设有两个调节器(或两个以上的变送器),通过高、低值选择器选出能适应生产安全状况的控制信号实现对生产过程的自动控制。
过程控制四选择性控制系统1 2 3 4 5 概述选择性控制系统类型选择性控制系统的设计积分饱和及其防止措施典型应用过程控制1概述控制系统按其实现功能，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。
液位控制温度控制选择性控制自动选择性控制系统属于极限控制，又叫自动保护控制、软保护控制、取代控制或超驰控制。
过程控制选择性控制的特点是：在正常工况下，输出参数不会超限，所以也不考虑用它进行控制；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。
过程控制要构成选择性控制，生产操作必须有一定选择性逻辑关系。
即何种情况下采用何种控制方式。
选择性控制的实现：需要具有选择功能的自动选择器(高值选择器或低值选择器)或有自动关切换装置来完成。
过程控制2 选择性控制系统的类型按照选择器在系统结构中的位置不同，选择性控制系统可分为两类：①一类是选择器放在调节器之后，对调节器输出信号进行选择控制；特点：几个调节器共用一个调节阀过程控制②另一类是选择器放在调节器之前，对测量信号做选择性控制。
特点：几个变送器合用一个调节器。
输出给定调节器-执行器对象1对象2对象3HS过程控制① 调节器输出信号选择性控制特点：选择器位于调节器之后，共用一个调节阀。
选择性控制系统
② 测量信号的选择性控制
几个变送器合用一个调节器，通过选择器选择变 送器输出信号。
一般有两个目的：
1、选出最高或最低值
例：在反应器中，由于 流体流动和触媒老化，反 应程度在各个位置不同。 为防止烧坏触媒，要找出 最高温度点。
2、选出可靠的测量值
例：在某些反应器中，采用成分 作为被控量。如果成分传感器性 能不够，控制失败可能导致爆炸 危险。
选择器的选型
包括高值选择器、低值选择器
如何选择要看在何种条件下选择取代调节器，如 果是输出高时，就采用高值选择器。否则相反。
调节器参数选择可以按照单回路进行。
设计举例：汽包燃气压力控制
在锅炉的运行中，蒸汽负荷 随用户需要而经常波动，在正 常情况下，用控制燃料量的方 法来维持蒸汽压力的稳定。
要构成选择性控制，生产操作必须有一定选择性 逻辑关系。即何种情况下采用何种控制方式。
选择性控制的实现：需要具有选择功能的自动选 择器(高值选择器或低值选择器)或有自动关切换 装置来完成。
2 选择性选择性控 制系统可分为两类： ①选择器放在调节器之后，对调节器输出信号进行 选择控制；
采取冗余技术，同时安装三个传 感器，尽可能取到最可靠的值。
3 选择性控制系统的设计
包括调节阀气开、气关形式选择；调节器正反 作用选择；选择器选择和调节参数整定。
气开、气关形式按照单回路同样方法确定。
正常调节器一般用PI或PID；取代调节器一般 保证迅速采取措施，防止事故发生，故采用P 控制规律。
• 选择性控制中积分饱和 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，达到积分饱合。
7选择性控制系统
绿油塔液位与脱丙烷塔进料选择性控制系统方块图
第7章 选择性控制系统
7.2 选择性控制系统的类型
例3.具有逻辑提量功能的锅炉燃烧控制系统
工作过程分析参见 第5章5.2.6
两套连续型选择性控制系统，共同完成提负荷时先提空 气量后提燃料量，而降负荷时则先降燃料量后降空气量 ，从而实现具有逻辑提量功能的比值控制系统。
第7章 选择性控制系统
7.2 选择性控制系统的类型
对于选择变送器输出信号的连续型选择性控制系统，至少 需采用两个或两个以上的变送器，且变送器的输出信号均送 入选择器，选择器选择符合要求的信号送至调节器，实现控 制功能。
化学反应器热点温度选择性控制系统
第7章 选择性控制系统
7.2 选择性控制系统的类型
过程控制
Process Control
上篇 过程控制系统
第7章 选择性控制系统
本章要点 ◇ 选择性控制的概念 ◇ 选择性控制系统的类型
◇ 选择性控制系统的设计
本章学习目标 ◇ 掌握选择性控制的基本概念 ◇ 了解选择性控制系统的类型 ◇ 掌握各类选择性控制系统的工作原理、设计方法与适用场合 ◇ 理解积分饱和现象产生的原因
连续型选择性控制系统
选择调节器的输出信号 选择变送器的输出信号
第7章 选择性控制系统
7.2 选择性控制系统的类型
在选择调节器输出信号的连续型选择性控制系统中，一 般具有两台连续型调节器，它们的输出通过一台选择器（高 选器或低选器）后，送往调节阀。这两台调节器一台在正常 情况下工作，一台在非正常情况下工作。
7.2.3 混合型选择性控制系统
混合型选择性控制系统中,既包含有开关型选择的内容， 又包含有连续型选择的内容。
带下限接点 当燃气压力 低于下限值 时，关闭控 制阀，防止 “回火”
选择性控制系统.
举例：氨冷却器出口温度与液氨液位选择性控制系统
①为了防止液氨带液进入氨压缩机后危及氨压缩机的安全， 调节阀应选择气开式。这样一旦调节阀失去能源(即断气), 调节阀处于关闭状态，不致使液位不断上升。
②温度对象:液氨流量↑→出口温度↓为“-” ；调节阀：气开为“+”；
TC“正作用” 液位对象:液氨流量↑→液氨液位↑为“+” ；调节阀：气开为“+”； LC“反作用” ③物料出口温度是工艺的操作指标。温度调节器TC是正常 情况下工作的调节器，应该选择PID控制规律。 液位调节器为非正常情况下工作的调节器，为了在液位上 升到安全限度时，液位调节器能迅速地投入工作，液位调 节器应选为窄比例式的。 ④当液位大于上限值时,LC输出为低信号,选择器应为“低选器”。
一．选择性控制系统概述
选择性控制又叫取代控制，也称超驰控制。 在大型生产工艺过程中，除了要求控制系统在生产 处于正常运行情况下能够克服外界干扰，维持生产的平 稳运行，当生产操作达到安全极限时，控制系统应有一 种应变能力，能采取一些相应的保护措施，促使生产操 作离开安全极限，返回到正常情况；或是使生产暂时停 下来，以防事故的发生或进一步扩大。
开关型选择性控制系统一般都用作系统的限值保护。
丙烯冷却器温度控制系统
正常工况下（液位低于75%）：裂解气出口温度控制系统 非正常工况（液位高达75%）：关闭调节阀，液位慢慢下降 当液位低于75%时
给定
温度控制器
开 关
执行器
液位对象
液位
温度对象
温度
测量变送器 测量变送器
开关型选择性控制系统方框图
用信号器、切换器组成的开关型选择性控制系统
确定选择器的类型
控制规律选择：
选择性控制系统
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。
（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。
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。（Selective Control）
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
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。
选择过程控制系统的控制变量的一般原则
选择过程控制系统的控制变量的一般原则下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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二、选择性控制系统
过程控制与自动化仪表P222三、选择性控制系统选择性控制系统（超驰控制系统，override control system）也有人称其为自保护系统或软保护系统。
选择性控制是把生产过程中对某些工业参数的限制条件所构成的逻辑关系迭加到正常的自动控制系统上去的组合控制方案。
（一）控制原理选择性控制系统由正常控制部分和取代控制部分组成。
正常情况下正常控制部分工作，取代控制部分不工作；当生产过程某个参数趋于危险极限时但还未进人危险区域时，取代控制部分工作，而正常控制部分不工作，直到生产重新恢复正常，然后正常控制部分又重新工作。
从而，使控制系统能在正常和异常情况下自动切换工作，起到软保护的作用。
选择性控制系统的特点是选用了选择器，设有两个调节器(或两个以上的变送器)，通过具有选择功能的自动选择器（高值或低值选择器）或自动切换装置，选出能适应生产安全状况的控制信号实现对生产过程的自动控制。
根据选择器在整个系统的位置可分为两种类型。
其一是选择器安装在两个调节器的输出端，对调节器输出信号进行选择，两个调节器公用一个调节阀，如图1所示。
这类系统正常生产时，取代调节器处于待命备用状态，不正常工况出现时，由选择器选出能适应工况的控制信号，用取代调节器工作，结构简单，应用比较广泛。
其二是选择器安装在调节器之前，对变送器输出信号进行选择，这种系统至少有两个以上的变送器，由选择器选择符合工艺要求的输出信号送至调节器。
图2 类型二根据处理方法不同，选择性控制系统又可以分为三类：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。
（二）工程设计应考虑的问题选择性控制系统的设计包括调节阀气开、气关形式选择，调节器正、反作用选择，选择器的选型及系统参数整定等内容。
1.调节阀气开、气关形式可按照单回路控制系统的方法确定，根据生产工艺安全原则来选择。
第6章 选择性控制系统
第六章选择性控制系统6.1 概述所有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，该参数不会超限，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1.硬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。
2.软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。
当生产操作趋向极限条件时，用于控制不安全情况的控制系统将取代正常情况下工作的控制方案，直到生产操作重新回到安全范围时，正常情况下的控制方案又恢复对生产过程的正常控制。
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。
6.2选择性控制系统的类型及应用6.2.1 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。
其中A是工艺操作的主要指标；另一个变量B，工艺上对它只有一个限值要求。
当B工作在限值以内时，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。
目的：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。
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y(k) y(k 1) (1) y(k), 0 1
数字PID
u
Kc
e(t)
1 Ti
t
e(t)dt
0
Td
de(t dt
)
u0
取：
e(k) r(k) ym(k)
比例作用 u(k )P Kce(k )
积分作用
u(k )I
发生了什么？ 失真
慢速采样
信号采集 —— 信号保持
在执行控制期间信号保持为上次采样的值
零阶保持后的信号
保持会改变 动态吗？ 连续信号
信号采集 —— 信号保持
与原始信号有约半个采样周期的纯滞后
保持后的近似连续信号
连续信号
A/D转换
被测变量 量程 传感变送 4～20 mA
硬件实现
A/D转换 0～2N－1
e(k )
2e(k
1)
e(k
2)
u(k )
Kc
e(k)
e(k
1)
Ts Ti
e(k )
Td Ts
y(k )
2 y(k
1)
y(k
2)
积分分离
Ki
Ts
Ti
,
e(k) A
0, e(k) A
不灵敏区
u(k
)
u(k
0
Ym
211 212 1
(150
50)
50
100℃
数据处理
数据有效性检查
测量变送器失灵或故障会产生无效数据
信号补偿
有些信号需要进行补偿，如热电偶需要进行冷端温度 补偿
线性化处理
有些信号与真实的物理量不是成线性关系，如差压变 送器输出信号与真实的流量信号是开方关系，热电 偶的热电势与所测温度之间也是非线性关系
数字PID控制
于玲
浙江大学控制系 2015/03/19
概要
数字PID控制的组成 数字PID算法及其改进
如何实现数字 PID控制？
数字PID控制
数字PID的主要组成
下面来看看各 个组成部 分
输出处理：
手自动切换； 输出限幅
PID算法：
正反作用设置； 防积分饱和； 微分处理； 不灵敏区设置
＋ 设定值
－
信号处理与 滤波
采样、保持、 A/D转换
D/A转换
传感变送
过程
信号采集 —— 采样速率
发生了什么？ 连续信号
快速采样
采样速度 应多快？
慢速采样
信号采集 —— 采样速率
连续信号
失真：当采样速率与信号的 变化相比太慢会造成失真。 Shannon定理：采样频率必须 大于等于信号最高频率的两倍。
位置式和增量式的比较
位置式需由外部引入初始阀位值，增量 式不需要
位置式需防积分饱和，增量式不会产生 积分饱和
只有存在偏差时，增量式才会有输出 增量式容易实现从手动到自动的切换
PID改进方法
微分先行
u(k )
Kc
e(k )
e(k
1)
Ts Ti
e(k )
Td Ts
递推平均 滤波
加权递推 平均滤波
一阶滞后 滤波
if
y(k)
y(k
1)
b, b,
y(k) y(k) y(k) y(k 1)
连续三次采样的中间值作为有效信号
N 1
y (k )
1 N
y(k i)
i0
y(k) C0 y(k) C1 y(k 1) CN1y(k N 1)
可实现高级控制算法 可对过程进行监视 可实现过程优化 可实现诊断
1) Ts Ti
k1 e(i) Td
i1
Ts
e(k
1) e(k
2) us
u (k )
Kc
e(k )
e(k
1)
Ts Ti
e(k )
Td Ts
e(k )
2e(k
1)
e(k
2)
u(k) u(k) u(k 1)
增量式计算到达终端执行器的变化量 有什么好处？
0,
),
e(k ) e(k)
B
B
数 字 P I D 的 续控制时
控制参数为：
u(k)
K
c
e(k
)
Ts Ti
k e(i) Td
i0
Ts
e(k) e(k 1) us
数字控制的效果
为何采用数字控制
Ts Ti
k e(i) Td
i1
Ts
e(k) e(k 1) us
将三种作用汇 集起来
数字PID —— 增量式
u(k
)
Kc
e(k )
Ts Ti
k e(i) Td
i1
Ts
e(k) e(k 1) us
u(k
1)
Kc
e(k
0～2N－1
测量值
软件实现
课堂练习：A/D转换
温度变送器的量程为50～150℃，输出为4～20mA。 假设采用12位的A/D，当采样值为100000000000b时， 实际的测量值是多少？
100000000000b 转为十进制 211 2048
Ym 50 150 50
211 0 (212 1)
KcTs Ti
k
e(i)
i 1
微分作用
u(k )D
KcTd
e(k) e(k Ts
1)
数字PID —— 位置式
1t
de(t)
u
Kc
e(t)
Ti
0 e(t)dt Td
dt
u0
数字PID，位置式计算到终端执行器的输出
u(k
)
Kc
e(k
)
归一化处理
滤波
噪声：测量中不可再现 的部分称为噪声。
信号？
噪声？
很难得到如 此明确地 区分！
滤波
传感器信号 模拟滤波
A/D
数字滤波
后续处理
模拟滤波电路(RC)
程序判断滤波 中值滤波 递推平均滤波 加权递推平均滤波 一阶滞后滤波
如何实 现？
数字滤波
程序判断 滤波
中值滤波