第六章选择性控制

流经管内的被冷却物料。
LS
气开阀 LC
TC
气开阀
TC
Lsp
液氨
Tsp
液氨
在正常工况下，控制阀由温度控制器TC的输出来控制，这样可
以保证被冷却物料的温度为设定值。但是，蒸发器需要有足够汽
化空间，来保证良好的汽化条件以及避免出口氨气带液，为此又
设计了液面超驰控制系统。在液面达到高限的工况，此时，即便
被冷却物料的温度高于设定值，也不再增加氨液量，而由液位控
注意图6-1 丙烯冷却器的两种控制方案
大烯图热幅所当了和面6度淹裂一-一方积1地 没解个个（案的被 ，气带连a（方打 而温）上接b法开 裂度所）限于来。 解过示是接温达当气高的点在度到冷出或方的方控控却口负案液案制制器温荷位实（温器中度量变际a度T的仍过）送C上的列然大的与器是目管降时基执（通的全不，础行或过。部 到控上器报改为 希制增之警变液 望阀器加间换态 的将）丙 温要 度时的，电就磁不三能通再阀一。味地使控制阀开度继续增加了。
说明
要构成选择性控制，生产操作必须要具有 一定选择性的逻辑关系。
选择性控制的实现则需要靠具有选择功能 的自动选择器（高值选择器或低值选择器） 或有关的切换装置（切换器、带电接点的控 制器或测量仪表）来完成。
“选择性控制系统”的受控变量往往包括：
❖ 一个常规受控变量，需要进行定值控制；
❖ 一个区间约束变量，正常工况下无需控制， 但一旦超出允许范围就需要及时加以调节， 以防止事故的发生。
6.3 选择性控制系统的设计
❖ 选择性控制系统设计步骤如下：
从安全角度考虑，选择控制阀的气开和气关类型； 分析被控对象的特性，应包括正常工况和非正常工
况时的对象特性；根据对象特性和控制要求选择控 制器的控制规律； 确定正常控制器和非正常工况的控制器的正反作用 方式； 根据控制器的正反作用及选择性目的，确定选择器 的类型。
带上限接点的液位控制器（上限设在75%左右）、气 动控制管路上的电磁三通阀
正常情况下（液位低于75%），接点断开（常开）， 电磁阀通（电关阀），温度控制。
液位高于75%，接点闭合，切断温度控制器的输出， 控制阀气动管线与大气通，阀关闭，切断液丙烯进料。
图6-2 开关型选择性控制系统方块图
图中的方块“开关”实际上是一只电磁三 通阀，可以根据液位的不同情况分别让执行 器接通温度控制器或接通大气。
“选择性控制系统”的操作变量往往只有 一个，因此，控制系统需要随时针对实际情 况，选择某一个受控变量加以控制。
6.2 选择性控制系统的类型及应用
根据处理方法不同，选择性控制系统可以分为 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；
信号器的信号关系是：
当液位低于75％时，输出p2＝０； 当液位达到75％时，p2＝0.1MPa。
切换器的信号关系是：
当p2＝０时，py＝px； 当p2＝0.1MPa时，py＝０。
图6-3 开关型选择性控制系统
2.连续型选择性控制系统
特点 当取代作用发生后，控制阀不是立即全
开或全关，而是在阀门原来的开度基础 上继续进行连续控制。
❖ 本系统中，当液氨的
气氨
流量增大时，物料出
口温度会下降，故温
度对象的增益为
“负”，根据负反馈
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准则，温度控制器增
LS
气开阀 LC
益为“正”，应选正 TC
Lsp
作用。由于液氨流量
液氨
增大，液位上升，故
Tsp
液位控制器为反作用
❖ 控综上制所器述。，在正常情况下，液位低于上限值，液位
控制器的的输入为负偏差，则其输出为高信号。一
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。
1.开关型选择性控制系统
变量
A变量：工艺操作指标
开关型选择性 控制系统一般 都用做系统的 限值保护。
B变量：安全界限，操作在B内是安全的，
超出，生产就有危险
控制
正常情况，B处于界限内，对A进行连续控制
一旦B达到界限，为防止事故，切断A控制 器输出，使控制阀迅速打开或关闭，直到B 回到安全界限内，然后恢复A的连续控制
产生积分饱和的条件
其一是控制器具有积分作用； 其二是控制器处于开环工作状态，其输出没
有被送往执行器； 其三是控制器的输入偏差信号长期存在。
当控制器处于积分饱和状态时，它的输出将 达到最大或最小的极限值，该极限值已超出控 制阀的有效输入信号范围。
气动控制器 0.02—0.1Mpa 0 —0.14Mpa
制器LC取代温度控制器TC进行控制。这样，既保证了必要的汽
化空间又保证了设备安全。
气氨
❖ 为了防止液氨带液进入
氨压缩机后危及压缩机
的安全，控制阀应选择 气开型。
LS
TC
Tsp
气开阀 LC
Lsp
液氨
❖ 物料的出口温度是工艺的操作指标，温度控制器 是正常情况下的控制器，由于温度对象的容量滞 后比较大，所以温度控制器可以选择PID控制规 律。液位控制器为非正常工况控制器，应选窄比 例式的。
➢ 一般具有两台控制器，它们的输出通过一台 选择器（高选器或低选器）后，送往控制阀。
➢ 这两台控制器，一台在正常情况下工作，另 一台在非正常情况下工作。
举例 大型合成氨工厂的蒸汽锅炉
PA PB
PY
正图6常-4 辅助锅炉统压力PB取代控制系
异常
PB
若两控制器都为反作用 值控情生时制况的当，器下正蒸燃通，的常汽料过窄情压P气低2比况力C压选例为下来力器控非，控超系制正根制过统器常据燃给切，工产料定换其作 为比气燃例量料放。气大当压倍所力数需控很蒸制大汽，。量蒸增正汽加常压 力情时的况，控下蒸制，汽质燃压量料力将气下会压降明力，显低为下于了降产， 但采生的维的这取脱是持增是的火负压加为必的偏力燃了要压差设料防 的力 ，定气止应，因值量事急此P，。2故措它C应当发施感的相蒸生，受输应汽所这到出 时上呈出量燃的停现信减料蒸止为号少气汽了高呈时量压工信现，，力作号为也否控，，低应则制被而信相会系属号P应出1统于，C减现实非的因小脱际正输此 PA 常统用出火将控所低送现燃制取选往象烧的代器控（喷燃。L制燃嘴S料阀料的来气。气火P选压Y=压焰择力P力吹PA控1过灭C制的高）系输，
选择性控制系统也叫超驰控制 （Override Control），取代控制、和保护 控制等。其控制思想为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。
选择性控制系统设有两个控制器（或多个 变送器）由选择器选择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。
选择性控制系统中的一个控制器被选中工作 时，如果其已处于积分饱和状态，由于信号已 经超出了有效区间，阀门不动作，造成“控制 死区” ，导致控制品质恶化，甚至会造成事故 的发生。
2.抗积分饱和措施
目前防止积分饱和的方法
（1）限幅法 通过一些专门的技术措施对积分反 馈信号加以限制，从而使控制器输出信号被限制在 工作信号范围之内。
选择器的类型可以根据约束变量超过安全极限时， 非正常情况下工作的控制器输出信号的高或低（取 决于选择性约束条件及控制器的正反作用），确定 选择器是高选器还是低选器。
举例
待冷却 物料
液 氨 蒸 发 器 是 一 个 换 热气氨设 备 ， 气氨 在工业生产上用得很多。液氨
的汽化，需要吸收大量的汽化 热，因此，它可以常用来冷却
PA
PY= PB
图6-5 蒸汽压力与燃料气压力选择性 控制系统方块图
3.混合型选择性控制系统
在这种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。
燃料气管线压力过低的危害
当燃料气压力不足时，燃料气管线的压力 就有可能低于燃烧室压力，这样就会出现危险 的回火现象，危及燃料气罐使之发生燃烧和爆 炸。
第六章 选择性控制
第6章
选择性控制系统
6.1 概述 6.2 选择性控制系统的类型及应用 6.3 选择性控制系统的设计 6.4 积分饱和及其预防措施
6.1 基本概念
在某些大型工艺生产过程中，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 外，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。
增加了一个 带下限节点的 压力控制器P3C 和一台电磁三 通阀。
图6-6 混合型选择性控制方案
一旦燃料气压力下降到极限值时，下限节点接通，电磁阀通 电，切断了低选器LS送往执行器的信号，使控制阀膜头与大气 相通，膜头内压力迅速下降到零，于是控制阀将关闭，回火事 故将不致发生。当燃料气压力上升达到正常时，下限节点断开， 电磁阀中失电，低选器的输出又被送往执行器。
❖ 6.3 选择性控制系统的设计：控制阀、控制器、 选择器（设计分析）
❖ 6.4 积分饱和的概念、条件、危害及防止措施 （填空、选择、简答）
生产保护性措施有两类：一类是硬保护措施；
一类是软保护措施。 生产的硬保护措施
当生产操作达到安全极限时，有声、光警报产生。 此时，由操作工将控制器切换到手动，进行手动操作 处理，或通过专门设置的连锁保护线路实现自动停车。 但是会造成经济损失。
生产的软保护措施
通过一个特定设计的自动选择性控制系统，当生产 短期内处于不正常情况时，既不使设备停车又起到对 生产进行自动保护的目的。
旦液位高于上限值，液位控制器输出迅速变为低信
号，为保证液位控制器输出信号这时能被选中，选
择器应为低选器。
6.4 积分饱和及其防止措施
1.积分饱和的产生
一个具有积分作用的控制器，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 不断增加或减小，一直达到输出的极限值为止， 该现象称为“积分饱和”。
（2）积分切除法 当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，这样就不会使控制 器输出一直增大到最大值或一直减小到最小值，就 不会产生积分饱和问题了。
总结
❖ 6.1 选择性控制系统的概念、控制思想（填空、 选择）
❖ 6.2 三类选择性控制系统的实现原理、结构及其 控制过程分析（填空、选择、设计分析）
控制器、选择器的选择
选择性控制系统的控制要求是超过安全软限时能够 迅速切换到非正常工况的控制器。因此，非正常工 况的控制器应选择比例放大倍数很大的比例或比例 积分控制器；正常控制器与单回路控制系统的控制 器选择相同，一般选择PI控制器，对于对象滞后时 间较大的系统可选择PID控制器。
两个控制器的正反作用均可根据负反馈准则，进行 选择，与单回路系统中的确定方法相同。