最经典选择性控制系统教程和选择性控制系统口诀

2018/1/10 14:53:00 人评论 次浏览 分类:过程控制  文章地址:http://yunrun.com.cn/tech/597.html

选择性控制系统属于复杂控制系统之一,昌晖仪表与大家分享选择性控制系统口诀、选择性控制系统分类和选择性控制系统应用的相关专业技术知识。

选择性控制系统仪表工口诀
常用的控制系统通常只能在一定工况下工作,不能完全满足所有生产过程安全、经济运行的要求。当不正常工况或特大干扰出现时,原有的控制系统可能就无能为力了,下图是选择性控制系统在一个氨冷却器的应用实例,其任务是既控制被冷物料温度又控制液氨液位。它是根据被冷物料温度来控制液氨的进入量。但是当物料温度很高时,液氨的用量必然增加,会导致容器内的液位超高,使液氨的蒸发空间不够,而使气氨中夹带液氨,这样会使氨压缩机出事故,当然采用联锁装置也可避免事故的发生,但这样会造成生产过程的暂时停顿,不利于生产如果换为手动操作又可能会跟不上生产的速度变化,或发生误操作。那能否既不使生产停顿,又不必用手动操作来避免事故呢?办法就是用选择性控制系统。
 氨冷却器选择性控制系统组成示意图                                             
图1  氨冷却器选择性控制系统组成示意图


前辈们对选择性控制系统仪表工用口诀进行了总结: 
选择系统不一般,两个回路互切换;
开变闭,闭变开,全靠选择器把关。
安全生产有保证,危险状态变安全;
自控领域再扩大,选择系统有贡献。 

选择性控制系统口诀中:“选择系统不一般”是说选择性控制系统虽是一个单回路系统,但由于其增加了一个取代控制器和低值选择器,因此就可满足生产的特殊需要。

“两个回路互切换;开变闭,闭变开,全靠选择器把关”是说选择性控制系统就是在一个控制系统中用两个控制器,及一个安装在控制器与调节阀之间的选择器,两个控制器通过选择器合用一个调节阀,其中一个控制器在正常工况下工作,此控制器称为正常控制器;另一个控制器处于开环状态,该控制器则称为取代控制器。一旦工况不正常时就由另一个取而代之,直到工况恢复正常后,再切换到原来的控制器进行正常的控制。结合上图看看选择性控制系统是怎样工作的,当液位低于给定值时,液位控制器H输出很大,低值选择器就选择温度控制器T,进行温度控制。当物料温度很高时,液氨进量的加大将导致液位超过给定值,液位控制器输出下降,下降到低于温度控制器输出时,低值选择器将使液位控制器取代温度控制器,而使液氨的进量减少,直至液位正常。随着物料温度的下降,温度控制器的输出也在下降,当降到低于液位控制器输出时,系统又重新切回到温度控制。如此循环就达到了:“安全生产有保证,危险状态变安全”。

选择性控制系统的类型
1、开关型选择性控制系统
如图2是一个丙稀冷却器简单温度控制系统,丙稀冷却器温度控制系统的目的是使裂解气的温度下降并稳定在一定的温度上。温度控制系统通过测量裂解气出口温度T,在裂解气出口温度高时增大液丙烯流量,加速裂解气和液丙烯之间的热交换,反之亦然,从而达到控制裂解气出口温度的目的。
 丙烯冷却器简单控制系统                                                    
图2  丙烯冷却器简单控制系统


实际生产过程中,要充分换热、出口气丙烯中不能带有液体,才能兼顾最佳温度控制效果和系统安全。丙稀冷却器通过液丙烯流量来改变液丙烯液位、列管与液丙烯的换热面积随液位变化而变化,液丙烯因吸热从液态蒸发气态,丙稀冷却器出口气丙烯送至空压机压缩。生产工艺这样要求:①保持合理液丙烯液位高度才能正常蒸发空间;②列管完全浸没在液丙烯中时设备达到最大换热面积;③出口气丙烯中不能含有液态丙烯,否则导致空压机损坏。

在现场干扰大、裂解气进口温度高等非正常工况时,单回路温度控制系统仍通过增大液丙烯流量方式使裂解气出口温度T降低,当列管均已全部浸在液丙烯中而温度T仍没降下来,单回路温度控制系统仍会继续加大液丙稀的流量,液位将持续上升。但此时设备已达最大换热面积,高液位较小了液丙烯蒸发空间、使热交换效率下降并且出口气丙烯中可能带有液态成分,此时单回路温度控制系统控制效果已不能满足现场生产工艺要求了。
 丙烯冷却器开关型选择性控制系统                                               
图3  丙烯冷却器开关型选择性控制系统 


自控工程师将单回路控制系统更换为开关型选择性控制系统即解决上述问题!图3是按照丙烯冷却器生产工艺、依据选择性控制思想设计的开关型选择性控制系统,开关型选择性控制系统比简单控制系统增加了液位变送器和电磁三通阀。正常工况时,三通阀将标准阀门控制气源送至气开调节阀,以单回路温度调节器来自动控制调节阀开度;当液丙烯液位达到液位上限报警位置时液位变送器上限报警节点动作且接通电磁三通阀,此时电磁阀切断阀门控制气源,将大气连通阀门气室,调节阀阀门自动关闭;当液位恢复至正常状态时,液位变送器上限报警解除,三通电磁阀切断大气与阀门的连通并恢复阀门正常控制气源,调节阀恢复自动控制。开关型选择性控制系统的方块图如4所示。
开关型选择性控制系统方块图 
                                             
图4  开关型选择性控制系统方块图 


2、连续型选择性控制系统
丙稀冷却器开关型选择性控制系统实例中的调节阀,在正常工况向非正常工况切换时处于全开或全关状态。连续型选择性控制系统是指在正常工况向非正常工况切换时正在工作的自动控制系统从切换到另一个连续控制系统。如图5是压缩机的连续型选择性控制系统。
 压缩机的连续型选择性控制系统                                          
图5  压缩机的连续型选择性控制系统 


正常工况时,P2C的输出信号小于P1C的输出信号,LS选P2C的输出信号,连续型选择性控制系统维持压缩机的出口压力P2稳定不变;当压缩机进口压力P1下降至一定程度时,压缩机会产生喘振,这成为主要的问题。由于采用了低选器LS,当P1降至一定数值时,P1C的输出信号会低于P2C 的输出信号,LS选择P1C的输出信号为输出,系统切换成为进口压力控制系统,将阀门关小,以维持P1不低于安全限;当进口压力P1回升,P1C使阀门开大,P2回升,待P2回升到一定程度时,P2C 的输出变得小于P1C的输出,低选器动作,系统恢复正常。

3、混合型选择性控制系统
同时在一个控制系统中使用开关型选择性控制与连续型选择性控制,就是混合型选择控制系统。

在锅炉的燃烧系统中,正常情况下,燃料气量根据蒸汽压力来调整。锅炉实际运行中可能存在燃料压力过高或过低的情况,这两种情况的出现都会危及锅炉安全运行:①燃料气压力过高会产生“脱火”现象,燃烧室中火焰熄灭,大量未燃烧的燃料气积存在锅炉炉膛内,烟囱冒黑烟,并有爆炸的危险;②燃料气压力过低有“回火”的危险,导致燃料气贮罐燃烧和爆炸。因此必须保持锅炉燃气压力在正常范围内,不能过高也不能过低。结合这两种非正常工况的需要,锅炉燃烧混合型选择性系统如图6
 锅炉燃烧混合型选择性系统组成示意图                                          
图6  锅炉燃烧混合型选择性系统组成示意图  


说明:图中P1C为根据蒸汽压力调节燃气量的调节系统;P2C为根据燃气锅炉进口压力调节燃气量的调节系统;P3C是根据燃气总管压力调节燃气量的调节系统正常工况时,蒸气压力P1上升,a下降,d下降,阀门关小,燃料气流量减小,使P1下降,实现控制。
 
正常工况时,蒸气压力P1上升,a下降,d下降,阀门关小,燃料气流量减小,使P1下降,实现控制;如P2上升至有“脱火”危险时,b<a,d=b,阀门关小,使P2下降,起防“脱火”作用。P2降至正常后,系统恢复蒸汽压力控制系统,是连续型选择性控制;如P3下降至有“回火”危险时,P3C的下限节点接通,使三通电磁阀通电,电磁阀动作,气动调节阀膜头气室通大气,气动调节阀关闭,起防止“回火”作用。P3回升后,系统恢复为蒸汽压力控制系统,是开关型选择性控制。

选择器的使用,还可以构成其他类型的复杂控制系统,有时也可以说,凡是应用选择器的控制系统就是选择性控制系统。

选择性控制系统积分饱和问题
1、正常工况下工作的控制器通常具有积分作用,当控制器在开环状态下,由于偏差的存在控制器输出在积分作用下达到了最大或最小极限,就再也不能变化了,这就是积分饱和。选择性控制系统中的两个控制器,总有一个是处于开环状 态的,不论是哪个控制器只要有积分作用,都会产生积分饱和现象,这是客观存在的。处于积分饱和状态的控制器,当工况恢复正常时,便不能迅速切换上去,这样就起不到防止事故的作用了。
  
2、克服积分饱和方法:
①对于气动控制器,可采取积分外反馈的方法。
②对于电动模拟控制器,可以选择PI-P型的,此种控制器当输出小于或大于某一限值时,它具有积分作用,当输出超过这一限值后,它就成为单纯的比例作用了。
③对于数字控制器,除可以用外反馈的方法外,还可在组态时选用高值限幅(HLM)或低值限幅(LLM)的方法;还可对PID跟踪切换的P2端进行控制,让取代控制器的输出跟踪正常控制器的输出。再辅以高值监视(HMS)或低值监视(LMS)等运算单元,就可以很灵活达到使用目的。 

经过多年的使用,选择性控制系统已从保证生产安全,发展到按照工况自动选择被控制量及其控制回路,来满足更高的控制要求,即做到了“自控领域再扩大,选择系统有贡献”。

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