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1、过程控制过程控制Process Control 上篇上篇 过程控制系统过程控制系统 第第7章章 选择性控制系统选择性控制系统本章要点本章要点 选择性控制的概念选择性控制的概念 选择性控制系统的类型选择性控制系统的类型 选择性控制系统的设计选择性控制系统的设计本章学习目标本章学习目标 掌握选择性控制的基本概念掌握选择性控制的基本概念 了解选择性控制系统的类型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理解积分饱和现象产生的原因第第7章章 选择性控制系统选择性控制系统7.1 选择性控制
2、系统概述选择性控制系统概述 7.2 选择性控制系统的类型选择性控制系统的类型7.3 选择性控制系统的设计选择性控制系统的设计7.4 积分饱和及其防止实施积分饱和及其防止实施7.1 选择性控制系统概述选择性控制系统概述选择性控制又叫选择性控制又叫取代控制取代控制，也称，也称超驰控制超驰控制。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
3、护措施，促使生产操种应变能力，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。下来，以防事故的发生或进一步扩大。生产保护性措施生产保护性措施 硬保护措施硬保护措施软保护措施软保护措施第7章 选择性控制系统 7.1 选择性控制系统概述硬保护措施硬保护措施就是当生产操作达到安全极限时，有声、光警就是当生产操作达到安全极限时，有声、光警报。此时，或是由操作工将控制器切到手动状态，进行手报。此时，或是由操作工将控制器切到手动状态，进行手动操作和处理；或是通过专门设置的连锁保护电路实现自
4、动操作和处理；或是通过专门设置的连锁保护电路实现自动停车，达到保护生产的目的。动停车，达到保护生产的目的。软保护措施软保护措施就是通过一个就是通过一个特定设计的选择性控制系统特定设计的选择性控制系统，在生，在生产短期内处于不正常情况时，即不使设备停车而又起到对生产短期内处于不正常情况时，即不使设备停车而又起到对生产进行自动保护的目的。产进行自动保护的目的。第7章 选择性控制系统 7.1 选择性控制系统概述正常情况下正常情况下异常情况下异常情况下控制方案控制方案A控制方案控制方案B正常正常异常异常生产操作必须具有一定的选择性逻辑关系。由自动选择器生产操作必须具有一定的选择性逻辑关系。由自动选择器
5、（高值选择器（高值选择器HSHS或低值选择器或低值选择器LSLS）或有关的切换装置（切）或有关的切换装置（切换器、带控制接点的控制器或测量仪表）来完成换器、带控制接点的控制器或测量仪表）来完成.7.2 选择性控制系统的类型选择性控制系统的类型7.2.1 开关型选择性控制系统开关型选择性控制系统 在正常情况下，变量在正常情况下，变量B处于限值内，生产过程按照变量处于限值内，生产过程按照变量A进进行连续控制，一旦变量行连续控制，一旦变量B达到限值达到限值,为了防止事故的发生，所设为了防止事故的发生，所设计的选择性控制系统将通过专门的装置（电接点、信号器、切计的选择性控制系统将通过专门的装置（电接点
6、、信号器、切换器）切断变量换器）切断变量A调节器的输出，而使调节阀迅速关闭或打开，调节器的输出，而使调节阀迅速关闭或打开，直到变量直到变量B回到限值以内回到限值以内,系统才重新恢复到按变量系统才重新恢复到按变量A进行连续进行连续控制。控制。第7章 选择性控制系统 7.2 选择性控制系统的类型变量变量A工艺操作的主要技术指标工艺操作的主要技术指标变量变量B在在B限值以内，生产安全限值以内，生产安全限值保护限值保护 开关型选择性控制系统一般都用作系统的限值保护。开关型选择性控制系统一般都用作系统的限值保护。正常工况下正常工况下（液位低于（液位低于75%）：裂解气出口温度控制系统）：裂解气出口温度控
7、制系统非正常工况非正常工况（液位高达（液位高达75%）：关闭调节阀，液位慢慢下降）：关闭调节阀，液位慢慢下降 当液位低于当液位低于75%时时带上限接带上限接点的液位点的液位变送器变送器电磁三通阀电磁三通阀丙烯冷却器温度控制系统丙烯冷却器温度控制系统第7章 选择性控制系统 7.2 选择性控制系统的类型开关型选择性控制系统方框图开关型选择性控制系统方框图 电磁三通阀电磁三通阀第7章 选择性控制系统 7.2 选择性控制系统的类型用信号器、切换器组成的开关型选择性控制系统用信号器、切换器组成的开关型选择性控制系统当当L75%时时,Pz0当当L75%时时,Pz0.1MPa 当当Pz0时时,PyPx 当当
8、Pz0.1MPa时时,Py0当液位低于当液位低于75%时，调节阀接受温度调节器的控制信号时，调节阀接受温度调节器的控制信号当液位高达当液位高达75%时，调节阀接受的信号为时，调节阀接受的信号为0，阀全关，阀全关第7章 选择性控制系统 7.2 选择性控制系统的类型脱丙烷塔回流罐液位与丙二烯转化器进料脱丙烷塔回流罐液位与丙二烯转化器进料蒸发器液位开关型选择性控制系统蒸发器液位开关型选择性控制系统 正常工况正常工况（液位（液位L2低于低于75%）回流罐液位回流罐液位(L1)控制系统控制系统非正常工况非正常工况（液位（液位L2高达高达75%）切断控制阀，液位切断控制阀，液位L2下降下降 当蒸发器液位低
9、于当蒸发器液位低于75%时时,LC2接点断开接点断开第7章 选择性控制系统 7.2 选择性控制系统的类型开关型选择性控制系统实例开关型选择性控制系统实例 7.2.2 连续型选择性控制系统连续型选择性控制系统 第7章 选择性控制系统 7.2 选择性控制系统的类型 连续连续型型选择选择性控制系性控制系统统与开关型与开关型选择选择性控制系性控制系统统的的不同之不同之处处在于：当取代作用在于：当取代作用发发生后，生后，调节阀调节阀不是立即不是立即全开或全关全开或全关，而是在，而是在其原有的开度基其原有的开度基础础上上继续进继续进行行连连续调节续调节。因此，。因此，对调节阀对调节阀而言，控制作用是而言，
10、控制作用是连续连续的，的，而并非只有开或而并非只有开或闭闭两种状两种状态态。连续型选择性控制系统连续型选择性控制系统选择变送器的输出信号选择变送器的输出信号选择调节器的输出信号选择调节器的输出信号 在选择调节器输出信号的连续型选择性控制系统中，一在选择调节器输出信号的连续型选择性控制系统中，一般具有般具有两台连续型调节器两台连续型调节器，它们的输出通过一台选择器（高，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。情况下工作，一台在非正常情况下工作。第7章 选择性控制系统 7
11、.2 选择性控制系统的类型例例1.锅炉燃烧系统蒸汽压力与燃料气压力选择性控制系统锅炉燃烧系统蒸汽压力与燃料气压力选择性控制系统正常情况正常情况:燃料气压力燃料气压力低于脱火压力低于脱火压力,P1C工作工作-蒸汽压力控制系统蒸汽压力控制系统非正常情况非正常情况:燃料气压力燃料气压力高于脱火压力高于脱火压力,P2C工作工作-燃料气压力控制系统燃料气压力控制系统防止脱火防止脱火窄比例窄比例第7章 选择性控制系统 7.2 选择性控制系统的类型例例1.锅炉燃烧系统蒸汽压力与燃料气压力选择性控制系统锅炉燃烧系统蒸汽压力与燃料气压力选择性控制系统蒸汽压力与燃料气压力选择性控制系统方块图蒸汽压力与燃料气压力选
12、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例2.绿油塔液位与脱丙烷塔进料连续型选择性控制系统绿油塔液位与脱丙烷塔进料连续型选择性控制系统正常情况正常情况:绿油塔液位绿油塔液位L高于给定值高于给定值LS,FC工作工作-进料流量控制系统进料流量控制系统非正常情况非正常情况:绿油塔液位绿油塔液位L低于下限值低于下限值LS,LC工作工作-绿油塔液位控制系统绿油塔液位控制系统窄比例窄比例正作用正作用PI反作用反作用第7章 选择性控制系统 7.2 选择性控制系统的类型例例2.绿油塔液位与脱丙烷塔进料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绿油塔液位与脱丙烷塔进料选
13、择性控制系统方块图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例3.具有逻辑提量功能的锅炉燃烧控制系统具有逻辑提量功能的锅炉燃烧控制系统 两套连续型选择性控制系统，共同完成提负荷时先提空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，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从而实现具有逻辑提量功能的比值控制系统比值控制系统。工作过程分析参见工作过程分析参见第第5章章5.2.6第7章 选择性控制系统 7.2 选择性控制系统的类型 对对于于选择变选择变送器送器
14、输输出信号的出信号的连续连续型型选择选择性控制系性控制系统统，至少，至少需采用两个或两个以上的需采用两个或两个以上的变变送器，且送器，且变变送器的送器的输输出信号均送出信号均送入入选择选择器，器，选择选择器器选择选择符合要求的信号送至符合要求的信号送至调节调节器，器，实现实现控控制功能。制功能。第7章 选择性控制系统 7.2 选择性控制系统的类型化学反应器热点温度选择性控制系统化学反应器热点温度选择性控制系统 7.2.3 混合型选择性控制系统混合型选择性控制系统 锅炉燃烧系统选择性控制系统锅炉燃烧系统选择性控制系统(防脱火、防回火防脱火、防回火)混合型选择性控制系统中混合型选择性控制系统中,既
15、包含有开关型选择的内容，既包含有开关型选择的内容，又包含有连续型选择的内容。又包含有连续型选择的内容。连续型连续型防脱火防脱火开关型开关型防回火防回火带下限接点带下限接点当燃气压力当燃气压力低于下限值低于下限值时，关闭控时，关闭控制阀，防止制阀，防止“回火回火”第7章 选择性控制系统 7.2 选择性控制系统的类型7.3 选择性控制系统的设计选择性控制系统的设计l 调节阀开、闭形式选择调节阀开、闭形式选择 根据生产安全要求选择调节阀的开、闭形式根据生产安全要求选择调节阀的开、闭形式l 调节器规律及正、反作用选择调节器规律及正、反作用选择 根据对象的特性和控制的要求，选择调节器的控制规律根据对象的
16、特性和控制的要求，选择调节器的控制规律 及正、反作用及正、反作用l 选择器类型的选择选择器类型的选择 根据调节器的正、反作用和选择性控制系统设置的目的，根据调节器的正、反作用和选择性控制系统设置的目的，确定选择器的类型确定选择器的类型第7章 选择性控制系统 7.3 选择性控制系统的设计控制规律选择：控制规律选择：选择器类型的选择：选择器类型的选择：l 正常情况下工作的控制器，应选正常情况下工作的控制器，应选PI或或PIDl 非正常情况工作的控制器，应选窄比例式（非正常情况工作的控制器，应选窄比例式（KC很大）很大）根据生产处于不正常情况下、非正常情况调节器的输出根据生产处于不正常情况下、非正常
17、情况调节器的输出信号高、低来确定；如果在这种情况下它的输出为高信号，信号高、低来确定；如果在这种情况下它的输出为高信号，则应选高选器；如果在这种情况下它的输出为低信号，则应则应选高选器；如果在这种情况下它的输出为低信号，则应选低选器。选低选器。第7章 选择性控制系统 7.3 选择性控制系统的设计举例：举例：氨冷却器出口温度与液氨液位选择性控制系统氨冷却器出口温度与液氨液位选择性控制系统 第7章 选择性控制系统 7.3 选择性控制系统的设计为了防止气氨带液进入氨压缩机后危及氨压缩机的安全，为了防止气氨带液进入氨压缩机后危及氨压缩机的安全，调节阀调节阀应选择应选择气开式气开式。这样一旦调节阀失去能
18、源。这样一旦调节阀失去能源(即断气即断气),调节阀处于关闭状态，不致使液位不断上升。调节阀处于关闭状态，不致使液位不断上升。温度对象温度对象:为为“-”；调节阀：气开为；调节阀：气开为“+”；TC“正作用正作用”液位对象液位对象:L为为“+”；调节阀：气开为；调节阀：气开为“+”；LC“反作用反作用”物料出口温度是工艺的操作指标。温度调节器物料出口温度是工艺的操作指标。温度调节器TC是正常是正常 情况下工作的调节器，应该选择情况下工作的调节器，应该选择PID控制规律。控制规律。液位调节器液位调节器为非正常情况下工作的调节器，为了在液位上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，
19、液位调节器能迅速地投入工作，液位调升到安全限度时，液位调节器能迅速地投入工作，液位调 节器应选为节器应选为窄比例窄比例式的。式的。当液位大于上限值时当液位大于上限值时,LC输出为低信号输出为低信号,选择器应为选择器应为“低选器低选器”。第7章 选择性控制系统 7.3 选择性控制系统的设计7.4 积分饱和及其防止措施积分饱和及其防止措施 在在选择选择性控制系性控制系统统中，某一中，某一时时刻刻选择选择器只能器只能选选中两个中两个调节调节器器中的一个，并将中的一个，并将该调节该调节器的器的输输出信号送往出信号送往执执行器，而未被行器，而未被选选中的中的调节调节器器则处则处于开于开环环工作状工作状态
20、态，如果，如果这这个个调节调节器具有器具有积积分分作用，且在偏差信号作用，且在偏差信号长长期存在的条件下，就会期存在的条件下，就会产产生生积积分分饱饱和和现现象，其象，其输输出信号将会达到最大或最小的极限出信号将会达到最大或最小的极限值值。此。此时时，如，如果它重新被果它重新被选择选择器器选选中，需要中，需要对对系系统进统进行控制行控制时时，则则并不能并不能立即立即发挥发挥控制作用。所以必控制作用。所以必须须采取抗采取抗积积分分饱饱和措施。和措施。第7章 选择性控制系统 7.4 积分饱和及其防止措施采用采用PI-P调节调节器器P 控制控制 系系统处统处于开于开环环工作状工作状态态PI控制控制系系统处统处于于闭环闭环工作状工作状态态本章结束！本章结束！