选择性控制---过程控制系统

一、选择性控制原理

通常的自动控制系统都是在生产过程处于正常工况时发挥作用的，如遇到不正常工况，则往往要退出自动控制而切换为手动，待工况基本恢复再投入自动控制状态。

现代石油、化工等过程工业中，越来越多的生产装置要求控制系统既能在正常工艺状况下发挥控制作用，又能在非正常工况下仍然起到自动控制作用，使生产过程尽快恢复到正常工况，至少也是有助于或有待于工况恢复正常。这种非正常工况时的控制系统属于安全保护措施，安保措施有两大类，一是硬保护，二是软保护。

硬保护措施就是联锁保护控制系统。当生产过程工况超出一定范围时，联锁保护系统采取一系列相应的措施，如报警、自动到手动、联锁动作等，使生产过程处于相对安全的状态。但这种硬保护措施经常使生产停车，造成较大的经济损失。于是，人们在实践中探索出许多更为安全经济的软保护措施来减少停车造成的损失。

所谓软保护措施，就是当生产工况超出一定范围时，不是消极地输入联销保护甚至停车，而是自动地切换到一种新控制系统中，这个新的控制系统取代了原来的控制系统对生产过程进行控制，当工况恢复时，又自动地切换到原来的控制系统中。由于要对工况是否正常进行判断，要在两个控制系统当中选择。因此，称为选择性控制系统，有时也称为取代控制或超驰控制。

选择性控制系统在结构上的最大特点是有一个选择器，通常是两个输入信

号，一个输出信号，如图8-25。对于高选器，输出信号 Y等于X

1和X

2

中数值较

大的一个，如X

1=5mA，X

2

＝4mA，Y＝5mA。对于低选器，输出信号Y等于X

1

和X

2

中数值较小的一个。图8-25 高选器和低选器

高选器时，正常工艺情况下参与控制的信号应该比较强，如设为X

1，则X

1

应明显大于X

2。出现不正常工艺时，X

2

变得大于X

1

，高选器输出Y转而等于X

2

；

待工艺恢复正常后，X

2又下降到小于X

1

，Y又恢复为选择X

1

。这就是选择性控制

原理。

图8-27丙烯冷却器开关型选择性控制系统

二、选择性控制系统的类型

l、开关型选择性控制系统

如图8－26所示是一个丙稀冷却器温度控制系统，目的是使裂解气的温度下降并稳定在一定的温度上。测量裂解气出口温度T，如T偏高，使液丙烯流量加大，冷却器中的液丙烯液面升高，载有裂解气的列管与液丙稀的接触面积增大，换热加快，T下降，达到控制的目的。这是正常的工况时的控制作用。

如果干扰很大，裂解气进口温度很高，液面上升到全部列管均已浸在液丙烯中，仍然不能将T降下来，控制系统势必要继续加大液丙稀的流量。但这时，继续加大液丙烯流量不能进一步增加列管与液丙烯的换热面积，而且，由于液面很高，液丙烯的蒸发空间太小，使换热效率下降。更为严重的问题是，出口气丙烯中可能带有液体，即带液现象，带液气丙烯送入压缩机会损坏压缩机，这是不允许的。因此，在非正常工况时，无法用图8-26所示的简单控制系统解决。

根据选择性控制思想，设计一个开关型选择性控制系统如图8-27所示。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，三通阀将温度调节器来的控制信号P送至气动调节器室，系统与简单控制系统相同。当液位上升到一定位置时，液位变送器的上限节点接通，电磁阀通电，切断控制信号P的通路，将大气（即表压为0）通入气室，阀门关闭。液位回降至一定位置时，液位变送器上的上限节点断开，电磁三通阀失电，系统恢复为简单温度控制系统。这个系统的方块图如图8-28所示。

图8-28 丙烯冷却器开关型选择性控制系统方块图

2．连续型选择性控制系统

开关型选择性控制系统中的调节阀，在正常工况向非正常工况切换时不是全开就是全关。连续型选择性控制系统则是切换到另一个连续控制系统。如图8-29是压缩机的连续型选择性控制系统。

正常工况时，P

2C的输出信号小于P

1

C的输出信号，LS选P

2

C的输出信号，系统

维持压缩机的出口压力P

2比稳定不变。当压缩机进口压力P

1

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P

1

降至一定

数值时，P

1C的输出信号会低于P

2

C 的输出信号，LS选择P

1

C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P

1

不低于安全限；当进

口压力P

1回升，P

1

C使阀门开大，P

2

回升，待P

2

回升到一定程度时，P

2

C 的输出

变得小于P

1

C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，燃料气量根据蒸汽出口压力来调整。但有两种非正常工况可能出现：一是燃料气压力过高，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燃烧室内，烟囱冒黑烟，并有爆炸的危险，因此，应采取措施，使燃料气压力不致过高；二是燃料气压力也不能过低，太低的燃料气压力有“回火”的危险，导致燃料气贮罐燃烧和爆炸，因此，也需要采取措施，使燃料气压力不过低。结合这两种非正常工况的需要，设计混合型选择性系统如图8-30。

正常工况时，蒸气压力P

1

上升，a下降，d下降，阀门关小，燃料气流量减小，

使P

1

下降，实现控制。

如P

2上升至有“脱火”危险时，b小于a，d＝b，阀门关小，使P

2

下降，起防“脱

火”作用。P

2

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P

3下降至有“回火”危险时，P

3

C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。P

3

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。

三、积分饱和问题