選擇性控制系統(tǒng)儀表工口訣
常用的控制系統(tǒng)通常只能在一定工況下工作，不能完全滿足所有生產(chǎn)過(guò)程安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求。當(dāng)不正常工況或特大干擾出現(xiàn)時(shí)，原有的控制系統(tǒng)可能就無(wú)能為力了，下圖是選擇性控制系統(tǒng)在一個(gè)氨冷卻器的應(yīng)用實(shí)例，其任務(wù)是既控制被冷物料溫度又控制液氨液位。它是根據(jù)被冷物料溫度來(lái)控制液氨的進(jìn)入量。但是當(dāng)物料溫度很高時(shí)，液氨的用量必然增加，會(huì)導(dǎo)致容器內(nèi)的液位超高，使液氨的蒸發(fā)空間不夠，而使氣氨中夾帶液氨，這樣會(huì)使氨壓縮機(jī)出事故，當(dāng)然采用聯(lián)鎖裝置也可避免事故的發(fā)生，但這樣會(huì)造成生產(chǎn)過(guò)程的暫時(shí)停頓，不利于生產(chǎn)如果換為手動(dòng)操作又可能會(huì)跟不上生產(chǎn)的速度變化，或發(fā)生誤操作。那能否既不使生產(chǎn)停頓，又不必用手動(dòng)操作來(lái)避免事故呢?辦法就是用選擇性控制系統(tǒng)。
圖1 氨冷卻器選擇性控制系統(tǒng)組成示意圖
前輩們對(duì)選擇性控制系統(tǒng)儀表工用口訣進(jìn)行了總結(jié)：
選擇系統(tǒng)不一般，兩個(gè)回路互切換；
開(kāi)變閉，閉變開(kāi)，全靠選擇器把關(guān)。
安全生產(chǎn)有保證，危險(xiǎn)狀態(tài)變安全；
自控領(lǐng)域再擴(kuò)大，選擇系統(tǒng)有貢獻(xiàn)。
選擇性控制系統(tǒng)口訣中：“選擇系統(tǒng)不一般”是說(shuō)選擇性控制系統(tǒng)雖是一個(gè)單回路系統(tǒng)，但由于其增加了一個(gè)取代調(diào)節(jié)器和低值選擇器，因此就可滿足生產(chǎn)的特殊需要。
“兩個(gè)回路互切換；開(kāi)變閉，閉變開(kāi)，全靠選擇器把關(guān)”是說(shuō)選擇性控制系統(tǒng)就是在一個(gè)控制系統(tǒng)中用兩個(gè)調(diào)節(jié)器，及一個(gè)安裝在控制器與調(diào)節(jié)閥之間的信號(hào)選擇器HS6071，兩個(gè)調(diào)節(jié)器通過(guò)信號(hào)選擇器合用一個(gè)調(diào)節(jié)閥，其中一個(gè)調(diào)節(jié)器在正常工況下工作，此調(diào)節(jié)器稱(chēng)為正?？刂破?；另一個(gè)調(diào)節(jié)器處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)，該控制器則稱(chēng)為取代控制器。一旦工況不正常時(shí)就由另一個(gè)取而代之，直到工況恢復(fù)正常后，再切換到原來(lái)的調(diào)節(jié)器進(jìn)行正常的控制。結(jié)合上圖看看選擇性控制系統(tǒng)是怎樣工作的，當(dāng)液位低于給定值時(shí)，液位調(diào)節(jié)器H輸出很大，低值選擇器就選擇溫控器T，進(jìn)行溫度控制。當(dāng)物料溫度很高時(shí)，液氨進(jìn)量的加大將導(dǎo)致液位超過(guò)給定值，液位調(diào)節(jié)器輸出下降，下降到低于溫度控制器輸出時(shí)，低值選擇器將使液位控制器取代溫控器，而使液氨的進(jìn)量減少，直至液位正常。隨著物料溫度的下降，溫度控制器的輸出也在下降，當(dāng)降到低于液位調(diào)節(jié)器輸出時(shí)，系統(tǒng)又重新切回到溫度控制。如此循環(huán)就達(dá)到了：“安全生產(chǎn)有保證，危險(xiǎn)狀態(tài)變安全”。
選擇性控制系統(tǒng)的類(lèi)型
1、開(kāi)關(guān)型選擇性控制系統(tǒng)
如圖2是一個(gè)丙稀冷卻器簡(jiǎn)單溫度控制系統(tǒng)，丙稀冷卻器溫度控制系統(tǒng)的目的是使裂解氣的溫度下降并穩(wěn)定在一定的溫度上。溫度控制系統(tǒng)通過(guò)測(cè)量裂解氣出口溫度T，在裂解氣出口溫度高時(shí)增大液丙烯流量，加速裂解氣和液丙烯之間的熱交換，反之亦然，從而達(dá)到控制裂解氣出口溫度的目的。
圖2 丙烯冷卻器簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)
實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，要充分換熱、出口氣丙烯中不能帶有液體，才能兼顧最佳溫度控制效果和系統(tǒng)安全。丙稀冷卻器通過(guò)液丙烯流量來(lái)改變液丙烯液位、列管與液丙烯的換熱面積隨液位變化而變化，液丙烯因吸熱從液態(tài)蒸發(fā)氣態(tài)，丙稀冷卻器出口氣丙烯送至空壓機(jī)壓縮。生產(chǎn)工藝這樣要求：①保持合理液丙烯液位高度才能正常蒸發(fā)空間；②列管完全浸沒(méi)在液丙烯中時(shí)設(shè)備達(dá)到最大換熱面積；③出口氣丙烯中不能含有液態(tài)丙烯，否則導(dǎo)致空壓機(jī)損壞。
在現(xiàn)場(chǎng)干擾大、裂解氣進(jìn)口溫度高等非正常工況時(shí)，單回路溫度控制系統(tǒng)仍通過(guò)增大液丙烯流量方式使裂解氣出口溫度T降低，當(dāng)列管均已全部浸在液丙烯中而溫度T仍沒(méi)降下來(lái)，單回路溫度控制系統(tǒng)仍會(huì)繼續(xù)加大液丙稀的流量，液位將持續(xù)上升。但此時(shí)設(shè)備已達(dá)最大換熱面積，高液位較小了液丙烯蒸發(fā)空間、使熱交換效率下降并且出口氣丙烯中可能帶有液態(tài)成分，此時(shí)單回路溫度控制系統(tǒng)控制效果已不能滿足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)工藝要求了。
圖3 丙烯冷卻器開(kāi)關(guān)型選擇性控制系統(tǒng)
自控工程師將單回路控制系統(tǒng)更換為開(kāi)關(guān)型選擇性控制系統(tǒng)即解決上述問(wèn)題！圖3是按照丙烯冷卻器生產(chǎn)工藝、依據(jù)選擇性控制思想設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)型選擇性控制系統(tǒng)，開(kāi)關(guān)型選擇性控制系統(tǒng)比簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)增加了液位變送器和電磁三通閥。正常工況時(shí)，三通閥將標(biāo)準(zhǔn)閥門(mén)控制氣源送至氣開(kāi)調(diào)節(jié)閥，以單回路溫度調(diào)節(jié)器來(lái)自動(dòng)控制調(diào)節(jié)閥開(kāi)度；當(dāng)液丙烯液位達(dá)到液位上限報(bào)警位置時(shí)液位變送器上限報(bào)警節(jié)點(diǎn)動(dòng)作且接通電磁三通閥，此時(shí)電磁閥切斷閥門(mén)控制氣源，將大氣連通閥門(mén)氣室，調(diào)節(jié)閥閥門(mén)自動(dòng)關(guān)閉；當(dāng)液位恢復(fù)至正常狀態(tài)時(shí)，液位變送器上限報(bào)警解除，三通電磁閥切斷大氣與閥門(mén)的連通并恢復(fù)閥門(mén)正?？刂茪庠矗{(diào)節(jié)閥恢復(fù)自動(dòng)控制。開(kāi)關(guān)型選擇性控制系統(tǒng)的方塊圖如4所示。
圖4 開(kāi)關(guān)型選擇性控制系統(tǒng)方塊圖
2、連續(xù)型選擇性控制系統(tǒng)
丙稀冷卻器開(kāi)關(guān)型選擇性控制系統(tǒng)實(shí)例中的調(diào)節(jié)閥，在正常工況向非正常工況切換時(shí)處于全開(kāi)或全關(guān)狀態(tài)。連續(xù)型選擇性控制系統(tǒng)是指在正常工況向非正常工況切換時(shí)正在工作的自動(dòng)控制系統(tǒng)從切換到另一個(gè)連續(xù)控制系統(tǒng)。如圖5是壓縮機(jī)的連續(xù)型選擇性控制系統(tǒng)。
圖5 壓縮機(jī)的連續(xù)型選擇性控制系統(tǒng)
正常工況時(shí)，P2C的輸出信號(hào)小于P1C的輸出信號(hào)，LS選P2C的輸出信號(hào)，連續(xù)型選擇性控制系統(tǒng)維持壓縮機(jī)的出口壓力P2穩(wěn)定不變；當(dāng)壓縮機(jī)進(jìn)口壓力P1下降至一定程度時(shí)，壓縮機(jī)會(huì)產(chǎn)生喘振，這成為主要的問(wèn)題。由于采用了低選器LS，當(dāng)P1降至一定數(shù)值時(shí)，P1C的輸出信號(hào)會(huì)低于P2C 的輸出信號(hào)，LS選擇P1C的輸出信號(hào)為輸出，系統(tǒng)切換成為進(jìn)口壓力控制系統(tǒng)，將閥門(mén)關(guān)小，以維持P1不低于安全限；當(dāng)進(jìn)口壓力P1回升，P1C使閥門(mén)開(kāi)大，P2回升，待P2回升到一定程度時(shí)，P2C 的輸出變得小于P1C的輸出，低選器動(dòng)作，系統(tǒng)恢復(fù)正常。
3、混合型選擇性控制系統(tǒng)
同時(shí)在一個(gè)控制系統(tǒng)中使用開(kāi)關(guān)型選擇性控制與連續(xù)型選擇性控制，就是混合型選擇控制系統(tǒng)。
在鍋爐的燃燒系統(tǒng)中，正常情況下，燃料氣量根據(jù)蒸汽壓力來(lái)調(diào)整。鍋爐實(shí)際運(yùn)行中可能存在燃料壓力過(guò)高或過(guò)低的情況，這兩種情況的出現(xiàn)都會(huì)危及鍋爐安全運(yùn)行：①燃料氣壓力過(guò)高會(huì)產(chǎn)生“脫火”現(xiàn)象，燃燒室中火焰熄滅，大量未燃燒的燃料氣積存在鍋爐爐膛內(nèi)，煙囪冒黑煙，并有爆炸的危險(xiǎn)；②燃料氣壓力過(guò)低有“回火”的危險(xiǎn)，導(dǎo)致燃料氣貯罐燃燒和爆炸。因此必須保持鍋爐燃?xì)鈮毫υ谡７秶鷥?nèi)，不能過(guò)高也不能過(guò)低。結(jié)合這兩種非正常工況的需要，鍋爐燃燒混合型選擇性系統(tǒng)如圖6
圖6 鍋爐燃燒混合型選擇性系統(tǒng)組成示意圖
說(shuō)明：圖中P1C為根據(jù)蒸汽壓力調(diào)節(jié)燃?xì)饬康恼{(diào)節(jié)系統(tǒng)；P2C為根據(jù)燃?xì)忮仩t進(jìn)口壓力調(diào)節(jié)燃?xì)饬康恼{(diào)節(jié)系統(tǒng)；P3C是根據(jù)燃?xì)饪偣軌毫φ{(diào)節(jié)燃?xì)饬康恼{(diào)節(jié)系統(tǒng)正常工況時(shí)，蒸氣壓力P1上升，a下降，d下降，閥門(mén)關(guān)小，燃料氣流量減小，使P1下降，實(shí)現(xiàn)控制。
正常工況時(shí)，蒸氣壓力P1上升，a下降，d下降，閥門(mén)關(guān)小，燃料氣流量減小，使P1下降，實(shí)現(xiàn)控制；如P2上升至有“脫火”危險(xiǎn)時(shí)，b＜a，d＝b，閥門(mén)關(guān)小，使P2下降，起防“脫火”作用。P2降至正常后，系統(tǒng)恢復(fù)蒸汽壓力控制系統(tǒng)，是連續(xù)型選擇性控制；如P3下降至有“回火”危險(xiǎn)時(shí)，P3C的下限節(jié)點(diǎn)接通，使三通電磁閥通電，電磁閥動(dòng)作，氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥膜頭氣室通大氣，氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，起防止“回火”作用。P3回升后，系統(tǒng)恢復(fù)為蒸汽壓力控制系統(tǒng)，是開(kāi)關(guān)型選擇性控制。
信號(hào)選擇器的使用，還可以構(gòu)成其他類(lèi)型的復(fù)雜控制系統(tǒng)，有時(shí)也可以說(shuō)，凡是應(yīng)用選擇器的控制系統(tǒng)就是選擇性控制系統(tǒng)。
選擇性控制系統(tǒng)積分飽和問(wèn)題
1、正常工況下工作的控制器通常具有積分作用，當(dāng)控制器在開(kāi)環(huán)狀態(tài)下，由于偏差的存在控制器輸出在積分作用下達(dá)到了最大或最小極限，就再也不能變化了，這就是積分飽和。選擇性控制系統(tǒng)中的兩個(gè)控制器，總有一個(gè)是處于開(kāi)環(huán)狀 態(tài)的，不論是哪個(gè)控制器只要有積分作用，都會(huì)產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象，這是客觀存在的。處于積分飽和狀態(tài)的控制器，當(dāng)工況恢復(fù)正常時(shí)，便不能迅速切換上去，這樣就起不到防止事故的作用了。
2、克服積分飽和方法：
①對(duì)于氣動(dòng)控制器，可采取積分外反饋的方法。
②對(duì)于電動(dòng)模擬控制器，可以選擇PI-P型的，此種控制器當(dāng)輸出小于或大于某一限值時(shí)，它具有積分作用，當(dāng)輸出超過(guò)這一限值后，它就成為單純的比例作用了。
③對(duì)于數(shù)字控制器，除可以用外反饋的方法外，還可在組態(tài)時(shí)選用高值限幅(HLM)或低值限幅(LLM)的方法；還可對(duì)PID跟蹤切換的P2端進(jìn)行控制,讓取代控制器的輸出跟蹤正?？刂破鞯妮敵觥Ｔ佥o以高值監(jiān)視(HMS)或低值監(jiān)視(LMS)等運(yùn)算單元，就可以很靈活達(dá)到使用目的。
經(jīng)過(guò)多年的使用，選擇性控制系統(tǒng)已從保證生產(chǎn)安全，發(fā)展到按照工況自動(dòng)選擇被控制量及其控制回路，來(lái)滿足更高的控制要求，即做到了“自控領(lǐng)域再擴(kuò)大，選擇系統(tǒng)有貢獻(xiàn)”。
