基本介紹
通常自動控制系統(tǒng)只能在生產(chǎn)工藝正常時進行工作,一旦生產(chǎn)處于事故狀態(tài),控制器就要改為手動,待事故排除后,控制系統(tǒng)再重新投入工作。在大型生產(chǎn)工藝過程中,除了要求控制系統(tǒng)在生產(chǎn)處于正常狀態(tài)時能夠克服外界干擾,平穩(wěn)操作外,還必須考慮在事故狀態(tài)下也能安全生產(chǎn),即當生產(chǎn)操作達到安全極限時,應有保護性措施。
生產(chǎn)保護性措施有兩類:一類是硬保護措施;一類是軟保護措施。所謂硬保護措施,就是當生產(chǎn)操作達到安全極限時,會發(fā)出聲、光警報。此時由操作工將控制器切換到手動,進行手動操作處理;或是通過專門設置的連鎖保護線路實現(xiàn)自動停車,達到保護生產(chǎn)的目的。對于連續(xù)生產(chǎn)過程來說,即使短暫的設備停車,也會造成巨大的經(jīng)濟損失,因此這種硬保護措施已經(jīng)逐漸被軟保護措施所替代。軟保護措施就是通過一個特定設計的選擇性控制系統(tǒng),在生產(chǎn)短期內處于不正常情況時,生產(chǎn)設備不需要停車,由選擇性控制系統(tǒng)自動改變操作方式,使參數(shù)脫離極限值,并且當參數(shù)恢復正常時,原控制系統(tǒng)自動恢復,避免停車,而且無需人的參與就可恢復正常生產(chǎn)。
要構成選擇性控制,生產(chǎn)操作必須具有一定的選擇性邏輯關系。而選擇性控制的實現(xiàn)則需要靠具有選擇功能的自動選擇器(高值選擇器和低值選擇器)或有關的切換裝置(切換器、帶接點的控制器或測量裝置)完成。
選擇性控制系統(tǒng)原理及結構
選擇性控制系統(tǒng)是把生產(chǎn)過程中的限制條件所構成的邏輯關系,疊加到正常的自動控制系統(tǒng)上去的一種組合控制方法。系統(tǒng)中設有兩個控制器(調節(jié)器或兩個以上的變送器),通過(高、低值)選擇器選出能適應生產(chǎn)安全狀況的控制信號,實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的自動控制。正常情況下當生產(chǎn)過程趨近于危險極限區(qū),但還未進入危險區(qū)時,一個用于控制不安全情況的控制方案通過高、低值選擇器將取代正常生產(chǎn)情況下工作的控制方案(正常調節(jié)器處于開環(huán)狀態(tài)),用取代調節(jié)器代替正常調節(jié)器,直至使生產(chǎn)過程重新恢復正常。然后,又通過選擇器使原來的控制方案重新恢復工作,用正常調節(jié)器代替取代調節(jié)器。因而這種選擇性控制系統(tǒng)又被稱為自動保護系統(tǒng),或稱為軟保護系統(tǒng)。
因此,設計選擇性控制系統(tǒng)的關鍵環(huán)節(jié)是采用了選擇器。選擇器可以接在兩個或多個調節(jié)器的輸出端,對控制信號進行選擇;或者接在幾個變送器的輸出端,對測量信號進行選擇,以適應不同生產(chǎn)過程的需要。
根據(jù)選擇器在系統(tǒng)結構中的位置不同,選擇性控制系統(tǒng)可分為兩種:
選擇性控制
1、選擇器位于調節(jié)器的輸出端,對調節(jié)器輸出信號進行選擇的系統(tǒng),如右圖所示,這種選擇性控制系統(tǒng)的主要特點是:兩個調節(jié)器共用一個調節(jié)閥。在生產(chǎn)正常情況下,兩個調節(jié)器的輸出信號同時送至選擇器,選出正常調節(jié)器輸出的控制信號送給調節(jié)閥,實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的自動控制。此時取代調節(jié)器處于開路狀態(tài),對系統(tǒng)不起控制作用。當生產(chǎn)不正常時,通過選擇器選出取代調節(jié)器代替正常調節(jié)器對系統(tǒng)進行控制。此時,正常調節(jié)器處于開路狀態(tài),對系統(tǒng)不起控制作用。當系統(tǒng)的生產(chǎn)情況恢復正常,通過選擇器的自動切換,仍由原正常調節(jié)器來控制生產(chǎn)的正常進行。這種選擇性控制系統(tǒng),在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中得到了廣泛應用。選擇性控制
2、選擇器位于調節(jié)器之前,對變送器輸出信號進行選擇的系統(tǒng),如右圖所示。該選擇性系統(tǒng)的特點是幾個變送器合用一個調節(jié)器。通常選擇的目的有兩個,其一是選出最高或最低測量值;其二是選出可靠測量值。如固定床反應器中,為了防止溫度過高燒壞催化劑,在反應器的固定催化劑床層內的不同位置上,裝設了幾個溫度檢測點,各點溫度檢測信號通過高值選擇器,選出其中最高的溫度檢測信號作為測量值,進行溫度自動控制,從而保證了反應器催化劑層的安全。防積分飽和的方法
由于選擇性控制系統(tǒng)中總有一臺控制器處于開環(huán)狀態(tài),因此易產(chǎn)生積分飽和。防積分飽和有限幅法、外反饋法、積分切除法三種。
1、限幅法:用高低值限幅器將控制器的積分反饋信號限定在某個區(qū)域。
2、外反饋法:在控制器開環(huán)狀態(tài)下,不再使它自身的信號做積分反饋,而是采用合適的外部信號作為積分反饋信號,從而也切斷了積分正反饋,防止了進一步的偏差積分作用。
3、積分切除法:它是從控制器本身的線路結構上想辦法,使控制器積分線路在開環(huán)情況下會暫時自動切除,僅具有比例作用,所以這類控制器稱為PI-P控制器。
選擇性控制
限幅法與外反饋法的防積分飽和原理不一致,功能亦有差別,在應用中應注意它們各自的適用場合。對于選擇性控制系統(tǒng)的防積分飽和,應選擇外反饋法。其積分外反饋信號取自選擇器的輸出信號,如右圖所示。當控制器1處于工作狀態(tài)時,選擇器輸出信號等于它自身的輸出信號,而對控制器2來說,這個信號就成為外部積分反饋信號了。反之,亦相同。值得注意的是,防積分飽和要解決的問題,并非僅僅在于使開環(huán)工作的控制器輸出信號不超出有效區(qū)間,而且還要求在該控制器的偏差為0的瞬間,其輸出信號與當時工作的控制器輸出信號相同,以便及時替換。
對于一般PI控制器,存在下式:
因此控制器1工作時,控制器2的輸出算式為式中:為偏差;為控制器2的比例增益;為積分反饋時間常數(shù)。當為0,且系統(tǒng)處于較平穩(wěn)階段時,上述公式為:從而實現(xiàn)了跟蹤。一旦偏差e反向,控制器2的輸出信號立即會被選上。顯然,若在這里選用限幅法防積分飽和,則無法起到信號跟蹤作用。