基本介紹
通常自動(dòng)控制系統(tǒng)只能在生產(chǎn)工藝正常時(shí)進(jìn)行工作,一旦生產(chǎn)處于事故狀態(tài),控制器就要改為手動(dòng),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(shí)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(dāng)生產(chǎn)操作達(dá)到安全極限時(shí),應(yīng)有保護(hù)性措施。
生產(chǎn)保護(hù)性措施有兩類:一類是硬保護(hù)措施;一類是軟保護(hù)措施。所謂硬保護(hù)措施,就是當(dāng)生產(chǎn)操作達(dá)到安全極限時(shí),會(huì)發(fā)出聲、光警報(bào)。此時(shí)由操作工將控制器切換到手動(dòng),進(jìn)行手動(dòng)操作處理;或是通過專門設(shè)置的連鎖保護(hù)線路實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停車,達(dá)到保護(hù)生產(chǎn)的目的。對(duì)于連續(xù)生產(chǎn)過程來說,即使短暫的設(shè)備停車,也會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失,因此這種硬保護(hù)措施已經(jīng)逐漸被軟保護(hù)措施所替代。軟保護(hù)措施就是通過一個(gè)特定設(shè)計(jì)的選擇性控制系統(tǒng),在生產(chǎn)短期內(nèi)處于不正常情況時(shí),生產(chǎn)設(shè)備不需要停車,由選擇性控制系統(tǒng)自動(dòng)改變操作方式,使參數(shù)脫離極限值,并且當(dāng)參數(shù)恢復(fù)正常時(shí),原控制系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù),避免停車,而且無(wú)需人的參與就可恢復(fù)正常生產(chǎn)。
要構(gòu)成選擇性控制,生產(chǎn)操作必須具有一定的選擇性邏輯關(guān)系。而選擇性控制的實(shí)現(xiàn)則需要靠具有選擇功能的自動(dòng)選擇器(高值選擇器和低值選擇器)或有關(guān)的切換裝置(切換器、帶接點(diǎn)的控制器或測(cè)量裝置)完成。
選擇性控制系統(tǒng)原理及結(jié)構(gòu)
選擇性控制系統(tǒng)是把生產(chǎn)過程中的限制條件所構(gòu)成的邏輯關(guān)系,疊加到正常的自動(dòng)控制系統(tǒng)上去的一種組合控制方法。系統(tǒng)中設(shè)有兩個(gè)控制器(調(diào)節(jié)器或兩個(gè)以上的變送器),通過(高、低值)選擇器選出能適應(yīng)生產(chǎn)安全狀況的控制信號(hào),實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制。正常情況下當(dāng)生產(chǎn)過程趨近于危險(xiǎn)極限區(qū),但還未進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)時(shí),一個(gè)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(diào)節(jié)器處于開環(huán)狀態(tài)),用取代調(diào)節(jié)器代替正常調(diào)節(jié)器,直至使生產(chǎn)過程重新恢復(fù)正常。然后,又通過選擇器使原來的控制方案重新恢復(fù)工作,用正常調(diào)節(jié)器代替取代調(diào)節(jié)器。因而這種選擇性控制系統(tǒng)又被稱為自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng),或稱為軟保護(hù)系統(tǒng)。
因此,設(shè)計(jì)選擇性控制系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是采用了選擇器。選擇器可以接在兩個(gè)或多個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出端,對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行選擇;或者接在幾個(gè)變送器的輸出端,對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行選擇,以適應(yīng)不同生產(chǎn)過程的需要。
根據(jù)選擇器在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(diào)節(jié)器的輸出端,對(duì)調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)進(jìn)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(diǎn)是:兩個(gè)調(diào)節(jié)器共用一個(gè)調(diào)節(jié)閥。在生產(chǎn)正常情況下,兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)同時(shí)送至選擇器,選出正常調(diào)節(jié)器輸出的控制信號(hào)送給調(diào)節(jié)閥,實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制。此時(shí)取代調(diào)節(jié)器處于開路狀態(tài),對(duì)系統(tǒng)不起控制作用。當(dāng)生產(chǎn)不正常時(shí),通過選擇器選出取代調(diào)節(jié)器代替正常調(diào)節(jié)器對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。此時(shí),正常調(diào)節(jié)器處于開路狀態(tài),對(duì)系統(tǒng)不起控制作用。當(dāng)系統(tǒng)的生產(chǎn)情況恢復(fù)正常,通過選擇器的自動(dòng)切換,仍由原正常調(diào)節(jié)器來控制生產(chǎn)的正常進(jìn)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(yīng)用。選擇性控制
2、選擇器位于調(diào)節(jié)器之前,對(duì)變送器輸出信號(hào)進(jìn)行選擇的系統(tǒng),如右圖所示。該選擇性系統(tǒng)的特點(diǎn)是幾個(gè)變送器合用一個(gè)調(diào)節(jié)器。通常選擇的目的有兩個(gè),其一是選出最高或最低測(cè)量值;其二是選出可靠測(cè)量值。如固定床反應(yīng)器中,為了防止溫度過高燒壞催化劑,在反應(yīng)器的固定催化劑床層內(nèi)的不同位置上,裝設(shè)了幾個(gè)溫度檢測(cè)點(diǎn),各點(diǎn)溫度檢測(cè)信號(hào)通過高值選擇器,選出其中最高的溫度檢測(cè)信號(hào)作為測(cè)量值,進(jìn)行溫度自動(dòng)控制,從而保證了反應(yīng)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(tái)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(hào)限定在某個(gè)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(hào)做積分反饋,而是采用合適的外部信號(hào)作為積分反饋信號(hào),從而也切斷了積分正反饋,防止了進(jìn)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(jié)構(gòu)上想辦法,使控制器積分線路在開環(huán)情況下會(huì)暫時(shí)自動(dòng)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(yīng)用中應(yīng)注意它們各自的適用場(chǎng)合。對(duì)于選擇性控制系統(tǒng)的防積分飽和,應(yīng)選擇外反饋法。其積分外反饋信號(hào)取自選擇器的輸出信號(hào),如右圖所示。當(dāng)控制器1處于工作狀態(tài)時(shí),選擇器輸出信號(hào)等于它自身的輸出信號(hào),而對(duì)控制器2來說,這個(gè)信號(hào)就成為外部積分反饋信號(hào)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(hào)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(hào)與當(dāng)時(shí)工作的控制器輸出信號(hào)相同,以便及時(shí)替換。
對(duì)于一般PI控制器,存在下式:
因此控制器1工作時(shí),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(shí)間常數(shù)。當(dāng)為0,且系統(tǒng)處于較平穩(wěn)階段時(shí),上述公式為:從而實(shí)現(xiàn)了跟蹤。一旦偏差e反向,控制器2的輸出信號(hào)立即會(huì)被選上。顯然,若在這里選用限幅法防積分飽和,則無(wú)法起到信號(hào)跟蹤作用。