河南理工大学-过程控制教学课件--约束与选择控制-正式2.ppt

选择控制 电气学院 2016/12 氨冷却器单回路控制存在的问题 存在的问题 在这些大型工艺生产过程中，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，维持生产的平稳运行外，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。 生产保护性措施有两类：一类是硬保护措施； 一类是软保护措施。 生产的软保护措施 通过一个特定设计的自动选择性控制系统，当生产短期内处于不正常情况时，既不使设备停车又起到对生产进行自动保护的目的。 内容 选择性控制问题 （理解） 选择性控制方案的设计（重点） 积分饱和及其防止（理解） （被控变量）选择控制方案（了解） 举例1：缓冲罐与流量控制回路 如何避免液位低于 hmin ? 选择性控制问题的提出 在选择控制（也称“超驰控制”、“约束控制”）系统中，仅有一个操作变量MV，但有两个或两个以上被控变量CVs，其中 一个常规受控变量，需要进行定值控制； 一个区间约束变量，正常工况下无需控制，但一旦超出允许范围就需要及时加以调节，以防止事故的发生。 “选择性控制系统”的操作变量往往只有一个，因此，控制系统需要随时针对实际情况，选择某一个受控变量加以控制。 缓冲罐液位与流量控制的兼顾问题 如何避免液位低于 hmin ? 控制方案#1 引入自动开关SW ? 开关型选择性控制系统 一般有A、B两个可供选择的变量。其中一个变量A假定是工艺操作的主要技术指标，它直接关系到产品的质量或生产效率；另一个变量B，工艺上对它有一个限值要求。 控制方案 #2 （1）方块图 （2）切换过程平稳 ? LS: 低选器 （Low Selector） u(t) = min(u1, u2) 连续型选择性控制系统 当取代作用发生后，控制阀不是立即全开或全关，而是在阀门原来的开度基础上继续进行连续控制。 两台控制器 一台在正常情况下 一台在非正常情况下工作。 流量液位选择控制系统方块图 积分饱和及其防止 1.积分饱和的产生及其危害性 一个具有积分作用的控制器，处于开环工作状态时，如果偏差输入信号一直存在，那么，由于积分作用的结果，将使控制器的输出不断增加或减小，一直达到输出的极限值为止，该现象称为“积分饱和”。 产生积分饱和的条件 其一是控制器具有积分作用； 其二是控制器处于开环工作状态，其输出没 有被送往执行器； 其三是控制器的输入偏差信号长期存在。 当控制器处于积分饱和状态时，它的输出将达到最大或最小的极限值，该极限值已超出执行器的有效输入信号范围。 积分饱和及其防止 目前防止积分饱和的两种方法 （1）限幅法　 通过一些专门的技术措施对积分反馈信号加以限制，从而使控制器输出信号被限制在工作信号范围之内。 （2）积分切除法　 当控制器处于开环工作状态时，就将控制器的积分作用切除掉，这样就不会使控制器输出一直增大到最大值或一直减小到最小值，就不会产生积分饱和问题了。 积分饱和及其防止 流量液位选择控制方案 RFB：外部积分反馈 (external reset feedback） LS: 低选器 （Low Selector） u(t) = min(u1, u2) 抗积分饱和方法：当某一控制器起作用时，让另一备用控制器的输出跟踪起作用控制器的输出，从而避免备用控制器的积分累加。 氨冷却器单回路控制存在的问题 如何避免氨冷却器液位超过其上限? 氨冷却器工艺介质出口温度的串级控制系统 注意： TC31的输出必须加以限幅，具体限幅值与工艺要求及LT25测量范围有关。 为什么？ 氨冷却器工艺介质出口温度的选择性控制方案 讨论 控制方块图 控制器正反作用选择 选择器能否选择高选器？ 抗积分饱和措施 （被控变量）选择控制举例 具有多个变送器，且变送器共用一个控制器。 变送器输出信号均送入选择器，选择器选择符合工艺要求的信号反馈至控制器。 其目的在于选择出最高或最低的测量值或最可靠的测量值。 控制器控制规律的选择 正常控制器——由于被控变量对控制精度要求较高，同时保证产品质量，所以应选用PI或PID控制规律。 取代控制器——要求在生产将要出现事故时，能迅速及时采取措施，以防事故发生，所以一般选用P控制规律，以实现对系统的快速保护。