过程控制工程第六章

第6章选择性控制系统

6．l 概述

选择性控制又叫取代控制(override control )，也称超驰控制。

通常自动控制系统只能在生产工艺处于正常情况下进行工作。一旦生产出现事故状态，控制器就要改为手动，待事故排除后，控制系统再重新投入工作。对于现代化大型生产过程来说，生产控制仅仅做到这一步远远不能满足生产要求。在大型生产工艺过程中，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，当生产操作达到安全极限时，控制系统应有一种应变能力，能采取一些相应的保护措施，促使生产操作离开安全极限，返回到正常情况；或是使生产暂时停止下来，以防事故的发生或进一步扩大。像大型压缩机的防喘振措施、精馏塔的防液泛措施等都属于非正常生产过程的保护性措施。

属于生产保护性措施的有两类：一类是硬保护措施；一类是软保护措施。

所谓硬保护措施就是当生产操作达到安全极限时，有声、光警报产生。此时，或是由操作工将控制器切到手动，进行手动操作，进行处理；或是通过专门设置的联锁保护线路实现自动停车；达到保护生产的目的。就人工保护来说，由于大型工厂生产过程中的强化、限制性条件多而严格，生产安全保护的逻辑关系往往比较复杂，即使编写出详尽的操作规程，人工操作也难免会出现错误。此外，由于生产过程进行的速度往往很快，操作人员的生理反映往往难以跟上，因此，一旦出现事故状态，情况十分紧急，容易出现手忙脚乱的情况，某个环节处理不当，就会使事故扩大。所以，在遇到这类问题时，常常采用联锁保护的办法进行

处理。即当生产达到安全极限时，通过专门设置的联锁保护线路，能自动地使设备停车，达到保护的目的。

通过事先专门设置的联锁保护线路，虽然能在生产操作达到安全极限时起到安全保护的作用，但是，这种硬性保护方法动辄就使设备停车，必然会影响到生产和造成经济损失。对于大型连续生产过程来说，即使短暂的设备停车也会造成巨大的经济损失。因此这种硬保护措施已逐渐不为人们所欢迎，相应地出现了软保护措施。

所谓生产的软保护措施，就是通过一个特定设计的选择性控制系统，在生产短期内处于不正常情况时，既不使设备停车而又起到对生产进行自动保护的目的。在这种选择性控制系统中已经考虑到了生产工艺过程限制条件的逻辑关系。当生产操作趋向极限条件时，用于控制不安全情况的控制方案将取代正常情况下工作的控制方案，直到生产操作重新回到安全范围时，正常情况下工作的控制方案又恢复对生产过程的正常控制。因此，这种选择性控制有时又被称之为自动保护性控制。某些选择性控制系统甚至连开：停车都能够由系统控制自动地进行而无需人的参与。

要构成选择性控制，生产操作必须具有一定选择性逻辑关系。而选择性控制的实现则需要靠具有选择功能的自动选择器(高值选择器和低值选择器)或有关的

切换装置(切换器、带接点的控制器或测量装置)来完成。

6．2 选择性控制系统的类型及应用

6．2．1 开关型选择性控制系统

在这一类选择性控制系统中，一般有A 、B 两个可供选择的变量。其中一个变量(例如A)是工艺操作的主要技术指标，它直接关系到产品的质量；另一变量B ，工艺上对它只有一个限值要求，生产操作在B 限值以内，生产是安全的，一旦超出限值，生产过程就有发生事故的危险。因此，在正常情况下，变量B 处于限值以内，生产过程按照变量A 进行连续控制，一旦变量B 达到限值，为了防止事故的发生，所设计的选择性控制系统将通过专门的装置(电接点、信号器、切换器)切断变量A 控制器的输出，而使控制阀迅速关闭或打开，直到变量B 回到限值以内，系统才重新恢复到按变量A 进行连续控制。

开关型选择性控制系统一般都用作系统的限值保护。图6．1(b)所示的丙烯冷却器裂解气出口温度与丙烯液位选择性控制系统就是开关型选择性控制应用的一个实例。

在乙烯分离过程中，裂解气经五段压缩后其温度已达到88℃。为了进行低温分离，必须将它的温度降下来(工艺要求降到15℃)。为此，工艺上采用了液丙烯低温下蒸发吸热的原理，用它与裂解气换热，达到降低裂解气温度的目的。

为了保证裂解气出口温度达到规定的质量要求，一般的控制方案是选取经换热后的裂解气温度作为被控变量，以液丙烯流量作为控制变量，组成如图6—1(a)所示的温度控制系统。

图6—1(a)所示控制方案实际上是通过改变换热面积的方法来达到控制裂解气出口温度的目的。当裂解气温度偏离时，控制阀则开大，液丙烯流量也随之增大，冷却器中丙烯的液位将会上升，冷却器中列管被液丙烯浸没的数量增多，换热面积增大，因而，为液丙烯气化所带走的热量将会增多，因此裂解气温度下降。反过来，当裂解气温度偏低时，控制阀关小，丙烯液位将下降，换热面积则减小，丙烯气化带走热量减少，裂解气温度将会上升。因此，通过对液丙烯流量的控制就可以达到维持裂解气出口温度的目的。

裂解气（88℃） 气丙烯 裂解气（88℃） 气丙烯

图6—l 丙烯冷却器的两种控制方案

然而，有一种情况必须进行考虑，当裂解气温度过高或负荷过大时，控制阀势必要大幅度地被打开。当换热器中的列管已全部为液丙烯所淹没而裂解气出口温度仍然降不下来时，不能再使控制阀开度继续开大了。因为，一来这时液位继续升高已不再能增加换热面积，换热效果不再能够提高，再增加控制阀的开度，冷量则得不到充分的利用；二来丙烯液位的继续上升，会使冷却器中的丙烯蒸发空间逐渐缩小，甚至会完全没有蒸发空间，以致于使气丙烯出现带液现象。而气相丙烯带液进入压缩机将会给压缩机带来损害，这是不允许的。为此，必须对图6—1(a)所示的方案进行改进，即需要考虑到当丙烯液位上升到极限情况时的防护性措施，于是就构成了如图6—1(b)所示的裂解气出口温度与丙烯冷却器液位开关型选择性控制系统。

方案(b)是在方案(a)的基础上增加了一个带上限接点的液位控制器(或报警器)和一个连接于温度控制器输出去控制阀的气动信号管路上的电磁三通阀。上限接点一般设置在液位高度的75％位置，在正常情况下，液位低于75％，接点是断开的(常开接点)，电磁阀失电(电关阀)，温度控制器输出可直通控制阀，实现温度控制。当液位上升达到75％时，保护压缩机不受损害已上升为主要矛盾，于是，液位控制器上限接点闭合，电磁阀得电，将温度控制器输出切断，同时使控制阀的膜头与大气相通，使膜头压力很快下降为零，于是控制阀很快关闭，这就终止了液丙烯继续进入冷却器。待冷却器中液态丙烯逐渐蒸发，液位慢慢下降到低于75％时，液位控制器上限接点又复断开，电磁阀重新失电，于是温度控制器的输出又直接送往控制阀，恢复成温度控制系统。

此开关型选择性控制系统的方块图如图6—2所示。

上述开关型选择性控制系统也 可以通过图6—3来实现。在该系 统中采用了一个信号器和一个切换 器。 信号器的工作原理是：

当液位低于75％时，p z ＝0 当液位达到75％时，p z ＝0．1MPa 切换器的工作原理是： 当p z ＝0时， p Y ＝p x 当p z ＝0．1MPa 时，p Y ＝0 液位 温度

图6—2 开关型选择性控制系统方块图

信号器 Z 图6—3 用信号器、切换器组成的开关 型选择性控制系统

在信号器和切换器的配合下，当液位低于75％时，控制阀接受温度控制器来的控制信号，实现温度控制。当液位达到75％时，控制接受的信号为零，于是控制阀将全关，液位则停止上升，这就防止了气丙烯带液现象的发生，对后续的压缩机起着保护作用。

在乙烯工程中有不少这种形式的开关型选择性控制系统。图6—4所示的脱烷塔回流罐液位与丙二烯转化器进料蒸发器液位开关型选择性控制系统就是一例。在正常情况下，蒸发器液位L 2低于上限值(75％)，液位控制器LC 2接点断开，电磁三通阀失电，液位控制器LC l 输出可直通控制阀(A ．O 表示阀为气开式)，从而构成按回流罐液位L l 控制的液位控制系统。当蒸发器液位上升到75％时，液位控制器LC 2接点接通，电磁三通阀得电，于是将液位控制器LCl 的输出切断，而将控制 阀膜头与大气连通，阀压很快降为零，于是控制阀全关，这就防止了蒸发器

液位L 2的继续上升。当蒸发器液位降至低

于75％时，液位控制器LC 2

电磁三通阀又复失电，使控制器LC l 输出 与控制阀膜头相通，于是恢复成按回流罐 液位Li 进行控制的液位控制系统。

6．2．2 连续型选择性控制系统 连续型选择性控制系统与开关型选择 性控制系统的不同之处在于：当取代作用

发生后，控制阀并不是立即全关或全开， 而是在阀门原有开度基础上继续进行控制，

因此，对控制阀来说，控制作用是连续的。

在连续型选择性控制系统中，一般具 有两只连续型控制器，它们的输出通过一 只选择器(高选器或低选器)后，送往控制阀。 这两只控制器一只在正常情况下工作，一只在非正常情况下工作。在生产处于正常情况时，系统由正常情况下工作的控制器进行控制。一旦生产处于不正常情况，不正常情况下工作的控制器将取代正常情况下工作的控制器，对生产过程进行控制。直到生产恢复到正常情况，正常情况下工作的控制器又取代非正常情况下工作的控制器，恢复对生产过程的正常控制。

下面是几个连续型选择性控制系统的应用实例。

例一：在大型合成氨工厂中，蒸汽锅炉是一个很重要的动力设备，它直接担负着向全厂提供蒸汽的任务。它正常运行与否，将直接关系到合成氨生产的全局。因此，必须对蒸汽锅炉的正常运行采取一系列的保护性措施。锅炉燃烧系统的选择性控制是这些保护性措施项目之一。

蒸汽锅炉所用的燃料为天然气或其他燃料气。在正常情况下，根据产汽压力来控制燃料气量。当用户所需蒸汽量增加时，蒸汽压力就会下跌，为了维持蒸汽

图6—4 回流罐液位与 蒸发器液位开关型选择控制系统

压力，必须在增加供水量(供水量另有其他控制系统进行控制，这里暂不研究)的同时，相应地燃料气量也要增加。当用户所需蒸汽器减少时，蒸汽压力就会上升，这时要减小燃料气量。关于燃料气压力对燃烧过程的影响，经过研究发现：当燃料气压力过高时，会将燃烧喷嘴的火焰吹灭，产生脱火现象。一旦脱火现象发生，大量燃料气就会因未燃烧而导致烟囱冒黑烟。这不但会污染环境，更严重的是燃烧室内积存大量燃料气与空气的混合物，会有爆炸的危险。为了防止脱火现象的产生，在锅炉燃烧系统中采用了如图6—5所示的蒸汽压力与燃料气压力选择性控制方案。图中采用了一只低选器，通过它选择蒸汽压力控制器与燃料气压力控制器两者之一的输出送往设置在燃料管线上的控制阀。

图6—5 蒸汽压力与燃料气压力选择性控制系统

低选器输出p Y与输入信号p A、p B的关系如下：

当p A＜p B时，p Y=p A

当p A＞p B时，p Y=

现在分析该选择性控制系统的工作情况。为便于分析，我们先承认这两个控制器均选为反作用(这是根据系统的要求确定，有关控制器正反作用的选择问题留待后面讨论)，其中PC1为正常情况下工作的控制器，PC2为非正常情况下工作的控制器，而且是窄比例的(即比例放大倍数很大)。

在正常情况下，燃料气压力低于产生脱火的压力(即低于给定值)，PC2感受到的是负偏差，因此，它的输出p B呈现为高信号(因为PC2为反作用、窄比例)。而与此同时PC1的输出信号相对来说则呈现为低信号。这样，低选器LS将选中PC1的输出p A送往控制阀，构成蒸汽压力控制系统。

当燃料气压力上升到超过PC2的给定值(脱火压力)时，PC2感受到的是正偏差，由于它是反作用、窄比例，因此PC2的输出p B一下跌为低信号。于是低选器LS

就改选PC2的输出p B送往控制阀，构成燃料气压力控制系统，从而防止燃料气压力的上升，达到防止脱火的产生。

待燃料气压力下降到低于给定值时，p B 又迅速上升为高信号，而蒸汽压力控制器PC 1输出p A 相对而言又成为低信号，为低选器重新选中送往控制阀，重新构成蒸汽压力控制系统。

本系统方块图如图6—6所示。 例二：图6—7所示为乙烯工程中C 3绿油塔液 位与去脱丙烷塔C 3绿油流量选择性控制系统。 从脱丙烷塔的稳定操作考虑，维持进料流量恒 定是非常必要的。从绿油塔正常操作要求考虑，塔 液位不能低于下限值。综合考虑脱丙烷塔和绿油塔 的正常操作，设置了如图6—7所示的选择性控制 系统。 该系统中控制阀选用的是气开阀。流量控制器 FC 为正常控制器，选为反作用。液位控制器LC 为

非正常控制器，用窄比例式，选为正作用。选择器 用低选器LS 。 在正常情况下，绿油塔液位L 高于给定值Ls (30％)，LC 感受到的是正偏差，其输出为高信号 (由于LC 为窄比例、正作用)，低选器则选中FC

输出送往控制阀，构成流量控制系统，以维持脱丙烷塔进料的稳定。

当绿油塔液位低于下限值Ls 时，系统处于不正常情况，这时维持绿油塔正常操作已上升成为主要矛盾。此时LC 感受到的是负偏差，其输出将迅速地转变成为低信号，于是低选器改选LC 的输出送往控制阀，从而构成以绿油塔液位作被控变量的液位控制系统。由于LC 的输出为低信号，因此控制阀将被关小，这就阻止了绿油塔液位的继续下降(当然，系统改为液位控制后，脱丙烷塔进料量流量将会有所波动)。

当液位上升到高于下限值Ls 后，LC 输入信号又呈现为正偏差，其输出又迅速转变成高信号，低选器LS 又改选FC 的输出送往控制阀，系统重又恢复成按流p 1 图6—6 蒸汽压力与燃料压力选择性控制系统方块图

图6—7绿油塔液位与脱丙烷塔进料 选择性控制系统

量控制的流量控制系统。

该系统的方块图如图6—8所示。图中：

G CL(s)，G CF(s)——分别为液位、流量控制器传递函数；

G oL(s)，G oF(s)——分别为液位、流量对象传递函数；

G mL(s)，G mF(s)——分别为液位、流量变送器传递函数；

G v(s)——控制阀传递函数。

比较图6—8与图6—6可以发现，该两系统的方块图是一致的。

6．2．3 混合型选择性控制系统

在这种混合型选择性控制系统中，既包含有开关型选择的内容，又包含有连续型选择的内容。例如锅炉燃烧系统既考虑“脱火”又考虑“回火”的保护问题，就可以设计一个混合型选择性控制系统来进行解决。

关于燃料气管线压力过高会产生脱火的问题前面已经作了介绍。当燃料压力不足时，燃料气管线的压力有可能低于燃烧室压力，这样就会出现危险的“回火”现象，这会危及燃料气罐发生燃烧和爆炸。因此，必须设法加以防止。为此，可在图6—5所示的蒸汽压力与燃料气压力连续型选择性控制系统的基础上增加一个燃料气压力过低的开关型选择内容。如图6—9所示。

s）

图6—8 绿油塔液位与脱丙烷塔力量选择性控制系统方块图图6—9 混合型选择性控制系统

在本方案中增加了一只带下限接点的压力控制器PC 3和一个三通电磁阀。当燃料气压力正常时，PC 3下限接点是断开的，电磁阀失电，低选器LS 输出直通控制阀，此时系统的工作情况与图6—5相同。一旦燃料气压力下降到低于下限值，PC 3下限接点接通，电磁阀得电，于是便切断了低选器LS 至控制阀的通路，并使控制阀的膜头与大气相通，膜头压力将迅速下降至零，于是控制阀将关闭，以防止“回火”的产生。当燃料气管线压力慢慢上升到正常值时，PC 3接点又断开，电磁阀复断电，于是低选器LS 的输出又能直通控制阀，恢复成图6—5的控制方案。

该系统的方块图如图6—10所示。图中：

G C1(s)、G C2(s)、G C3(s)——分别为控制器PC 1、PC 2、PC 3传递函数；

G o1(s)——蒸汽压力对象传递函数；

G o2(s)——燃料压力对象传递函数；

G m1(s)、G m2(s)、G m3(s)——分别为蒸汽压力、燃料气上限和下限压力变送器传递函数。

混合型选择性控制系统在管式炉燃烧系统控制也有类似的应用，第二章中将会谈到。

6．3 选择性控制系统的设计

选择性控制系统设计包括控制阀开、闭形式选择、控制器规律及正、反作用选择以及选择器类型的选择等项内容。

首先根据生产安全要求选择控制阀的开、闭形式；其次根据对象的特性和控制的要求，“选择控制器的控制规律及正、反作用；最后根据控制器的正、反作用和选择性控制系统设置的目的，确定选择器的类型。

控制阀开、闭形式与控制器正反作用与单回路系统中所介绍的确定方法完全相同。关于控制规律的选择，一般正常情况下工作的控制器起着保证产品质量的作用，因此，应选比例积分形式；如果考虑到对象的容量滞后比较大，还可以选择比例积分微分形式的控制器。至于非正常情况工作的控制器，为了使它能在生产处于不正常情况时迅速而及时地采取措施，以防事故的发生，其控制规律应选窄比例式(即比例放大倍数很大)。选择器的类型可以根据生产处于不正常情况下、非正常情况控制器的输出信号高、低来确定：如果在这种情况下它的输出为高信1（s ） 图6—10 混合型选择性控制系统方块图

号，则应选高选器；如果在这种情况下它的输出为低信号，则应选低选器。下面通过一个具体的例子来进行说明。

现有一氨冷却器出口温度与液氨液 位选择性控制系统，该系统的结构图如

图6—ll 所示。

通过分析作出如下选择： (1)为了防止液氨带液进入氨压缩 机后危及氨压缩机的安全、控制阀应选

择气开式。这样一旦控制阀失去能源 (即断气)，控制阀处于关闭状态，不致 使液位不断上升。

(2)氨冷却器的作用是使物料通过 它之后，经过换热使出口温度达到一定 的要求，这里物料出口温度是工艺的操作指标。温度控制器是正常情况下工作的控制器，由于温度对象的容量滞后比较大，因此，温度控制器应该选择比例积分微分控制规律。系统中液位控制器为非正常情况下工作的控制器，为了在液位上升到安全限度时，液位控制器能迅速地投入工作，液位控制器应选为窄比例式的。

(3)当选择器选中温度控制器的输出时，系统构成一单回路温度控制系统。在本系统中，当控制变量(液氨流量)增大时，物料出口温度将会下降，故温度对象放大倍数的符号为“负”。因为控制阀已选为气开式，变送器放大倍数符号肯定也是“正”的，所以温度控制器必须选择“正”作用。

当选择器选中液位控制器的输出时，则构成一单回路液位控制系统。在该系统中，当液氨流量(控制变量)增大时，液氨液位将上升，故液位对象放大倍数符号为“正”。已知控制阀放大倍数符号为“正”，液位变送器的放大倍数符号也肯定为“正”，因此液位控制器必须取“反”作用。

(4)由于液位控制器是非正常情况下工作的控制器，又由于它是反作用，在正常情况下，液位低于上限值、其输出为高信号。一旦液位上升到大于上限值，液位控制器输出迅速跌为低信号，为了保证液位控制器输出信号这时能够被选中，选择器必须选低选器，以防事故的发生。

6．4 积分饱和及其防止措施

6．4．1 积分饱和的产生及其危害性

一个具有积分作用的控制器，当其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(当控制器为正作用且偏差为正时)或不断减小(当偏差为负时)，一直达到输出的极限值为止，这种现象称之为“积分饱和”。由上述定义可以看出，产生积分饱和的条件有三个：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；其三是偏差信号的长期存在。

气氨

图6—11 氨冷器物料出口温度与液氨 液位选择性控制系统

对于PI 控制器来说，其输入输出特性如下式所示：

?+=)1(edt T e K y i p （6—1）

由此可以看出，当偏差长期存在，理论上控制器输出y 将趋向无穷大，实际上将一直达到仪表的极限数值。而对于执行器来说，比如气动控制阀门，其接受的信号范围为0．02一0．1Mpa 对于超出该范围的信号则不发生动作。

对于以计算机为基础的控制工具所构成的控制系统，其数/模转换器将具有一定字长的数字量转换成模拟量。例如12位D/A ，它将0—4095转换为4—20mA （或0—10mA ），但是计算本身的字长并不是12位，它的数值范围远远大的多，尽管经过系数转换，但仍有可能积分出一个极大（或极小）的数值。当偏差极性发生变化时，D/A 输出并不能立即发生变化，需要从当前的极大（或极小）的数值开始减小（或增加），一直等到回到有效数值范围内，D/A 输出才发生变化，执行器才开始动作。图6—12所示为偏差长时期存在下D/A 输出变化的情况：

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。对气动仪表来说，其上限值为0．14MPa ，下限值为零。然而接受控制器输出信号的控制阀，其工作信号范围却是0．02一0．1MPa 。当控制器输出信号超出这一范围时，即使控制器输出还是在变，控制阀却已达到极限位置(全开或全关)而不能再改变。因此，控制器输出压力在0一0．02MPa 与0．1一0．14MPa 范围内变化时，控制阀根本没反应，它们是控制阀的“死区”。只有当控制器输出信号进入0．02一0．1MPa 范围内时，控制阀才恢复控制的功能，即阀的开度才发生变化。然而，当控制器输出达到积分饱和状态时，只有当偏差信号改变方向后，控制器输出才能慢慢从积分饱和状态退出，并越过控制阀的“死区”后，才能进入控制阀的工作区，控制阀才恢复控制作用。由此可看出，由于积分饱和的影响，造成了控制阀的工作“死区”，使控制阀不能及时地发挥控制作用，因而导致控制品质的恶化，甚至还会导致发生事故。

在选择性控制系统中，任何时候选择器只能选中某一个控制器的输出送往控制阀，而未被选中的控制器则处于开环工作状态，这个处于开环工作状态下的控制器如果具有积分用，在偏差长期存在的条件下，就会产生积分饱和。

已经处于积分饱和状态的控制器，当它在某个时刻为选择器所选中，需要它

进行控制时，则由于它处在积分饱和状态而不能立即发挥作用。因为，这时它的 y 20 4

t

图6

输出还处在最大(0．14MPa)或最小值(0MPa)，要使它发挥作用，必须等它退出饱和区，即必须等它的输出慢慢下降到0．1MPa或慢慢上升到0．02MPa之后，控制阀才开始动作。也就是说，在饱和区里控制器输出的变化并没有实际发挥作用，因而会使控制不及时，控制质量变差。

需要指出的是，除选择性控制系统会产生积分饱和现象外，只要满足产生积分饱和的三个条件，其他控制系统也会产生积分饱和的问题。如串级系统当切入副环单独控制时而主控制器并没切入手动，那么，当再度转成串级时，主控制器会有积分饱和的问题。其他如系统出现故障、阀芯卡住、信号传送管线泄漏等都会造成控制器的积分饱和问题。

6．4．2抗积分饱和措施

产生积分饱和须满足三个条件。如果这三个条件中的任何一条不具备，积分饱和就不可能产生。这就是抗积分饱和措施的出发点。目俞防止积分饱和的方法有如下几种。

(1)限幅法

这种方法是通过采取一些专门的技术措施对积分反馈信号以加限制，从而使控制器输出信号限制在控制阀工作信号范围之内。在气动和电动Ⅱ型仪表中有专门的限幅器(高值限幅器和低值限幅器)，在电动Ⅲ型仪表中则有专门设计的限幅型控制器，偏差反馈型积分限幅控制器和积分反馈型积分限幅控制器就属于这一类。采用这些专用的控制器就不会出现积分饱和的问题。

(2)积分切除法

这种方法是当控制器处于开环工作状态时，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，当然也就不会产生积分饱和问题。在电动Ⅲ型仪表中有一种PI—P型控制器就属于这一类型。当控制器被选中处于闭环工作状态时；控制器具有比例积分控制规律；当控制器未被选中处于开环工作状态时，仪表线路具有自动切除积分作用的功能，结果控制器就只有比例作用功能。这样控制器的输出就不会向最大或最小两个极端变化，积分饱和问题也就不存在了。

本章附录选择性控制系统实验

一、实验目的

1．熟悉连续性选择性控制系统的构成及参数整定。

2．分析连续性选择性控制系统的工作过程。

二、实验方法

流量与液位系统流程中，在正常工况下由流量控制器控制阀门，使流量F稳定在50%点上。此时系统为流量控制系统。在非正常工况下，液位超出正常范围75％，为了防止液位继续上升，液位控制器将取代流量控制器工作，保持液位不再上升。此时系统为液位控制系统。当系统干扰消除，液位回落，系统又回复到

正常工况下的流量控制系统。

三、实验内容

1．将流量控制器给定设置在50%，将液位控制器给定设置在75%。

2．根据控制阀的气开/气闭形式，确定流量控制器和液位控制器的正、反作用。

3．根据流量控制器和液位控制器的正、反作用确定选用高选或低选。

4．整定液位控制器参数，将液位控制器参数放置在较小数值。

5．依次投运流量控制器和液位控制器。

6．施加液位扰动，观察系统运动情况。

7．整理数据，分析实验结果，写出实验报告。

本章思考题及习题

6．1 在选择性控制系统中，选择器的类型是如何确定的?

6．2 何谓积分饱和?它有什么危害性?

6．3 图6—13所示高位槽向用户供水，为保证供水流量的平稳，要求对高位槽出口流量进行控制。但为了防止高位槽水位过高而造成溢水事故，需对液位采取保护性措施。根据上述情况要求设计一连续型选择性控制系统。画出该系统的结构图，选择控制阀的开闭形式，控制器的正反作用及选择器的类型，并简述该系统的工作情况。

图6—13 习题6．3图

6．4 图6—1 4所示的热交换器用以冷却经五段压缩后的裂解气，冷剂为脱甲烷塔的釜液。正常情况下要求釜液流量维持恒定，以保证脱甲烷塔的稳定操作。但是裂解气冷却后的出口温度不得低于15℃，因为当温度低于此温度时，裂解气中所含的水分就会生成水合物而堵塞管道，为此，需为其设计一选择性控制系统。如果要求设计的是连续型选择性控制系统，系统中的控制阀、控制器及选择器应如何进行选择。

图6—14 习题6．4图

6．5 图6—15所示为一锅炉燃烧系统的产气量与燃料管线压力选择性控制系统。其中燃料压力控制是为了防止压力过高产生“脱火”事故而设置的，蒸汽流量控制则是根据用户所需蒸汽量而设置的。假设系统中所选控制阀为气闭阀，试分析确定各控制器的正、反作用及选择器的类型。并简要说明该系统的工作原理。

图6—15 习题6．5图