超馳控制在DCS系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用

高寧 延海波（陜西延長(zhǎng)中煤榆林能源化工有限責(zé)任公司，陜西 靖邊 718500）

超馳控制在DCS系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用

高寧 延海波（陜西延長(zhǎng)中煤榆林能源化工有限責(zé)任公司，陜西 靖邊 718500）

本文簡(jiǎn)述了超馳控制的原理和作用，分析了超馳控制實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵因素及實(shí)現(xiàn)方法。在DCS系統(tǒng)中使用兩種不同的組態(tài)方法搭建了超馳控制回路，通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)試，效果良好，實(shí)現(xiàn)了超馳控制在化工裝置的實(shí)際應(yīng)用。

超馳控制；抗積分飽和；DCS系統(tǒng)

長(zhǎng)期以來(lái)人們對(duì)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的投入抱著既歡迎又擔(dān)心的心態(tài)，生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化會(huì)促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益提高，減輕運(yùn)行人員勞動(dòng)強(qiáng)度，這是受歡迎的主要原因。實(shí)際應(yīng)用中常規(guī)自動(dòng)調(diào)節(jié)因設(shè)備功能單調(diào)、控制方式不夠完善，其長(zhǎng)期運(yùn)行的可靠性欠佳而讓人擔(dān)心。經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐證明，在DCS中實(shí)現(xiàn)的超馳控制，以其功能強(qiáng)、協(xié)調(diào)性好、覆蓋面廣、可靠性高等突出優(yōu)點(diǎn)為自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)安全穩(wěn)定的投入筑下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，對(duì)提高自動(dòng)投入率有很大幫助。隨著DCS應(yīng)用的深入，超馳控制在越來(lái)越多的石油化工裝置得到應(yīng)用，已經(jīng)逐漸成為自動(dòng)控制系統(tǒng)中不可缺少的組成部分[1]。

1 超馳控制的原理及作用

超馳控制是把生產(chǎn)過(guò)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，也就是系統(tǒng)中設(shè)有兩個(gè)或兩個(gè)以上的控制器，通過(guò)（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(guò)程的自控控制。正常情況下當(dāng)生產(chǎn)過(guò)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器通過(guò)選擇器將取代正常生產(chǎn)情況下控制器，直至生產(chǎn)過(guò)程重新恢復(fù)正常[1]。

2 超馳控制實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵

在超馳控制系統(tǒng)中，最關(guān)鍵的是要保持兩個(gè)控制器輸出同步[2]，防止因選擇器切換滯后或不起作用導(dǎo)致的調(diào)節(jié)質(zhì)量差或事故的發(fā)生，即使控制回路具有抗積分飽和的能力。對(duì)于超馳控制系統(tǒng)的防積分飽和，應(yīng)采用外反饋法，將選擇器的輸出作為積分反饋信號(hào)反饋于處于開(kāi)環(huán)的控制器。當(dāng)主控制器處于工作狀態(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)副控制器來(lái)說(shuō)，這信號(hào)就變成外部積分反饋信號(hào)了。反之亦相同。

3 超馳控制在DCS系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)

由公司某裝置凝液汽提塔（T-4410）溫度與再沸器（E-4415AB）液位控制進(jìn)行舉例說(shuō)明。圖1是凝液汽提塔溫度與再沸器液位超馳控制，正常時(shí)由T-4410溫度（TIC-44009）與再沸器蒸汽流量（FIC-44009）組成串級(jí)控制，控制凝液閥（FV-44009），當(dāng)再沸器液位達(dá)到低限時(shí)液位控制器（LICA-44008）直接控制凝液閥（FV-44009）。超馳的解除為自動(dòng)解除，也可由操作人員手動(dòng)解除。

對(duì)于橫河CENTUM VP系統(tǒng)，要使控制回路具有抗積分飽和功能，可以使用2種方法實(shí)現(xiàn)。一是選用普通的選擇器，將選擇器的最終輸出直接反寫(xiě)給未被選擇的控制器輸出；二是選擇標(biāo)準(zhǔn)的自動(dòng)選擇模塊實(shí)現(xiàn)。根據(jù)圖1所示工藝流程，應(yīng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)低選功能。

圖1 回路圖

3.1 選用普通的選擇器

在橫河公司CENTUM VP組態(tài)環(huán)境中，“CALCU”選擇輸出信號(hào)反饋于主控制器900FIC44009、副控制器900LIC44008，防止未被選擇器選中的控制器產(chǎn)生積分飽和。選擇器的選擇功能和反寫(xiě)功能通過(guò)在“CALCU”中編寫(xiě)程序?qū)崿F(xiàn)。PID控制器的TIN端為反寫(xiě)輸入端，當(dāng)模塊的TSW為1時(shí)，PID的輸出值等于TIN端輸入值，當(dāng)TSW為0時(shí)，反寫(xiě)值無(wú)效。

3.2 選用標(biāo)準(zhǔn)的自動(dòng)選擇模塊

回路圖如圖2所示：“AS-L”為自動(dòng)低選塊，具有無(wú)擾切換和輸出值反寫(xiě)功能，原理如圖3所示,選擇器將輸出反寫(xiě)至未被選中的輸入端，而選擇器的輸入端又將值反跟蹤至上級(jí)控制器。

圖2 回路圖

圖3 回路圖

4 調(diào)試

根據(jù)實(shí)際工藝要求，按以下三種情況分別進(jìn)行調(diào)試：

（1）兩個(gè)控制器的控制作用使各自輸出均減小。

（2）一個(gè)控制器的作用使輸出增大，另一控制器的控制作用使輸出減小。

（3）兩個(gè)控制器的控制作用使各自輸出均增大。

4.1 組態(tài)方法調(diào)試

該方法模擬（1）、（2）兩種情況，調(diào)試結(jié)果良好，選擇器能迅速切換，無(wú)滯后。而在第（3）種情況的調(diào)試過(guò)程中卻遇到困難。

現(xiàn)象：兩個(gè)控制器輪流被選中，來(lái)回切換，而選擇器的輸出值則保持一個(gè)固定值不變，無(wú)法實(shí)現(xiàn)控制。

原因：經(jīng)反復(fù)調(diào)試和研究，發(fā)現(xiàn)控制器的調(diào)節(jié)輸出、選擇器的選擇、引入外部積分反饋這些動(dòng)作的執(zhí)行都在同一個(gè)掃描周期內(nèi)執(zhí)行。在這個(gè)周期內(nèi)，控制器1的值被選中，選擇器立即將其反饋于控制器2，控制器2的輸出與控制器1的輸出同步，無(wú)法增大；在下一個(gè)掃描周期控制器2的輸出被選中，選擇器立即又將其輸出反饋于控制器1，控制器2的輸出與控制器1的輸出同步，也無(wú)法增大。

解決方法：將此回路中的部分模塊設(shè)置為高速掃秒塊，并且將這些模塊的掃描順序按照一定的次序排列。通過(guò)這樣的程序改進(jìn)，最終實(shí)現(xiàn)了控制要求。

4.2 組態(tài)方法調(diào)試

該方法模擬三種調(diào)試情況，效果良好。

實(shí)驗(yàn)證明，4.2所述方法組態(tài)簡(jiǎn)便，且無(wú)需對(duì)回路中任一模塊設(shè)置高速掃描，從而不影響DCS控制器CPU負(fù)荷，應(yīng)用效果良好。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，超馳控制因其“發(fā)現(xiàn)異常、即時(shí)轉(zhuǎn)換、保持穩(wěn)定”的優(yōu)點(diǎn)及其在DCS系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)，在石油化工行業(yè)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，在本公司的主要裝置中，大量應(yīng)用了超馳控制方法，保證了設(shè)備運(yùn)行安全，真正實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制的智能化。

[1]張井崗.過(guò)程控制與自動(dòng)化[M].北京：北京大學(xué)出版社，2007.

[2]李自皋，呂行，王明成.催化裂化裝置反應(yīng)-再生系統(tǒng)控制方案的現(xiàn)狀及改進(jìn)[J].石油化工自動(dòng)化，2008（01）：84-89.

高寧（1985-），女，陜西榆林人，助理工程師，研究生，從事控制系統(tǒng)維護(hù)工作。

延海波（1984-），男，陜西榆林人，工程師，本科，從事化工儀表技術(shù)管理工作。