超馳控制在DCS系統中的實現及應用

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

超馳控制在DCS系統中的實現及應用

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

本文簡述了超馳控制的原理和作用，分析了超馳控制實際應用的關鍵因素及實現方法。在DCS系統中使用兩種不同的組態方法搭建了超馳控制回路，通過動態調試，效果良好，實現了超馳控制在化工裝置的實際應用。

超馳控制；抗積分飽和；DCS系統

長期以來人們對自動調節系統的投入抱著既歡迎又擔心的心態，生產過程實現自動化會促進經濟效益提高，減輕運行人員勞動強度，這是受歡迎的主要原因。實際應用中常規自動調節因設備功能單調、控制方式不夠完善，其長期運行的可靠性欠佳而讓人擔心。經過多年的實踐證明，在DCS中實現的超馳控制，以其功能強、協調性好、覆蓋面廣、可靠性高等突出優點為自動調節系統安全穩定的投入筑下堅實基礎，對提高自動投入率有很大幫助。隨著DCS應用的深入，超馳控制在越來越多的石油化工裝置得到應用，已經逐漸成為自動控制系統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上去的一種組合控制方法，也就是系統中設有兩個或兩個以上的控制器，通過（高、低值）選擇器選出能適應生產安全狀況的控制信號，實現對生產過程的自控控制。正常情況下當生產過程趨近于危險極限區，但還未進入危險區時，一個用于控制不安全情況的控制器通過選擇器將取代正常生產情況下控制器，直至生產過程重新恢復正常[1]。

2 超馳控制實現的關鍵

在超馳控制系統中，最關鍵的是要保持兩個控制器輸出同步[2]，防止因選擇器切換滯后或不起作用導致的調節質量差或事故的發生，即使控制回路具有抗積分飽和的能力。對于超馳控制系統的防積分飽和，應采用外反饋法，將選擇器的輸出作為積分反饋信號反饋于處于開環的控制器。當主控制器處于工作狀態時，選擇器輸出信號等于它自身的輸出信號，而對副控制器來說，這信號就變成外部積分反饋信號了。反之亦相同。

3 超馳控制在DCS系統中的實現

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

對于橫河CENTUM VP系統，要使控制回路具有抗積分飽和功能，可以使用2種方法實現。一是選用普通的選擇器，將選擇器的最終輸出直接反寫給未被選擇的控制器輸出；二是選擇標準的自動選擇模塊實現。根據圖1所示工藝流程，應實現自動低選功能。

圖1 回路圖

3.1 選用普通的選擇器

在橫河公司CENTUM VP組態環境中，“CALCU”選擇輸出信號反饋于主控制器900FIC44009、副控制器900LIC44008，防止未被選擇器選中的控制器產生積分飽和。選擇器的選擇功能和反寫功能通過在“CALCU”中編寫程序實現。PID控制器的TIN端為反寫輸入端，當模塊的TSW為1時，PID的輸出值等于TIN端輸入值，當TSW為0時，反寫值無效。

3.2 選用標準的自動選擇模塊

回路圖如圖2所示：“AS-L”為自動低選塊，具有無擾切換和輸出值反寫功能，原理如圖3所示,選擇器將輸出反寫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控制器。

圖2 回路圖

圖3 回路圖

4 調試

根據實際工藝要求，按以下三種情況分別進行調試：

（1）兩個控制器的控制作用使各自輸出均減小。

（2）一個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）兩個控制器的控制作用使各自輸出均增大。

4.1 組態方法調試

該方法模擬（1）、（2）兩種情況，調試結果良好，選擇器能迅速切換，無滯后。而在第（3）種情況的調試過程中卻遇到困難。

現象：兩個控制器輪流被選中，來回切換，而選擇器的輸出值則保持一個固定值不變，無法實現控制。

原因：經反復調試和研究，發現控制器的調節輸出、選擇器的選擇、引入外部積分反饋這些動作的執行都在同一個掃描周期內執行。在這個周期內，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，無法增大；在下一個掃描周期控制器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，也無法增大。

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

4.2 組態方法調試

該方法模擬三種調試情況，效果良好。

實驗證明，4.2所述方法組態簡便，且無需對回路中任一模塊設置高速掃描，從而不影響DCS控制器CPU負荷，應用效果良好。

5 結語

綜上所述，超馳控制因其“發現異常、即時轉換、保持穩定”的優點及其在DCS系統中的實現，在石油化工行業應用越來越廣泛，在本公司的主要裝置中，大量應用了超馳控制方法，保證了設備運行安全，真正實現工業控制的智能化。

[1]張井崗.過程控制與自動化[M].北京：北京大學出版社，2007.

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

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

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