连续超驰控制在横河DCS中的应用

张 进 程冠军

(1. 横河电机(中国)有限公司，西安 710075；2. 大庆炼化公司设计院，黑龙江 大庆 163411)

连续超驰控制在横河DCS中的应用

张 进1程冠军2

(1. 横河电机(中国)有限公司，西安 710075；2. 大庆炼化公司设计院，黑龙江 大庆 163411)

通过工程实例介绍了连续超驰控制在横河CENTUM VP DCS中的应用和组态实现方法，超驰控制回路接到事故报警、偏差越限及故障等信号后，根据事故发生的原因执行选择控制、优先增减及禁止增减等逻辑功能将系统切换至安全控制状态，并发出报警信号，该过程相较传统的控制方式更高效、平稳。

连续超驰控制 CENTUM VP DCS 控制器 回路组态

随着自动化技术的不断发展，在炼油、化工、电力、钢铁、冶金、造纸及纺织等工艺过程控制中，人为干预少、运行平稳且安全可靠的自动控制方案深受欢迎。越来越多的生产装置要求控制系统既能在正常工作状况下发挥作用，又能在非正常工作状况下起到自动调整作用，使生产过程尽快恢复到正常工作状况[1]。这种能处理非正常工作状况的控制方案属于安全保护措施。安全保护措施有硬保护措施和软保护措施两大类。

硬保护措施也称联锁保护控制系统，当生产工艺状况超出一定范围时，联锁保护控制系统采取一系列措施，比如报警、联锁强制动作(急停、切断)等，使生产过程退守到安全状态。硬保护措施会使运行中的工艺或设备停止，造成经济损失。因此，人们在实践中探索出更多既安全又经济的软保护措施以减少停车造成的损失。软保护措施是当生产工艺状况超出一定控制范围时，控制系统不采取联锁保护，而是自动切换到另一种新的控制模式，该控制模式根据事故发生的原因立即执行预先设定的安全措施，对生产过程进行控制，当工作状况恢复正常时，又自动切换到原来的控制方式中。由于要对工作状况是否正常进行判断，且在两个控制系统中选择，上述控制模式称为选择性控制系统，也称为取代控制或超驰控制。

随着技术的发展，超驰控制的运用越来越成熟，显著的优点使它成为当前自动控制技术中不可缺少的组成部分，具有较高的应用价值。笔者将通过工程实例介绍连续超驰控制在横河CENTUM VP DCS中的应用。

1 超驰控制

常规控制回路缺少识别系统自身品质的能力，因此只要有偏差信号，控制器就会有相应的控制运算和输出，而不管系统内部或外部是否异常，有时甚至会出现控制背离给定值的现象，并因此造成事故[2]。超驰控制则能有效避免以上问题，随时检测控制回路中信号的品质、输入输出偏差限值等，当控制仪表本身出现问题时，超驰控制将使控制回路由自动转为手动；若自动控制仪表一切正常，主、辅设备或自动控制系统之间的运行状态出现异常，超驰控制将根据逻辑判定来决定控制策略或运行方向，使生产过程转入安全通道，脱离危险工况[3]。

超驰控制分为开关型和连续型两类，开关型超驰控制系统一般是在主路控制器与调节阀门间设置一个电磁阀门，此电磁阀门由辅路超驰信号控制。当超驰信号送过来时，电磁阀门断开，由于主路调节阀门失气或失电，调节阀门自动向预先设定的FC或FO动作。也就是说，当超驰信号出现时，调节阀门的最终动作只能是全开或全关，而不会动态地进行调节。

2 连续型超驰控制

连续型超驰控制是将开关型超驰控制系统中的电磁阀门换成一个选择性控制器，该控制器通过比较主路控制信号和超驰控制信号选择安全有效的输出。连续型超驰控制与开关型超驰控制比较节省一个电磁阀，与常规控制比较则节省一个调节阀，而且能够达到更优的控制效果，既经济又安全高效。

在连续型超驰控制系统中，一般设置两台连续型控制器(简称控制器A和控制器B)，通过一台高(低)选择器输出往控制阀，控制器A在正常工况下工作，控制器B在非正常工况下工作。当发生高(低)位超驰时(危险工况被触发时)，选择器选择控制器B取代控制器A去调节控制阀输出，同时A的输出要跟踪调节阀的输出。当超驰消失时选择器选择控制器A取代控制器B调节控制阀输出，此时B的输出要跟踪调节阀的输出。需要强调的是，不管哪个控制器控制输出，它都处于动态调节状态。

3 模拟量比较变送器在超驰控制系统中的应用

图1、2分别是超驰控制回路和清单，大量应用于延长DCC项目中，通过低(高)液位超驰控制，能够使控制更加安全平稳，同时减少一套输出设备。

图1 超驰控制回路

图2 超驰控制回路清单

未被选中的控制器输出随时跟踪被选中的控制器输出。两个控制器均在自动状态下，应设置为外部反馈类型，选择器的输出反馈到两个PID控制器。

连续超驰选择性控制回路上包含一个模拟信号选择器。高选器输出信号 OP是一路输入信号IP1和另一路输入信号IP2中数值较大的一个(例如：IP1=50，IP2=40；则OPmax=IP1=50，同时强制IP2=50)，控制器的输出继续下一个周期的比较。低选器输出信号 Y是一路输入信号IP1和另一路输入信号IP2中选出数值较小的一个(例如：IP1=50，IP2=40；则OPmin=IP2=40，同时强制IP1=40)，控制器的输出继续下一个周期的比较。

连续型超驰控制系统框图如图3所示。增加开环零点，改善控制品质，提高系统稳定性。选择器位于几个检测变送环节与控制器之间并利用选择器实现非线性控制。

图3 连续型超驰控制系统框图

4 应用与DCS实施

横河DCS中的低液位超驰控制回路如图4所示，选择器(低选)位于两个控制器和执行器(调节阀)之间，正常工况下流量控制900FIC44009(简称A)和液位控制900LIC44008(简称B)都在自动(AUT)模式，根据偏差自动调整输出，每个扫描周期，A与B输出进行比较，通过低选选择器输出较低的值给执行器(调节阀)，同时将输出值反馈给非低值的控制器，使得输出一致，实现低选到另一个控制器时调节阀流量的控制。若发生液位低于液位设定值(此时为低液位超驰)的工况时，输出锁定在此最小开度，保证生产安全，若液位恢复后，继续在流量与液位中比较来控制阀门开度。

图4 横河DCS中的低液位超驰控制回路

图4中运算块(CALCU)的作用是通过程序辅助超驰回路实现把低选后的输出，通过外反馈给高输出，强制使高输出跟踪低输出，具体程序如下：

!首先为了简化使用ALIAS指代功能，分3种情况完成外部反馈：

ALIAS TW1 900LIC44008.TSW

ALIAS TW2 900FIC44009.TSW

ALIAS MV1 900LIC44008.MV

ALIAS MV2 900FIC44009.MV

!若控制器A与B输出一致，保持当前状态：

IF(MV1==MV2)THEN

TW1=0

TW2=0

END IF

！若控制器A输出大于B输出，选择B输出，同时强制A输出等于B输出：

IF(MV1gt;MV2)THEN

TW1=1

TW2=0

END IF

！若控制器A输出小于B输出，选择A输出，同时强制B输出等于A输出：

IF(MV1lt;MV2)THEN

TW1=0

TW2=1

END IF

END

扫描顺序会影响到程序执行的结果，调试后的基本表块扫描顺序如图5所示。图6为该超驰控制在工艺流程图中的操作监控画面。

图5 DCS中的扫描顺序

图6 超驰控制在工艺流程图中的操作监控画面

当超驰发生时，超驰信号会低于主回路控制信号，选择器就选择超驰信号。连续型控制系统的超驰信号可动态调节阀门，在超驰过程中，选择器始终在比较两个输出信号的数值，选择低值输出。有一台控制器处于开环状态。若这台控制器具有积分作用，则会产生积分饱和。防止积分饱和的方法有限幅法、外反馈法和积分切除法，常采用外反馈法。当控制器A处于工作状态时，选择器输出的信号既反馈到控制器A，又反馈到控制器B作为控制器B的输出值，使得A、B输出一致。

5 结束语

现代工业生产中，自动控制一方面能实现复杂的工艺过程控制，提高经济效益，减轻人员劳动强度，另一方面其可靠性有待提高，特别是工艺过程发生大的扰动时，自动控制可能放大扰动，出现不可预见的结果。超驰控制由监测状态、逻辑判定及选择超驰等功能构成，可自动决定控制回路的工作方式，使自动控制系统运行更加可靠，是目前国外比较流行的控制方法。笔者所述超驰控制系统在现场已经投运两年多，生产运行稳定可靠。

[1] 杨庆柏.超驰控制及其应用前景[J].自动化与仪表，2000，15(6)：28.

[2] 姚金环，王立地.现代自动调节不可缺少的超驰控制[R].杭州：中国电机工程学会，1997.

[3] 姚金环.分散控制系统中的超驰控制[J].华东电力，2000，28 (3)：53～54.

TH165+.2

B

1000-3932(2016)05-0550-04

2016-03-30(修改稿)