【導(dǎo)讀】用最廣的液體混合物分離操作廣泛用于石油、化工、輕工、食品、冶金等部門。精餾過(guò)程的實(shí)質(zhì)是利用混合物中各組分具有不同的揮發(fā)度，即同一。分離的產(chǎn)品純度越來(lái)越高。本文主要圍繞選丁醇塔為研究對(duì)象，在分析其工藝流程和系統(tǒng)構(gòu)成的基礎(chǔ)上，計(jì)，詳細(xì)設(shè)計(jì)了精餾過(guò)程的控制方案,包括串級(jí)控制、分程控制等。系統(tǒng)達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)的要求。

　　

【正文】 利用二者的偏差控制管道上的閥門就能保持溫度的恒定 。 路中，以補(bǔ)償過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性，使被控對(duì)象的滯后時(shí)間 ? 超前反映到控制器，有效地解決了大慣性環(huán)節(jié)的時(shí)間滯后問(wèn)題，減少了系統(tǒng)的超調(diào)量，加速了系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過(guò)程 ， 另外，通過(guò)增大液位調(diào)節(jié)器的比例增益，系統(tǒng)的等效時(shí)間常數(shù)可以獲得較小的數(shù)值，從而增加了副控回路的響應(yīng)速度，提高了系統(tǒng)的工作 頻率。 在這個(gè)計(jì)算機(jī)串級(jí)隨動(dòng)控制系統(tǒng)中，串級(jí)控制起到了及時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)中可能引起被控量發(fā)生變化的一些因素并加 控制，閥位與流量得到了及時(shí)的調(diào)節(jié)，使塔溫的控制達(dá)到了良好的控制效果，并且使系統(tǒng)具有一定的自適應(yīng)能力，有效地解決了對(duì)象的等效純滯后時(shí)間 ? 很長(zhǎng)的問(wèn)題 。 二次干擾為該系統(tǒng)的主要擾動(dòng)，副控回路有效而快速地克服二次擾動(dòng)的影響 。 當(dāng)擾動(dòng)發(fā)生在副回路內(nèi)，例如液位發(fā)生波動(dòng)引起精餾段的溫度變化時(shí)，由于有副控回路的存在，液位調(diào)節(jié)器能及時(shí)地動(dòng)作，河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 控制功能的實(shí)現(xiàn) 26 快速消除了擾動(dòng)的影響；當(dāng)擾動(dòng)發(fā)生在副控回路以外時(shí)，如物料、能量的轉(zhuǎn)輸變化引起提餾段的溫度變化，溫度調(diào)節(jié)器及時(shí)改變其輸出信號(hào)，由副控回路去改變流量，克服了 擾動(dòng) 影響。 圖 51 精餾塔精餾段溫度串級(jí)控制系統(tǒng) 精餾過(guò)程由于內(nèi)在機(jī)理復(fù)雜，對(duì)控制作用的響應(yīng)緩慢，參數(shù)間關(guān)聯(lián)密切，因此控制要求高，難度大 。 又由于其非線性、強(qiáng)耦合、質(zhì)量參數(shù)在線檢測(cè)困難等特點(diǎn)，使得精餾塔的自動(dòng)控制問(wèn)題成為過(guò)程控制界研究的熱點(diǎn)。 精餾塔借助于冷凝器的冷卻來(lái)保持其精餾段的溫度恒定，由于冷凝器的傳熱和精餾塔的傳質(zhì)過(guò)程，使對(duì)象的等效純滯后時(shí)間 ? 很長(zhǎng) 。 實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)表明，塔溫控制對(duì)象可近似為一個(gè)純滯后環(huán)節(jié)和一個(gè)一階環(huán)節(jié)組 成 。 在精餾 塔精餾段溫度控制系統(tǒng)中，保持回流量的恒定與塔溫發(fā)生變化能及時(shí)地調(diào)節(jié)回流閥門的開(kāi)度使塔溫保持恒定是我們的最終控制目的 。 如果采用傳統(tǒng)的控制算法，回流量得不到及時(shí)地調(diào)節(jié)，溫度變化以后才調(diào)節(jié)回流閥門的開(kāi)度來(lái)改變蒸氣的供給量，產(chǎn)生了過(guò)程上的時(shí)間滯后問(wèn)題，使被控對(duì)象的等效時(shí)間很長(zhǎng)不能及時(shí)地反應(yīng)系統(tǒng)所承受的擾動(dòng)，從而達(dá)不到預(yù)期的控制效果 。 本文針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，提出采用主控回路和副控回路相配合的溫度串級(jí)控制系統(tǒng)，主回路控制器采用 PID控制算法，副回路采用 P控制算法，最大可能的滿足控制系統(tǒng)的要求。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 控制功能的實(shí)現(xiàn) 27 圖 52 精餾塔精餾段溫度串 級(jí)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 圖 53 精餾塔精餾段溫度控制系統(tǒng)方框圖 式 39。39。 0202 39。02() 1sKeWsTS????中 39。 2 0 202 2 0 2s) 1 cvcvK K KK K K K? ?（為等效被控過(guò)程的放大系數(shù)， 02022 0 2 m2TT 1 K K K Kcv? ?’ 等效被控過(guò)程的時(shí)間常數(shù)。 可見(jiàn)等效被控過(guò)程的時(shí)間常數(shù)小于被控過(guò)程的時(shí)間常數(shù)，隨著 2cK 的增大，時(shí)間常數(shù)減小的效果更明顯，副回路的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快的多。 (210) 一次擾動(dòng)作用下，擾動(dòng)回路傳遞函數(shù)為 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 控制功能的實(shí)現(xiàn) 28 (211) 系統(tǒng)輸出對(duì)輸入的傳遞函數(shù)為 (212） 主回路系統(tǒng)采用 PID 控制，副回路采用 P控制能最大限度的滿足被控對(duì)象的控制通道的放大系數(shù)較大，時(shí)間常數(shù)較小，滯后時(shí)間較 小。 以二元精餾塔為例，其模型 為： (213 ) 其中： ??1y t 為塔頂餾出物濃度 (mol%)； ??2y t 為塔底餾出物濃度 (mol%)； ??1u t 為回流量 (lb/min)； ??2u t 為蒸汽輸入量 (lb/min)； d (t)為進(jìn)料速率 (lb/min)。而對(duì)于精餾段不存在 ??2y t ， ??2u t ，則二元精餾塔的模型： (214) 上式 p? 為出口流量，而本課題研究的是對(duì)出口溫度 T的控制，所以上式需轉(zhuǎn)變?yōu)闇囟鹊暮瘮?shù)，由于存在 ? ?()G s KT s? ，則精餾塔主對(duì)象傳遞函數(shù)可簡(jiǎn)化為： 01() 1sKeGs TS ??? ? (215) 副對(duì)象是采用典型的慣性環(huán)節(jié) ，傳遞函數(shù)是 02K1 Ts? 調(diào)節(jié)閥 v()vW s K? ，取 vK =1 副調(diào)節(jié)器采用比例調(diào)節(jié)（ P）規(guī)律，傳遞函數(shù)為 ? ?22ccW s K? ， 調(diào)節(jié)閥和副測(cè)量變送器分別為 ()vW s K? ， 22 2() 1 mm mKWs Ts? ?。 . 主調(diào)節(jié)器采用 PID 控制規(guī)律。 液位計(jì)選用單溶液位計(jì)傳遞函數(shù)是一階慣性環(huán)節(jié)，干擾在此可忽略。 以某石油加工企業(yè)精餾塔精餾段溫度控制系統(tǒng)為 對(duì)象， 通過(guò)數(shù)據(jù)采集進(jìn)行建模，得到主控廣義對(duì)象傳遞函數(shù)為 601120 1 ses ?? ， 廣義副對(duì)象傳遞函數(shù)為： 116 1s? 。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 控制功能的實(shí)現(xiàn) 29 結(jié)論：通過(guò)采用串級(jí)控制系統(tǒng)，塔釜溫度控制更加平穩(wěn)，產(chǎn)品純度很高，隨著控制系統(tǒng)軟件和硬件的不斷發(fā)展和完善，計(jì)算機(jī)集散型控制系統(tǒng)的應(yīng)用和普及，精餾塔的分離質(zhì)量將會(huì)越來(lái)越好，分離精度也將會(huì)越來(lái)越高。 控制系統(tǒng)的整定： 串級(jí)控制系統(tǒng)投運(yùn)順利是先副環(huán)、后主環(huán)，要求必須保證無(wú)擾動(dòng)切換，而且應(yīng)該是無(wú)平衡無(wú)擾動(dòng)切換。串級(jí)控制系統(tǒng)常用的控制器參數(shù)整定方法有：逐步逼近法，兩步法，一步法。 現(xiàn)在介紹逐步逼近法。逐步逼近法就是在主回 路斷開(kāi)的情況下，求取副控制器的整定參數(shù)，然后將副控制器的參數(shù)設(shè)置在求取值的數(shù)值上，使串級(jí)控制系統(tǒng)主回路閉合求取主控制器的整定參數(shù)，再將控制器的參數(shù)設(shè)置在所求的數(shù)值上，進(jìn)行整定，求出第二次副控制器的整定參數(shù)值。比較上述兩次的整定參數(shù)和控制質(zhì)量，如果達(dá)到了控制品質(zhì)要求則結(jié)束整定。否則，在按照上述方法求取第二次主控制器的參數(shù)整定值，依次循環(huán)，直到求得合適的整定參數(shù)值止。這樣，每次循環(huán)，其整定參數(shù)與最佳值更接進(jìn)一步。 具體步驟如下： （ 1） 斷開(kāi)主回路，閉合副回路，按單回路控制系統(tǒng)的整定方法整定副控制器參數(shù)。 （ 2） 閉合主副回路 ，保持第一步取得的副控制器參數(shù)，按照單回路控制系統(tǒng)的整定方法，整定主控制器參數(shù)。 （ 3） 在主副回路閉合，主控制器參數(shù)保持不變的情況下，再次調(diào)整副控制器的參數(shù)。 至此，已經(jīng)完成一個(gè)循環(huán)，如果控制品質(zhì)為達(dá)到規(guī)定指標(biāo)，重新由第二步開(kāi)始，直至獲得滿意的性能指標(biāo)。 串級(jí)溫度控制系統(tǒng)仿真 建立了精餾塔的動(dòng)態(tài)仿真數(shù)學(xué)模型；然后，將該模型應(yīng)用于實(shí)際連續(xù)多相精餾塔，并編程進(jìn)行了仿真，通過(guò)改變精餾塔迸料流量、進(jìn)料組成、加熱蒸汽量和回流比等操作變量對(duì)該塔進(jìn)行擾動(dòng)實(shí)驗(yàn)，得到一系列精餾塔組分濃度變化的過(guò)渡過(guò)程曲線，從而了解 該塔的動(dòng)態(tài)特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該模型能夠比較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)精餾塔在各種干擾和操作條件下的動(dòng)態(tài)行為，其穩(wěn)態(tài)結(jié)果與實(shí)際情況基本一致。因此，本模型對(duì)于精餾過(guò)程的控制系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和理論指導(dǎo)意義。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 控制功能的實(shí)現(xiàn) 30 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 控制功能的實(shí)現(xiàn) 31 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)試湊法初步假設(shè)副回路 PID控制器的參數(shù) K=3,TI=0,TD=0,仿真得到曲線如圖所示： 經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，當(dāng)取 K=15， TI=0， TD=0， 仿真得到曲線如圖所示，曲線衰減效果良好，符合設(shè)計(jì)要求。 經(jīng)反復(fù)主回路 PID 控制器 K=10， TI=4， TD=1，仿真得到 曲線如圖所示： 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 控制功能的實(shí)現(xiàn) 32 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 結(jié)束語(yǔ) 33 結(jié)束語(yǔ) 在為期兩個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)中， 我熟悉了二元精餾的工藝流程，了解了二元精餾塔的特性和結(jié)構(gòu)及其工藝計(jì)算，結(jié)合以前所學(xué)的知識(shí)，認(rèn)真學(xué)習(xí)測(cè)控儀表教材，了解了二元精餾系統(tǒng)流程儀表的位號(hào)和特點(diǎn)。 其中 遇到過(guò)很多很多的問(wèn)題，但我通過(guò)很多有效地途徑，例如上網(wǎng)查相關(guān)資料，問(wèn)身邊的同學(xué)與朋友，或者請(qǐng)教本專業(yè)的 老師，都得到了解決。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中，從拿到題目，方案的設(shè)計(jì)到方案的確定，都經(jīng)過(guò)了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃伎?，回路的設(shè)計(jì)，調(diào)節(jié)器的正反作用的確定，被控參數(shù)的選擇，使系統(tǒng)能夠達(dá)到設(shè)計(jì)目的。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我對(duì)過(guò)程控制系統(tǒng)在工業(yè)中的運(yùn)用有了深入的認(rèn)識(shí)，對(duì)過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟、思路有一定的了解與認(rèn)識(shí)。我學(xué)到了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和步驟，拓展了知識(shí)面，了解了工業(yè)工程中控制系統(tǒng)起到的重要作用。 與此同時(shí)，在團(tuán)隊(duì)的協(xié)作中使我們?cè)谂c人共事之中學(xué)會(huì)交流學(xué)會(huì)合作。 PID ()Ws 0()sWse?? 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 謝辭 34 謝 辭 本文是在 指導(dǎo)老師 的 悉心指導(dǎo)下完成的，在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間 指導(dǎo) 老師對(duì)我有很大的幫助。在此，謹(jǐn)向老師致以深深的敬意和由衷的感謝。 最后，感謝所有關(guān)心我、支持我和幫助過(guò)我的同學(xué)，是你們給予我努力學(xué)習(xí)的信心和力量。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 參考文獻(xiàn) 35 參考文獻(xiàn) [1]張宏建 蒙建波 .自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)與裝置 [M] 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， [2]劉君華 申中如 .郭福田 .現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)與系統(tǒng)集成 [M] 北京：電子工業(yè)出版社， [3]黃步余 .分散控制系統(tǒng)在工業(yè)過(guò)程中的應(yīng)用 [M] 北京：中國(guó)石化出版社， [4]王樹楹 .現(xiàn)代添料塔技術(shù)指南 [M] 北京：中國(guó)石化出版社， [5]李作政．乙烯生產(chǎn)與管理 [M] 北京：中國(guó)石油化工出版社， 1992． 8 [6] 玉松漢等編著．乙烯裝置技術(shù)［ M］北京：中國(guó)石化出版， 1994， 5 [7] 劉玉東主編．乙烯生產(chǎn)工 [M] 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2021． 3 [8] 張武 王殿舒． 脫丁烷塔控制分析與參數(shù)優(yōu)化 [J]，新疆石油科技 2021 年4 期 [9] 劉成軍 .脫丁烷塔壓力熱旁路控制系統(tǒng)的改造 [J]，煉油技術(shù)與工程， 2021年 5期 [10] 陳麗 高維平． 乙烯裝置中脫丁烷塔優(yōu)化模擬研究 [J]吉林化工學(xué)院學(xué)報(bào)， 2021 年 3 期 [11] 汪文強(qiáng)． 改造 FCC 裝置的脫丁烷塔 [J]，石化譯文， 2021 年 1 期 [12] 張素香 侯立山． 脫丁烷塔 釜熱油泵機(jī)械密封泄漏分析及改造 [J]化工機(jī)械， 2021 年 2 期 [13] 陳福勇． 提高輕烴回收裝置液化石油氣回收率的方案選擇及其效果 [J]，齊魯石油化工， 2021 年 2期 [14] 鄧雪琴 王麗． 混烴脫丁烷塔的模擬核算研究 [J]，吐哈油氣， 2021 年 3期 [15] AllenBradley, Universal I/O Chassis Installation Instructions and 1771A3B1SS [16] AllenBradley,1771IBN DC(1030V) Input Module Installation Instructions Series C [17] AllenBradley,1771OBN DC(1030V) Output Module Installation Instructions Series B