【導讀】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。精餾過程的實質(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)品純度越來越高。本文主要圍繞選丁醇塔為研究對象，在分析其工藝流程和系統(tǒng)構(gòu)成的基礎(chǔ)上，計，詳細設(shè)計了精餾過程的控制方案,包括串級控制、分程控制等。系統(tǒng)達到工業(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，以補償過程的動態(tài)特性，使被控對象的滯后時間 ? 超前反映到控制器，有效地解決了大慣性環(huán)節(jié)的時間滯后問題，減少了系統(tǒng)的超調(diào)量，加速了系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程 ， 另外，通過增大液位調(diào)節(jié)器的比例增益，系統(tǒng)的等效時間常數(shù)可以獲得較小的數(shù)值，從而增加了副控回路的響應速度，提高了系統(tǒng)的工作 頻率。 在這個計算機串級隨動控制系統(tǒng)中，串級控制起到了及時檢測系統(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的調(diào)節(jié)，使塔溫的控制達到了良好的控制效果，并且使系統(tǒng)具有一定的自適應能力，有效地解決了對象的等效純滯后時間 ? 很長的問題 。 二次干擾為該系統(tǒng)的主要擾動，副控回路有效而快速地克服二次擾動的影響 。 當擾動發(fā)生在副回路內(nèi)，例如液位發(fā)生波動引起精餾段的溫度變化時，由于有副控回路的存在，液位調(diào)節(jié)器能及時地動作，河南城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 控制功能的實現(xiàn) 26 快速消除了擾動的影響；當擾動發(fā)生在副控回路以外時，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)器及時改變其輸出信號，由副控回路去改變流量，克服了 擾動 影響。 圖 51 精餾塔精餾段溫度串級控制系統(tǒng) 精餾過程由于內(nèi)在機理復雜，對控制作用的響應緩慢，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、強耦合、質(zhì)量參數(shù)在線檢測困難等特點，使得精餾塔的自動控制問題成為過程控制界研究的熱點。 精餾塔借助于冷凝器的冷卻來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)過程，使對象的等效純滯后時間 ? 很長 。 實驗和經(jīng)驗表明，塔溫控制對象可近似為一個純滯后環(huán)節(jié)和一個一階環(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)生變化能及時地調(diào)節(jié)回流閥門的開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，回流量得不到及時地調(diào)節(jié)，溫度變化以后才調(diào)節(jié)回流閥門的開度來改變蒸氣的供給量，產(chǎn)生了過程上的時間滯后問題，使被控對象的等效時間很長不能及時地反應系統(tǒng)所承受的擾動，從而達不到預期的控制效果 。 本文針對這個問題，提出采用主控回路和副控回路相配合的溫度串級控制系統(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。 河南城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 控制功能的實現(xiàn) 27 圖 52 精餾塔精餾段溫度串 級控制系統(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? ?（為等效被控過程的放大系數(shù)， 02022 0 2 m2TT 1 K K K Kcv? ?’ 等效被控過程的時間常數(shù)。 可見等效被控過程的時間常數(shù)小于被控過程的時間常數(shù)，隨著 2cK 的增大，時間常數(shù)減小的效果更明顯，副回路的動態(tài)響應快的多。 (210) 一次擾動作用下，擾動回路傳遞函數(shù)為 河南城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 控制功能的實現(xiàn) 28 (211) 系統(tǒng)輸出對輸入的傳遞函數(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象的控制通道的放大系數(shù)較大，時間常數(shù)較小，滯后時間較 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)為進料速率 (lb/min)。而對于精餾段不存在 ??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? ，則精餾塔主對象傳遞函數(shù)可簡化為： 01() 1sKeGs TS ??? ? (215) 副對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。 液位計選用單溶液位計傳遞函數(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 對象， 通過數(shù)據(jù)采集進行建模，得到主控廣義對象傳遞函數(shù)為 601120 1 ses ?? ， 廣義副對象傳遞函數(shù)為： 116 1s? 。 河南城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 控制功能的實現(xiàn) 29 結(jié)論：通過采用串級控制系統(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，計算機集散型控制系統(tǒng)的應用和普及，精餾塔的分離質(zhì)量將會越來越好，分離精度也將會越來越高。 控制系統(tǒng)的整定： 串級控制系統(tǒng)投運順利是先副環(huán)、后主環(huán)，要求必須保證無擾動切換，而且應該是無平衡無擾動切換。串級控制系統(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)與最佳值更接進一步。 具體步驟如下： （ 1） 斷開主回路，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)完成一個循環(huán)，如果控制品質(zhì)為達到規(guī)定指標，重新由第二步開始，直至獲得滿意的性能指標。 串級溫度控制系統(tǒng)仿真 建立了精餾塔的動態(tài)仿真數(shù)學模型；然后，將該模型應用于實際連續(xù)多相精餾塔，并編程進行了仿真，通過改變精餾塔迸料流量、進料組成、加熱蒸汽量和回流比等操作變量對該塔進行擾動實驗，得到一系列精餾塔組分濃度變化的過渡過程曲線，從而了解 該塔的動態(tài)特性。實驗結(jié)果表明，該模型能夠比較準確地預測精餾塔在各種干擾和操作條件下的動態(tài)行為，其穩(wěn)態(tài)結(jié)果與實際情況基本一致。因此，本模型對于精餾過程的控制系統(tǒng)分析和設(shè)計具有較高的實際應用價值和理論指導意義。 河南城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 控制功能的實現(xiàn) 30 河南城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 控制功能的實現(xiàn) 31 根據(jù)經(jīng)驗試湊法初步假設(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)反復試驗，當取 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)計要求。 經(jīng)反復主回路 PID 控制器 K=10， TI=4， TD=1，仿真得到 曲線如圖所示： 河南城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 控制功能的實現(xiàn) 32 河南城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 結(jié)束語 33 結(jié)束語 在為期兩個多月的畢業(yè)設(shè)計中， 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)及其工藝計算，結(jié)合以前所學的知識，認真學習測控儀表教材，了解了二元精餾系統(tǒng)流程儀表的位號和特點。 其中 遇到過很多很多的問題，但我通過很多有效地途徑，例如上網(wǎng)查相關(guān)資料，問身邊的同學與朋友，或者請教本專業(yè)的 老師，都得到了解決。 在設(shè)計過程中，從拿到題目，方案的設(shè)計到方案的確定，都經(jīng)過了嚴謹?shù)乃伎?，回路的設(shè)計，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)能夠達到設(shè)計目的。通過這次設(shè)計，我對過程控制系統(tǒng)在工業(yè)中的運用有了深入的認識，對過程控制系統(tǒng)設(shè)計步驟、思路有一定的了解與認識。我學到了控制系統(tǒng)的設(shè)計方法和步驟，拓展了知識面，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，在團隊的協(xié)作中使我們在與人共事之中學會交流學會合作。 PID ()Ws 0()sWse?? 河南城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 謝辭 34 謝 辭 本文是在 指導老師 的 悉心指導下完成的，在畢業(yè)設(shè)計期間 指導 老師對我有很大的幫助。在此，謹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、支持我和幫助過我的同學，是你們給予我努力學習的信心和力量。 河南城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 參考文獻 35 參考文獻 [1]張宏建 蒙建波 .自動檢測技術(shù)與裝置 [M] 北京：化學工業(yè)出版社， [2]劉君華 申中如 .郭福田 .現(xiàn)代測試技術(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)過程中的應用 [M] 北京：中國石化出版社， [4]王樹楹 .現(xiàn)代添料塔技術(shù)指南 [M] 北京：中國石化出版社， [5]李作政．乙烯生產(chǎn)與管理 [M] 北京：中國石油化工出版社， 1992． 8 [6] 玉松漢等編著．乙烯裝置技術(shù)［ M］北京：中國石化出版， 1994， 5 [7] 劉玉東主編．乙烯生產(chǎn)工 [M] 北京：化學工業(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]吉林化工學院學報， 2021 年 3 期 [11] 汪文強． 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 釜熱油泵機械密封泄漏分析及改造 [J]化工機械， 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