【正文】 通過(guò)實(shí)際改造和使用，串級(jí)調(diào)節(jié)與單回路控制相比較，串級(jí)控制有許多優(yōu)點(diǎn)： 。 為了提高精餾效率和保證產(chǎn)品純度，我們采用靈敏板溫度調(diào)節(jié)器與再沸器加熱蒸汽流量調(diào)節(jié)器串級(jí)控制系統(tǒng)來(lái)對(duì)靈敏板溫度進(jìn)行控制。以往調(diào)節(jié)只是采用靈敏板溫度調(diào)節(jié)器單一回路調(diào)節(jié)。）一般情況下精餾塔塔釜的溫度，我們是通過(guò)控制精餾塔釜內(nèi)靈敏板的溫度來(lái)控制的。對(duì)于我們的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，在單位階躍作用下，P、PI、PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)分別如圖54中的曲線①、②、③所示。比例積分微分（PID）調(diào)節(jié)器是在PI調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上再引入微分D的作用，從而使系統(tǒng)既無(wú)余差存在，又能改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能（快速性、穩(wěn)定性等）。一般言之，用比例（P）調(diào)節(jié)器的系統(tǒng)是一個(gè)有差系統(tǒng)，比例度δ的大小不僅會(huì)影響到余差的大小，而且也與系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能密切相關(guān)。反之，控制器參數(shù)選擇得不合適，則會(huì)使控制質(zhì)量變壞，達(dá)不到預(yù)期效果。當(dāng)調(diào)節(jié)方案確定之后，接下來(lái)就是整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)，一個(gè)單回路系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝就緒之后，控制質(zhì)量的好壞與控制器參數(shù)選擇有著很大的關(guān)系。本系統(tǒng)所要保持的參數(shù)是液位的給定高度，即控制的任務(wù)是控制塔釜液位等于給定值所要求的高度。給定擾動(dòng)液位塔釜液位變頻調(diào)節(jié)PID控制器─+差壓變送器圖63 液位控制系統(tǒng)原理圖圖63為單回路液位控制系統(tǒng)。缺點(diǎn)是滯后較大且液位控制回路存在反向特性。該控制方案正象前面所述的，按精餾段溫度來(lái)控制的方案那樣，有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和一定的弱點(diǎn)。此時(shí)，D是按回流罐的液位來(lái)控制?？稍谠摲桨钢?，回流量采用定值控制，而且回流量應(yīng)是足夠大，以便當(dāng)塔的負(fù)荷最大時(shí)仍能保證產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)。該方案采用塔內(nèi)上升蒸汽V作為控制變量，在動(dòng)態(tài)的響應(yīng)上要比回流量L控制的滯后小，反應(yīng)迅速，所以對(duì)克服進(jìn)入提餾段的擾動(dòng)和保證塔底產(chǎn)品質(zhì)量有利。ⅰ、按提餾段指標(biāo)控制再沸器加熱量，從而控制塔內(nèi)上升蒸汽量V，同時(shí)保持回流量L為定值。這是因?yàn)樵谝合噙M(jìn)料時(shí)，進(jìn)料量F的變化，首先影響到塔底產(chǎn)品濃度，塔頂或精餾段塔板上的溫度不能很好地反映濃度的變化，所以用提餾段控制比較及時(shí)。（2）按提餾段指標(biāo)控制當(dāng)塔釜液為主要產(chǎn)品時(shí)，常常按提餾段指標(biāo)控制。然而該方案溫度控制回路滯后較大，反應(yīng)較慢，從采出量D的改變到溫度變化，要間接地通過(guò)回流罐液控制回路來(lái)實(shí)現(xiàn)，特別是回流罐容積較大時(shí)，反應(yīng)更慢，給控制帶來(lái)困難。該方案的優(yōu)點(diǎn)是有利于精餾塔的平衡操作，對(duì)于回流比較大的情況下控制D要比控制L靈敏。可是在該方案中，L受溫度調(diào)節(jié)器控制；回流量的波動(dòng)對(duì)于精餾塔平衡作用是不利的，所以在調(diào)節(jié)器參數(shù)整定時(shí)，采用比例加積分的控制規(guī)律即可，不必加微分，此外再沸器熱量維持一定而且應(yīng)足夠大，以便塔在最大負(fù)荷時(shí)仍能保證產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)。ⅰ、依據(jù)精餾段指標(biāo)控制回流量L，再保持再沸器加熱量V為定值。采用這種控制方案時(shí)，在L、D、V和W四者之中，選擇一個(gè)作為控制產(chǎn)品質(zhì)量的手段，選擇另一個(gè)保持流量恒定，其余兩個(gè)變量則按回流罐和再沸器的物料平衡關(guān)系由調(diào)節(jié)器加以控制。后一種方式雖較復(fù)雜，但可迅速有效地克服進(jìn)入副環(huán)的擾動(dòng)，并可降低對(duì)調(diào)節(jié)閥特性的要求，在需作精密控制時(shí)采用。這時(shí)取精餾段某點(diǎn)濃度或溫度作為被控變量，而以回流量L、塔頂采出量D或再沸器上升蒸汽量V作為控制變量。再一種是兩端產(chǎn)品的質(zhì)量均需嚴(yán)格控制?？傊?，在設(shè)計(jì)或選擇精餾塔控制方案時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮上述動(dòng)態(tài)影響的因素。否則將引起滯后，影響控制品質(zhì)。要使、和間的關(guān)系式成立，塔釜液位必須嚴(yán)格保持一定。為此要使V、L和D的關(guān)系成立，回流罐液位必須保持一定，這樣在采用改變D（或D/F）來(lái)控制塔頂產(chǎn)品質(zhì)量的方案中，才能在V不變時(shí)使回流量L及時(shí)跟蹤采出量D的變化，否則將引起滯后，影響控制品質(zhì)。然而，回流罐有一定的蓄液量，從D的變公到L的變化會(huì)產(chǎn)生滯后。由式D=VL可知，回流量L總是等于塔頂汽相流量V和塔頂采出量D之差。組分滯后隨著塔板上液相蓄存量的增加而增加，因而隨塔板數(shù)的增加而增加，也隨著回流比的增加面增加，因?yàn)榛亓鞅鹊脑黾?，意味著塔板上蓄存量的增加。由于組分要達(dá)到靜態(tài)平衡需要較長(zhǎng)時(shí)間，因此盡管上升蒸汽量變化可以很快影響到塔頂組分濃度，但要使塔頂組分濃度變化 并達(dá)到一個(gè)新的平衡仍需花費(fèi)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。由此可見(jiàn)，除頂部塔板外，要使塔的任何一點(diǎn)的汽液比發(fā)生變化，用再沸器的加熱量作為控制手段比用回流量響應(yīng)要快。由于上升蒸汽只須克服塔板上極薄覆蓋的液相阻力，而且塔內(nèi)汽相蓄存量在塔壓控制一定時(shí)可忽略不計(jì)，因此上升蒸汽量的變化幾秒鐘內(nèi)就可影響到塔頂。所以本節(jié)僅從定性的角度從幾個(gè)側(cè)面分析塔的動(dòng)態(tài)影響。（4）動(dòng)態(tài)影響分析前面討論的內(nèi)容，均是各參數(shù)對(duì)塔操作的靜態(tài)影響，然而在動(dòng)態(tài)過(guò)程中，這些參數(shù)對(duì)塔操作的影響是有快有慢各不相同的，因此在設(shè)計(jì)控制方案時(shí)，必須考慮動(dòng)態(tài)影響，才能便控制系統(tǒng)及時(shí)克服各參數(shù)對(duì)塔操作的影響?？傊?，從前面對(duì)塔的靜態(tài)特性和內(nèi)部平衡關(guān)系的分析，不難看到，為了克服塔的主要干擾，可采用控制以下參數(shù)的手段：①塔頂采出量②塔底采出量③回流量④再沸器加熱量⑤冷凝器的冷卻量前二者是通過(guò)影響全塔的物料平衡來(lái)影響塔的內(nèi)部平衡，從而起到控制作用。在兩相進(jìn)料時(shí)，則可設(shè)法控制熱焓恒定以克服干擾。進(jìn)料溫度和進(jìn)料狀態(tài)的變化，對(duì)塔的操作影響較大。一般情況下進(jìn)料量是不可控制的（受前一工序的影響）。通過(guò)以上分析，影響精餾過(guò)程的主要因素可概括如下：① 進(jìn)料量；② 進(jìn)料濃度；③ 進(jìn)料溫度和進(jìn)料狀態(tài)；④ 再沸器的加熱量⑤ 冷卻器的冷卻量；⑥ 回流量；⑦ 塔頂采出量；⑧ 塔底采出量；⑨ 塔壓的影響。iii. 提餾段的物料平衡總物料：易揮發(fā)組分：即該式表明了在提餾段內(nèi)任一塔板上的汽相濃度與汽液比的關(guān)系。然而，汽液比除了決定于再沸器上升蒸汽量以外，還決定于回流量L與塔頂采出量D，通常將回流量與采出量之比稱為回流比R，即當(dāng)D=0時(shí)稱為全回流。在以上這些條件下，有下述平衡關(guān)系：i. 加料板的物料平衡對(duì)于液相泡點(diǎn)進(jìn)料：，對(duì)于汽相露點(diǎn)進(jìn)料：，ii. 精餾段的物料平衡對(duì)精餾塔段內(nèi)任一塔板i以上作物料平衡計(jì)算，輕組分的物料平衡關(guān)系式為：則（）該式表明了精餾段內(nèi)任一塔板的汽相濃度與和之間的關(guān)系。由此可知只要以下三式 中D/F、W/F、V/F一定，這個(gè)塔的分離結(jié)果，就完全確定了。并可進(jìn)一步近似表達(dá)為式中，定義為塔的特性因子，對(duì)任意給定的塔，可以用V/F除以分離度S的自然對(duì)數(shù)求得。為了使Fenske方程能夠推廣到全回流以外的情況，定義分離度S為在部分回流時(shí)，影響分離度S的因素很多，可以表示為以下的函數(shù)的關(guān)系：對(duì)于一個(gè)確定的塔，n，E和是一定的或變化不大，同時(shí)進(jìn)料濃度的變化對(duì)S的影響與V/F對(duì)S的影響相對(duì)要小得多，可以忽略。在二元精餾中，全回流時(shí)的Fenske方程為：()式中，為平均相對(duì)揮發(fā)度；n為理論塔板數(shù)。該式并未表示出塔內(nèi)的能量關(guān)系對(duì)產(chǎn)品純度的直接影響。（2）能量平衡在穩(wěn)態(tài)時(shí)，進(jìn)入塔的（通過(guò)傳熱和進(jìn)料帶入的）所有能量必然與離開(kāi)塔的（能過(guò)傳熱和產(chǎn)品帶出的）的能量相平衡。然而，單是物料平衡關(guān)系，還不能完全確定xD和xW，只能確定xD和xW之間的關(guān)系。D/F改變了，xD和xW都可以變化。所謂靜態(tài)特性就是以物料平衡和能量平衡為基礎(chǔ)來(lái)確定穩(wěn)態(tài)下精餾塔各參數(shù)之間的定量關(guān)系。影響能量平衡的因素主要是進(jìn)料熱焓的變化，此外還有環(huán)境溫度的變化等。影響物料平衡的因素是進(jìn)料量和進(jìn)料組分的變化。和其它單元操作一樣，精餾也是在不定期的物料平衡和能量平衡的基礎(chǔ)上進(jìn)行操作的。其中質(zhì)量指標(biāo)是必要條件，在質(zhì)量指標(biāo)一定的前提下，在控制過(guò)程上應(yīng)使產(chǎn)品產(chǎn)量盡量高一些，同時(shí)能量消耗盡可能低一些?？墒菃挝划a(chǎn)量的能耗最低并不等于單位產(chǎn)量的成本最低，因?yàn)闆Q定成本的不僅是能耗，還有原料的成本。以上說(shuō)明，在精餾操作中，主要產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)，剛好達(dá)到質(zhì)量要求的情況是期望的，低于要求的純度將使產(chǎn)品不合格，而超過(guò)純度要求會(huì)降低產(chǎn)量。純度愈高這個(gè)傾向愈明顯。產(chǎn)品回收率、產(chǎn)品純度及能量消耗三者之間的定量關(guān)系可由下圖中的曲線來(lái)說(shuō)明，這是對(duì)于某一精餾塔按分離50%兩組分混合液作出的曲線圖，縱坐標(biāo)是回收率，橫坐標(biāo)是產(chǎn)品純度，圖中的曲線是表示每單位進(jìn)料所消耗能量的等值線，（用塔內(nèi)上開(kāi)蒸汽量V與進(jìn)料量F之比V/F來(lái)表示）。回收率的定義是：進(jìn)料中每單位產(chǎn)品組分所能得到的可售產(chǎn)品的數(shù)量。從定性分析來(lái)看，要使分離所得產(chǎn)品純度越高產(chǎn)品產(chǎn)量愈大，則所消耗的能量愈多。別外分離混合液也需要消耗一定的能量，這主要是再沸器的加熱量和冷凝器的冷卻量消耗。在精餾操作中，產(chǎn)品質(zhì)量應(yīng)該控制到剛好能滿足規(guī)格上的要求，即處于卡邊生產(chǎn)，超過(guò)規(guī)格的產(chǎn)品是一種浪費(fèi)。這時(shí)，顯然乙烷是輕關(guān)鍵組分，丙烯則是重關(guān)鍵組分。從塔頂分離出揮發(fā)度較大的關(guān)鍵組分稱為輕關(guān)鍵分，從塔底分離出揮發(fā)度較小的關(guān)鍵組分稱為輕關(guān)鍵組分。在多元組分精餾下，情況較復(fù)雜，一般控制關(guān)鍵組分。也就是說(shuō)，塔頂或塔底產(chǎn)品之一應(yīng)該保證達(dá)到規(guī)定的純度，而另一產(chǎn)品也應(yīng)保證在規(guī)定的范圍內(nèi)。 本節(jié)中只討論兩組分精餾，著重說(shuō)明精餾的基本原理。 簡(jiǎn)單地說(shuō)，精餾操作就是迫使混合物的汽、液兩相在塔體中作逆向流動(dòng)，在互相接觸的過(guò)程中，液相中的輕組分逐漸轉(zhuǎn)入汽相，而汽相組分則逐漸進(jìn)入液相。 精餾操作是利用混合液中各組分具有不同的揮發(fā)度，即在同一溫度下各組分的蒸汽壓力互不相同這一物理性質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)液體混合特的分離。同時(shí)各塔工藝結(jié)構(gòu)特點(diǎn)又千差萬(wàn)別，這就更需要深入分析工藝特性，結(jié)合具體塔的特點(diǎn)，進(jìn)行自動(dòng)控制方案的設(shè)計(jì)和研究。 精餾塔是一個(gè)多輸入多輸出的對(duì)象，它由很多塔板組成，內(nèi)在機(jī)理復(fù)雜，對(duì)控制作用響應(yīng)緩慢，參數(shù)間相互關(guān)聯(lián)嚴(yán)重，而控制要求大多又較高。圖61 單回路控制系統(tǒng)方塊圖圖62 串級(jí)控制系統(tǒng)方塊圖 精餾操作是煉油化工生產(chǎn)過(guò)程中一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)。用同一種形式的方塊圖可以代表不同的控制系統(tǒng)。測(cè)量元件及邊上變送器的輸入信號(hào)z進(jìn)入比較機(jī)構(gòu)，與工藝上希望保持的被控變量數(shù)值，即給定值x進(jìn)行比較，得出偏差信號(hào)e，為了能更清楚的說(shuō)明其比較作用，在圖中把它單獨(dú)畫(huà)出來(lái)。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中用y表示被控變量，即對(duì)象的輸出；引起被控變量波動(dòng)的外來(lái)因素稱為干擾作用，用f表示；如果用一方塊表示控制閥，那么，出料流量即為控制閥方塊的輸出信號(hào)。兩個(gè)方塊之間用一條帶有箭頭的線條表示其信號(hào)的相互關(guān)系，箭頭指向方塊表示為這個(gè)環(huán)節(jié)的輸入，箭頭離開(kāi)方向表示為這個(gè)環(huán)節(jié)的輸出。在研究自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，為了能更清楚的表示一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng) 各個(gè)組成環(huán)節(jié)之間的相互影響和信號(hào)聯(lián)系，便于對(duì)控制系統(tǒng)分析研究，一般都用方塊圖來(lái)表示控制系統(tǒng)的組成。在進(jìn)行操作站組態(tài)前，必須先進(jìn)行系統(tǒng)的單元登陸及系統(tǒng)控制站組態(tài)，只有當(dāng)這些組態(tài)信息已經(jīng)存在，系統(tǒng)的操作站組態(tài)才有意義。 圖52控制站組態(tài)流程操作站組態(tài)是對(duì)系統(tǒng)操作站上操作畫(huà)面的組態(tài)，是面向操作人員PC操作平臺(tái)的定義。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可擴(kuò)展修改，控制站內(nèi)的總線結(jié)構(gòu)也可方便地?cái)U(kuò)展I/O卡件。主畫(huà)面由標(biāo)題欄、工具欄、菜單條、操作顯示區(qū)、狀態(tài)欄五部分組成。零，SCKey組態(tài)軟件還提供了強(qiáng)大的在線幫助功能。SCKey組態(tài)軟件通過(guò)簡(jiǎn)明的下拉菜單和彈出式對(duì)話框建立友好的人機(jī)對(duì)話界面，并大量采用Windows的標(biāo)準(zhǔn)控件，使操作保持了一致性，易學(xué)易用。SCKey組態(tài)軟件是一個(gè)全面支持該系統(tǒng)各類(lèi)控制方案的組態(tài)軟件平臺(tái)。該軟件用戶界面良好，操作方便，充分支持各種控制方案。此外，趨勢(shì)顯示、歷史數(shù)據(jù)壓縮、數(shù)據(jù)報(bào)表打印及畫(huà)面拷貝等組態(tài)常作為畫(huà)面組態(tài)或控制組態(tài)的一部分來(lái)完成，也可以分開(kāi)進(jìn)行。DCS系統(tǒng)的組態(tài)包括系統(tǒng)組態(tài)、畫(huà)面組態(tài)和控制組態(tài)。組態(tài)是用DCS控制系統(tǒng)所提供的功能模塊或算法組成所需的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，完成所需功能；操作站的顯示組態(tài)則是用DCS控制系統(tǒng)所提供的組態(tài)編輯軟件組成所需的各種顯示畫(huà)面。第五章 控制系統(tǒng)在DCS中的實(shí)現(xiàn) 控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制就是在DCS系統(tǒng)中，通過(guò)組態(tài)將系統(tǒng)軟件包中的相應(yīng)功能模塊按照控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的實(shí)際儀表方案進(jìn)行組合、分配，使DCS系統(tǒng)具有針對(duì)該裝置的過(guò)程監(jiān)視功能。用戶可根據(jù)使用場(chǎng)合和配套儀表的要求選擇適當(dāng)?shù)囊?guī)格型號(hào)。目前已廣泛用于石油、化工、冶金、電站、輕工等部門(mén)，與調(diào)節(jié)器、記錄儀表、計(jì)算機(jī)等配套使用，組成各種測(cè)量控制系統(tǒng)。概述： 隔爆型一體化溫度變送器（以下簡(jiǎn)稱溫度變送器）由溫度傳感器和信號(hào)轉(zhuǎn)換器組成，信號(hào)轉(zhuǎn)換器安裝在溫度傳感器的冷端接線盒內(nèi)，把溫度傳感器檢測(cè)到的電壓、電阻信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成4～20mA電流輸出。這些材料是經(jīng)過(guò)精選而且標(biāo)準(zhǔn)化了的，它們分別被用在各溫度范圍內(nèi)，測(cè)量效果良好。它的測(cè)量范圍很廣、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、測(cè)溫準(zhǔn)確可靠，便于信號(hào)的遠(yuǎn)傳、自動(dòng)記錄和集中控制，因而在化工生產(chǎn)中應(yīng)用極為普遍。 熱電偶是工業(yè)上最常用的一種測(cè)溫元件。浮子在立管組隨液位的變化而上升或下降，通過(guò)磁耦合作用，帶動(dòng)立管組件外部的指示器顏色發(fā)生變化，從而指示出液位高度。液位報(bào)警開(kāi)關(guān)可實(shí)現(xiàn)液位上下控制、限位報(bào)警和聯(lián)鎖；液位遠(yuǎn)傳變送器可將液位變化線性的轉(zhuǎn)換成直流4—20mA輸出，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的指示、檢測(cè)、控制和記錄。指示器和貯罐是完全隔離的，因此絕對(duì)保證使用安全。廣泛應(yīng)用于過(guò)熱蒸汽、飽和蒸汽、壓縮氣體和一般氣體，以及各種液體的質(zhì)量流量和體積流量的測(cè)量。⑤是指針式電接點(diǎn)壓力表的理想替代品。②零位、量程可用電位器調(diào)整。 本小結(jié)主要介紹有關(guān)壓力、流量、溫度、液位的檢測(cè)方法、檢測(cè)儀表及相應(yīng)的傳感器和變送器。在生產(chǎn)過(guò)程中需要測(cè)量的參數(shù)是多種多樣的，相應(yīng)的測(cè)量方法及儀表的結(jié)構(gòu)原理也各不同，但從測(cè)量過(guò)程的結(jié)構(gòu)原理也各不相同，但從測(cè)量過(guò)程的實(shí)質(zhì)來(lái)看，都是將被測(cè)參數(shù)與其相應(yīng)的測(cè)量單位進(jìn)行比較的過(guò)程，而測(cè)量?jī)x表就是實(shí)現(xiàn)這種比較的工具。用來(lái)將這些殘順轉(zhuǎn)化為一定的便于傳送的信號(hào)的儀表通常稱為傳感器。 JX300X系統(tǒng)軟硬件選型 系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)儀表選型在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，為了正確指導(dǎo)生產(chǎn)操作、保證生產(chǎn)安全運(yùn)行、提高產(chǎn)品質(zhì)量和實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化，一項(xiàng)必不可少的工作是準(zhǔn)確而