【正文】 額定值的5%。在曲線上求取時的振蕩周期或時的上升時間，按表32計算出調(diào)節(jié)器的各個參數(shù)。應逐步減小比例帶值，并再次試驗，直到過渡過程曲線出現(xiàn)4:1的衰減過程，對于的調(diào)節(jié)過程也是一樣的做上述試驗，直到出現(xiàn)10:1的衰減過程。衰減曲線法的具體步驟是：1） 置控制器的積分時間，微分時間，比例帶取一個較大的值；將系統(tǒng)投入閉環(huán)運行。臨界比例帶法操作簡單，易于掌握和判斷，適用于許多允許被控變量波動的系統(tǒng)。4）按照先比例、后積分、再微分的操作順序?qū)⒖刂破鞯膮?shù)逐一調(diào)整到整定值。記錄此時的臨界比例帶和臨界振蕩周期。臨界比例度法具體步驟是：1） 將控制器的積分時間置于最大值（），微分時間置為零（），置比例帶于一個較大的值。單回路的工程整定法（1）臨界比例帶法對于臨界比例帶法，主要先將控制器設置成純比例作用，投入到自動系統(tǒng)中運行，并將比例帶由大到小變化，一直到出現(xiàn)等幅振蕩，記下此時的比例帶值以及振蕩周期，然后調(diào)節(jié)各個參數(shù)，根據(jù)計算結(jié)果設置好調(diào)節(jié)器的各個參數(shù)，作階躍擾動試驗，觀察調(diào)節(jié)過程，適當修改控制器參數(shù)，到滿意為止。在串級控制系統(tǒng)中，主、副控制器串聯(lián)工作，其中任一個控制器的任一參數(shù)值發(fā)生變化時，對整個串級控制系統(tǒng)都具有影響。因此，計算還是有必要的。在熱工生產(chǎn)過程中，比較實用的是現(xiàn)場整定方法，即通過現(xiàn)場調(diào)試來選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)。一類是理論計算整定方法，這類方法基于被控對象的數(shù)學模型計算控制器參數(shù)，計算復雜，所得結(jié)果的可靠性依賴于模型精度。整定的實質(zhì)是通過調(diào)整控制器的參數(shù)使其特性與被控對象的特性相匹配，已獲得最為滿意的控制效果[13]。一旦系統(tǒng)按照設計方案確定后，這時系統(tǒng)的控制質(zhì)量主要取決于控制器參數(shù)的設置。為了保證回路中各個環(huán)節(jié)總的符號乘積為負，當主對象的符號為“+”時，主控制器必須是“”號；當主對象的符號為“”號時，主控制器必須是“+”號，即正作用。由于副回路是一個隨動系統(tǒng)，它的最終控制結(jié)果總是要使副變量跟隨主控制器的輸出而變化，當副回路的輸入增加時，副回路的輸出也要增加，由此可見副回路也是一個“+”環(huán)節(jié)。具體的判別式為： （副控制器）（執(zhí)行器）（副對象）（副變送器）=（—）主控制器的正反作用只與主對象有關(guān)，而與副回路無關(guān)，在主回路中有主控制器、副回路、主對象、主變送器四個環(huán)節(jié)。副控制器的正反作用只與副回路的各個環(huán)節(jié)有關(guān)，而與主回路無關(guān)。在一般情況下，采用P控制器就足夠了，如果主、副回路頻率相差很大，也可考慮采用PI控制器。因此主控制器必須具有積分作用，一般都采用PI控制器，如果控制對象惰性區(qū)的容積數(shù)目較多，同時有主要擾動落在副回路以外的話，就可以考慮采用PID控制器。一般情況下主控制器的任務是準確保持被調(diào)量符合生產(chǎn)要求。在這種情況下，主、副控制器均可以采用比例控制規(guī)律。在這種情況下，為保證主變量的控制精度，主控制器需選擇比例積分控制規(guī)律；為了使副變量在干擾作用下也能達到一定的控制質(zhì)量，副控制器也應該選擇比例積分控制規(guī)律。這種串級控制系統(tǒng)主要用于被控變量的給定值需要跟隨另一個變量的調(diào)節(jié)而變動的場合，在工程上很少見。對主變量的控制質(zhì)量要求不高，甚至允許它在一定的范圍內(nèi)波動，但要求副變量能快速跟隨主控制器。如果主對象的測量滯后比較大，在必要時也可引入微分作用，即采用PID控制規(guī)律。這類串級控制系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中最長見。 主、副控制器規(guī)律的選擇串級控制系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中應用很廣，根據(jù)生產(chǎn)工藝對主、副變量的不同控制要求，主、副控制器也應該選擇不同的控制規(guī)律。為了避免發(fā)生串級系統(tǒng)的共振現(xiàn)象，產(chǎn)生嚴重的后果。 應使主、副回路工作頻率適當匹配由于串級控制系統(tǒng)中主、副回路是兩個相對獨立又密切相關(guān)的回路。 在有可能的前提下，應將更多的干擾納入到副回路中在生產(chǎn)中，除了主要干擾因素外，還存在許多次要干擾，或者許多系統(tǒng)的干擾較多且難分主次。因此，副參數(shù)的選擇應使副回路的時間常數(shù)小，控制通道短，反應靈敏。 應將生產(chǎn)中的主要干擾納入到副回路中通常串級控制系統(tǒng)是被用來克服對象的容積遲延和慣性。因此，要充分發(fā)揮串級控制系統(tǒng)的作用，副回路的設計是一個關(guān)鍵的問題。 串級控制系統(tǒng)的設計和控制器的選擇為了更好的發(fā)揮串級控制系統(tǒng)的的優(yōu)點，在設計實施控制系統(tǒng)中，應合理的設計主、副回路及選擇主、副調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律。主控制器可以按照生產(chǎn)負荷和操作條件的變化情況相應地調(diào)整副控制器的給定值，使系統(tǒng)運行在新的工作點上，從而保證在新的負荷和操作條件下，控制系統(tǒng)仍然具有較好的控制質(zhì)量。這是單回路控制系統(tǒng)中一個難題。因此，這些控制器的參數(shù)只適應于較小的工作范圍內(nèi)。隨著生產(chǎn)負荷和操作條件的改變，對象的特性就會發(fā)生變化。從理論上可以證明，由于副回路的存在，可以使等效對象的時間常數(shù)大大減小，這樣整個系統(tǒng)中對象總的時間滯后就近似的等于主對象的時間滯后，單回路控制系統(tǒng)對象總的時間滯后要縮短，因此，系統(tǒng)的動態(tài)響應加快，控制更加及時，減小了最大動態(tài)偏差；由于等效時間的縮短，提高了系統(tǒng)的工作頻率，縮短了振蕩周期，減少了過渡時間。可以把副回路看成是主回路中的一個環(huán)節(jié)，或者把副回路理解為一部分等效對象。因此，主要干擾作用于副回路時，串級控制的質(zhì)量要比單回路控制好得多。而由于副回路的存在，就可以提前發(fā)現(xiàn)蒸汽溫度的變化，并及時地通過副調(diào)節(jié)器改變進水量，以便把蒸汽溫度調(diào)回來。串級控制系統(tǒng)具有如下幾方面大的特點； 對于進入副回路的干擾具有極強的克服能力串級控制系統(tǒng)的這個特點在噴水減溫控制的例子中表現(xiàn)的很清楚。當主氣溫偏離給定值時，則有主調(diào)節(jié)器(s)發(fā)出校正信號,通過副調(diào)節(jié)器及執(zhí)行機構(gòu)改變減溫水量，使主氣溫最終恢復到給定值。串級控制系統(tǒng)能改善控制品質(zhì)，主要是有一個能快速動作的內(nèi)回路存在。主回路由對象的惰性區(qū)（s）,主氣溫變送器，主調(diào)節(jié)器(s)，以及副回路組成。一個閉環(huán)在里面稱為內(nèi)回路或副回路，副回路由對象的導前區(qū)(s) ,導前氣溫變送器，副調(diào)節(jié)器(s),執(zhí)行器 和減溫調(diào)節(jié)閥組成。為了便于分析，給出了主汽溫串級控制系統(tǒng)原理方框圖，如圖33所示。當過熱汽溫升高時，增加，主調(diào)節(jié)器輸出減小，副調(diào)節(jié)器輸出增加，減水量增加，過熱汽溫下降。主調(diào)節(jié)器PI1用于維持主蒸汽溫度，使其等于給定值。另外，PI2的給定值受主調(diào)節(jié)器PI1的影響，PI1根據(jù)改變的給定值，從而保證負荷擾動時，仍能保持滿足要求。系統(tǒng)中有主、副兩個調(diào)節(jié)器。若采用單回路控制主氣溫將無法取得滿意的控制品質(zhì)。串級過熱汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方框圖如下圖32所示。強調(diào)一下，主回路并不是指將副變量測量變送環(huán)節(jié)前或后斷開后形成的單回路。副回路 屬于串級控制系統(tǒng)內(nèi)環(huán)，由測量變送器、副控制器、控制閥、副對象組成的一個回路。主控制器 即圖中，它給定值與主變量的偏差,它的輸出作為副控制器的給定值。副對象 在圖中以表示，它反映了副變量與操作之間的通道特性。主變量 稱主變量，保持其穩(wěn)定是控制的主要目標。 串級控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖31 通用的串級控制系統(tǒng)方框圖圖31表示的是通用的串級控制系統(tǒng)方框圖。對于這些情況簡單控制系統(tǒng)不能滿足工藝生產(chǎn)對控制質(zhì)量的要求，因此，需要對簡單控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行改進、增加輔助回路或其他環(huán)節(jié)構(gòu)成復雜控制系統(tǒng)。第三章 串級控制理論簡單控制系統(tǒng)是過程控制中結(jié)構(gòu)最簡單、最基本、應用最廣泛的一種形式，它解決了工業(yè)生產(chǎn)過程中大量的參數(shù)定值控制問題。如果精餾塔采用提餾段指標進行控制，我們要想提高控制質(zhì)量和控制品質(zhì)，對提餾段控制要求也比較高。缺點是滯后較大且液位控制回路存在反向特性。此時，D是按回流罐的液位來控制，再沸器蒸汽量由培釜液位來控制，如圖27所示。圖27 提餾段控制方案二按提餾段指標控制塔底采出量B。所以該方案是目前應用最廣的精餾塔控制方案。此時，D和B都是按物料平衡關(guān)系，由液位調(diào)節(jié)器控制，如圖26所示。常用的控制方案也可分為兩類。如果是液相進料，也常采用這類方案。在這里我們主要介紹按提餾段指標控制。再一種方法是兩端產(chǎn)品的質(zhì)量均需嚴格控制。 對于有兩個液相產(chǎn)品的精餾塔來說。 精餾塔的質(zhì)量指標控制 精餾塔的控制目標是使塔頂和塔底的產(chǎn)品滿足規(guī)定的質(zhì)量要求。圖25 雙溫差控制系統(tǒng)雙溫差控制方案如圖25所示，設，分別為精餾段參照板和靈敏板的溫度，分別為提餾段靈敏板和參照板的溫度，構(gòu)成精餾段溫差=與提餾段溫差=，將這兩個溫差的差值作=為控制指標。將溫度變化最小的塔板相應地分別稱為精餾段參照板和提餾段參照板[9]。以上分析表明，如果塔頂重組分增加，會引起精餾段靈敏板溫度較大變化；反之，如果塔底輕組分增加，則會引起提餾段靈敏板溫度較大的變化。然而，曲線O所代表的操作點“O”的情況就不同，由于塔頂含有較多的重組分，使全塔溫度偏高，而精餾段的溫度增大更為明顯，其中又有一塊塔板溫度增加最快，稱此塊塔板為精餾段的靈敏板，而從進料板以下的溫度變化較小，并趨近于塔底溫度，因此它比X線操作可得到更純的塔底產(chǎn)品。與操作特性曲線相對應的塔板溫度分布曲線如圖24（b）所示，圖中曲線為不同操作條件所對應的溫度分布。圖中的“O”，“X”，“Y”為不同的操作點。從圖24可以看出，如果塔底輕關(guān)鍵組分越多，則塔頂純度就越高，反之亦然。要應用得好，關(guān)鍵在于選點正確、溫差設定值合理（不能過大）以及操作工況穩(wěn)定。這里，塔頂溫度實際上起參比作用，壓力變化對兩點溫度都有相同影響，相減之后其壓力波動的影響就幾乎相抵消。也就是說，精密精餾時若用溫度作質(zhì)量指標就不能很好地代表產(chǎn)品的質(zhì)量，溫度的變化可能是產(chǎn)品純度和壓力都變化的結(jié)果，為此應該考慮補償或消除壓力微小波動的影響。因為，在精餾塔控制系統(tǒng)中雖設置了壓力定值控制，但壓力也總是會有些微小波動而引起濃度變化，這對一般產(chǎn)品純度要求不太高的精餾塔是可以忽略不計的。溫差控制對于精密精餾，我們要求產(chǎn)品的純度要高，并且塔頂、塔底產(chǎn)品的沸點的差不大時，常采用溫差來控制[8]。這樣在采用改變B來控制塔底產(chǎn)品質(zhì)量的方案中，才能在L不變時使再沸器加熱量所引起的上升蒸汽量V及時跟蹤塔底采出量B的變化，否則將引起滯后，影響控制品質(zhì)[7]。塔釜也有與回流罐類似的蓄液量引起的滯后影響，塔釜液位變化引起蓄液量變化，從而引起V和B的變化。液位的變化會引起蓄液量的變化，從而會影響到L和D之間的關(guān)系。因此，恒定時，控制D實質(zhì)上就是改變了回流量L。回流變化情況類似，只是花費的時間更多。 組分遲延的影響不管改變再沸器加熱量，導致上升蒸汽的變化也好，還是對于回流的變化也好，它們所施加的影響，都是通過對每塊塔板上組分之間的互相平衡來實現(xiàn)的，最后才引起頂部產(chǎn)品和底部產(chǎn)品組分濃度的變化。主要是在回流量增加的時侯，開始要使存積在塔板上的液相蓄存量也會隨之增加，之后在這增加靜壓頭的作用下，使得塔板的液相速度不斷增加，因此對回流量變化的響應存在一定的遲延。上升蒸汽只需要克服塔架上極薄覆蓋的液體阻力，可是，當塔壓控制一定時，塔內(nèi)汽體蓄存量的變化可忽略不計，所以，在幾秒鐘之內(nèi)，上升蒸汽量就可以影響到塔頂。從本節(jié)開始，將對塔的動態(tài)影響做更深的分析。然而在動態(tài)過程中，這些參數(shù)對塔操作的影響的快慢各不相同的，因此，在我們設計此控制方案的時侯，一定要考慮它的動態(tài)影響，才能使這種控制系統(tǒng)很快的克服各種擾動。前三個量是通過影響全塔的物料平衡與塔的內(nèi)部平衡，起到控制作用；后三個量直接改變塔的能量平衡關(guān)系和改變塔內(nèi)汽液比，起到控制產(chǎn)品質(zhì)量的作用。如果采用兩相進料，我們可以想方設法控制熱焓恒定，以便克服這種擾動。對于進料溫度和狀態(tài)的變化，對精餾塔的操作影響比較大。有些情況下進料流量也是可以控制的，比如說，煉油廠中精餾塔的原油流量可以用定值來控制。對于上述各種擾動，一些是可控制的，一些是不可控制的。同樣，要使塔的操作工況改變，應操作塔的回流比和再沸器上升蒸汽量，從而通過內(nèi)部平衡關(guān)系最終改變產(chǎn)品的純度。對提餾段內(nèi)任一塔板j以下作物料平衡計算，輕組分的物料平衡關(guān)系式： (215)式（215）中，為塔板j上氣相中的輕組分濃度；是從第j1塊塔板流下的液相中的輕組分濃度。由此可知，要改變精餾塔的操作工藝，應操作精餾塔的回流比和再沸器上升蒸汽量，通過內(nèi)部平衡關(guān)系，使每塊塔板上的濃度改變，從而導致最終產(chǎn)品純度的變化。然而，汽液比除了決定于再沸器上升蒸汽量V以外,還決定于回流量與塔頂采出量D。式（211）可改寫為： (212)式（212）表明了精餾段內(nèi)任一塔板的汽相濃度與汽液比／和D／之間的關(guān)系。 精餾段的物料平衡關(guān)系如圖22所示。在以上這些條件下，有下述平衡關(guān)系。內(nèi)部物料平衡為方便起見，用二元精餾塔及塔頂和塔底產(chǎn)品均是液相為例，在恒分子流假設的前提下，分析塔內(nèi)各項物料平衡關(guān)系?？蓪⑸鲜竭M一步近似為： (28)并把式（27）代人到式（28），得： (29)式子（29）表示了精餾塔