宇电AI在串级均匀控制系统中的应用

关键词：AI人工智能工业调节器，串级均匀控制

一、 引言
   在化工行业，各生产设备之间紧密联系在一起，往往前一设备的出料就是后一设备的进料；各设备之间相互关联又相互影响。比如在轻灰工段洗涤冷凝塔的冷凝液用泵打到蒸吸工段淡液塔储桶中去；在这一工艺流程中，关系到两个工段的物料平衡，为了保证轻灰工段洗涤冷凝塔生产进程稳定地进行，即希望保证冷凝塔塔底液位比较稳定（原先设置了液位控制系统）；同时又希望能保证蒸吸工段淡液塔储桶进料量比较稳定，对于单个塔这样考虑是可以的，但对于前后有物料联系的塔系就会出现矛盾。见图一(流量和液位单独控制的曲线)：

图一(单通道控制)

这是截取了某一天的冷凝液流量和液位历史操作曲线图；蓝色为流量曲线，黑色为液位曲线；可见，流量和液位都波动很大，一般都是工艺人员手动操作，液位自调投不上，劳动强度大；尤其是：流量变化从几方到上百方，流量和液位波动很大，记录曲线象长城垛，可以看出，在此系统中如果采用这种控制方式，对系统的现场操作、数据记录等难度都是很大，对此，必须找到合适的控制方式来解决目前的工艺。

二、实施串级均匀控制系统
   由于液位变化的不确定性，如果要完全使液位和流量处于平衡，几乎是不可能的，如果使用单通道控制往往顾此失彼，解决不了根本问题，对此特地引入串级均匀控制。以下对系统的工艺进行分析：

1、工艺情况：
   轻灰工段洗涤冷凝塔的液位的稳定是通过控制塔底出料量来实现的；因此，它的出料量必然不稳定。而洗涤冷凝塔的出料量正好是蒸吸工段淡液塔的进料量；因此，在保证前塔液位稳定时，后塔进料量不可能稳定。反之，如果保证了后塔进料量的稳定，势必造成前塔的液位不稳定。这就是说，前塔液位和后塔进料量稳定的要求发生了矛盾，不可能同时保证。

2、仪表控制方案的探索：
（1）解决这一矛盾的方法之一，是在前、后两塔之间增设一个有一定容量的缓冲罐。但这需要增加一套容器设备，造成投资增加，占地面积增加，液体输送能耗也增加。尤其严重的是冷凝液停留时间一长，就会在管线和缓冲罐内结晶，遭成物料中断等不良后果，显然考虑到系统整体的质量不能用这一方法！
（2）解决这一矛盾的方法之二，是实施串级均匀控制系统。即将液位控制器的输出作为流量控制器的给定值，用流量控制的输出来操作执行器，由于在这个系统中加入了副回路，可以及时的克服由于塔内或排出端压力改变所引起的流量变化。这样就形成了一个具备串级控制系统特点的均匀控制系统。对此系统使用厦门宇电自动化科技有限公司的AI-808A2X3L2L2S4的仪表组成串级均匀控制系统。

3、串级均匀控制系统原理：
   串级均匀控制是利用串级控制的结构，比值控制的核心，在控制液位的同时引进流量信号形成均匀控制，其控制流程图如下：

图二：串级均匀控制系统方框图

4、串级均匀控制系统主控和副控仪表正、反作用的确定
   在此系统中主控和副控使用的仪表型号均为为AI-808AX3L2L2S4；整个控制系统中，控制仪表正反作用的确定也是重要的；对于主控AI-808A仪表，液位的升高和降低直接影响流量的增大和减小，即当液位升高的时候控制的流量需要增大，液位降低的时候流量需要减小，所以主控仪表应该为正作用控制，在设置仪表的时候设置CF=1仪表将为正作用控制。对于副控仪表而言，当主控的输出增大，副控的的给定值SV增加，而为了使流量增大仪表的输出也必须增大，所以仪表采用的反作用调节，CF参数设置为0。

5、串级均匀控制的调试过程
   在很多书籍中都介绍，在串级均匀控制的调试中，首先将主控和副控都打到手动状态下调试，然后从主到副逐一调试，这种方式虽然可以得到满意的结果，但是调试起来比较花费时间；根据本人在现场调试经验，可以在整个过程中只是将副控打都手动即可，这样也便于得出主控仪表的控制参数。串级均匀控制系统之所以能够使两个变量之间的关系得到协调，是通过控制参数的整定来实现的，在串级均匀控制中参数的整定不是为了使变量尽快的回到给定值，而是要求变量在允许的范围内作缓慢的变化，参数的测试也与一般的系统不一样。一般的系统都是将参数由大往小调，串级均匀控制系统正好相反，是有小往大调。而且需要特别注意的是，在串级均匀控制系统中，控制器一般都采用纯比例控制，只要要求比较高时，为防止偏差值过大而超过允许的范围，才引入适当的积分作用。将副控仪表打到手动后，可以根据主控仪表的测量值控制输出流量的变化，记录主控液位和副控流量的关系、流量的变化与副控手动输出的关系从而设定主控和副控仪表的比例值。

6、AI-808AX3L2L2S4的参数设置
主控仪表参数设置：HIAL=600   LOAL=200   CtrL=4   M5=0   P=8   T=0  CTL=4  Sn=33  DIP=1  dIL=0   dIH=800   CF=1   addr=1  bAUd=9600
副控仪表的参数设置：HIAL=700   LOAL=100   CtrL=4   M5=0   P=4   T=0  CTL=2  Sn=32  DIP=1  dIL=0   dIH=900   CF=8   addr=2  bAUd=9600
   以上参数是经过模拟现场得出的，经过现场真正的使用观察，微调之后的结果。经过轻灰和蒸吸工艺人员的一段时间试投用，效果良好，见图三(采用串级均匀控制后)：

图三：（串级均匀）

这是截取了某一天的冷凝液流量和液位历史操作曲线图；蓝色为流量曲线，黑色为液位曲线；可见，流量和液位都波动平缓，很平稳，轻灰和蒸吸两工段物料进程平稳！尤其是：轻灰工艺人员投用了双重均匀调节系统，合理控制了冷凝液物料平衡，节约了能源，为纯碱高产奠定了基础，同时减轻了劳动强度！

三、 结束语
   整个系统引入串级均匀控制后，使系统的稳定性有了大幅的提高，有效的解决了由于系统波动过大带来的不必要的损失，而且更好的节约了人力资源。

参考资料：
化工仪表及自动化（化学工程与工艺适用）   厉玉鸣   化学工业出版社
AI人工智能工业调节器中文说明书（V7.0）  厦门宇电