宇電AI人工智能工業調節器在串級均勻控制系統中的應用

一、 引言
    在化工行業，各生產設備之間緊密在一起，往往前一設備的出料就是后一設備的進料；各設備之間相互關聯又相互影響。比如在輕灰工段洗滌冷凝塔的冷凝液用泵打到蒸吸工段淡液塔儲桶中去；在這一工藝流程中，關系到兩個工段的物料平衡，為了保證輕灰工段洗滌冷凝塔生產進程穩定地進行，即希望保證冷凝塔塔底液位比較穩定（原先設置了液位控制系統）；同時又希望能保證蒸吸工段淡液塔儲桶進料量比較穩定，對于單個塔這樣考慮是可以的，但對于前后有物料的塔系就會出現矛盾。見圖一(流量和液位單獨控制的曲線)：

圖一(單通道控制)

    這是截取了某一天的冷凝液流量和液位歷史操作曲線圖；藍色為流量曲線，黑色為液位曲線；可見，流量和液位都波動很大，一般都是工藝人員手動操作，液位自調投不上，勞動強度大；尤其是：流量變化從幾方到上百方，流量和液位波動很大，記錄曲線象長城垛，可以看出，在此系統中如果采用這種控制方式，對系統的現場操作、數據記錄等難度都是非常的大，對此，必須找到合適的控制方式來解決目前的工藝。

二、實施串級均勻控制系統
    由于液位變化的不確定性，如果要*使液位和流量處于的平衡，幾乎是不可能的，如果使用單通道控制往往顧此失彼，解決不了根本問題，對此特地引入串級均勻控制。以下對系統的工藝進行分析：

1、工藝情況：
    輕灰工段洗滌冷凝塔的液位的穩定是通過控制塔底出料量來實現的；因此，它的出料量必然不穩定。而洗滌冷凝塔的出料量正好是蒸吸工段淡液塔的進料量；因此，在保證前塔液位穩定時，后塔進料量不可能穩定。反之，如果保證了后塔進料量的穩定，勢必造成前塔的液位不穩定。這就是說，前塔液位和后塔進料量穩定的要求發生了矛盾，不可能同時保證。

2、儀表控制方案的探索：
（1）解決這一矛盾的方法之一，是在前、后兩塔之間增設一個有一定容量的緩沖罐。但這需要增加一套容器設備，造成投資增加，占地面積增加，液體輸送能耗也增加。尤其嚴重的是冷凝液停留時間一長，就會在管線和緩沖罐內結晶，遭成物料中斷等不良后果，顯然考慮到系統整體的質量不能用這一方法！
（2）解決這一矛盾的方法之二，是實施串級均勻控制系統。即將液位控制器的輸出作為流量控制器的給定值，用流量控制的輸出來操作執行器，由于在這個系統中加入了副回路，可以及時的克服由于塔內或排出端壓力改變所引起的流量變化。這樣就形成了一個具備串級控制系統特點的均勻控制系統。對此系統使用廈門宇電自動化科技有限公司的AI-808A2X3L2L2S4的儀表組成串級均勻控制系統。

3、串級均勻控制系統原理：
    串級均勻控制是利用串級控制的結構，比值控制的核心，在控制液位的同時引進流量信號形成均勻控制，其控制流程圖如下：                  

圖二：串級均勻控制系統方框圖

4、串級均勻控制系統主控和副控儀表正、反作用的確定
    在此系統中主控和副控使用的儀表型號均為為AI-808AX3L2L2S4；整個控制系統中，控制儀表正反作用的確定也是非常重要的；對于主控AI-808A儀表，液位的升高和降低直接影響流量的增大和減小，即當液位升高的時候控制的流量需要增大，液位降低的時候流量需要減小，所以主控儀表應該為正作用控制，在設置儀表的時候設置CF=1儀表將為正作用控制。對于副控儀表而言，當主控的輸出增大，副控的的給定值SV增加，而為了使流量增大儀表的輸出也必須增大，所以儀表采用的反作用調節，CF參數設置為0。

5、串級均勻控制的調試過程
    在很多書籍中都介紹，在串級均勻控制的調試中，首先將主控和副控都打到手動狀態下調試，然后從主到副逐一調試，這種方式雖然可以得到滿意的結果，但是調試起來比較花費時間；根據本人在現場調試經驗，可以在整個過程中只是將副控打都手動即可，這樣也便于得出主控儀表的控制參數。串級均勻控制系統之所以能夠使兩個變量之間的關系得到協調，是通過控制參數的整定來實現的，在串級均勻控制中參數的整定不是為了使變量盡快的回到給定值，而是要求變量在允許的范圍內作緩慢的變化，參數的測試也與一般的系統不一樣。一般的系統都是將參數由大往小調，串級均勻控制系統正好相反，是有小往大調。而且需要特別注意的是，在串級均勻控制系統中，控制器一般都采用純比例控制，只要要求比較高時，為防止偏差值過大而超過允許的范圍，才引入適當的積分作用。將副控儀表打到手動后，可以根據主控儀表的測量值控制輸出流量的變化，記錄主控液位和副控流量的關系、流量的變化與副控手動輸出的關系從而設定主控和副控儀表的比例值。

6、AI-808AX3L2L2S4的參數設置
主控儀表參數設置：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
副控儀表的參數設置：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
    以上參數是經過模擬現場得出的，經過現場真正的使用觀察，微調之后的結果。經過輕灰和蒸吸工藝人員的一段時間試投用，效果良好，見圖三(采用串級均勻控制后)：

圖三：（串級均勻）

    這是截取了某一天的冷凝液流量和液位歷史操作曲線圖；藍色為流量曲線，黑色為液位曲線；可見，流量和液位都波動平緩，很平穩，輕灰和蒸吸兩工段物料進程平穩！尤其是：輕灰工藝人員投用了雙重均勻調節系統，合理控制了冷凝液物料平衡，節約了能源，為純堿高產奠定了基礎，同時減輕了勞動強度！

三、 結束語
    整個系統引入串級均勻控制后，使系統的穩定性有了大幅的提高，有效的解決了由于系統波動過大帶來的不必要的損失，而且更好的節約了人力資源。

參考資料：
化工儀表及自動化（化學工程與工藝適用）   厲玉鳴   化學工業出版社
AI人工智能工業調節器中文說明書（V7.0）  廈門宇電