9-Dynamics動(dòng)態(tài)控制模擬

中石化四川維尼綸年產(chǎn)12萬(wàn)噸醋酸乙烯和3600噸乙醛項(xiàng)目 Dynamics動(dòng)態(tài)模擬2019年“東華科技-恒逸石化杯”第十三屆全國(guó)大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽中石化四川維尼綸分公司年產(chǎn)12萬(wàn)噸醋酸乙烯和3600噸乙醛項(xiàng)目Dynamics動(dòng)態(tài)模擬綠野烯蹤 團(tuán)隊(duì)團(tuán)隊(duì)成員：賀紅斌 楊瑋潔 梁利娟 董曉潔 王洋洋指導(dǎo)老師：張耀霞 曹振恒 鄭小峰 呂磊 高曉明 目錄第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)概述31.1概述31.1.1自動(dòng)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)31.1.2自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成31.1.3化工自動(dòng)化的主要內(nèi)容41.1.4自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)依據(jù)51.1.5控制系統(tǒng)選擇51.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)所用儀表及選用71.2.1化工測(cè)量?jī)x表類型71.2.2儀表的選用8第二章Aspen-Dynamics動(dòng)態(tài)過程模擬與控制92.1概述92.1.1流程描述92.1.2醋酸乙烯提純控制方案92.1.3控制器參數(shù)的工程整定112.2穩(wěn)態(tài)模擬向動(dòng)態(tài)模擬轉(zhuǎn)入132.2.1設(shè)備定徑與程序?qū)?32.2.2控制器的安裝142.3工程參數(shù)整定162.4.控制系統(tǒng)的評(píng)估18第三章 總結(jié)與歸納20第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)概述1.1概述1.1.1自動(dòng)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)化工自動(dòng)化是化工、煉油、食品、輕工等化工類型生產(chǎn)過程自動(dòng)化的簡(jiǎn)稱。它是指在化工設(shè)備上配備一些自動(dòng)化裝置，從而代替操作人員的部分直接勞動(dòng)，使生產(chǎn)在不同程度上自動(dòng)地進(jìn)行。相比于傳統(tǒng)的人工操作，化工自動(dòng)化有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：（1）加快生產(chǎn)速度，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量。（2）減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件。（3）能夠保證生產(chǎn)安全，防止事故發(fā)生或擴(kuò)大，達(dá)到延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命、提高設(shè)備利用能力的目的。（4）生產(chǎn)過程自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)，能根本改變勞動(dòng)方式，提高工人文化技術(shù)水平，為逐步地消滅體力勞動(dòng)和腦力勞動(dòng)之間的差別創(chuàng)造條件。具體對(duì)于化工生產(chǎn)過程的自動(dòng)化來(lái)說(shuō)，主要包括自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)、自動(dòng)信號(hào)和連鎖保護(hù)系統(tǒng)、自動(dòng)操縱及自動(dòng)開停車系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)。1.1.2自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成自動(dòng)控制系統(tǒng)由自動(dòng)化裝置和對(duì)象組成。自動(dòng)化裝置一般至少應(yīng)該包括三個(gè)部分，分別來(lái)進(jìn)行檢測(cè)、運(yùn)算和命令、執(zhí)行的功能。通常情況下，對(duì)于一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，自動(dòng)化裝置的三個(gè)部分分別是：（1）測(cè)量元件與變送器，它的功能是測(cè)量數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)化為一種特定的、統(tǒng)一的輸出信號(hào)。（2）自動(dòng)控制器，它接受變送器送來(lái)的信號(hào)，與工藝所需要保持的信號(hào)相比較得出偏差，并按某種運(yùn)算規(guī)律算出結(jié)果，然后將此結(jié)果用特定信號(hào)發(fā)送出去。（3）執(zhí)行器，通常指控制閥，它與普通閥門的功能一樣，只不過它能自動(dòng)地根據(jù)控制器送來(lái)的信號(hào)值來(lái)改變閥門的開啟度。在自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成中，除了必須具有前述的自動(dòng)化裝置外，還必須具有控制裝置所控制的生產(chǎn)設(shè)備。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，將需要控制其工藝參數(shù)的生產(chǎn)設(shè)備或機(jī)器叫做被控對(duì)象，簡(jiǎn)稱對(duì)象。1.1.3化工自動(dòng)化的主要內(nèi)容 （1）自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)利用各種檢測(cè)儀表（如熱電偶、熱電阻、壓力傳感器等）自動(dòng)連續(xù)地對(duì)主要工藝參數(shù)（如溫度、壓力、流量、液位等）進(jìn)行測(cè)量，并將測(cè)量結(jié)果用儀表（如動(dòng)圈儀表、電子電位差計(jì)等）指示記錄下來(lái)供操作人員觀察、分析或?qū)y(cè)量到的“信息”傳送給控制系統(tǒng)，作為自動(dòng)控制的依據(jù)。 （2）自動(dòng)信號(hào)和聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)生產(chǎn)過程中，有時(shí)由于一些偶然因素的影響，導(dǎo)致工藝參數(shù)超出允許的變化范圍而出現(xiàn)不正常狀況時(shí)，就有引起事故的可能。為此，常對(duì)某些關(guān)鍵性參數(shù)設(shè)有自動(dòng)信號(hào)聯(lián)鎖裝置。當(dāng)工藝參數(shù)超過了允許范圍，在事故即將發(fā)生以前，信號(hào)系統(tǒng)就自動(dòng)地發(fā)出聲光信號(hào)，告誡操作人員注意，并及時(shí)采取措施。如工況已達(dá)到危險(xiǎn)狀態(tài)時(shí)，聯(lián)鎖系統(tǒng)立即自動(dòng)采取緊急措施，打開安全閥或切斷某些通路，必要時(shí)緊急停車，以防止事故的發(fā)生和擴(kuò)大。它是生產(chǎn)過程中的一種安全裝置。 （3）自動(dòng)操縱及自動(dòng)開停車系統(tǒng)自動(dòng)操縱系統(tǒng)可以根據(jù)預(yù)先規(guī)定的步驟自動(dòng)地對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行某種周期性操作。自動(dòng)開停車系統(tǒng)可以按照預(yù)先規(guī)定好的步驟，將生產(chǎn)過程自動(dòng)地投入運(yùn)行或自動(dòng)停車。 （4）自動(dòng)控制系統(tǒng)生產(chǎn)過程中各種工藝條件不可能是一成不變的。特別是化工生產(chǎn)，大多數(shù)是連續(xù)性生產(chǎn)，各設(shè)備相互關(guān)聯(lián)著，當(dāng)其中某一設(shè)備的工藝條件發(fā)生變化時(shí)，都可能引起其他設(shè)備中某些參數(shù)的波動(dòng)，偏離了正常的工藝條件，為此，就需要用一些自動(dòng)控制裝置，對(duì)生產(chǎn)中某些關(guān)鍵性參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)控制，使它們?cè)谑艿酵饨绺蓴_的影響而偏離正常狀態(tài)時(shí)，能自動(dòng)地控制而回到規(guī)定的數(shù)值范圍內(nèi)，為此目的而設(shè)置的系統(tǒng)就是自動(dòng)控制系統(tǒng)。1.1.4自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)依據(jù)化工廠初步設(shè)計(jì)文件內(nèi)容深度規(guī)定HG/T 20688-2000管道等級(jí)號(hào)及管道材料等級(jí)表HG 20519.381992管道儀表流程圖上的物料代號(hào)和縮寫詞HG 20559.51993管道儀表流程圖隔熱、保溫、防火和隔聲代號(hào)HG 20559.61993化工自控設(shè)計(jì)規(guī)定HG/T 20505-2014自動(dòng)化儀表選型設(shè)計(jì)規(guī)定HG/T 20507-20141.1.5控制系統(tǒng)選擇為了更好地選擇控制系統(tǒng)，先簡(jiǎn)述現(xiàn)有的幾種控制系統(tǒng)如下。（1）簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)是由被控對(duì)象、測(cè)量變送單元、調(diào)節(jié)器和執(zhí)行器組成的單回路控制系統(tǒng)。按被控制的工藝變量來(lái)劃分，最常見的是溫度、壓力、流量、液位和成分五種控制系統(tǒng)。（2）復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)有串級(jí)控制、均勻控制、分程控制、采用模擬計(jì)算單元的控制系統(tǒng)、自動(dòng)選擇性控制系統(tǒng)、前饋控制系統(tǒng)、非線性控制系統(tǒng)等。（3）直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）DDC可以分時(shí)地對(duì)被控對(duì)象的狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，并根據(jù)測(cè)試的結(jié)果與給定值得差值，按照預(yù)先制定的控制算法進(jìn)行數(shù)字分析、運(yùn)算后，控制量輸出直接作用在調(diào)節(jié)閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)上，使各個(gè)被控參數(shù)保持在給定值上，實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)。（4）監(jiān)督控制系統(tǒng)（SCC）由若干臺(tái)DDC實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的直接控制，再增設(shè)一臺(tái)檔次較高的微型計(jì)算機(jī)SCC。SCC和DDC計(jì)算機(jī)之間是通過信息進(jìn)行聯(lián)系的，可簡(jiǎn)單地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。SCC計(jì)算機(jī)根據(jù)原始工藝信息和工業(yè)過程現(xiàn)行狀態(tài)參數(shù)，按照生產(chǎn)過程的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行最優(yōu)化的分析計(jì)算，并將其算出的最優(yōu)化操作條件去重新設(shè)定DDC計(jì)算機(jī)的給定值；然后由DDC計(jì)算機(jī)去進(jìn)行過程控制。當(dāng)DDC計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，可由SCC計(jì)算機(jī)代替其功能，從而保證生產(chǎn)安全性。（5）集散型控制系統(tǒng)（DCS）DCS 是英文Distributed Control System 的縮寫，本意是分布式控制系統(tǒng)或分散型控制系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)稱為集散控制系統(tǒng)。其設(shè)計(jì)思想是“危險(xiǎn)分散”，用來(lái)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制。DCS 通常采用若干個(gè)控制器（過程站）對(duì)一個(gè)生產(chǎn)過程中的眾多控制點(diǎn)進(jìn)行控制，各控制器間通過網(wǎng)絡(luò)連接并可進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。操作采用計(jì)算機(jī)操作站，通過網(wǎng)絡(luò)與控制器連接，收集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，傳達(dá)操作指令。因此，DCS 的主要特點(diǎn)歸結(jié)為一句話就是：分散控制集中管理。DCS控制系統(tǒng)之所以在化工生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用，關(guān)鍵在于它有如下的特點(diǎn)：采用智能技術(shù)、采用分級(jí)遞階結(jié)構(gòu)、具有豐富的功能軟件包、采用局部網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、具有強(qiáng)大的人機(jī)接口功能、采用高可靠性技術(shù)。正因?yàn)镈CS 控制系統(tǒng)具有上述眾多優(yōu)點(diǎn)，我們這套工藝大量采用了這種控制思想，實(shí)現(xiàn)了DCS 控制系統(tǒng)對(duì)整體生產(chǎn)流程的覆蓋，并建立了專門的中央控制室來(lái)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化。也稱分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，它以微處理機(jī)為核心，綜合了控制、計(jì)算機(jī)、通訊三大技術(shù)，是一種組件化、積木化、數(shù)模結(jié)合的自動(dòng)化技術(shù)工具。DCS采用分散控制、集中操作、綜合管理的設(shè)計(jì)原則，已發(fā)展成為生產(chǎn)過程自動(dòng)化與生產(chǎn)管理信息化相結(jié)合的管控一體化綜合集成系統(tǒng)，以分散的控制適應(yīng)分散的控制對(duì)象，以集中的監(jiān)視、操作和管理來(lái)達(dá)到掌管全局的目的。綜上所述，本工藝的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采用高性價(jià)比的DCS控制系統(tǒng)。此外，在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)采用可編程序控制器PLC。最初是為適應(yīng)機(jī)器制造業(yè)以順序控制為主的各種控制任務(wù)而設(shè)計(jì)的，用以解決工業(yè)生產(chǎn)中大量的開關(guān)控制間題。與繼電器組成的邏輯控制系統(tǒng)相比，PLC的最大特點(diǎn)在于通過重新編程即可改變控制方式和邏輯規(guī)律，使其成為靈活的控制工具、在報(bào)警、聯(lián)鎖、馬達(dá)自動(dòng)開停定時(shí)計(jì)數(shù)、安全保護(hù)事故切斷、順序操作、配料、批量控制、根據(jù)約束條件進(jìn)行平?jīng)r的選定和切斷等邏輯控制領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。1.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)所用儀表及選用1.2.1化工測(cè)量?jī)x表類型化工測(cè)量?jī)x表主要有有溫度、壓力、流量和物位測(cè)量?jī)x表。（1）溫度測(cè)量?jī)x表溫度測(cè)量?jī)x表有雙金屬溫度計(jì)、玻璃液體溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、熱電偶等接觸式儀表，也有光學(xué)、光電和輻射高溫計(jì)之類的非接觸式儀表。（2）壓力測(cè)量?jī)x表壓力測(cè)量?jī)x表有液柱式壓力表、普通彈簧管式壓力表、專用彈簧管式壓力表（氫、氧氣、氦氣、乙炔等氣體用）、膜片式壓力表、特種壓力表（耐酸、耐高溫等）。（3）流量測(cè)量?jī)x表流量測(cè)量?jī)x表有節(jié)流式、轉(zhuǎn)子式（經(jīng)常使用的有玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)）和容積式等。（4）物位測(cè)量?jī)x表物位測(cè)量?jī)x表按所使用的物理原理可分為直讀式物位儀表、差壓式物位儀表（包括壓力式）、浮力式物位儀表、電測(cè)式（電阻式，電容式與電感式）物位儀表、超聲式物位儀表、核輻射式物位儀表等。（5）分析測(cè)量?jī)x表根據(jù)工藝要求，采用不同的分析儀表對(duì)介質(zhì)進(jìn)行在線連續(xù)分析，如紅外線氣體分析儀、磁壓式氧分析器、氣相色譜儀、pH計(jì)、電導(dǎo)儀等自動(dòng)在線分析儀表，氣體分析儀設(shè)置在界區(qū)內(nèi)防爆分析小屋內(nèi)。1.2.2儀表的選用儀表是自動(dòng)控制系統(tǒng)的重要組成部分，關(guān)系到自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制精度和穩(wěn)定性，本項(xiàng)目對(duì)儀表進(jìn)行選型時(shí)參照的標(biāo)準(zhǔn)如下： （1）現(xiàn)場(chǎng)儀表是采集工藝參數(shù)的主要工具，是確保自動(dòng)控制系統(tǒng)正常運(yùn)行和科學(xué)管理的重要基礎(chǔ)保證，因此應(yīng)選用符合工藝控制精度、靈敏度要求的高性能智能型儀表。（2）為降低成本，在滿足生產(chǎn)方面的要求的前提下，優(yōu)先選用節(jié)能型產(chǎn)品。（3）為節(jié)約人力成本，減少維護(hù)強(qiáng)度，應(yīng)選用高穩(wěn)定性、免維護(hù)或低者維護(hù)的智能儀表。 （4）現(xiàn)場(chǎng)變送器須選擇帶現(xiàn)場(chǎng)顯示的，以方便現(xiàn)場(chǎng)檢修。 （5）儀表的選擇應(yīng)考慮環(huán)境的適應(yīng)性。特別是傳感器如直接與物料、反應(yīng)液接觸，很容易腐蝕和結(jié)垢。因此應(yīng)盡量選擇非接觸式的、無(wú)阻塞隔膜式、電磁式和可清洗式的傳感器（如超聲波、電磁式等）。 （6）盡量選用不斷流拆卸式和維護(hù)周期較長(zhǎng)的儀表，方便維護(hù)管理。 （7）在有易燃易爆物質(zhì)存在的特殊場(chǎng)合，應(yīng)嚴(yán)格按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，選擇具有防爆性能的產(chǎn)品。 第二章Aspen-Dynamics動(dòng)態(tài)過程模擬與控制以第四工段醋酸乙烯提純過程為例2.1概述2.1.1流程描述VAC粗提塔液相出料含有部分VAC，采用進(jìn)一步提純，送往VAC提純塔。由于醋酸流股中含有VAC，塔頂氣體含有大量VAC，少量水，進(jìn)入醋酸乙烯熱泵精餾過程，進(jìn)行產(chǎn)品精制。塔底液相含有大量的醋酸和少量的丁烯醛，進(jìn)入雙效-熱耦合精餾過程，除去少量丁烯醛，精制醋酸循環(huán)利用。下面將對(duì)醋酸乙烯提純過程進(jìn)行Aspen Dynamics動(dòng)態(tài)控制模擬。2.1.2醋酸乙烯提純控制方案在整個(gè)的流程模擬當(dāng)中，如何解決醋酸乙烯提純塔受干擾后不易穩(wěn)定的問題是一個(gè)難點(diǎn)。被控變量受干擾后，如何通過控制系統(tǒng)維持提純塔流程各項(xiàng)參數(shù)穩(wěn)定是過程的關(guān)鍵。醋酸乙烯提純過程是標(biāo)準(zhǔn)的精餾過程，精餾過程是現(xiàn)代化工生產(chǎn)中應(yīng)用極為廣泛的傳質(zhì)過程，其目的是利用混合波中各組分等揮發(fā)度的不同將各組分進(jìn)行分離，并達(dá)到規(guī)定的純度要求。精餾塔是精餾過程的關(guān)鍵設(shè)備，它是一個(gè)非常復(fù)雜的現(xiàn)象。在精餾操作中，被控變量多，可以選用的操縱變量亦多，它們之間又可以有各種不同組合，所以控制方案繁多。由于精餾塔對(duì)象的通道很多，反應(yīng)緩慢，內(nèi)在機(jī)理復(fù)雜，變量之間相互關(guān)聯(lián)，加以對(duì)控制要求又較高，因此必須深人分析工藝特性，總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合具體情況，才能設(shè)計(jì)出合理的控制方案。精餾過程中的主要要求有如下幾點(diǎn):（1）保證質(zhì)量指標(biāo)對(duì)于一個(gè)正常操作的精餾塔應(yīng)當(dāng)使塔頂或各底產(chǎn)品中的一個(gè)產(chǎn)品達(dá)到規(guī)定的純度要求，另一個(gè)產(chǎn)品的成分亦應(yīng)保持在規(guī)定的范用內(nèi)。為此，應(yīng)當(dāng)取塔質(zhì)或塔底的產(chǎn)品質(zhì)量作被控變量，這樣的控制系統(tǒng)稱為質(zhì)量控制系統(tǒng)。由于目前被測(cè)物料種類繁多，還不能相應(yīng)地生產(chǎn)出多種測(cè)量滯后小面又精確的分析儀表。所以，質(zhì)量空制系統(tǒng)目前所見不多，大多數(shù)情況下，是由能間接控制質(zhì)量的混度控制系統(tǒng)來(lái)代替。（2）保證平穩(wěn)操作為了保證塔的平穩(wěn)操作，必須把進(jìn)塔之前的主要可控干擾盡可能預(yù)先克服，同時(shí)盡可能緩和一些不可控的主要干擾。（3）約束條件為保證正常操作，需規(guī)定某些參數(shù)的極限值為約束條件。如對(duì)塔內(nèi)氣體流速的限制，流速過高容易發(fā)生液泛；流速過低，會(huì)影響板效率。（4）節(jié)能要求和經(jīng)濟(jì)性任何精餾過程都是要消耗能量的，這主要是再沸器的加熱量和冷凝器的冷卻量消耗，此外，塔和附屬設(shè)備及管線也要損失一部分能量。精餾塔的干擾因素有很多，主要有進(jìn)料流量的波動(dòng)、進(jìn)料組成的變化、進(jìn)料溫度和進(jìn)料焓的變化、再沸器加熱劑加入熱量的變化、冷卻劑在冷凝器內(nèi)除去熱量的變化，以及環(huán)境溫度與壓力的變化等。工作適宜的精餾塔工藝控制方案，能夠起到優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量、提高產(chǎn)品產(chǎn)量和降低能耗的效果。精餾塔的控制方案繁多，比如提餾段溫控、精餾段溫控、雙溫差控制和按產(chǎn)品成分或物性的直接控制方案等等。其中提餾段溫控以提餾段溫度為間接質(zhì)量指標(biāo)，以改變?cè)俜衅鞯募訜崃孔鳛榭刂剖侄?，它能較直接地反映提餾段產(chǎn)品的情況，主要適用于以塔底采出為主要產(chǎn)品，對(duì)塔釜成分要求較高的情況。而精餾段溫控，以精餾段溫度為間接質(zhì)量指標(biāo)，以回流量作為控制手段，一般適用于塔頂產(chǎn)品質(zhì)量要求嚴(yán)格的情況。圖2-1提餾段溫控的控制方案示意圖圖2-2精餾段溫控控制方案示意圖2.1.3控制器參數(shù)的工程整定所謂控制器參數(shù)的整定，就是按照已定的控制方案，求取使控制質(zhì)量最好的控制器參數(shù)值。具體說(shuō)來(lái)，就是確定最合適的控制器比例度、積分時(shí)間TI和微分時(shí)間TD?？刂破鲄?shù)整定方法可分為兩大類：理論整定法和工程整定法。工程整定方法有臨界比例度法、衰減曲線法、經(jīng)驗(yàn)湊試法。圖 2-3 臨界比例度法臨界比例度法是目前應(yīng)用較廣的一種工程整定方法。先通過試驗(yàn)得到臨界比例度K和臨界周期TK，然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來(lái)的關(guān)系求出控制器各參考數(shù)值。其特點(diǎn)是簡(jiǎn)單方便，容易掌握和判斷，適用于一般的控制系統(tǒng)；對(duì)于臨界比例度很小的系統(tǒng)不適用；對(duì)于工藝上不允許產(chǎn)生等幅振蕩的系統(tǒng)也不適用。表2-1 臨界比粒度法相關(guān)系數(shù)表控制規(guī)律/%TI/minTD/minP2k-PI2.2k0.85TK-PD1.8k-0.1TKPID1.7k0.5TK0.125TK衰減曲線法通過使系統(tǒng)產(chǎn)生衰減振蕩來(lái)整定控制器的參數(shù)值。在純比例作用下，改變給定值，從大到小改變比例度，直至出現(xiàn)4：1衰減為止，得到比例度K和衰減周期Ts ，然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來(lái)的關(guān)系求出控制器各參考數(shù)值。其特點(diǎn)是施加的干擾幅值不能太大，一般為額定值的5左右；必須在工藝參數(shù)穩(wěn)定情況下施加干擾；對(duì)于反應(yīng)快的系統(tǒng)，如流量、管道壓力和小容量的液位控制等，得到嚴(yán)格的4：1衰減比較困難，一般來(lái)回波動(dòng)兩次到達(dá)穩(wěn)定可；方法簡(jiǎn)單，適用于一般情況的控制系統(tǒng)；對(duì)干擾頻繁，不易得到準(zhǔn)確的值。圖2-4 衰減曲線法表2-2 衰減曲線法相關(guān)系數(shù)表控制規(guī)律/%TI/minTD/minPS-PI1.2S0.5TS-PID0.8S0.3 TS0.1 TS經(jīng)驗(yàn)湊試法在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)先將參數(shù)放在一個(gè)數(shù)值上；通過改變給定值，施加干擾，在記錄儀上觀察過渡曲線，如過渡過程不夠理想，則按規(guī)定順序改變控制器參數(shù)反復(fù)湊試，直到獲得滿意的控制質(zhì)量為止。其關(guān)鍵是“看曲線，調(diào)參數(shù)”曲線振蕩頻繁，應(yīng)增大比例度；曲線最大偏差大，且趨于非周期過程，減小比例度；曲線波動(dòng)較大，應(yīng)增大積分時(shí)間；曲線偏離給定值長(zhǎng)時(shí)間回不來(lái)，應(yīng)減小積分時(shí)間；曲線振蕩得厲害，應(yīng)減小微分時(shí)間；曲線最大偏差大而衰減緩慢，應(yīng)增加微分時(shí)間。經(jīng)驗(yàn)湊試法特點(diǎn)是方法簡(jiǎn)單，適用于各種控制系統(tǒng)，應(yīng)用非常廣泛；特別適合外界干擾作用頻繁，記錄曲線不規(guī)則的控制系統(tǒng)；對(duì)于同一各系統(tǒng)，不同的人可能得出不同的參數(shù)值。綜上，不同工藝過程需要采用不同的工藝控制方案。提純塔涉及精餾過程，具有多輸入、多輸出和多干擾變量的特點(diǎn)，且內(nèi)在機(jī)理極其復(fù)雜，其動(dòng)態(tài)響應(yīng)不靈敏，各變量之間存在相互關(guān)聯(lián)，要實(shí)現(xiàn)對(duì)醋酸乙烯提純過程的快速響應(yīng)和精準(zhǔn)控制是一項(xiàng)較為復(fù)雜的工作。我們將探究被控變量受干擾后，如何通過控制系統(tǒng)維持提純塔流程各項(xiàng)參數(shù)快速穩(wěn)定的問題為流程設(shè)計(jì)及PID圖的繪制提供參考。下面將結(jié)合提純過程的典型控制方案，說(shuō)明Aspen-Dynamics動(dòng)態(tài)過程模擬與控制在提純過程上的應(yīng)用。2.2穩(wěn)態(tài)模擬向動(dòng)態(tài)模擬轉(zhuǎn)入2.2.1設(shè)備定徑與程序?qū)階spen動(dòng)態(tài)模擬是基于穩(wěn)態(tài)模擬的基礎(chǔ)上的，同時(shí)在穩(wěn)態(tài)模擬的基礎(chǔ)上需要添加動(dòng)態(tài)模擬需要的額外信息，包括塔頂回流罐、塔釜體積，塔板信息，以及塔板壓降等，之后由Aspen Plus自行生成Dynamics文件。由于在Dynamics里面不存在對(duì)閥的加入和進(jìn)塔物料壓力的嚴(yán)格控制。故而，壓降的設(shè)計(jì)是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)規(guī)則調(diào)節(jié)閥的壓力不超過整個(gè)管路壓降的30%來(lái)計(jì)算，同時(shí)為保證控制質(zhì)量，對(duì)設(shè)計(jì)的閥門進(jìn)行壓降設(shè)置（大約在0.05-0.1bar左右）。同時(shí)根據(jù)塔內(nèi)流量數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)塔的液位控制，進(jìn)行回流罐、塔釜進(jìn)行設(shè)計(jì)。假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)回流罐長(zhǎng)徑比假設(shè)為2:1，得到下表。表2-3VAC粗提塔塔頂塔釜回流罐設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)塔頂回流罐塔釜回流罐直徑D /m2.161.506長(zhǎng)度H /m1.080.753在確定沒有嚴(yán)重錯(cuò)誤之后，得到適用于Aspen Dynamics的模擬文件如下圖。并且以這個(gè)穩(wěn)態(tài)模擬文件進(jìn)入Dynamics運(yùn)行界面。圖2-5醋酸乙烯提純過程穩(wěn)態(tài)模擬示意圖2.2.2控制器的安裝整個(gè)流程共存在添加6個(gè)控制器，分別通過控制塔壓、流量、液位、溫度等參數(shù)，結(jié)合著閥門開度、再沸器熱負(fù)荷等操縱變量進(jìn)行流程控制。（1）安裝過程在溫度控制設(shè)計(jì)中，理論上，塔頂溫度能夠最精確的反映塔頂產(chǎn)品的質(zhì)量，相應(yīng)地塔底溫度也能最精確的反映塔底產(chǎn)品的質(zhì)量。但因?yàn)樗敾蛩赘浇母魉迳袭a(chǎn)品成分比較接近，即溫度變化不明顯，需要配備高靈敏度和高控制精度的溫度檢測(cè)儀表，現(xiàn)實(shí)中很難達(dá)到這一要求，故此種溫度控制方案很少被采用，僅可用在產(chǎn)品的粗分離中。采用靈敏板溫度控制產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)，可以有效解決上述問題，目前被廣泛采用的精餾段和提餾段靈敏板溫度控制方案。根據(jù)ASPEN穩(wěn)態(tài)模擬結(jié)果，提純塔的靈敏板的位置在第13塊板。鑒于溫度測(cè)量存在時(shí)間差，在設(shè)置控制的時(shí)候會(huì)設(shè)置死時(shí)間，并進(jìn)行繼電-反饋測(cè)試得到最終增益和周期。最終得到控制器安裝流程圖如圖2-6所示。圖2-6醋酸乙烯提純過程控制器安裝流程圖（2）控制器分析 FC為進(jìn)料流股流量控制，保證在之前流量波動(dòng)時(shí)吸收塔進(jìn)料流量穩(wěn)定，并為之后流量的波動(dòng)提供依據(jù)。 為提純塔的壓力控制，在提純過程中，壓力的穩(wěn)定控制是保證整個(gè)流程的穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。通過塔頂閥門控制，當(dāng)塔頂壓力增大時(shí)，塔頂?shù)牧髁繒?huì)自然提高，產(chǎn)生自然控制的效果。在這里依然使用默認(rèn)控制給出的數(shù)值，但是為了提高控制的可持續(xù)性，做出如下改動(dòng)：增益改為20，周期改為12min，以更符合精餾塔的實(shí)際情況。 LC1，LC2是默認(rèn)控制方案中塔頂、塔釜液位控制，當(dāng)液位提高時(shí)，通過提高增加流率，實(shí)現(xiàn)控制。 TC是使用塔釜再沸器控制靈敏板溫度，來(lái)表征產(chǎn)品的質(zhì)量。常規(guī)尋找靈敏板的方法有斜率判據(jù)法、靈敏度判據(jù)法、奇異值分解判據(jù)等，本文采用的是斜率判據(jù)法尋找靈敏板。根據(jù)Aspen穩(wěn)態(tài)模擬結(jié)果，提純塔的靈敏板的位置在第13塊板，因此對(duì)提純塔的溫度控制放置在第13塊板。同時(shí)TC之前加入死時(shí)間元件，以更好地符合實(shí)際情況。添加死時(shí)間需要對(duì)于控制器的增益和周期進(jìn)行改動(dòng)，將在參數(shù)整定和動(dòng)態(tài)模擬的過程中加以說(shuō)明。2.3工程參數(shù)整定我們對(duì)上述所有控制器進(jìn)行參數(shù)整定，限于篇幅，重點(diǎn)介紹添加死時(shí)間元件后溫度控制器TC的整定過程，對(duì)其他儀表的整定過程與之類似，在此從略。（1）雙擊TC控制器，設(shè)置其為“reverse”，點(diǎn)擊“initialize Values”進(jìn)行初始化估值，并設(shè)計(jì)比例和積分參數(shù)，并檢查Range范圍，如圖2-7所示。圖2-7溫度控制器的整定（2）采用Aspen Plus中的繼電-反饋測(cè)試進(jìn)行整定。打開Aspen Dynamic 中控制器控制面板中的的Tune按鈕，用于設(shè)定繼電-反饋測(cè)試的測(cè)試方法。首先將所有溫度控制器的Test Method都選為Closed loop ATV模式。其次設(shè)定Test settings，通常狀況下都會(huì)將Test settings 都選擇為5%。如下圖2-8所示：圖2-8溫度控制器的整定（3）設(shè)定完之后點(diǎn)擊菜單欄中的RUN按鈕，然后點(diǎn)擊控制面板中的Tune面板按下Start test按鈕，則控制器開始進(jìn)行整定測(cè)試