DCS斜坡處理方法及應用

何尚華，胡勇峰

（中國紡織工業設計院，北京100037）

DCS功能強大，在化工、石化、電力等行業應用廣泛，筆者在聚酯（PET）與PTA行業的工程設計中，具體開發應用過5種DCS，結合筆者的使用經驗，介紹DCS的一種重要的調節功能：斜坡處理。

在實際工程中，應用最為廣泛的調節器控制規律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制。PID的工作方式可以在AUTO，MAN，CAS之間切換，為了保證控制回路的正常運行，PID工作方式的切換須實現無平衡無擾動切換。引入斜坡處理方式，可減少PID工作方式在切換過程中對控制回路造成的不必要的干擾。聚酯工業中，從PTA轉化到PET的過程是一個復雜的吸熱反應過程，同時也需要保證一定的真空度，這就要求管道、設備等及其之間的連接密閉性要好，并且在高溫過程中能保持密閉性。加熱容器從常溫升高到工作溫度是一個緩慢的過程，該過程需要耗費操作人員大量時間和精力。如果在溫度控制環節引入斜坡處理，便可以實現設備、管道熱加固緩慢均勻地進行，避免急劇的熱沖擊。下面介紹幾種DCS相關斜坡處理的具體方法。

1 TPS系統

TPS系統應用斜坡處理方法比較簡單，首先利用工程師的身份打開系統的控制點組態窗口，在Set Point Option中一共有三項：NONE，TV，AST，選中“TV”；在NMODE欄中選中“AUTO”；在Normal Mode Attribute欄中選中“Program”；RAMPTIME欄中選中“Ramp Time In Minutes”，最后保存并下裝到HPM處理器，這便完成了斜坡處理的組態過程，接下來就是具體的實施過程。以操作員身份登錄Native Windows界面，即操作員窗口，在窗口中調出已完成組態的控制點，會發現該窗口中多出幾個參數，并且可以對其進行設定。首先在“TVPROC”選中Preset，只有選中該選項才可以進行接下來的工作；接著就可以在“SPTV”填入斜坡處理最終要達到的目標數值；接下來需要填寫斜坡處理需要進行的時間，在“Ramptime”填入數值，有了這兩項參數，系統就會自動計算出變化率。在以上兩項數據填寫完成后，把PID調節功能投入自動，并且在“TVPROC”選中RUN，這樣PID的設定值就會根據系統自動計算的變化率在規定的時間內均勻地達到目標設定值。

2 PKS系統

PKS系統與TPS系統相比，窗口化的組態與操作顯得更為人性化，相對來說，要實現斜坡處理更為便捷。菜單中點擊進入“Station”窗口，調出需進行斜坡處理的PID調節回路，在“Setpoing”欄進行相關操作，首先要把Set Point Ramping Enabled選中，把Set Point Ramping State投入Preset，然后填入目標設定值，接下來有兩種方法：在Ramp Time Remaining中填入時間，系統會自動算出變化率；在Requested Ramp Rate中填入你想要的變化率，系統會自動計算出時間。接下來把PID投入AUTO，并且把Set Point Ramping State投入RUN，斜坡處理就會按照你的要求進行直到達到目標設定值結束。

3 I／A Series系統

I／A Series系統有多重PID控制模塊，要實現斜坡處理功能，須在系統組態時選擇“PIDA”，下面了解幾個重要的參數：

SPRAMP：Setpoint Ramping State設定值斜坡狀態，為“1”時啟動設定值斜坡算法。

SPROPT：Setpoint Ramping Option設定值斜坡選擇。“0”沒有選擇設定值斜坡；“1”設定值以SPRATE為斜坡速率，達到目標值SPTARG；“2”以SPRATE為斜坡速率，但發生偏差報警時停止斜坡；“3”設定值在SPRATE定義的時間內產生斜坡，達到目標值SPTARG；“4”以SPRATE為斜坡時間，但發生偏差報警時停止斜坡。在做斜坡時間（即SPROPT為“3”或“4”）運行時，模塊自己算出斜坡速率，如果在斜坡期間SPTARG發生了變化，模塊仍以原先算出的速率運行。

SPRATE：Setpoint Ramp Rate設定值斜坡速率，要求大于0。

SPTARG：Setpoint Target目標設定值，可連續設置，其值必須在SPHLIM和SPLLIM的范圍內，否則將把SPRAMP重置為“0”，不發生斜坡。

SPHLIM／SPLLIM：Setpoint High／Low Limit本地設定值高／低限值。

掌握以上幾個參數后不難理解如何實現斜坡處理，首先要SPRAMP選擇“1”，使PID能實現斜坡處理，然后對SPROPT按兩種方法進行選擇，一種為規定速率，另一種為規定時間，接著設定SPRATE，根據SPROPT的設定輸入變化率或時間，最后輸入SPTARG，這就完成了斜坡處理的組態過程，返回到操作員界面，把PID投入AUTO，就可以對PID設定值進行斜坡處理，達到目標值。

4 CS3000系統

CS3000系統要對PID調節進行斜坡處理，需引入一個重要模塊——DSET：Data Set Block常數設定模塊，在DSET功能塊的組態窗口中，把預先算好的速率輸入到Output Velocity Limiter中，把DSET功能的輸出值連接到PID功能塊的設定值，下裝到FCS控制器，組態計算完成。使用時，把PID功能塊投入CAS，即串級，DSET投入AUTO，把DSET的設定值作為目標設定值，PID功能塊的設定值就會根據DSET的輸出變化率達到目標設定值。

5 DeltaV系統

DeltaV系統利用PID進行斜坡處理也有兩種方法：在PID功能塊細目窗口整定參數欄中，對SP Rate Dn和SP Rate Up參數進行設置，然后在PID面板中Setpoint Entry處填入設定值，把PID投入自動，便可以實現PID設定值的斜坡處理，直到達到目標設定值；需要引入額外的功能塊：RAMP，在RAMP功能塊中有三個重要的參數，其一為Ramp＿Type，當Ramp＿Type值為“0”時，RAMP以Ramp＿Time進行運算；當Ramp＿Type值為“1”時，RAMP以Ramp＿Rate進行運算，另兩個重要的參數，Ramp＿Time和Ramp＿Rate，Ramp＿Time表示從初始值到達目標值的時間，Ramp＿Rate表示速率，須預先計算好。把RAMP的輸出值連接到PID的設定值即可。

6 結束語

筆者根據實際工程設計經驗，在以上幾種DCS的開發實施過程中，就如何實現斜坡處理的方法，進行了介紹。斜坡處理方法能實現比較完美的過程控制，為生產過程提高效率。

［1］ 王錦標，朱因心.計算機控制中PID控制塊的無擾動切換［J］.冶金自動化，2002（02）：47－49.

［2］ 廖芳芳，潘育山，肖建.20萬噸堿廠集散控制系統的設計和應用［J］.計算機測量與控制，2005（11）：1220－1222.

［3］ 艾紅，王捷.DCS應用控制系統控制方案組態設計［J］.計算機測量與控制，2003（08）：590－592.

［4］ 謝松云，張建，王公望.熱處理過程控制中小型集散系統的設計與實現［J］.測控技術，2000，19（08）：30－32.

［5］ 王常力，羅安.集散型控制系統的選型與應用［M］.北京：清華大學出版社，1996.

［6］ 呂東庚.一種通用小型集散控制系統的設計［J］.計算機應用，1998，18（01）：14－17.

［7］ 王錦標.集散控制系統的工程設計［J］.化工自動化及儀表，1996（01）：26－29.

［8］ 王圖強，曾小華.PKS系統在聚酯化工裝置中的應用初探［J］.江西科學，2008，26（03）：474－478.

［9］ 朱乜.淺談Experion PKS控制方案組態［J］.石油化工自動化，2007，43（06）：44－46.

［10］ 劉鳳.PKS系統遠程I／O在PTA工廠中的應用［J］.世界儀表及自動化，2008（01）：38－41.

［11］ 邱華云.DCS動態流程圖畫面的設計及組態［J］.石油化工自動化，2004，40（01）：48－50.