先進控制算法在乙醇精餾裝置上的實驗研究

劉南　于明磊　王升升

摘要：本論文在乙醇精餾生產控制系統的硬件設備上，基于FBD功能塊圖語言，在工程師站實現了乙醇精餾主要環節控制策略的改進，給出了控制模塊最佳程序模塊并完成功能塊的配置與說明，在充分考慮現場情況基礎上實現了對執行器的控制，并通過在人機界面進行觀察，達到了較好的控制效果。

關鍵詞：乙醇精餾；控制模塊；FBD功能塊

一、引言

控制系統在實際過程中，在進行自動與手動的控制過程中，出現很多的問題，因此從實際出發，對控制系統運行的控制問題進行較為深入的研究，本論文主要針對目前的控制算法不能滿足控制系統的需求進行研究。

二、工藝說明

在化工生產過程中，傳質分離是非常重要的一個化工單元，它直接決定了最終產品的質量和收率，而在工業生產中占據著主導地位的分離方法就是精餾，精餾是利用混合物中各組分揮發度的不同，而進行分離的單元操作，它具有獨特的優勢。乙醇精餾是工業中精餾運用的一個典型實例。

雖然乙醇在常溫、常壓下是一種易燃液體，但是它的水溶液運用比較安全，且有芳香氣味，精餾中不易造成環境污染等不良因素。正是這個特點，我們選擇乙醇精餾這個項目，不但能適應企業需求，鍛煉學生實際操作技能。而且它的無毒性、安全性又對我們學生實訓操作提供了安全健康保障。

依托于化工自動化技術實訓設備研究所，根據企業真實環境搭建精餾整個裝置，具體包括生產過程設備有流體輸送、精餾、換熱、原料儲備、產品包裝裝置等；控制系統平臺形成以DCS（集散控制系統）和FF（基金會現場總線）為控制主體的多種控制結構，具有開放的實驗平臺，可以人為進行各種工況的實驗操作，獲得真實的數據，為在企業進行實際環境的操作打下很好的基礎。

三、系統設計

結合現有控制系統，并充分考慮現場特點的基礎開發設計平臺系統和控制系統，可使許多控制難題得以解決，從而獲取常規控制難以達到的效益；

通過前期的對比和調研，我們選擇浙江中控技術有限公司的JX-300XP控制系統，選擇本套系統的主要原因是：浙江中控技術有限公司的JX-300XP控制系統市場占有率高，界面操作簡單，國內外各種智能設備都都可以接入到本套系統當中；從控制和生產的安全角度去考慮，使用國產的DCS控制系統更加安全。所以選擇了浙江中控技術有限公司的JX-300XP控制系統。

JX-300XP控制系統硬件由控制站硬件、操作員硬件、工程師硬件、網絡硬件組成，其中控制站硬件由機柜、機籠、供電單元、端子板和各類卡件（包括主控制卡、數據轉發卡、通信接口部件和各種信號輸入/輸出卡）組成。

四、單回路控制方案組態

（一）普通單回路控制

化工自動化中應用非常普遍，占有比例可以達到85%，它主要是由一個測量元件、變送器，一個控制器和一個執行器和一個控制對象構成的閉環回路系統。

單回路控制系統理論上中只涉及一個具體的測量值，如液位參數或溫度參數；一個控制器的控制器輸出控制執行器的開度，并采用基本的PID進行運算，不需要考慮其他。

（二）帶跟蹤處理的單回路控制方案組態

實際上單回路控制系統需要考慮很多實際問題，如執行器的開度跟蹤問題，防止執行器大幅度的開關；聯鎖問題等等。下面就以一個具體的LIC_IOI進行介紹具體的組態過程。

該回路涉及聯鎖條件，在組態時涉及比較和邏輯關系功能模塊，如LE_SFLOAT模塊（兩個數值大小比較）、GE_SFLOAT模塊（兩個數值大小比較）、OR_BOOL模塊（邏輯或）和AND_BOOL模塊（邏輯與）。

跟蹤處理功能就是當SwTV等于ON時，系統處于跟蹤狀態。當回路處于跟蹤狀態下，系統的手自動狀態開關（SwAM）處于手動狀態，并將跟蹤值賦給手動值。SwTV缺省值為OFF。具體工作過程如下：

TM_10105為電加熱信號；LSOI為聯鎖按鈕，當LSOI等于ON時，代表聯鎖投入，當LS01等于OFF時，代表聯鎖切除。

當液位信號LT_10101低于150mm時（680*0.2206=150mm）或溫度信號TE_10108高于98℃（100*0.98=98）時，并在聯鎖按鈕LS01也投入的情況下，SWTV信號等于ON，意味著該系統處于跟蹤狀態。當回路處于跟蹤狀態下，系統的手自動狀態開關（SwAM）處于手動狀態，并將跟蹤值賦給手動值。程序解讀為在液位低或是高溫等危險狀態下，TM_10105不再與測量值有關，直接將跟蹤值（TV）的數值賦給TM_10105（HV），即為MV=TV。

五、結束語

將浙江中控公司的JX-300XP系統作為系統實現的硬件平臺，AdvanTrol-Pro V2.70.00.03版本軟件作為系統實現的軟件平臺。針對乙醇精餾生產控制系統設計一套整體的控制方案，設計方案里主要包括工藝設備檢測儀表、控制系統硬件設計以及工程師站、操作員站及過程站。并重點描述了在實際情況中回路組態的區別，需要考慮的實際情況，控制效果較好。endprint