诀窍:关卡控制

我常说，“关卡是难以控制的魔鬼。”为什么?它们对变量积分;也就是说，如果容器中的液位是恒定的，阀门打开或关闭，然后恢复到原来的开口，那么液位将位于容器中的不同位置。水平是非自我调节的-它们代表物质流入和流出容器之间的不平衡。调整的挑战是找到增益(或比例带)和积分时间(或重置)的最佳组合，试图对物质流动失衡做出反应，并将水平合理地保持在一个设定值附近。出于各种原因，使用导数并不是关卡控制的好方法。增益或PI控制能很好地处理PV轨迹的变化。

在调整关卡时，我问的第一个问题是关卡保持在设置点附近有多重要?几乎所有情况下的答案都是:“不太好。”毕竟，这艘船是用来干什么的?通常情况下，这是为了保存下游加工的材料库存，所以整个容器的大部分都应该用于这一用途。此外，液位测量现场装置通常被设计用于测量容器垂直侧的底部或顶部以下或以上的液位，这取决于安全目标是防止容器排空或过充。

保持水平接近设定值的重要性决定了应该使用多少增益。对于一个设计合理的液位控制回路，控制阀将在阀门大开的情况下，以最大设计流量填充或排空容器。如果液位为容量的50%，流量为最大设计率的50%(阀门开度为50%)，然后流量增加到设计率的75%，当液位达到75%时，增益1.0将使阀门开度达到75%。所以增益1.0应该是起点。如果保持关卡接近设定值真的很重要，那就使用大于1.0的增益;不那么重要，不那么重要。对于大多数lc，我通常从0.5开始。

现在是积分时间。当干扰发生时，将水平恢复到设定值有多重要?在几乎所有情况下，答案都应该是“不太好”。为什么?嗯，想想看。该容器用于某些上游工艺和某些下游工艺之间的库存。水平的变化表示两个过程之间的不平衡。我们希望变更以多快的速度从一个流程传播到另一个流程?答案应该是:尽可能快——给被要求接受不平衡的流程尽可能多的时间来适应新的流量。

我通常从20到30分钟的积分时间开始。这可以产生温和的复位作用，在阶跃式流动扰动后逐渐恢复到设定值，很少或没有超调。例如，在烯烃装置中，有几个串联的精馏塔。该系列的第一列是脱甲烷器，它由冷箱提供，最终由裂解炉提供。脱甲烷器给脱烷器进料，然后是乙烯分离器、脱丙烷分离器，最后是丙烯分离器。这些都是有很多托盘的超级分馏塔。进料速率的微小变化会对柱能量和物料平衡产生重大干扰。主要的干扰变量是裂解炉中裂解气速率的变化，这是由于拆除一个熔炉进行脱焦或计划的进料速率的变化。

所有这些列的关卡控制器的最佳调整常数是0.2-0.3范围内的增益和45分钟左右的积分时间的组合。这种调整使色谱柱的电平保持在设定点的±20%以内，并在2-3小时内色谱柱充电率的变化将电平返回到设定点的5%以内。但是，最重要的是，负载变化对每个柱的传播足够慢，这样主要产品流(乙烯分离器顶部的高纯度乙烯和丙烯分离器顶部的高纯度丙烯)仍然符合规范。

需要注意的一点是:关卡控制器最重要的控制目标通常不是控制关卡!

本文由Jim Ford博士撰写。Jim是MAVERICK Technologies的过程控制顾问，MAVERICK Technologies是一家领先的系统集成商，在制造和过程工业中提供工业自动化、运营支持和控制系统工程服务。MAVERICK提供各种领域的专业知识和咨询，包括工业自动化控制，分布式控制系统，制造执行系统，操作策略,业务流程优化．该公司提供全方位的自动化和控制服务-从PID控制器整定而且人机界面编程成为一个主要的自动化承包商。另外MAVERICK提供工业和技术人员配备服务，配备现场自动化、仪器仪表和控制工程师。

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