DCS斜坡处理方法及应用

2012-04-13何尚华胡勇峰

石油化工自动化 2012年4期

何尚华，胡勇峰

（中国纺织工业设计院，北京100037）

DCS功能强大，在化工、石化、电力等行业应用广泛，笔者在聚酯（PET）与PTA行业的工程设计中，具体开发应用过5种DCS，结合笔者的使用经验，介绍DCS的一种重要的调节功能：斜坡处理。

在实际工程中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制。PID的工作方式可以在AUTO，MAN，CAS之间切换，为了保证控制回路的正常运行，PID工作方式的切换须实现无平衡无扰动切换。引入斜坡处理方式，可减少PID工作方式在切换过程中对控制回路造成的不必要的干扰。聚酯工业中，从PTA转化到PET的过程是一个复杂的吸热反应过程，同时也需要保证一定的真空度，这就要求管道、设备等及其之间的连接密闭性要好，并且在高温过程中能保持密闭性。加热容器从常温升高到工作温度是一个缓慢的过程，该过程需要耗费操作人员大量时间和精力。如果在温度控制环节引入斜坡处理，便可以实现设备、管道热加固缓慢均匀地进行，避免急剧的热冲击。下面介绍几种DCS相关斜坡处理的具体方法。

1 TPS系统

TPS系统应用斜坡处理方法比较简单，首先利用工程师的身份打开系统的控制点组态窗口，在Set Point Option中一共有三项：NONE，TV，AST，选中“TV”；在NMODE栏中选中“AUTO”；在Normal Mode Attribute栏中选中“Program”；RAMPTIME栏中选中“Ramp Time In Minutes”，最后保存并下装到HPM处理器，这便完成了斜坡处理的组态过程，接下来就是具体的实施过程。以操作员身份登录Native Windows界面，即操作员窗口，在窗口中调出已完成组态的控制点，会发现该窗口中多出几个参数，并且可以对其进行设定。首先在“TVPROC”选中Preset，只有选中该选项才可以进行接下来的工作；接着就可以在“SPTV”填入斜坡处理最终要达到的目标数值；接下来需要填写斜坡处理需要进行的时间，在“Ramptime”填入数值，有了这两项参数，系统就会自动计算出变化率。在以上两项数据填写完成后，把PID调节功能投入自动，并且在“TVPROC”选中RUN，这样PID的设定值就会根据系统自动计算的变化率在规定的时间内均匀地达到目标设定值。

2 PKS系统

PKS系统与TPS系统相比，窗口化的组态与操作显得更为人性化，相对来说，要实现斜坡处理更为便捷。菜单中点击进入“Station”窗口，调出需进行斜坡处理的PID调节回路，在“Setpoing”栏进行相关操作，首先要把Set Point Ramping Enabled选中，把Set Point Ramping State投入Preset，然后填入目标设定值，接下来有两种方法：在Ramp Time Remaining中填入时间，系统会自动算出变化率；在Requested Ramp Rate中填入你想要的变化率，系统会自动计算出时间。接下来把PID投入AUTO，并且把Set Point Ramping State投入RUN，斜坡处理就会按照你的要求进行直到达到目标设定值结束。

3 I／A Series系统

I／A Series系统有多重PID控制模块，要实现斜坡处理功能，须在系统组态时选择“PIDA”，下面了解几个重要的参数：

SPRAMP：Setpoint Ramping State设定值斜坡状态，为“1”时启动设定值斜坡算法。

SPROPT：Setpoint Ramping Option设定值斜坡选择。“0”没有选择设定值斜坡；“1”设定值以SPRATE为斜坡速率，达到目标值SPTARG；“2”以SPRATE为斜坡速率，但发生偏差报警时停止斜坡；“3”设定值在SPRATE定义的时间内产生斜坡，达到目标值SPTARG；“4”以SPRATE为斜坡时间，但发生偏差报警时停止斜坡。在做斜坡时间（即SPROPT为“3”或“4”）运行时，模块自己算出斜坡速率，如果在斜坡期间SPTARG发生了变化，模块仍以原先算出的速率运行。

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

SPTARG：Setpoint Target目标设定值，可连续设置，其值必须在SPHLIM和SPLLIM的范围内，否则将把SPRAMP重置为“0”，不发生斜坡。

SPHLIM／SPLLIM：Setpoint High／Low Limit本地设定值高／低限值。

掌握以上几个参数后不难理解如何实现斜坡处理，首先要SPRAMP选择“1”，使PID能实现斜坡处理，然后对SPROPT按两种方法进行选择，一种为规定速率，另一种为规定时间，接着设定SPRATE，根据SPROPT的设定输入变化率或时间，最后输入SPTARG，这就完成了斜坡处理的组态过程，返回到操作员界面，把PID投入AUTO，就可以对PID设定值进行斜坡处理，达到目标值。

4 CS3000系统

CS3000系统要对PID调节进行斜坡处理，需引入一个重要模块——DSET：Data Set Block常数设定模块，在DSET功能块的组态窗口中，把预先算好的速率输入到Output Velocity Limiter中，把DSET功能的输出值连接到PID功能块的设定值，下装到FCS控制器，组态计算完成。使用时，把PID功能块投入CAS，即串级，DSET投入AUTO，把DSET的设定值作为目标设定值，PID功能块的设定值就会根据DSET的输出变化率达到目标设定值。

5 DeltaV系统

DeltaV系统利用PID进行斜坡处理也有两种方法：在PID功能块细目窗口整定参数栏中，对SP Rate Dn和SP Rate Up参数进行设置，然后在PID面板中Setpoint Entry处填入设定值，把PID投入自动，便可以实现PID设定值的斜坡处理，直到达到目标设定值；需要引入额外的功能块：RAMP，在RAMP功能块中有三个重要的参数，其一为Ramp＿Type，当Ramp＿Type值为“0”时，RAMP以Ramp＿Time进行运算；当Ramp＿Type值为“1”时，RAMP以Ramp＿Rate进行运算，另两个重要的参数，Ramp＿Time和Ramp＿Rate，Ramp＿Time表示从初始值到达目标值的时间，Ramp＿Rate表示速率，须预先计算好。把RAMP的输出值连接到PID的设定值即可。