先进控制算法在乙醇精馏装置上的实验研究

刘南　于明磊　王升升

摘要：本论文在乙醇精馏生产控制系统的硬件设备上，基于FBD功能块图语言，在工程师站实现了乙醇精馏主要环节控制策略的改进，给出了控制模块最佳程序模块并完成功能块的配置与说明，在充分考虑现场情况基础上实现了对执行器的控制，并通过在人机界面进行观察，达到了较好的控制效果。

关键词：乙醇精馏；控制模块；FBD功能块

一、引言

控制系统在实际过程中，在进行自动与手动的控制过程中，出现很多的问题，因此从实际出发，对控制系统运行的控制问题进行较为深入的研究，本论文主要针对目前的控制算法不能满足控制系统的需求进行研究。

二、工艺说明

在化工生产过程中，传质分离是非常重要的一个化工单元，它直接决定了最终产品的质量和收率，而在工业生产中占据着主导地位的分离方法就是精馏，精馏是利用混合物中各组分挥发度的不同，而进行分离的单元操作，它具有独特的优势。乙醇精馏是工业中精馏运用的一个典型实例。

虽然乙醇在常温、常压下是一种易燃液体，但是它的水溶液运用比较安全，且有芳香气味，精馏中不易造成环境污染等不良因素。正是这个特点，我们选择乙醇精馏这个项目，不但能适应企业需求，锻炼学生实际操作技能。而且它的无毒性、安全性又对我们学生实训操作提供了安全健康保障。

依托于化工自动化技术实训设备研究所，根据企业真实环境搭建精馏整个装置，具体包括生产过程设备有流体输送、精馏、换热、原料储备、产品包装装置等；控制系统平台形成以DCS（集散控制系统）和FF（基金会现场总线）为控制主体的多种控制结构，具有开放的实验平台，可以人为进行各种工况的实验操作，获得真实的数据，为在企业进行实际环境的操作打下很好的基础。

三、系统设计

结合现有控制系统，并充分考虑现场特点的基础开发设计平台系统和控制系统，可使许多控制难题得以解决，从而获取常规控制难以达到的效益；

通过前期的对比和调研，我们选择浙江中控技术有限公司的JX-300XP控制系统，选择本套系统的主要原因是：浙江中控技术有限公司的JX-300XP控制系统市场占有率高，界面操作简单，国内外各种智能设备都都可以接入到本套系统当中；从控制和生产的安全角度去考虑，使用国产的DCS控制系统更加安全。所以选择了浙江中控技术有限公司的JX-300XP控制系统。

JX-300XP控制系统硬件由控制站硬件、操作员硬件、工程师硬件、网络硬件组成，其中控制站硬件由机柜、机笼、供电单元、端子板和各類卡件（包括主控制卡、数据转发卡、通信接口部件和各种信号输入/输出卡）组成。

四、单回路控制方案组态

（一）普通单回路控制

化工自动化中应用非常普遍，占有比例可以达到85%，它主要是由一个测量元件、变送器，一个控制器和一个执行器和一个控制对象构成的闭环回路系统。

单回路控制系统理论上中只涉及一个具体的测量值，如液位参数或温度参数；一个控制器的控制器输出控制执行器的开度，并采用基本的PID进行运算，不需要考虑其他。

（二）带跟踪处理的单回路控制方案组态

实际上单回路控制系统需要考虑很多实际问题，如执行器的开度跟踪问题，防止执行器大幅度的开关；联锁问题等等。下面就以一个具体的LIC_IOI进行介绍具体的组态过程。

该回路涉及联锁条件，在组态时涉及比较和逻辑关系功能模块，如LE_SFLOAT模块（两个数值大小比较）、GE_SFLOAT模块（两个数值大小比较）、OR_BOOL模块（逻辑或）和AND_BOOL模块（逻辑与）。

跟踪处理功能就是当SwTV等于ON时，系统处于跟踪状态。当回路处于跟踪状态下，系统的手自动状态开关（SwAM）处于手动状态，并将跟踪值赋给手动值。SwTV缺省值为OFF。具体工作过程如下：

TM_10105为电加热信号；LSOI为联锁按钮，当LSOI等于ON时，代表联锁投入，当LS01等于OFF时，代表联锁切除。

当液位信号LT_10101低于150mm时（680*0.2206=150mm）或温度信号TE_10108高于98℃（100*0.98=98）时，并在联锁按钮LS01也投入的情况下，SWTV信号等于ON，意味着该系统处于跟踪状态。当回路处于跟踪状态下，系统的手自动状态开关（SwAM）处于手动状态，并将跟踪值赋给手动值。程序解读为在液位低或是高温等危险状态下，TM_10105不再与测量值有关，直接将跟踪值（TV）的数值赋给TM_10105（HV），即为MV=TV。

五、结束语

将浙江中控公司的JX-300XP系统作为系统实现的硬件平台，AdvanTrol-Pro V2.70.00.03版本软件作为系统实现的软件平台。针对乙醇精馏生产控制系统设计一套整体的控制方案，设计方案里主要包括工艺设备检测仪表、控制系统硬件设计以及工程师站、操作员站及过程站。并重点描述了在实际情况中回路组态的区别，需要考虑的实际情况，控制效果较好。endprint