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Aspen流程模拟——精馏塔的动态模拟下

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 楼主| 发表于 1970-1-1 08:00:00 显示全部楼层 |阅读模式
转自B站:https://www.bilibili.com/read/cv18385390




采用软件为Aspen Plus Dynamics V12、Aspen Plus V12、Origin 2018,语言中文。本人所学有限,内容讲解难免有所疏漏,敬请指正。
本文所用文献资料及bkp、dynf文件等见本文结尾链接。

                               
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打开保存的dynf文件,在下方的controls模型下点击PIDIncr,在流程空白处点击即放置了一个PID控制器(操作和Aspen Plus相同)

                               
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此时控制器缺少信号的输入与输出,在下方流股选择处,选择控制信号ControlSignal

                               
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对于塔顶的回流罐液位简单控制,输入信号为回流罐液位,输出信号为阀门V102开度,同Aspen Plus操作从塔顶回流罐出发,点击蓝色箭头

                               
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弹出控制变量的选择框,找到回流罐液位,即塔板1的液位,选择Stage1.Level(另一侧也有参数的详细描述)点击,再点击OK

                               
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该控制信号应当输送给刚刚放置的PID控制器

                               
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又弹出控制变量的选择框,液位信号是作为控制器的PV(过程变量,即实际测量值)

                               
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同理输出端应当为OP(控制器输出,即连接阀门开度)

                               
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另一端与阀门连接,即完成了回流罐液位的控制连接

                               
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点击PID控制器,选择Rename Block将模块重命名为LC_D

                               
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也可在左边的模块窗口进行操作

                               
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下方为LC_D的参数(此处就不翻译了),也可以通过双击流程中的PC_D模块查看参数

                               
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此时SP、PV(设定值与实际测量值)与实际流程对不上,而且无单位。可以在上方操作栏选择Initialization,点击三角形运行或者选择上方的Run进行运行(操作和Aspen Plus差不多)

                               
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弹出完成窗口

                               
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或者在左边直接对模块进行初始化(双击)

                               
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又或者直接在流程中LC_D模块上进行操作,双击后找到下方的图标并点击,选择初始化

                               
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接下来就是对PID控制器的比例度、积分时间、微分时间进行调控,一般对不同变量参考如下

                               
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化工仪表及自动化  第5版_厉玉鸣主编
Gain为比例增益Kp(δ~1/Kp),lntegral time为积分时间TI,Derivative time为微分时间TD

                               
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按照参照液位可直接采用比例控制,即无积分、微分,即积分时间TI等于无穷大,微分时间TD等于0。参数调整如下

                               
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控制器的作用选择,Direct为正作用,Reverse为反作用。对于回流罐液位控制,如果液位变大,为保证安全,应当增大阀门开度使得液位降低,即液位-阀门开度(输入-输出)为正作用

                               
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对于系统自动导入的塔顶压力控制器PC(已重命名),同理进行参数设计,一般按默认值即可

                               
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此处正反作用的选择,因为输入为回流罐压力,输出为冷凝器热负荷,则为反作用

                               
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同理搭建塔釜液位控制LC_W,输出选择塔釜液位SumpLevel,

                               
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参数选择相同

                               
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此时我们可以运行看看参数有无问题,右侧选择模块,点击结果图ResultsPlot,弹出图像

                               
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选择动态模式Dynamic运行

                               
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得出图像,下方为运行时间,只有点击中止按钮才停止运行

                               
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选择运行时间,在Run的工具栏下选择Pause At

                               
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我们看到默认为无限期运行Run Indefinitely,选择第二个暂停时间即可自由选择运行多长时间

                               
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运行1小时后停止

                               
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控制系统肯定是以我们需要的产品纯度为目的进行选择,可以可以通过左边的Add Form或者上方的图标添加图表

                               
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命名为T1

                               
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但是图并没有指定纵坐标

                               
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右键塔顶流股,在Form下选择Results得到流股信息

                               
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将需要的组分质量分数复制到T1图中

                               
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同理将塔釜流股组分的质量分数及进料量加入

                               
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双击图表区域,在AxisMap轴选择处选择One for Each(变量都有对应的坐标轴)

                               
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至此我们已经加入了三个控制系统,还有灵敏板温度及进料量控制。
对于进料量,输入为进料的质量流量,输出为阀门开度

                               
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搭建如下

                               
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按照参考值输入比例增益为0.3,积分时间为0.5min,为反作用(流股量变大,阀门关小以保证进料恒定),点击初始化

                               
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对于温度控制,按照经验容量滞后大,因此需要加入滞后时间Dead Time(或死区时间)

                               
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输入为计算出的灵敏板34的塔板温度

                               
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输出为塔釜的再沸器热负荷

                               
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搭建如下

                               
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死区时间这里设定为2min,选择Dead Time模块,右键在Forms项目中找到所有变量AllVariables

                               
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更改DeadTime参数

                               
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对于最重要的温度控制其为反作用

                               
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具体参数采用继电-反馈测试确定,点击图标,测试方法选择闭环Closed loop ATV

                               
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右侧点击结果图像查看继电-反馈测试曲线

                               
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或者直接双击TC控制器,选择图像

                               
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初始化后调整为动态模式,点击运行

                               
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运行开始后,点击开始测试

                               
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可以看到开始测试后,曲线为周期振荡

                               
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待运行几个循环后,点击完成测试

                               
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点击测试参数,选择计算,Aspen会根据测试的运行结果得到一个合理的控制参数,点击更新即可

                               
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至此,对于一个简单的塔控制系统已经设计完成,我们只需要对控制效果进行测试。
首先是进料量的波动,一般为10%,按照以上操作选择塔顶乙酸质量分数、塔釜丙酸质量分数及进料量(也可以查看其他参数变化图表如液位、灵敏板温度等)。设定运行时间为1小时

                               
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开始运行,我们发现曲线并不是直线,而是波动的

                               
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这是因为上述搭建后塔运行还为形成稳态,加大运行时间,即锏轿忍

                               
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此时将其重置或者直接用均可,本文这里将其初始化后再改为动态模式运行1小时,结果如下

                               
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更改进料量为27,500kg/h(初始为25000kg/h)

                               
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改为一直运行

                               
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可以看出对于塔顶乙酸的质量分数有影响,但浓度变化不大,经过6小时后波动趋于0

                               
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查看灵敏板温度变化,发现波动小且1小时后就趋于稳定

                               
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当然也可以继续调节控制参数优化变化曲线,扰动也可以选择其他变量,在此不再赘述。
本文所采用均为简单控制,对于复杂控制如比值控制等可参考相关书籍。
常用模块比值(如设定两股进料量之比)如下

                               
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动态模拟的软件设计非评分要求,但往届国赛作品中部分队伍做了动态模拟设计,可与PID图相参考呼应。如果选择做动态模拟,最好搭配详细的设计报告说明书
提取码:adcd



点评

非常不错: 5.0
非常不错: 5
  发表于 2024-6-18 22:28
发表于 1970-1-1 08:00:00 显示全部楼层
谢谢楼主。

这是B站转来的,不是知乎吧?

点评

地址哔站,眼拙了。哈哈  详情 回复 发表于 2023-1-27 14:07
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 楼主| 发表于 1970-1-1 08:00:00 显示全部楼层
shinbade 发表于 2023-1-27 11:22
谢谢楼主。

这是B站转来的,不是知乎吧?

地址哔站,眼拙了。哈哈
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发表于 1970-1-1 08:00:00 显示全部楼层
谢谢分享,正在学习,慢慢摸索
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发表于 1970-1-1 08:00:00 显示全部楼层
谢谢                          
[发帖际遇]: zhangjx73 乐于助人,帮助不愿意过马路的老奶奶过马路,奖励 5 个 韶华币. 幸运榜 / 衰神榜
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发表于 1970-1-1 08:00:00 显示全部楼层
不错,支持下
[发帖际遇]: zjkd6884835 成功获得红包 8 个 韶华币. 幸运榜 / 衰神榜
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发表于 1970-1-1 08:00:00 显示全部楼层
good,thanks
[发帖际遇]: gpcshf 发帖时在路边捡到 2 个 韶华币,偷偷放进了口袋. 幸运榜 / 衰神榜
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