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。
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)
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
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
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
该控制信号应当输送给刚刚放置的PID控制器
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)
同理输出端应当为OP(控制器输出,即连接阀门开度)
另一端与阀门连接,即完成了回流罐液位的控制连接
点击PID控制器,选择Rename Block将模块重命名为LC_D
也可在左边的模块窗口进行操作
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
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)
弹出完成窗口
或者在左边直接对模块进行初始化(双击)
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
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
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
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
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
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
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
同理搭建塔釜液位控制LC_W,输出选择塔釜液位SumpLevel,
参数选择相同
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
选择动态模式Dynamic运行
得出图像,下方为运行时间,只有点击中止按钮才停止运行
选择运行时间,在Run的工具栏下选择Pause At
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
运行1小时后停止
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
命名为T1
但是图并没有指定纵坐标
右键塔顶流股,在Form下选择Results得到流股信息
将需要的组分质量分数复制到T1图中
同理将塔釜流股组分的质量分数及进料量加入
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)
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
搭建如下
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
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)
输入为计算出的灵敏板34的塔板温度
输出为塔釜的再沸器热负荷
搭建如下
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
更改DeadTime参数
对于最重要的温度控制其为反作用
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
右侧点击结果图像查看继电-反馈测试曲线
或者直接双击TC控制器,选择图像
初始化后调整为动态模式,点击运行
运行开始后,点击开始测试
可以看到开始测试后,曲线为周期振荡
待运行几个循环后,点击完成测试
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
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
开始运行,我们发现曲线并不是直线,而是波动的