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【分类号】TL362
摘 要 石油化工生产过程都是连续性强且控制过程复杂，其控制回路往往由许多子过程串、并联组成，虽然生产工艺千变万化，但控制方案却是相似的。因此掌握复杂过程控制系统的不同控制方案对于工程技术人员越发重要。
关键词 简单控制系统 复杂控制系统 被控对象 扰动
近年来随着我国经济的进步，石油化工工业也得到了突飞猛进的发展，由于我国化工工业起步晚，其自动化程度和发达国家相比还有不小的差距，但这种差距正在逐步缩小，越来越多的石化企业已经实现了自动化生产。因此化工行业的工程师和技术人员对化工自动化知识的掌握就显得越来越重要了。
石油化工行业生产连续性强，过程复杂，自动化程度高，控制精度高，因此控制方案的选择直接关系到控制质量，笔者以国内某丁二烯/MTBE装置为例介绍几种控制方案的特点和区别，本装置的控制方案有单回路控制、串级控制、比值控制、分程控制等。
1 单回路控制
单回路控制系统是一个简单的控制回路，可以实现最简单的控制。采用单回路控制系统可以方便的对被调量进行调节。但是对干扰变化比较剧烈而且控制质量要求高的系統不适合使用。
在本生产装置中，V101入口流量控制，V102的液位控制和V103出口流量都采用了单回路控制方案。控制系统方块图如图1所示。缓冲罐V101进料流量采用一个单回路控制系统。为了避免电磁阀出现掉电情况而导致危险，电磁阀采用电开式，这样它的放大倍数为正。变送器的放大倍数一般为正，本系统中所有的变送器都采用正放大倍数。所以流量控制器选择为反作用，这样可以保证整个回路的放大系数为负，形成负反馈控制系统。
2 串级控制
当对象的滞后较大，负荷或干扰变化比较剧烈，比较频繁，或是工艺对产品质量提出得要求很高时，采用单回路控制方法就不再有效，所以需要采用串级控制系统。本装置中缓冲罐液位滞后比较大。而且，当出料管线流量变化时会对缓冲罐液位造成扰动，所以本系统采用液位、流量串级来控制，从而达到控制要求。控制系统方块图如图2所示。
液位设定值
首先对V101的液位控制进行分析：V101的液位取决于进料量和出料量，进料流量由一个单回路控制系统进行控制，进料量基本可以稳定在系统给定值上。V101液位由一个液位控制器来控制，当V101内压力发生突变的时候，并且压力控制没有将压力及时调整到给定值的情况下，出料流量会有变化。为了将V101的液位严格控制在给定值范围，故采用一个液位和流量的串级控制回路来完成要求。这样就可以消除干扰，使液位控制更精确。
图2所示，在整个回路中，流量控制回路是副回路，液位控制回路是主回路。在副回路中，电磁阀采用的是电开式，放大倍数为正。变送器的放大倍数为正。当阀门开度增大时，流量会变大，所以流量对象的放大倍数为正，那么流量控制器的放大倍数应该为负才可以保证这个回路放大倍数为负。分析主回路时，首先将副回路看作一个放大倍数为正的单元。在主回路中，液位变送器放大倍数为正，液位对象的放大倍数为负，这样可以设置主控制器的作用为正作用。
3 分程控制
在反馈控制系统中，通常是一台控制器的输出只控制一台控制阀。然而分程控制系统却不然，在这种控制系统中，一台控制器的输出可以同时控制两台甚至两台以上的控制阀，控制器的输出信号被分割成若干个信号范围段，而由每一段信号去控制一台控制阀。分程控制系统中控制器的输出信号的分段，是由附设在控制阀上的阀门定位器来实现的。本装置中采用了横河的CS3000控制系统，所以分程控制可以由DCS组态来完成。控制系统方块图如图3所示。
缓冲罐V101内需要维持一定的压力才可以保证出料流量的压力正常，所以需要采用氮气来加压，这个压力是按生产工艺要求设置的，不能小于工艺要求，也不能太高，因为压力太大会造成危险，所以这里采用分程控制最为合理。我们设置一个分程点，根据工艺要求这里设置为600KPa，当压力小于600KPa时，压力控制器调节阀门进行压力调节，一旦压力大于600KPa，压力控制器选择调节泄压阀来调节压力，使压力尽快回到要求的范围，保证生产的安全性。
本系统的分程控制回路中，控制阀选用的是电开式的，这样可以避免在阀门掉电时出现罐内压力过大的危险。当阀门开度增大时，罐内压力增大，所以压力对象的放大倍数为正，变送器放大倍数为正，那么压力控制器应该选为反作用。
4 比值控制
在石油化工及其他工业生产过程中，工艺上常需要两种或两种以上的物料保持一定的比例关系，比例一旦失调，将影响生产或造成事故。实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制就是比值控制。通常保持两种或几种物料的流量为一定比例关系的系统，称之为流量比值控制系统。控制系统方块图如图4所示。
本装置中，V103要求有两股进料，它们按照2：1的比例进入混合罐V103。这是一个典型的比例控制系统，所以采用比例控制。但是为了使两个流量更精确，故采用了双闭环比值控制系统，这样主流量得到了控制，同时可以有效的减少主流量带给副流量的干扰，使流量控制更精确。
本系统的比值控制回路中，在主回路中，变送器为正放大倍数，阀门选用电关式的，所以放大倍数为负，当阀门开度增大时流量将变大，所以对象的放大倍数为正，那么控制器应该选择为正作用。副回路和主回路是一样的，所以没有必要再做分析。
5 结束语
通常在选择控制方案时应注意：系统方案和子系统方案可以不相同，子系统方案之间也可以采取不同的方案。各种控制方案各有特色，各自都具备其他方案所不具备的优势，同时又有自己的不足之处。总之，在石油化工生产中这几种控制方案是交错采用，在整体控制方案中穿插着子控制方案，而每一种控制方案在系统中都发挥着各自的作用，同时又确保系统正常运行，达到石油化工生产的整体控制效果。
摘 要 石油化工生产过程都是连续性强且控制过程复杂，其控制回路往往由许多子过程串、并联组成，虽然生产工艺千变万化，但控制方案却是相似的。因此掌握复杂过程控制系统的不同控制方案对于工程技术人员越发重要。
关键词 简单控制系统 复杂控制系统 被控对象 扰动
近年来随着我国经济的进步，石油化工工业也得到了突飞猛进的发展，由于我国化工工业起步晚，其自动化程度和发达国家相比还有不小的差距，但这种差距正在逐步缩小，越来越多的石化企业已经实现了自动化生产。因此化工行业的工程师和技术人员对化工自动化知识的掌握就显得越来越重要了。
石油化工行业生产连续性强，过程复杂，自动化程度高，控制精度高，因此控制方案的选择直接关系到控制质量，笔者以国内某丁二烯/MTBE装置为例介绍几种控制方案的特点和区别，本装置的控制方案有单回路控制、串级控制、比值控制、分程控制等。
1 单回路控制
单回路控制系统是一个简单的控制回路，可以实现最简单的控制。采用单回路控制系统可以方便的对被调量进行调节。但是对干扰变化比较剧烈而且控制质量要求高的系統不适合使用。
在本生产装置中，V101入口流量控制，V102的液位控制和V103出口流量都采用了单回路控制方案。控制系统方块图如图1所示。缓冲罐V101进料流量采用一个单回路控制系统。为了避免电磁阀出现掉电情况而导致危险，电磁阀采用电开式，这样它的放大倍数为正。变送器的放大倍数一般为正，本系统中所有的变送器都采用正放大倍数。所以流量控制器选择为反作用，这样可以保证整个回路的放大系数为负，形成负反馈控制系统。
2 串级控制
当对象的滞后较大，负荷或干扰变化比较剧烈，比较频繁，或是工艺对产品质量提出得要求很高时，采用单回路控制方法就不再有效，所以需要采用串级控制系统。本装置中缓冲罐液位滞后比较大。而且，当出料管线流量变化时会对缓冲罐液位造成扰动，所以本系统采用液位、流量串级来控制，从而达到控制要求。控制系统方块图如图2所示。
液位设定值
首先对V101的液位控制进行分析：V101的液位取决于进料量和出料量，进料流量由一个单回路控制系统进行控制，进料量基本可以稳定在系统给定值上。V101液位由一个液位控制器来控制，当V101内压力发生突变的时候，并且压力控制没有将压力及时调整到给定值的情况下，出料流量会有变化。为了将V101的液位严格控制在给定值范围，故采用一个液位和流量的串级控制回路来完成要求。这样就可以消除干扰，使液位控制更精确。
图2所示，在整个回路中，流量控制回路是副回路，液位控制回路是主回路。在副回路中，电磁阀采用的是电开式，放大倍数为正。变送器的放大倍数为正。当阀门开度增大时，流量会变大，所以流量对象的放大倍数为正，那么流量控制器的放大倍数应该为负才可以保证这个回路放大倍数为负。分析主回路时，首先将副回路看作一个放大倍数为正的单元。在主回路中，液位变送器放大倍数为正，液位对象的放大倍数为负，这样可以设置主控制器的作用为正作用。
3 分程控制
在反馈控制系统中，通常是一台控制器的输出只控制一台控制阀。然而分程控制系统却不然，在这种控制系统中，一台控制器的输出可以同时控制两台甚至两台以上的控制阀，控制器的输出信号被分割成若干个信号范围段，而由每一段信号去控制一台控制阀。分程控制系统中控制器的输出信号的分段，是由附设在控制阀上的阀门定位器来实现的。本装置中采用了横河的CS3000控制系统，所以分程控制可以由DCS组态来完成。控制系统方块图如图3所示。
缓冲罐V101内需要维持一定的压力才可以保证出料流量的压力正常，所以需要采用氮气来加压，这个压力是按生产工艺要求设置的，不能小于工艺要求，也不能太高，因为压力太大会造成危险，所以这里采用分程控制最为合理。我们设置一个分程点，根据工艺要求这里设置为600KPa，当压力小于600KPa时，压力控制器调节阀门进行压力调节，一旦压力大于600KPa，压力控制器选择调节泄压阀来调节压力，使压力尽快回到要求的范围，保证生产的安全性。
本系统的分程控制回路中，控制阀选用的是电开式的，这样可以避免在阀门掉电时出现罐内压力过大的危险。当阀门开度增大时，罐内压力增大，所以压力对象的放大倍数为正，变送器放大倍数为正，那么压力控制器应该选为反作用。
4 比值控制
在石油化工及其他工业生产过程中，工艺上常需要两种或两种以上的物料保持一定的比例关系，比例一旦失调，将影响生产或造成事故。实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制就是比值控制。通常保持两种或几种物料的流量为一定比例关系的系统，称之为流量比值控制系统。控制系统方块图如图4所示。
本装置中，V103要求有两股进料，它们按照2：1的比例进入混合罐V103。这是一个典型的比例控制系统，所以采用比例控制。但是为了使两个流量更精确，故采用了双闭环比值控制系统，这样主流量得到了控制，同时可以有效的减少主流量带给副流量的干扰，使流量控制更精确。
本系统的比值控制回路中，在主回路中，变送器为正放大倍数，阀门选用电关式的，所以放大倍数为负，当阀门开度增大时流量将变大，所以对象的放大倍数为正，那么控制器应该选择为正作用。副回路和主回路是一样的，所以没有必要再做分析。
5 结束语
通常在选择控制方案时应注意：系统方案和子系统方案可以不相同，子系统方案之间也可以采取不同的方案。各种控制方案各有特色，各自都具备其他方案所不具备的优势，同时又有自己的不足之处。总之，在石油化工生产中这几种控制方案是交错采用，在整体控制方案中穿插着子控制方案，而每一种控制方案在系统中都发挥着各自的作用，同时又确保系统正常运行，达到石油化工生产的整体控制效果。