“复杂控制系统”并不复杂~
前言
单回路简单控制系统能解决化工厂大部分的控制问题，但是它们有一定的局限性。这些局限性主要表现在它们只能完成定值控制，功能单一；对纯滞后较大，出现干扰多而剧烈的对象,控制质量较差；对各个过程变量内部存在相关的过程,控制系统相互之间会出现干扰等。因此在简单控制系统的基础上,又发展了众多的复杂控制系统。
下面小编给大家简单讲讲比较常用的串级控制系统、比值控制系统和均匀控制系统。
串级控制系统
以某一冷却器为例，在换热时，由于多种因素导致工艺物流和公用工程介质的流量都是波动的，简单的单回路控制（只能对单一变量进行定值控制）在这时已经无能为力了，因此可以采用串级控制。从图中可以看出串级控制系统有两个闭合回路：主回路（绿色虚线）和副回路（黄色虚线）；有两个控制器：主控制器（TIC）和副控制器（FIC），不难看出也有两个变量：主变量（物流出口温度T）和副变量（循环冷却水流量F）。
串级控制是将主控制器的输出做为副控制器的给定值，系统通过副控制器的输出操纵调节阀动作，最终目的是控制主变量稳定。
如果你不太理解这句话也不要紧，小编换种说法解（hu）释（you）：假设换热器出口工艺物流温度升高，需要开大阀门让更多冷却介质通过换热器，于此同时假设由于公用工程压力不稳定导致冷却介质流量突然变大，则需要将阀门关小。一边要开大一边要开小一点儿也不考虑气动阀门的感受，所以这里副控制器站出来协调双方，最终使气动阀处于一个合适的开度，两边的矛盾得以解决，最终的结果是换热器出口工艺物流温度维持稳定。
图1 采用串级控制的换热器
当然，串级控制的强大远远不止如此，总体来说在遇到滞后较大、干扰因素多、剧烈或频繁的情况时可以考虑串级控制。
比值控制系统
在比值调节系统中，需要保持比例关系的两种物料，必有一种处于主导地位，这种物料称之为主流量或主动物料。而另一种物料随主流量变化，称之为副流量或从动物料。它可以控制两个或两个以上的物料流量保持一定的比值关系。
以脱羰基硫反应器进料为例，对于原料低温甲醇洗废气和变换闪蒸气进料，主要采用双闭环比值控制系统进行比值调控进料，在保证进料量稳定的同时还维持两股进料的量成固定比例，保证了反应的正常进行，同时为后续工艺提供了稳定的操作条件，达到生产所需要求。
图2 比值控制
均匀控制系统
化工生产过程中，各种设备之间互相关联，容易出现控制时出现矛盾，均匀控制系统就是要解决这些矛盾。图3是两个串联的精馏塔，甲需要控制塔釜液位恒定，因此加入了液位控制，乙塔需要进料恒定，因此需要流量控制。当液位控制和流量控制同时出现时就会出现矛盾：假设甲塔液位升高，由于设置了液位控制会使出料流量增大，但这势必会造成乙塔进料流量增大，与流量控制矛盾，因此这样的控制方案是行不通的。
图3 矛盾的控制方案
采用均匀控制目的是要对液位和流量同时兼顾，使两个变量在控制过程中都会发生变化，但变化是缓慢的。另外还要保持两个矛盾的变量都在允许的范围内波动。
可以采用的均匀控制有两种，一种是简单均匀控制，另外一种是串级均匀控制。
图4是简单均匀控制方案，看起来与简单的液位定值控制完全相同，但内部设置不同。简单液位定值控制是改变排出量使也为保持定值，而均匀控制是使也为和排出量都在允许单位内缓慢变化，也就是说为了照顾不让流量发生迅速变化，液位是可以在允许范围内变化的。
图4 简单均匀控制
图5所示的串级均匀控制目的同样是为了协调液位与流量的关系，只不过多考虑了塔压变化会在阀门开度不变时引起流量变化这一因素，因此增加了流量副回路，构成了串级控制。
图5 串级均匀控制
复杂控制系统除了以上介绍的这些，还有前馈控制系统、选择性控制系统和分程控制系统等，不再一一介绍。
参考书目：《化工仪表及自动化第五版》厉玉鸣主编
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本期编辑：崔怡洲
本期排版：伍青林