Aspen Plus Dynamics：（四）动态模拟的核心，控制器的连接及其内部设置
当我们完成了精馏塔控制方案的选择以及灵敏板的选择（点击即可跳转），下面我们就要把这个控制方案搭建出来了。这个过程总的来说有两步，第一步：选择控制器，连接被控变量（控制器的输入）与操纵变量（控制器的输出）。例如回流罐液位是我们需要控制的，这就是被控变量；而面对液位的异常，我们需要操纵塔顶馏出量来维持液位的稳定，那塔顶馏出量就是操纵变量。第二步：输入和调整控制器的内部参数，以实现不同的控制要求。这一过程是动态模拟最关键的部分。
就像上图一样，蓝色的虚线就是信号线，箭头代表信号走向，被控变量信号传入控制器，控制器进行反应并将信号输出给操纵变量。画红色圈的就是与控制相关的元件。我们可以在软件的最下方的Controls和Controls2进行选择添加，例如Dead-Time死时间元件、Multiply乘法运算元件、PIDIncr就是PID控制器。我们最常用的就是PID控制器（PID控制，也即P/比例、I/积分、D/微分控制，这个知识极其重要，这方面的内容之前已经进行过一遍推送（点击即可跳转），一定要详细理解，这对于后序控制器内部的参数输入和调节至关重要）。
控制器的连接
之前的推送也提到了在打开.dynf文件时软件已经给精馏塔添加了三个控制器，分别是塔顶压力控制器，回流罐液位控制器和塔釜液位控制器。我们可以鼠标右键对控制器进行重命名，命名成很好记忆的，比如塔顶压力控制器我们就改名为PC（Pressure Control），液位控制器就是LC(Level Control)，有多个那就分别命名为LC1, LC2…
然后我们来添加其他的控制元件，根据控制方案，我们还需要添加进料流量控制器、进料与回流量比例控制以及提馏段塔板温度控制器。控制元件的添加方法与Aspen Plus很像，我们以进料流量控制器为例，首先点击选择PIDIncr，然后在流程窗口中合适位置点击。
接下来，连接信号线，目前左下角默认的是MaterialStream，我们点击其右侧并选择ControlSignal就会被切换为信号线。这样将鼠标移到流程窗口上时会出现蓝色连接箭头。
进料流量控制器的被控变量是进料流量，操纵变量是进料阀开度，因此，我们的信号线应该从进料流股出来，进入控制器，然后从控制器出来，进入阀门，如上图虚线所示。当我们点击流股输出箭头时，会弹出一个窗口，因为一个流股涉及到的变量很多，我们需要选择流量这个变量，比如总质量流量，然后点击OK。再点击控制器输入箭头，在弹出窗口中选择PV(Process variable，过程参数)。
点击控制器输出箭头，在弹出窗口中选择OP(Controller output，控制器输出)，点击OK（后续的PIDIncr控制元件的输入和输出选择和这个一致）。再选择阀门的输入箭头，因为阀门只有开度一个变量，因此无需选择，直接连接即可，对控制器重命名为FC，这样这个控制器的连接就完成了。
我们一般是完成一个控制器的连接，就相应的输入其内部数据，因为控制元件的内部数据会影响动态流程的运行，我们每添加一次控制元件后，都需要运行一次以确保流程正常。
控制器参数输入
双击控制元件会弹出控制面板，因为这个软件只会展示最上面这一层的窗口，所以为了保证流程窗口和控制面板同时展示，我们可以拖动流程窗口大小给控制面板腾出位置展示。
首先来认识一下控制面板，控制面板可谓麻雀虽小五脏俱全，分为上下两栏，下一栏展示上一栏的详细内容，上一栏从左至右依次是Auto（自动）、Manual（手动）、Cascade（串级）、%（展示百分数）、Configure（配置）、Plot（作图）以及Tune（调谐）。
前三个我们可以一起来讲，因为它们的窗口几乎一致，不仔细看很难区分，从上至下依次是SP，set point（设定值）；PV，Process variable（过程参数）；OP，Controller output（控制器输出）。不同的是，自动模式下，可以在面板修改设定值SP；在手动模式下，可以修改输出OP；串级控制模式下，三个参数均无法修改。
%，顾名思义，点击此按钮，SP/PV/OP将不显示具体数值而是显示数值占设定范围的比例。Configure，是很重要的窗口，它是整个控制器参数设置的核心，我们主要使用Tuning和Ranges。
首先是set point，当我们添加控制器时，软件会自动识别设定值，但经常会识别出错，例如这里，设定值应当是我们稳态时的流量10000kg/h，但它识别成了50kg/h，因此我们需要修改为10000kg/h，同时初始对应的输出应当是阀门开度50%，下方的Tuning parameters就是最为重要的控制器参数，分别是Gain（比例增益）、Integral time（积分时间）、Derivative time（微分时间，求导时间），具体这些设置及组合代表什么含义请务必学习之前的推送（点击即可跳转）以及厉玉鸣老师的《化工仪表及自动化》，这里不会再赘述。我们填写常规的流量控制器调谐参数（比例增益0.5，积分时间0.3 min）。最后的Controller action也非常重要，这代表着控制器的作用方向是正作用还是反作用，需要我们自己思考。比如这个流量控制器，如果流量发生突增（↑），那么阀门开度应当往小调（↓），这是一个反向的过程，所以是反作用（负反馈），选择Reverse。那有没有正作用的案例呢？比如说液位控制，当液面上升了（↑），那么出口的阀门开度就应当开大（↑），这就是一个典型的正作用（正反馈）。
Tuning修改完毕，我们再来看Ranges，控制范围我们设置为0~20000kg/h，对应的阀门开度定为0%~100%。
设置完毕后，请注意，控制器选择Auto自动模式，运行选择Dynamic模式，点击Run运行，当数据恢复稳定后，停止运行；然后切换为Initialization模式，再次点击Run运行，弹出窗口显示初始化完成，点击OK即可。这里需要解释一下，运行Dynamic的目的是检测控制器添加之后运行是否正常，当其数据稳定后进行Initialization模式（初始化模式）运行的目的是将这些数据作为初始运行数据，因为之前控制器默认的数据是50kg/h，这是不正确的，我们Initialization之后，SP=10000kg/h，PV=10000kg/h，OP=50%（阀门开度）就成为了新的初始值。在之后的动态模拟过程中，重置运行整个流程，参数就会回到最近的一次Initialization的参数。
本期推送，我们主要涉及到了如何添加控制器，以及如何设置PIDIncr内部参数。如果说初始的数值与我们稳态模拟的数值不一致的话，可以通过上面描述的方法初始化数值。
下一期，我们还是继续整个流程的搭建，不过会涉及到新控制元件的输入。
参考文献：
化工仪表及自动化, 厉玉鸣.
Aspen模拟软件在精馏设计和控制中的应用, 威廉·鲁平.
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