Aspen Plus Dynamics：（五）完成控制方案的搭建

因为这一期的内容有些多，因此隔了一周才更新。上一期，我们把非常关键的PIDIncr控制器及其内部设置给讲了（点击即可跳转），但还没有完成整个控制方案的搭建。这一期，我们继续整个搭建过程，主要涉及到一些其他控制器模块，例如Dead time死时间、Multiply乘法运算元件等等，内容依旧是非常重要。经过前期的搭建，目前的情况如下图所示，我把其他的控制器的面板也都打开在上面依次排开。

就像上一期FC控制器的调节一样，我们同样需要核实其余控制器的面板数据，如果和稳态数据不符合，需要按照上一期的方法进行调整。根据Aspen稳态模拟结果，塔顶压力控制器（PC）数据正常，塔顶回流罐液位控制器（LC1）设定值应该是1.26 m，范围应该是0~2.52m，塔釜液位控制器（LC2）设定值应该是1.15 m，范围应该是0~2.3m，我们在控制器的面板进行相应的修改，此外，对于液位控制，我们可以只用比例控制器就行，因此Gain设置为2，积分时间设置为很大（9999 min），修改过后的结果如下图。

修改后的控制面板参数

修改后LC1、LC2的Tuning数据

修改后的LC1、LC2的Ranges数据

回流量/进料量的比例

现有的控制器都设置和修改完成后，我们来添加回流量/进料量（R/F）比例的控制，在某些情况下，维持R/F的方案在维持产品纯度方面很有效。根据稳态模拟结果，进料量为10000 kg/h，回流量为10000kg/h，因此二者的比为1:1。我们在流程当中添加Multiply乘法运算元件，进料量为输入信号，输出到回流比。

然后双击乘法运算元件，其中signal 1是进料量，因为比例是1，所以signal 2修改为1，而输出就是回流量。当然目前默认的输入输出还是1 kg/h，不过我们只要在Dynamic模式下运行一下流程数据就更新了。这样回流量/进料量的比例就设置完毕。

塔板温度控制器

最后我们设置塔板温度控制器，我们选择的是提馏段温控方案，灵敏板为第16块塔板，PV（过程参数输入）为第16块塔板的温度，OP（控制器输出）为再沸器的负荷，首先形成一个控制回路。

在这里同样我们需要修改控制面板自动识别的参数，例如塔板温度和再沸器负荷分别修改为稳态情况下的88.4655℃和16.0658GJ/h。同时判断一下控制动作，当塔板温度上升时，我们应当减少再沸器的热量输入，所以是反作用。Tuning parameters三参数这里我们暂时不动，后续会有确定它的方法。在Ranges界面修改塔板温度范围和再沸器负荷的范围，我们应该按照稳态数据进行修改，例如这里我们选取的是稳态温度±20℃，负荷设定的是稳态负荷±4GJ/h。

同样设置完成后，我们在Dynamic模式下运行流程，直到控制面板的数据稳定且与稳态一致，然后将dynamic模式切换为Initialization模式，点击Run运行，将这些数据作为初始数据。

Dead time的添加及参数整定

Dead time称为死时间元件，dead time是一个自动控制的概念，关于这部分小编也不是很懂，资料也比较少，所以理解得可能有一些偏差。Dead time相当于滞后时间的意思，滞后是控制系统中常见的存在，被控变量的变化落后于干扰的现象叫滞后。滞后的种类很多，这里就不细讲，以这个为例，塔釜再沸器负荷的变化能够立刻使得第16块塔板的温度产生变化吗？并不能，它需要经过一个物料和能量的传递过程才能看到第16块塔板的温度变化，这就是滞后。

我们在塔板温度控制器TC前面添加一个死时间元件，滞后时间设置为1 min。连接好元件后，如何设置滞后时间的值呢？选中死时间元件，鼠标右键→form→allvariables。

默认的dead time是0，我们可以修改为1 min，其次input和output目前是1.0，我们需要在dynamic模式下运行一下流程，数据就会立刻更新。数据更新之后，我们依旧进行一个Initialization初始化的操作将这些数据作为初始数据。

还有一个前面遗留下来的重要问题，控制器的tuning parameters，也称为PID三参数是怎么确定的呢？通过一定方法来得到PID 三参数的较优值的过程称为整定，这里使用的是整定方法当中的一种：继电-反馈测试。点开TC控制器上方栏目的最后一个Tune，打开测试弹窗，选择闭合回路作为测试方法，继电幅度默认为5%即可。

然后，首先点击Plot按钮打开绘图（绘图窗口我们可以点击横纵坐标轴修改范围），然后在Dynamic模式下点击run运行流程，流程开始运行后，点击Test窗口的start test，我们可以在绘图窗口中看到测试的动态过程。经过数个循环（4-6）之后，点击finish test结束测试，可以得到测试的结果。结果显示预期最终增益为2.72，最终周期为6 min。

得到数据后，我们点击Tuning parameters，通过整定公式得到最终的PID三参数。我们选择的是Tyreus-Luyben公式，点击Calculate得到增益为0.85，积分时间13.2 min，微分时间 0min，点击update controller数据就会自动更新到控制器当中。

自此，整个控制方案的搭建和控制器参数的输入就全部结束了，太艰难了有没有！下一期呢，我们轻松一下，讲解扰动测试前的一项准备工作——作图，也是我们使用这款软件必须要掌握的基本操作，虽然很基础但是没有教程自己摸索还是费一些时间的，那么我们下期再见~

注：因为小编自己也非控制专业，因此很多地方可能会有错误，如有错误还请大家在评论当中及时指出。

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.

徐进学,许星火,李玉琴,张国仁.利用继电反馈获取过程信息的方法[J].沈阳化工学院学报,1997(02):47-54.

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