利用DCS的AO特性改善调节阀的控制品质

    在化工生产过程中，调节阀是控制系统中直接接触被测介质，用于改变流体流量进行过程调节的装置，其调节回路的控制品质与调节阀自身的性质、控制回路的PID参数和调节阀的选型关系密切。目前，DCS系统在化工过程中应用相当广泛，DCS系统的深度挖掘应用可以利用DCS本身的一些功能来弥补现场仪表的某些不足。在此，笔者介绍一种利用HoneywellTPS系统的AO组态功能，改变调节阀的控制特性，从而实现改变调节回路调节品质的方法。

    1 问题的提出*

    如图1所示，在环己烷氧化制成环己醇和环己酮的过程中，氧化产物含有大量环己烷，在洗涤塔内将大部分液态环己烷洗掉，剩下的部分气体经气液分离器进入循环压缩机再利用。在这个过程中，要保证进入循环压缩机的气体流量稳定，同时还要尽量保证气液分离器的液面稳定，因此选用串级均匀控制方案，以液位作为主回路、流量作为副回路来进行控制，如图2所示。

图1 环己烷氧化制环己醇和环己酮工艺流程

图2 环己烷氧化制环己醇和环己酮控制系统框图

    系统在手动控制时，比较平稳；但是投入自动控制后，波动较大，如图3所示。

图3 调整前的控制曲线

    多次进行PID参数整定后，曲线波动仍然很大，不能满足控制要求。于是，加入调节阀的动作曲线进行观察，调节阀动作曲线FV112如图4所示。

图4 测量值曲线与调节阀曲线

    仔细研究曲线发现，调节阀的调节品质不好，在小开度（25%以内）频繁振荡才导致工艺不能平稳出料。

    2 AO特性化方案确定及实施

    查找调节阀的设计数据单，发现此调节阀为近似线性，但是Cv值选择得有点大，这既不能满足控制要求，又缩短了调节阀的使用寿命。在分析调节阀的动作规律后，决定采用DCS的AO特性化功能，即通过改变调节器输出与调节阀动作大小之间的对应关系，调整调节阀在调节器输出信号0%～30%区间调节阀的响应值，以使控制平稳。

    一般情况下，调节器的输出信号与阀门开度是成正比例的，如图5所示。

图5 正常情况下阀门开度与调节器输出的对应关系

    HoneywellTPS系统的AO输出具有六段折线功能，即调节阀的开度与调节器的输出之间的关系可以按照不同的需要，人为设置成五段斜率不同的曲线，来满足不同的控制方案。经试验，最终按照如图6所示的阀门开度与调节器的对应关系，重新进行DCS组态和PID参数整定。需要说明的是，这种方法也适用于其他型号的DCS系统。

图6 AO处理后