何尚華，胡勇峰

（中國紡織工業(yè)設(shè)計(jì)院，北京100037）

DCS功能強(qiáng)大，在化工、石化、電力等行業(yè)應(yīng)用廣泛，筆者在聚酯（PET）與PTA行業(yè)的工程設(shè)計(jì)中，具體開發(fā)應(yīng)用過5種DCS，結(jié)合筆者的使用經(jīng)驗(yàn)，介紹DCS的一種重要的調(diào)節(jié)功能：斜坡處理。

在實(shí)際工程中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制。PID的工作方式可以在AUTO，MAN，CAS之間切換，為了保證控制回路的正常運(yùn)行，PID工作方式的切換須實(shí)現(xiàn)無平衡無擾動切換。引入斜坡處理方式，可減少PID工作方式在切換過程中對控制回路造成的不必要的干擾。聚酯工業(yè)中，從PTA轉(zhuǎn)化到PET的過程是一個復(fù)雜的吸熱反應(yīng)過程，同時也需要保證一定的真空度，這就要求管道、設(shè)備等及其之間的連接密閉性要好，并且在高溫過程中能保持密閉性。加熱容器從常溫升高到工作溫度是一個緩慢的過程，該過程需要耗費(fèi)操作人員大量時間和精力。如果在溫度控制環(huán)節(jié)引入斜坡處理，便可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備、管道熱加固緩慢均勻地進(jìn)行，避免急劇的熱沖擊。下面介紹幾種DCS相關(guān)斜坡處理的具體方法。

1 TPS系統(tǒng)

TPS系統(tǒng)應(yīng)用斜坡處理方法比較簡單，首先利用工程師的身份打開系統(tǒng)的控制點(diǎn)組態(tài)窗口，在Set Point Option中一共有三項(xiàng)：NONE，TV，AST，選中“TV”；在NMODE欄中選中“AUTO”；在Normal Mode Attribute欄中選中“Program”；RAMPTIME欄中選中“Ramp Time In Minutes”，最后保存并下裝到HPM處理器，這便完成了斜坡處理的組態(tài)過程，接下來就是具體的實(shí)施過程。以操作員身份登錄Native Windows界面，即操作員窗口，在窗口中調(diào)出已完成組態(tài)的控制點(diǎn)，會發(fā)現(xiàn)該窗口中多出幾個參數(shù)，并且可以對其進(jìn)行設(shè)定。首先在“TVPROC”選中Preset，只有選中該選項(xiàng)才可以進(jìn)行接下來的工作；接著就可以在“SPTV”填入斜坡處理最終要達(dá)到的目標(biāo)數(shù)值；接下來需要填寫斜坡處理需要進(jìn)行的時間，在“Ramptime”填入數(shù)值，有了這兩項(xiàng)參數(shù)，系統(tǒng)就會自動計(jì)算出變化率。在以上兩項(xiàng)數(shù)據(jù)填寫完成后，把PID調(diào)節(jié)功能投入自動，并且在“TVPROC”選中RUN，這樣PID的設(shè)定值就會根據(jù)系統(tǒng)自動計(jì)算的變化率在規(guī)定的時間內(nèi)均勻地達(dá)到目標(biāo)設(shè)定值。

2 PKS系統(tǒng)

PKS系統(tǒng)與TPS系統(tǒng)相比，窗口化的組態(tài)與操作顯得更為人性化，相對來說，要實(shí)現(xiàn)斜坡處理更為便捷。菜單中點(diǎn)擊進(jìn)入“Station”窗口，調(diào)出需進(jìn)行斜坡處理的PID調(diào)節(jié)回路，在“Setpoing”欄進(jìn)行相關(guān)操作，首先要把Set Point Ramping Enabled選中，把Set Point Ramping State投入Preset，然后填入目標(biāo)設(shè)定值，接下來有兩種方法：在Ramp Time Remaining中填入時間，系統(tǒng)會自動算出變化率；在Requested Ramp Rate中填入你想要的變化率，系統(tǒng)會自動計(jì)算出時間。接下來把PID投入AUTO，并且把Set Point Ramping State投入RUN，斜坡處理就會按照你的要求進(jìn)行直到達(dá)到目標(biāo)設(shè)定值結(jié)束。

3 I／A Series系統(tǒng)

I／A Series系統(tǒng)有多重PID控制模塊，要實(shí)現(xiàn)斜坡處理功能，須在系統(tǒng)組態(tài)時選擇“PIDA”，下面了解幾個重要的參數(shù)：

SPRAMP：Setpoint Ramping State設(shè)定值斜坡狀態(tài)，為“1”時啟動設(shè)定值斜坡算法。

SPROPT：Setpoint Ramping Option設(shè)定值斜坡選擇。“0”沒有選擇設(shè)定值斜坡；“1”設(shè)定值以SPRATE為斜坡速率，達(dá)到目標(biāo)值SPTARG；“2”以SPRATE為斜坡速率，但發(fā)生偏差報(bào)警時停止斜坡；“3”設(shè)定值在SPRATE定義的時間內(nèi)產(chǎn)生斜坡，達(dá)到目標(biāo)值SPTARG；“4”以SPRATE為斜坡時間，但發(fā)生偏差報(bào)警時停止斜坡。在做斜坡時間（即SPROPT為“3”或“4”）運(yùn)行時，模塊自己算出斜坡速率，如果在斜坡期間SPTARG發(fā)生了變化，模塊仍以原先算出的速率運(yùn)行。

SPRATE：Setpoint Ramp Rate設(shè)定值斜坡速率，要求大于0。

SPTARG：Setpoint Target目標(biāo)設(shè)定值，可連續(xù)設(shè)置，其值必須在SPHLIM和SPLLIM的范圍內(nèi)，否則將把SPRAMP重置為“0”，不發(fā)生斜坡。

SPHLIM／SPLLIM：Setpoint High／Low Limit本地設(shè)定值高／低限值。

掌握以上幾個參數(shù)后不難理解如何實(shí)現(xiàn)斜坡處理，首先要SPRAMP選擇“1”，使PID能實(shí)現(xiàn)斜坡處理，然后對SPROPT按兩種方法進(jìn)行選擇，一種為規(guī)定速率，另一種為規(guī)定時間，接著設(shè)定SPRATE，根據(jù)SPROPT的設(shè)定輸入變化率或時間，最后輸入SPTARG，這就完成了斜坡處理的組態(tài)過程，返回到操作員界面，把PID投入AUTO，就可以對PID設(shè)定值進(jìn)行斜坡處理，達(dá)到目標(biāo)值。

4 CS3000系統(tǒng)

CS3000系統(tǒng)要對PID調(diào)節(jié)進(jìn)行斜坡處理，需引入一個重要模塊——DSET：Data Set Block常數(shù)設(shè)定模塊，在DSET功能塊的組態(tài)窗口中，把預(yù)先算好的速率輸入到Output Velocity Limiter中，把DSET功能的輸出值連接到PID功能塊的設(shè)定值，下裝到FCS控制器，組態(tài)計(jì)算完成。使用時，把PID功能塊投入CAS，即串級，DSET投入AUTO，把DSET的設(shè)定值作為目標(biāo)設(shè)定值，PID功能塊的設(shè)定值就會根據(jù)DSET的輸出變化率達(dá)到目標(biāo)設(shè)定值。

5 DeltaV系統(tǒng)

DeltaV系統(tǒng)利用PID進(jìn)行斜坡處理也有兩種方法：在PID功能塊細(xì)目窗口整定參數(shù)欄中，對SP Rate Dn和SP Rate Up參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，然后在PID面板中Setpoint Entry處填入設(shè)定值，把PID投入自動，便可以實(shí)現(xiàn)PID設(shè)定值的斜坡處理，直到達(dá)到目標(biāo)設(shè)定值；需要引入額外的功能塊：RAMP，在RAMP功能塊中有三個重要的參數(shù)，其一為Ramp＿Type，當(dāng)Ramp＿Type值為“0”時，RAMP以Ramp＿Time進(jìn)行運(yùn)算；當(dāng)Ramp＿Type值為“1”時，RAMP以Ramp＿Rate進(jìn)行運(yùn)算，另兩個重要的參數(shù)，Ramp＿Time和Ramp＿Rate，Ramp＿Time表示從初始值到達(dá)目標(biāo)值的時間，Ramp＿Rate表示速率，須預(yù)先計(jì)算好。把RAMP的輸出值連接到PID的設(shè)定值即可。

6 結(jié)束語

筆者根據(jù)實(shí)際工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，在以上幾種DCS的開發(fā)實(shí)施過程中，就如何實(shí)現(xiàn)斜坡處理的方法，進(jìn)行了介紹。斜坡處理方法能實(shí)現(xiàn)比較完美的過程控制，為生產(chǎn)過程提高效率。

［1］ 王錦標(biāo)，朱因心.計(jì)算機(jī)控制中PID控制塊的無擾動切換［J］.冶金自動化，2002（02）：47－49.

［2］ 廖芳芳，潘育山，肖建.20萬噸堿廠集散控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用［J］.計(jì)算機(jī)測量與控制，2005（11）：1220－1222.

［3］ 艾紅，王捷.DCS應(yīng)用控制系統(tǒng)控制方案組態(tài)設(shè)計(jì)［J］.計(jì)算機(jī)測量與控制，2003（08）：590－592.

［4］ 謝松云，張建，王公望.熱處理過程控制中小型集散系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.測控技術(shù)，2000，19（08）：30－32.

［5］ 王常力，羅安.集散型控制系統(tǒng)的選型與應(yīng)用［M］.北京：清華大學(xué)出版社，1996.

［6］ 呂東庚.一種通用小型集散控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.計(jì)算機(jī)應(yīng)用，1998，18（01）：14－17.

［7］ 王錦標(biāo).集散控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)［J］.化工自動化及儀表，1996（01）：26－29.

［8］ 王圖強(qiáng)，曾小華.PKS系統(tǒng)在聚酯化工裝置中的應(yīng)用初探［J］.江西科學(xué)，2008，26（03）：474－478.

［9］ 朱乜.淺談Experion PKS控制方案組態(tài)［J］.石油化工自動化，2007，43（06）：44－46.

［10］ 劉鳳.PKS系統(tǒng)遠(yuǎn)程I／O在PTA工廠中的應(yīng)用［J］.世界儀表及自動化，2008（01）：38－41.

［11］ 邱華云.DCS動態(tài)流程圖畫面的設(shè)計(jì)及組態(tài)［J］.石油化工自動化，2004，40（01）：48－50.