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一、 概述
在工業(yè)控制中，許多控制過程機理復雜，滯后大，控制對象具有變結構，時變等特點。對于一個被控量的單回路簡單控制系統(tǒng)解決了大部的控制問題。對于滯后較大，時間常數(shù)較大，干擾多而劇烈的現(xiàn)象，控制質(zhì)量較差，對各個過程變量內(nèi)部存在相關過程，控制系統(tǒng)相互之間會出現(xiàn)干擾等等。因此，在簡單的控制系統(tǒng)基礎上，改用其他調(diào)節(jié)方式，如串級調(diào)節(jié)，它的特點是兩個調(diào)節(jié)器相串聯(lián)，主調(diào)節(jié)器的輸出作為副調(diào)節(jié)器的給定，適用于時間常數(shù)及沌滯后較大的對象，如加熱爐、蒸餾塔、鍋爐減溫水的汽溫控制。又發(fā)展了眾多的復雜控制系統(tǒng)，
采用AI系列人工智能調(diào)節(jié)器組建串級調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)性能好,滯后小，反應快，采用模糊規(guī)則進行PTD調(diào)節(jié)的一種新型算法，在誤差大時，運用模糊算法進行調(diào)節(jié)，以消除PID飽和積分現(xiàn)象，當誤差趨小時，采用改進后的PID 算法進行調(diào)節(jié)，并能在調(diào)節(jié)中自動學習和記憶被控對象的部分特征以使效果最優(yōu)化，具有無超調(diào)，高精度，參數(shù)確定簡單，對復雜對象也能獲得較好的控制效果等特點，其整體調(diào)節(jié)效果比一般PID算法及模糊調(diào)節(jié)均更優(yōu)越，自整定功能的引入使復雜的參數(shù)整定簡單化，一組（M、P、T）參數(shù)即可同時確定PID 參數(shù)和模糊控制參數(shù)大大的節(jié)約了調(diào)試時間，提高了控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)。
AI系列人工智能調(diào)節(jié)器設計串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)時，采用了一個副調(diào)節(jié)器（PD）系統(tǒng)功能 選擇允許外部給定，副主調(diào)節(jié)器加入一些比主信號提前反應擾動的補充信號（即超前信號）使得在擾動發(fā)生后主信號還沒有明顯變化時，調(diào)節(jié)系統(tǒng)就進行調(diào)節(jié)，因而能及早消除擾動對主信號的影響，有效地控制主控量的變化；副調(diào)節(jié)器的給定信號由主調(diào)節(jié)器的輸出信號來校正，副調(diào)節(jié)器直接控制執(zhí)行器去操縱閥門。如果外部給定的電壓信號小于1V，則自動取消外部給定功能，而改用內(nèi)部給定值。
二、 精餾塔溫度、流量串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)
1、 調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結構原理

采用AI-808AXL2調(diào)節(jié)器、變送器，執(zhí)行器組成蒸發(fā)溫度與冷卻液流量串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)結構和原理接線如圖（一）。采用了一個副調(diào)節(jié)器，系統(tǒng)取消了積分作用及AI人工智能調(diào)節(jié)功能，調(diào)節(jié)部分成為一個比例微分（PD）調(diào)節(jié)器，這時儀表在串級調(diào)節(jié)中作為副調(diào)節(jié)器使用，冷卻液的流量超前信號送給副調(diào)節(jié)器，副調(diào)節(jié)器的給定信號由主調(diào)節(jié)器的輸出信號來校正，副調(diào)節(jié)器直接控制執(zhí)行去操縱冷卻液調(diào)節(jié)閥門。（圖－）

生產(chǎn)工藝上對精餾塔溫度控制要求是精餾塔溫度升高（或低）
時，冷卻液調(diào)節(jié)閥開大（或關?。┦芟到y(tǒng)V02儲液筒、LC調(diào)節(jié)單元的影響，冷卻介質(zhì)流量升高（或降低）時，冷卻液調(diào)節(jié)閥關?。ɑ蜷_大）使精餾塔溫度恢復到給定值，為滿足上述要求，調(diào)節(jié)系統(tǒng)應附合以下條件
2、副調(diào)節(jié)器的作用方向
工藝上要求副調(diào)節(jié)器為反向作用，確定調(diào)節(jié)器的作用方向，只要看調(diào)節(jié)器的輸入偏差信號變化方向與工藝要求調(diào)節(jié)器的輸出信號的變化方向是否一致，兩者方向一致，則調(diào)節(jié)器為正向作用，兩者方向相反，則調(diào)節(jié)器為反作用
3、主調(diào)節(jié)器的作用方向
主調(diào)節(jié)器的作用方向，應在副調(diào)節(jié)器的作用確定以后，再根據(jù)工藝要求來確定。因為副調(diào)節(jié)器直接控制執(zhí)行器，要保證執(zhí)行器正確動作。在主調(diào)節(jié)器輸入偏差增大（或減?。r，要求主調(diào)節(jié)的輸出信號增大（或減?。?，因此主調(diào)節(jié)的作用為正向作用。
4、參數(shù)設置
正確接線（圖二），注意信號方向，設置參數(shù)：副調(diào)：AI-808AXL2、流量量程標度1.60T/h、設定值0.80T/h（系統(tǒng)正常運行時的流量值）。dF=2、Ctrl=1、Ct1=1、Sn=32、dIP=2、dIL=0、dIH=1.60T/h、OPI=4、CF=8（反作用、外給定功能）、dL=2、可設置正、負偏差報警。主調(diào)：AI-808AXL2、傳感器熱電阻，設定值40℃、Ctrl=1，dF=0.2、Ct1=4、Sn=21、dIP=1、OPI=4、CF=1（正作用）、dL=2、可設置上、下限報警、正、負偏差報警。（圖二）

5、串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)自整定兩步操作法
在串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)中有兩個閉合回路，對象超前區(qū)流量、副調(diào)節(jié)器，執(zhí)行器調(diào)節(jié)閥組成內(nèi)回路，由對象惰性區(qū)、溫度、主調(diào)節(jié)器和副回路組成的外回路。
對于冷卻液流量的變化，超前信號的反應要比蒸發(fā)溫度的反應快得多，因此，在流量的自發(fā)擾動時，由于副調(diào)節(jié)器的動作能及時消除它的影響而使蒸發(fā)溫度很少變化。當蒸發(fā)溫度偏離給定值時，則由主調(diào)節(jié)器發(fā)出校正信號，通過副調(diào)節(jié)器控制執(zhí)行器進行調(diào)節(jié)，使蒸發(fā)溫度最后恢復到給定值。


在串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，對副回路的要求是盡快消除擾動、對精餾塔蒸發(fā)溫度起粗調(diào)作用，因此采用比例、微分AI調(diào)節(jié)器（PD ）；而主調(diào)節(jié)器的作用是最后保持蒸發(fā)溫度無靜差，對蒸發(fā)溫度起細調(diào)作用，采用AI調(diào)節(jié)器模糊規(guī)則進行PID 調(diào)節(jié)的一種新型算法。
串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)中兩個調(diào)節(jié)器串接一起，整定工作比較麻煩。但是，由于兩個回路中對象的滯后時間和時間常數(shù)量差別較大，副回路的過程快得多，因此可以將主、副回路分開整定。即在整定副回路時，設定CF參數(shù)取消外給定，將主回路近似看作開路，這樣就可用整定單回路方法進行整定。在整定主回路時，副回路可近似看成快速隨動系統(tǒng)，副回路可看成是主回路中的一個比例環(huán)節(jié)，則使主回路仍能按整定單回路的方法來整定。實際上，兩個回路之間存在著不可分割的聯(lián)系。
自整定兩步操作法用副調(diào)節(jié)器的增、減鍵手動操作控制閥門，使精餾塔正常運行后，開始自整定操作。
第一步：副調(diào)節(jié)器CF參數(shù)改0，取消外給定功能為單回路功能，在手動狀態(tài)下，設定系統(tǒng)正常時的工作壓力值，然后投自動，起動自整定，儀表執(zhí)行位式調(diào)節(jié)，經(jīng)2-3次振蕩后自整定結束，將M5參數(shù)改成M5=0，即系統(tǒng)取消積分作用改成比例微分（PD）調(diào)節(jié)；CF參數(shù)改成CF=8，具有外給定功能后開始下一步操作。
第二步：主調(diào)節(jié)器在手動狀態(tài)下設定值，給定值為系統(tǒng)正常運行時的溫度值，然后投自動、起動自整定結束即可。
在系統(tǒng)調(diào)試設運中，為防止串級系統(tǒng)的共振效應，主回路的輸出周期應大于副回路輸出周期的三倍，否則主、副回路的波動會互相促進，使系統(tǒng)產(chǎn)生共振現(xiàn)象，防止共振的措施是改變輸出周期CtL參數(shù)值。
串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)投入前的準備工作
①檢測點位置是否合理和測量元件的安裝質(zhì)量直接影響著自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的投入和正常運行。
②傳感器的選擇：AI主調(diào)節(jié)器溫度輸入可直接采用熱電阻、熱電偶無需采用變送單元。AI副調(diào)節(jié)器輸入信號必經(jīng)采用變送輸入，因外給定與測量輸入是同一個標度。
③正常運行中，溫度的變化范圍很小，為提高測量的靈敏度，應根據(jù)各測點溫度變化范圍確定,溫變的量程范圍，特別是作為副調(diào)節(jié)器的輸入由為重要。
④具有流量控制的副回路應注意流量信號的恒定性。由于許多流量控制副回路在低負荷下運行，此時主調(diào)節(jié)器輸出微小的變化就會造成流量大幅度的波動，使調(diào)節(jié)品質(zhì)變壞。需要經(jīng)常在小流量下工作其流量副回路應加開方器為好。恒定性好流量信號可不用開方器。
⑤調(diào)節(jié)閥門是直接受調(diào)節(jié)器的控制信號去調(diào)節(jié)的工具，調(diào)節(jié)機構存在的問題較多，往往被人們忽視，如選型、流量特性對負荷變化的適應性，在系統(tǒng)正常運行時調(diào)節(jié)閥的開度一般應在40%-70%范圍內(nèi)，滿足負荷變化的平衡；其它如泄漏，機械性能等都將直接影響調(diào)節(jié)品質(zhì)。
總結：擬定串級調(diào)節(jié)時遵循一定的原則，根據(jù)工藝條件，合理配置傳感器，找出主要干擾源，主副調(diào)節(jié)協(xié)作好，就會有好的調(diào)節(jié)效果。
參考文獻：
（1） 石油化工自動控制設計手冊1999
（2） 熱工儀表自動化1982
（3） 宇電說明書V6.5