簡介

比較溫度、壓力，流量和液位這四種最常見的過程變量，對于像蒸餾塔這樣的大規(guī)模連續(xù)過程，液位回路的重要性經常被忽視。通常，液位是通過操縱進流量或出流量來控制的，液位被認為是比較容易控制的回路。

為什么液位會難控

由于在設備運行過程中存在進料量和出料量的變化，所以很難通過調整PID控制器參數來滿足所有的工況條件，獲得理想的控制效果。過調會導致了流量回路動作頻繁，從而給下游設備帶來了額外的干擾。因此，PID液位控制器通常處于欠調狀態(tài)允許液位在一定范圍內波動，以減小出料量的變化。然而，欠調的PID不能及時抑制大擾動，這就可能引起生產的安全問題。另外，液位的波動也會破壞生產過程的穩(wěn)定，使得產量下降。

MFA控制解決方案

使用魯棒MFA控制器來控制液位能平滑各設備間的物料和能量的傳輸，同時也避免了在不正常的工況條件下出現(xiàn)過高或過低的液位。魯棒MFA控制器的參數設置如下圖所示。

1. 上下限（Upper Bound和Lower Bound）－ 過程變量（PV）的被控范圍。通常，PV值不會超過這里所設定的上下限。控制器輸出（OP）可以硬限幅或設定約束條件，而PV是只能通過OP的調節(jié)而產生變化的過程變量。因此，這里的PV上下限與OP約束的概念完全不同。

2. 增益比（Gain Ratio）－根據PV值的大小加強或減弱MFA控制器作用的系數。例如，當增益比為默認值3時，在PV接近上下限時，MFA的增益將變?yōu)樵瓉碓O定值的三倍。這不是一種規(guī)則增益方法，盡管看起來很像。規(guī)則增益方法不能解決復雜的問題。

鍋爐汽包液位控制

汽包液位需要控制在中間位置，防止鍋爐水管上產生熱應力（液位過低）或水管腐蝕（液位過高）。液位控制不當會引起系統(tǒng)停車，能源浪費以及設備壽命縮短。

影響鍋爐液位的關鍵變量有給水流量，蒸汽出口流量和混合燃料的進料量。各變量都有各自不同的擾動。較冷的給水造成相應的純滯后。蒸汽流出量的突然增加造成了典型的“假水位”現(xiàn)象，使得過程暫時改變了方向，容易產生誤操作而導致發(fā)生事故。

CyboSoft的3沖量MFA控制系統(tǒng)能有效地控制汽包液位。MFA液位控制器和給水控制器組成了一個串級控制系統(tǒng)對汽包液位加以調節(jié)，并補償了給水和流出蒸汽的擾動。Anti-delay MFA控制器解決了液位控制回路大而變化的時滯問題。Feedforward MFA控制器保持了給水量和蒸汽需求變化之間的平衡。表1顯示了客戶使用這種MFA控制解決方案所獲得的收益。

表1. 汽包液位MFA控制的收益

采用MFA控制技術	收益
? 抗滯后和前饋MFA控制器有效的解決了“收縮和膨脹”問題。	? 克服汽壓大負荷變化和其它設備擾動，汽包液位控制在高限和低限的范圍內。
? 避免液位過高或過低。	? 提高了蒸汽系統(tǒng)的安全性和生產力。
? 防止蒸汽系統(tǒng)停車。	? 提高了生產效率和產量。
? 控制蒸汽溫度。	? 節(jié)省能源。
? 提高了生產效率和生產力。	? 在幾個月或更短的時間內就能完全收回投資。

蒸發(fā)器液位控制

蒸發(fā)器是脫水、濃縮和結晶過程的常用設備。如果產品的密度或濃度是關鍵的質量變量，那么液位控制會變得十分困難。

例如，番茄加工廠使用蒸發(fā)器來生產番茄醬，番茄醬的濃度是最關鍵的質量變量，要求控制在一個很小的范圍內。操作變量是進料量和出料量，它們會同時影響濃度和液位。蒸發(fā)器本身是一個多輸入多輸出（MIMO）系統(tǒng)，如果使用單回路控制器來分別控制液位和濃度的話，這兩個回路會相互影響從而影響正常的生產。

多變量MFA控制器能同時操縱進料量和出料量，快速精確地控制濃度和液位。MFA約束控制器能防止蒸發(fā)器液位過高或過低。表2列出了客戶使用MIMO MFA控制器來控制蒸發(fā)器所獲得的收益。

表2. 番茄蒸發(fā)器MFA控制的收益

采用MFA控制技術	收益
? 同時控制進料量和出料量。	? 改進濃度控制，濃度變化至少減少50%。
? 防止蒸發(fā)器過干。	? 減少蒸汽消耗。
? 蒸發(fā)器可以在自動狀態(tài)下進行開車及運行。	? 實現(xiàn)柔性生產，減少蒸汽發(fā)生器的負荷擾動。
? 減少產品濃度變化。	? 提高了生產效率和產品質量。
? 提高了生產效率和生產力。	? 在幾個月或更短的時間內就能完全收回投資。

總結

基于MFA控制算法的核心技術，已經開發(fā)出多種MFA控制器以解決特定的控制問題，包括適用于液位回路的控制器。

1. 魯棒MFA控制器非常適用于傳統(tǒng)的液位回路的控制，為防止液位過高或過低提供了一種很好的保護措施。

2. 抗滯后MFA控制器配合前饋MFA控制器能有效地控制汽包液位。

3. MIMO MFA控制器能同時控制諸如蒸發(fā)器設備的濃度和液位。

轉載于:https://www.cnblogs.com/Qia_sky/archive/2005/04/16/138625.html

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的液位控制的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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