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摘要：分析了目前淀粉生产中浸泡罐温度控制系统，通过对DCS实现自动控制方式的解析，阐述了温度调节阀未能实现理想自动控制的原因并提出了解决的方法。表达了工业自动控制中合理的选择阀门的重要性。
关键词：淀粉生产浸泡罐DCS自动控制
1007-9416（2012）09-0005-01
随着工业自动化发展和数字技术的广泛应用，自动控制应用越来越普及。合理选择自动控制中的阀门，将是实现理想自动控制的关键。在我厂浸泡罐温度控制系统中，选择了气动调节阀对加热蒸汽进行控制，却未能实现理想中的自动控制的目的。
目前我厂浸泡工艺虽然用的为气动调节阀。但浸泡蒸汽加热由于种种原因不能实现理想的自动控制。调节阀通过DCS编程实现自动控温，DCS实现调节阀自控的前提是PID控制器。PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容
PID：比例调节P，积分调节I，微分调节D。
比例调节P：其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。比例增益 P 越大，调节灵敏度越高。但由于传动系统和控制电路都有惯性，调节结果达到最佳值时不能立即停止，导致“超调”，然后反过来调整，再次超调，形成振荡。
积分调节I：当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差，比例+积分（PI）控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。
微分调节D：自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。比例+微分（PD）控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。
理想的自动调节如图1： 理想状态下的PID调节，温度T与时间t的关系，Ts为设定自动控制温度。
由于生产工艺的需要，浸泡罐做了多重保温措施，其保温性能相当好。因此，即使加热管道中通过少量蒸汽，也会使温度缓慢上升，唯一使其停止升温的方式是蒸汽加热阀门的彻底关闭。我们设定温度Ts，当温度T接近设定温度Ts时，阀门开度将逐渐减小，而随着阀门开度V的减小，加热时间t将会增长。这就造成浸泡罐自动调节不会出现超调振荡。其结果会是温度无限趋近于某值Ts，阀门开度V无限趋近于零开度并在零开度振荡。积分调节与微分调节亦不能正常进行。PID调节完全失去了可调控功能。
浸泡罐调节阀温度自动调节如图2：浸泡罐PID调节，温度T与时间t的关系。温度会随时间增加而无限趋于某值（Ts）。
浸泡罐温度自动调节阀门开度变化如图3：浸泡罐阀门开度V与时间t的关系。阀门开度会随时间增加而无限趋于0。
为了提高阀的使用寿命，稳定性，正常调节性能，调节阀应避免小开度工作，通常应大于10—15%。
蒸汽管道上的调节阀若长时间在小开度工作，蒸汽将对阀门造成严重的冲刷。自动控制的过程，将会使温度接近我们设定温度，并使阀门开度逐渐趋于零开度。浸泡罐加热，调节阀满开度加热1℃也要需要半小时。可想而知，当开度减小时，其加热升温时间势必增长，也不可避免的将在15%开度以下长时间工作。这对阀门的损耗是相当的严重的。势必使阀门寿命大大缩短。目前我厂已有个别调节阀出现内漏的状况。并且浸泡工段加热过程必须开启循环泵，使罐液循环。无疑将加剧能源的消耗，加大了成本投入。
浸泡的工况决定了调节阀自动控温的非理想状态下工作，反而不如全开全关保护阀门，并能缩短加热时间。就我厂浸泡工段选用的阀门为气动调节阀。由于无法正常实现自动控温功能，且为了节能考虑，调节阀一直被当做开关阀使用，全关0%与全开100%工作。并且一部分调节阀已出现阀芯被冲刷磨
因此，浸泡罐温度调节系统选择使用调节阀或开关阀并无区别。
实现自动控制，选择阀门并非选择功能越强大的阀门的越好，要根据实际工况选择最合适的。在实际生产中，即使调节阀能够实现理想的自动调控功能，我们为了保护阀门（避免小开度工作）和工艺指标的需要，也同样会在手动与自动控制适时切换。
关键词：淀粉生产浸泡罐DCS自动控制
1007-9416（2012）09-0005-01
随着工业自动化发展和数字技术的广泛应用，自动控制应用越来越普及。合理选择自动控制中的阀门，将是实现理想自动控制的关键。在我厂浸泡罐温度控制系统中，选择了气动调节阀对加热蒸汽进行控制，却未能实现理想中的自动控制的目的。
1、浸泡罐温度调节阀未能实现理想自动控制的原因
浸泡罐本身具有其特殊性与代表性。浸泡罐由于容积大，罐液多，使得浸泡加热过程相当的缓慢，往往加热1℃就需要半个小时以上。其严密的保温措施使得温度降低缓慢，温度一般十二小时才会降低2℃至3℃。根据工艺需求，温度调控范围较大。目前我厂浸泡工艺虽然用的为气动调节阀。但浸泡蒸汽加热由于种种原因不能实现理想的自动控制。调节阀通过DCS编程实现自动控温，DCS实现调节阀自控的前提是PID控制器。PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容
PID：比例调节P，积分调节I，微分调节D。
比例调节P：其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。比例增益 P 越大，调节灵敏度越高。但由于传动系统和控制电路都有惯性，调节结果达到最佳值时不能立即停止，导致“超调”，然后反过来调整，再次超调，形成振荡。
积分调节I：当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差，比例+积分（PI）控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。
微分调节D：自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。比例+微分（PD）控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。
理想的自动调节如图1： 理想状态下的PID调节，温度T与时间t的关系，Ts为设定自动控制温度。
由于生产工艺的需要，浸泡罐做了多重保温措施，其保温性能相当好。因此，即使加热管道中通过少量蒸汽，也会使温度缓慢上升，唯一使其停止升温的方式是蒸汽加热阀门的彻底关闭。我们设定温度Ts，当温度T接近设定温度Ts时，阀门开度将逐渐减小，而随着阀门开度V的减小，加热时间t将会增长。这就造成浸泡罐自动调节不会出现超调振荡。其结果会是温度无限趋近于某值Ts，阀门开度V无限趋近于零开度并在零开度振荡。积分调节与微分调节亦不能正常进行。PID调节完全失去了可调控功能。
浸泡罐调节阀温度自动调节如图2：浸泡罐PID调节，温度T与时间t的关系。温度会随时间增加而无限趋于某值（Ts）。
浸泡罐温度自动调节阀门开度变化如图3：浸泡罐阀门开度V与时间t的关系。阀门开度会随时间增加而无限趋于0。
2、调节阀小开度工作的弊端
通过实际生产应用的验证，我们可知调节阀是不适合在小开度长时间工作的，理由如下：（1）小开度工作节流间隙最小，流速最大，冲刷最厉害，严重影响使用寿命。（2）急剧的流速，压力变化，超过阀的刚度时，阀稳定性差，甚至产生振荡。（3）对于流闭状态下工作的阀，会产生跳跃关闭或跳跃启动的现象，调节型阀在这个开度内无法进行调节。（4）开度小阀芯密封面离节流口近，有损于阀芯密封面。为了提高阀的使用寿命，稳定性，正常调节性能，调节阀应避免小开度工作，通常应大于10—15%。
蒸汽管道上的调节阀若长时间在小开度工作，蒸汽将对阀门造成严重的冲刷。自动控制的过程，将会使温度接近我们设定温度，并使阀门开度逐渐趋于零开度。浸泡罐加热，调节阀满开度加热1℃也要需要半小时。可想而知，当开度减小时，其加热升温时间势必增长，也不可避免的将在15%开度以下长时间工作。这对阀门的损耗是相当的严重的。势必使阀门寿命大大缩短。目前我厂已有个别调节阀出现内漏的状况。并且浸泡工段加热过程必须开启循环泵，使罐液循环。无疑将加剧能源的消耗，加大了成本投入。
浸泡的工况决定了调节阀自动控温的非理想状态下工作，反而不如全开全关保护阀门，并能缩短加热时间。就我厂浸泡工段选用的阀门为气动调节阀。由于无法正常实现自动控温功能，且为了节能考虑，调节阀一直被当做开关阀使用，全关0%与全开100%工作。并且一部分调节阀已出现阀芯被冲刷磨
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损而内漏的状况发生。因此，浸泡罐温度调节系统选择使用调节阀或开关阀并无区别。
3、开关阀自动控温的实现
浸泡罐内温度为48℃--52℃合适，48℃到52℃的加热时间也需数个小时。我们只需设置上下限控制，低于48℃启动加热，高于52℃停止加热即可实现。通过与循环泵实现联锁控制，可以达到既不影响温度调控，也可节能的目的。实现自动控制，选择阀门并非选择功能越强大的阀门的越好，要根据实际工况选择最合适的。在实际生产中，即使调节阀能够实现理想的自动调控功能，我们为了保护阀门（避免小开度工作）和工艺指标的需要，也同样会在手动与自动控制适时切换。