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模連續過程，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的增益將變為原來設定值的三倍。這不是一種規則增益方法，盡管看起來很像。規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”現象，使得過程暫時改變了方向，容易產生誤操作而導致發生事故。

CyboSoft的3沖量MFA控制系統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對汽包液位加以調節，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。	? 提高了蒸汽系統的安全性和生產力。
? 防止蒸汽系統停車。	? 提高了生產效率和產量。
? 控制蒸汽溫度。	? 節省能源。
? 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。

蒸發器液位控制

蒸發器是脫水、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。蒸發器本身是一個多輸入多輸出（MIMO）系統，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控制器來控制蒸發器所獲得的收益。

表2. 番茄蒸發器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%。
? 防止蒸發器過干。	? 減少蒸汽消耗。
? 蒸發器可以在自動狀態下進行開車及運行。	? 實現柔性生產，減少蒸汽發生器的負荷擾動。
? 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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