[科普中國]-間歇控制

定義

間歇生產過程，又稱為批量生產過程，是工業(yè)生產中廣泛采用的一種生產方式，占有很大的比重。任何一個生產過程都會受到不能直接控制的“干擾”作用，這類干擾常常改變生產的物料或者熱量的負荷，所以又稱為“負荷變化”，控制系統(tǒng)通過調節(jié)控制變量使干擾對被控變量的影響降為最低。間歇生產過程的控制稱為間歇控制。1

主要功能順序控制功能間歇生產過程有一個確定的操作順序，例如加料、反應、排料。這些操作及其執(zhí)行的順序是由產品的配方規(guī)定，隨生產的產品而變。所以要求間歇控制系統(tǒng)具有的一項基本控制功能是驅動生產過程一步一步地順序執(zhí)行不同的生產操作。前一步操作結束向后續(xù)操作進展由轉移條件決定，工業(yè)上稱這種控制模式為順序控制。步轉移條件僅僅取決于時間，稱為時間驅動順序控制；步轉移條件由被控對象的狀態(tài)或發(fā)生的事件決定，稱為事件驅動順序控制。實際應用的順序控制常常是這兩種形式的組合。1

離散控制功能間歇生產過程中大量使用二位式控制器件，例如通/斷型二位閥控制各種物料傳輸。每個進口閥和出口閥都裝有位置開關，在開始傳輸物料時，用來檢查閥門的位置。間歇生產過程的現(xiàn)場輸入/輸出（I/O）信號60%~85%是開關量或數字量，模擬量僅占15%~40%。常用的二位控制設備還有電機和泵。1

調節(jié)控制功能在間歇生產中也要連續(xù)調節(jié)回路來控制溫度、壓力等工藝參數，但是它們的工作方式與控制連續(xù)生產過程不同反應器溫度是一個連續(xù)調節(jié)回路控制，在加料操作階段，溫度調節(jié)回路不工作，在反應器操作的加熱階段，溫度調節(jié)回路控制流入反應器夾套的熱水流量，防止出現(xiàn)溫度超調。一旦反應開始，這個溫度調節(jié)回路控制冷卻水流量，保持反應溫度恒定。在加熱階段向冷卻階段轉移時，溫度調節(jié)回路的參數可能要重新整定。所以在間歇生產過程中常常要調節(jié)回路，具有易于“重組”和“重整”的功能。1

人-機接口在間歇生產過程中，操作工人的干預是正常操作順序的一部分，在生產中起十分重要的作用。一個關鍵的操作常常是由操作工人操縱控制系統(tǒng)啟動的，而不是控制系統(tǒng)自動觸發(fā)。在反應階段結束后，操作工人采樣，然后根據樣品測試數據來決定是繼續(xù)反應，還是開始排料操作。在間歇生產中，操作工人不僅需要知道過程現(xiàn)在的狀態(tài)，還必須了解下一步將做什么。設計一個與用戶友好的人-機接口，向操作工人提供間歇生產真實的動態(tài)信息是決定間歇控制系統(tǒng)成敗的一個關鍵。1

特殊要求對于復雜間歇生產過程有一些附加特征及其對控制系統(tǒng)的要求：

配方處理功能間歇生產流程線中，同一設備可以用來生產不同的產品或者不同規(guī)格的產品。改變加入反應器的原料組分及其數量，改變反應溫度、反應時間等操作條件，可以生產不同品牌或不同規(guī)格的產品。產品的配方包含了同一設備生產不同產品所需的全部信息。如何建立配方和管理配方是間歇控制的一項特殊的要求。配方中包含什么信息，配方對各種操作有多大的控制作用，決定了間歇生產過程的柔性。1

共用設備功能當反應器并行操作時，控制系統(tǒng)必須協(xié)調它們的操作，解決它們對公共設備及其資源需求上產生的任何沖突和矛盾，包括出現(xiàn)超過共用資源最大容量等情形。1

生產的調度和跟蹤任何瞬間，間歇工廠同時進行不同批號、不同產品生產。各批產品在不同的操作階段。為了保證各批產品正常生產，要求控制系統(tǒng)具有生產調度功能，跟蹤各批產品生產，使產品的配方、生產的路徑、記錄的數據與各批產品正確的對應。

綜上所述，間歇生產過程在控制策略、控制功能、自動化技術等方面具有的特殊要求如下：

（1）在控制策略上涉及許多順序操作，步與步之間的切換有的是時間觸發(fā)，有的是狀態(tài)或者事件觸發(fā)。

（2）正是由于操作的順序性，被控對象的特性是變化的。同時為了適應間歇生產頻繁改變產品品種和規(guī)格的“柔性”操作，控制系統(tǒng)也必須具有柔性，易于“重組”和重新整定參數。

（3）間歇生產過程的操作優(yōu)化與連續(xù)生產過程不同，其優(yōu)化值一般不是一種恒定的穩(wěn)態(tài)值，而應該是隨時間變化的優(yōu)化軌線。

（4）間歇生產過程的配方管理、生產調度任務繁重、復雜。1

間接控制系統(tǒng)根據間歇生產過程的自動化程度，間歇控制系統(tǒng)大致可以分為以下三種：

順序間歇控制順序間歇控制，又稱為簡單間歇控制。一般只具有辨別間歇生產過程中各個操作階段的邏輯控制功能，在基本操作階段中控制各個設備操作步的順序控制功能，在生產出現(xiàn)異常情況時，具有通過人工干預處理可恢復故障和不可恢復故障的推理控制功能。順序控制系統(tǒng)中輸入和輸出信號皆為開關量，基于梯形圖編程的可編程控制器（PLC）是實現(xiàn)這類簡單間歇控制的理想工具。1

程序間歇控制這是間歇化工生產中最常見的一種間歇控制系統(tǒng)，可以用來控制間歇反應器操作。它的控制功能除了包含順序間歇控制的全部功能外，又增加了模擬量的調節(jié)控制功能?？刂葡到y(tǒng)的復雜程度隨著“調節(jié)控制/離散控制”的比值增大而增加。1

綜合間歇控制它是以間歇生產過程綜合經濟指標最優(yōu)為目標，集間歇生產管理和間歇生產過程控制為一體的間歇控制系統(tǒng)。除了包括程序間歇控制系統(tǒng)的全部功能外，還有配方處理、過程優(yōu)化、在線或離線的統(tǒng)計過程控制（SPC/SQC）、批量生產管理、計劃與調度、能量管理等功能。它是一個計算機集成的、具有分層結構的集散控制系統(tǒng)。1