摘要:主要闡述了小流量測控技術(shù)在連續精餾實(shí)驗裝置的回流比控制系統中的應用情況，介紹了系統的測控原理，提出了兩種新型回流比控制系統的硬件構成，并進(jìn)行了控制效果的比較。

在連續精餾塔的操作中，回流比( Ｒ) 是關(guān)系著(zhù)精餾產(chǎn)品質(zhì)量和數量的重要參數。每當塔頂餾出液濃度下降或需要進(jìn)一步提高塔頂餾出液濃度時(shí)，通常都以增加回流量的方式使塔頂餾出液濃度得以回升，這種方法早已為化學(xué)工程教學(xué)及科技人員所熟知，并在生產(chǎn)中得到應用及驗證。隨著(zhù)化工行業(yè)自動(dòng)化程度的提高，之前人工手動(dòng)改變回流比的控制方案已無(wú)法滿(mǎn)足精細控制的需求，工廠(chǎng)中出現了回流比自動(dòng)控制系統，但實(shí)驗室使用的實(shí)驗或小試裝置因塔設備過(guò)小，塔頂冷凝液量少( 通常在 20L/h 以下) ，為實(shí)現自動(dòng)控制，實(shí)驗室傳統控制系統常采用特殊的機械結構來(lái)實(shí)現自由改變回流比的目的 ［1］ 。此類(lèi)開(kāi)環(huán)控制系統使用時(shí)回流量無(wú)法監測，實(shí)驗人員操作回流流量不確定，導致精餾過(guò)程穩定時(shí)間長(cháng)，控制效能低等問(wèn)題。鑒于此，我們采用了兩種小流量檢測技術(shù)應用于連續精餾的回流比控制中，并通過(guò)過(guò)程控制器實(shí)現自動(dòng)控制回流比，精que測定回流量的作用，提高系統控制質(zhì)量。

1 測控原理

由于連續精餾塔常用于分離沸點(diǎn)不同的有機物，故本文采用水 － 乙醇雙組分體系作為實(shí)驗物料。依據小流量檢測方法的不同，將回流比控制方法分為直接型和間接型。

間接型即采用改變檢測變量的方式獲得自由改變回流比的手段，如圖 1 所示。

塔頂蒸汽經(jīng)冷凝器 E702 冷凝后，進(jìn)入儲罐進(jìn)入中間儲槽V705，泵 P701 將冷凝液從 V705 中回流至精餾塔內，其余冷凝液則經(jīng)泵 P702 流回產(chǎn)品罐 V702 中。根據此流程，雖然冷凝液量無(wú)法精que測定，但我們可以控制 V705 的液位，使進(jìn)入 V705的液量與流出 V705 的液量相同，從而間接獲得控制輸出，此時(shí)，通過(guò)控制器使 P701、P702 依照操作者設定的回流比分配各自流量，并通過(guò)液位控制使其流量之和與塔頂冷凝液相同即可實(shí)現控制目標。

直接型即可直接測定塔頂冷凝液量，則采用圖 2 的控制方案。

塔頂蒸汽經(jīng)冷凝器 E702 冷凝后，經(jīng)過(guò)流量檢測 FT701 進(jìn)入儲罐進(jìn)入中間儲槽 V705，回流液從 V705 中經(jīng)流量檢測FT702 及調節閥流至精餾塔內，其余冷凝液則通過(guò)溢流管流回產(chǎn)品罐 V702 中。此流程中，FT701 檢測獲得的總冷凝液量經(jīng)過(guò)乘法器與回流比相乘計算后，所得設定值輸入控制器 FIC702，FIC702 根據 FT702 獲得的回流量與設定值比較后控制調節閥開(kāi)度，取得實(shí)驗需要的回流量，因回流量始終小于等于冷凝液量，多余液量在累積到溢流管高度后即作為產(chǎn)品流向產(chǎn)品罐，#終實(shí)現回流比可調可控。

2 硬件系統設計

間接型回流比控制方案中，需要解決的是中間儲槽出口泵流量控制問(wèn)題，我們選擇的是 seko 的電磁隔膜計量泵。該泵為容積式泵的一種，采用電磁推動(dòng)方式將容積一定的隔膜中的液體推擠入后側容器中，由于每次推擠的液量一定，只要控制單位時(shí)間內推擠的次數即可精que計量通過(guò)泵的流量，且輸送精度可達 1%。此類(lèi)泵#大的優(yōu)點(diǎn)在于可以接收來(lái)自 II、III 型儀表的控制信號，在使用時(shí)可將控制器輸出直接與其連接，而wuxu任何轉換機構，節省了硬件成本。液位檢測則采用差壓變送器作為變送機構，若系統為常壓精餾塔，為節約成本起見(jiàn)也可考慮采用差壓變送器測量。

直接型回流比控制方案中，我們選用了 DIGMESA 的小流量渦輪流量計，與普通渦輪流量計相比#大不同在于其入口采用瞬間縮小流通面積的方法噴射推動(dòng)渦輪槳葉轉動(dòng)，在顯示儀表頻率分辨率為 0． 1Hz 時(shí)該流量計#小可分辨 0． 16L/h 的流量，#小可測流量為 2L/h。由于普通流量顯示儀表頻率分辨率為 1Hz，為達到高精度測量的目的，需要選擇精度 0． 5% 的直流頻率變送器作為測量信號轉換器。執行機構則選擇 burket 的2833 比例閥，該閥門(mén)原理與電磁閥類(lèi)似，不同的是其可通過(guò)控制線(xiàn)圈的吸合力大小控制閥的開(kāi)度，實(shí)現小流量控制的目的。比例閥可接收頻率控制信號，為滿(mǎn)足一般控制器的輸出要求，還需要安裝 burket 公司出產(chǎn)的控制信號轉換器。

兩種方案中控制機構均選用中控產(chǎn)的 C3000 過(guò)程控制器，C3000 是一種采用 32 位微處理器和 5． 6 英寸 TFT 彩色液晶顯示屏的可編程多回路控制器，主要有控制記錄分析等功能�？赏ㄟ^(guò)串口、以太網(wǎng)和 CF 卡實(shí)現與上位機的數據交換。內部有 3個(gè)程序控制模塊、4 個(gè)單回路 PID 控制模塊、6 個(gè) ON/OFF 控制模塊，可實(shí)現串級、分程、三沖量、比值控制及用戶(hù)定制等多種復雜的控制方案。本文中我們主要用到的是它的比值控制功能。

3 控制方案實(shí)現及效果比較

控制方案通過(guò)組態(tài) C3000 過(guò)程控制器實(shí)現。間接控制方案回流量控制 PID01 組態(tài)為內給定，AI 模擬量輸入通道信號來(lái)自液位變送器，AO 模擬量輸出通道為兩個(gè)，信號來(lái)源均來(lái)自PID01． OUT，同時(shí)設置可變常數 CONF01 作為回流比的倒數 1/Ｒ，則 AO01 設定為 PID01/( 1 + CONF01) ，AO02 設定為 PID01*CONF01/( 1 + CONF01) 。直接控制方案同樣需要設定可變常數 CONF01 作為回流比的倒數 1/Ｒ，回流量控制 PID01 組態(tài)為外給定，給定值來(lái)自虛擬通道 VA01 = 冷凝液流量/( 1 +CONF01) ，AO01 信號源直接取自 PID01． OUT。兩種控制方式均可通過(guò) C3000 操作界面直接修改 CONF01 的值實(shí)現回流比自動(dòng)控制。

當需要進(jìn)行遠程操作時(shí)，采用串口通訊方式，連接 C3000與電腦。C3000 通訊使用標準 MODBusＲTU 協(xié)議，通過(guò) MCGS等組態(tài)軟件對 CONF01 對應存儲地址的值進(jìn)行修改即可實(shí)現上位機監控。

兩種控制方案均可實(shí)現回流比的自由調節及控制，并進(jìn)行上位機監控操作。間接型控制方案采用液位測量后，可通過(guò)靈活調整中間儲槽的截面積獲得穩定液位，檢測精度達到 0． 5%，經(jīng)過(guò)精que校正后輸出精度也可達 1% 以?xún)�，系統雖無(wú)法直接測量各流量，但可通過(guò)計量泵的信號反饋獲得回流及產(chǎn)品流量，并由此推斷出冷凝液量。其問(wèn)題在于使用兩臺計量泵后總體價(jià)格偏高，一般學(xué)校無(wú)法承受。直接型方案屬于經(jīng)典比例控制系統，結構簡(jiǎn)潔明了，方便教學(xué)，雖然檢測精度較低為 2%，但系統總體價(jià)格約為間接型系統的 80%，有較高的性?xún)r(jià)比，適合控制要求不高的高校實(shí)驗室教學(xué)使用。

4 結束語(yǔ)

目前間接型方案已應用于在南京大學(xué)，浙江大學(xué)，寧波理工學(xué)院等多個(gè)學(xué)校的精餾實(shí)驗裝置中，直接型方案亦在棗莊職業(yè)學(xué)院的精餾實(shí)驗裝置中使用，兩種測控方案均運行良好，工作穩定可靠，學(xué)校反應操作方便，特別與組態(tài)軟件共同使用時(shí)，操作界面友好，師生對操作情況有直觀(guān)的了解，教學(xué)效果獲得較快提升，具有廣泛的應用前景。