【儀表網(wǎng) 行業(yè)科普】流量或壓力控制系統(tǒng)必須能夠感知過(guò)程中的變化，并足夠快地做出反應(yīng)以減輕這些變化。自動(dòng)優(yōu)化有助于在復(fù)雜系統(tǒng)中提高流量控制性能。
 

　　在每個(gè)控制裝置中，對(duì)系統(tǒng)擾動(dòng)和設(shè)定值的變化都有其特定的響應(yīng)特性。對(duì)于某些設(shè)備，響應(yīng)時(shí)間可以根據(jù)特定過(guò)程和環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化。新的技術(shù)發(fā)展使自動(dòng)響應(yīng)時(shí)間優(yōu)化或“自動(dòng)調(diào)諧”成為可能，以便在新的或最近更改的流程中快速建立出色的流量控制。
 

▲圖1：控制響應(yīng)時(shí)間的通用定義。
 

　　01  流量控制的質(zhì)量取決于響應(yīng)時(shí)間
 

　　流量或壓力控制系統(tǒng)必須能夠感知過(guò)程中的變化，并足夠快地做出反應(yīng)以減輕這些變化。對(duì)于一些簡(jiǎn)單的過(guò)程，可以使用基本的控制系統(tǒng)，比如說(shuō)，與孔口連接的良好的壓力調(diào)節(jié)器，可以保持所需的流速。然而，大多數(shù)系統(tǒng)都比較復(fù)雜，需要控制系統(tǒng)對(duì)壓力、溫度等會(huì)影響流速的變化做出反應(yīng)
 

　　流量裝置的“響應(yīng)時(shí)間”可以通過(guò)多種方式進(jìn)行定義。圖1顯示了控制響應(yīng)時(shí)間的常見(jiàn)定義：“死區(qū)時(shí)間”(設(shè)定值請(qǐng)求和設(shè)備開(kāi)始響應(yīng)之間的持續(xù)時(shí)間)，以及“時(shí)間常數(shù)”(設(shè)備從初始值移動(dòng)到新設(shè)定值的63.2%所需的時(shí)間)。
 

　　通常，設(shè)備響應(yīng)越快，就越能更快地校正系統(tǒng)中的干擾，并使設(shè)備能夠更密切地跟蹤設(shè)定值的變化。圖2說(shuō)明了各種控制設(shè)備如何響應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)壓力波。對(duì)于所有四個(gè)控制設(shè)備，擾動(dòng)的初始影響都是相同的；然而，具有更快響應(yīng)時(shí)間(藍(lán)色)的設(shè)備可以將擾動(dòng)的影響降至最低，而且流量可以更快的返回到設(shè)定值。
 

　　▲圖2：當(dāng)上游閥門(mén)打開(kāi)時(shí)，響應(yīng)時(shí)間更快的控制裝置(藍(lán)色線(xiàn)表示)可以更快、更準(zhǔn)確地緩解擾動(dòng)。
 

　　圖2中的示例還說(shuō)明了過(guò)程擾動(dòng)具有其獨(dú)特性，這是控制設(shè)備必須適應(yīng)的。一些控制設(shè)備提供單一的“速度因子”來(lái)優(yōu)化響應(yīng)時(shí)間，這可能不足以匹配擾動(dòng)的特性。能夠?qū)憫?yīng)進(jìn)行更好控制的設(shè)備，可以更精確地根據(jù)過(guò)程條件進(jìn)行優(yōu)化。
 

　　02  速度和范圍之間的權(quán)衡
 

　　控制設(shè)備的響應(yīng)時(shí)間可以針對(duì)一組特定的系統(tǒng)工況進(jìn)行優(yōu)化。只要過(guò)程工況與優(yōu)化狀態(tài)保持相似，優(yōu)化設(shè)置就可以實(shí)現(xiàn)良好的流量控制。
 

　　但工況可能會(huì)發(fā)生變化，這種變化會(huì)顯著改變系統(tǒng)特性。那么，在很多情況下，最好優(yōu)先選擇優(yōu)化響應(yīng)時(shí)間來(lái)適應(yīng)一系列潛在工況，而不是最大化一組特定條件的響應(yīng)。這種方法通常會(huì)提供更一致的性能。
 

　　03  應(yīng)在何時(shí)優(yōu)化流量控制？
 

　　優(yōu)化可以在多種情況下提高流量控制性能：
 

　　■ 在安裝時(shí)，優(yōu)化特定系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間；
 

　　■ 當(dāng)系統(tǒng)以不同的方式使用時(shí)；例如，如果系統(tǒng)壓力顯著增加或減少，或者如果過(guò)程氣體發(fā)生變化；
 

　　■ 當(dāng)系統(tǒng)管道發(fā)生重大變化時(shí)；例如，如果添加或刪除了容積或限制；
 

　　■ 當(dāng)控制設(shè)備在系統(tǒng)或?qū)嶒?yàn)之間移動(dòng)時(shí)；
 

　　■ 當(dāng)需要準(zhǔn)確的響應(yīng)來(lái)保護(hù)敏感過(guò)程時(shí)；
 

　　■ 當(dāng)多個(gè)設(shè)備需要在連接的系統(tǒng)內(nèi)提供一致響應(yīng)時(shí)；
 

　　■ 當(dāng)過(guò)程需求發(fā)生變化時(shí)，可能需要更快或更精確的控制。
 

▲圖3：在流量控制優(yōu)化后，顯著增加或降低入口壓力會(huì)影響流量控制的穩(wěn)定性。
 

　　重新優(yōu)化控制響應(yīng)時(shí)間可以恢復(fù)性能。
 

　　圖3顯示了優(yōu)化如何改進(jìn)流量控制的示例。在該示例中，在入口壓力為30 PSIG時(shí)設(shè)置了流量控制裝置。如果入口壓力顯著增加(黃色和灰色)，則控制響應(yīng)降級(jí)，如設(shè)定值變化后的瞬態(tài)所示。如果入口壓力顯著降低(藍(lán)色)，則響應(yīng)可能變得太慢，以致無(wú)法應(yīng)對(duì)擾動(dòng)。在所有這些情況下，針對(duì)新工況再次優(yōu)化響應(yīng)時(shí)間可以恢復(fù)性能水平。
 

　　04  自動(dòng)調(diào)諧流量控制響應(yīng)速度
 

　　也可以通過(guò)手動(dòng)調(diào)整控制裝置的控制參數(shù)來(lái)進(jìn)行優(yōu)化。然而，手動(dòng)優(yōu)化通常需要一定程度的控制系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)知識(shí)，可能還需要額外的設(shè)備來(lái)測(cè)量響應(yīng)時(shí)間。此外，手動(dòng)優(yōu)化通常還需要大量時(shí)間和多次迭代。
 

　　為了應(yīng)對(duì)這些問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了新的“自動(dòng)調(diào)諧”方法，結(jié)合了控制專(zhuān)業(yè)知識(shí)庫(kù)，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)優(yōu)化流量控制設(shè)備。自動(dòng)調(diào)諧使可能不具備廣泛控制設(shè)計(jì)知識(shí)的用戶(hù)也能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)特定過(guò)程條件的卓越控制。
 

　　在自動(dòng)調(diào)諧過(guò)程中，控制設(shè)備會(huì)移動(dòng)到一系列設(shè)定值。對(duì)于每個(gè)設(shè)定值的變化，設(shè)備都會(huì)確定系統(tǒng)屬性并優(yōu)化控制參數(shù)。該過(guò)程完成后，可以將設(shè)備響應(yīng)調(diào)整到最佳。
 

　　自動(dòng)調(diào)諧比大多數(shù)手動(dòng)優(yōu)化技術(shù)快得多。通常，大多數(shù)包含自動(dòng)調(diào)諧的流量控制設(shè)備可以在30~90秒內(nèi)完成這一過(guò)程，盡管一些超低流量的設(shè)備可能需要更長(zhǎng)的時(shí)間。
 

　　05  高級(jí)配置選項(xiàng)
 

　　對(duì)于大多數(shù)情況，自動(dòng)調(diào)諧算法將在沒(méi)有任何用戶(hù)輸入的情況下，確定最佳響應(yīng)時(shí)間。然而，通過(guò)進(jìn)一步配置，該功能可以支持非典型的過(guò)程要求或滿(mǎn)足特定的控制目標(biāo)。
 

　　在所有這些選項(xiàng)中，影響最大的是自動(dòng)調(diào)諧將如何解決最大限度地提高某一條件下的速度與處理更廣泛的過(guò)程變化之間的權(quán)衡問(wèn)題。例如，在 Alicat 流量控制設(shè)備中，用戶(hù)可以從多個(gè) “速度 ”設(shè)置中進(jìn)行選擇：
 

　　■ FAST是默認(rèn)選項(xiàng)，可在大多數(shù)情況下平衡速度和通用性。
 

　　■ FASTEST可最大限度地提高響應(yīng)速度，允許少量超調(diào)。
 

　　■ VERSATILE 或 MOST VERSATILE提供的響應(yīng)速度可適應(yīng)更廣泛的工況范圍，但在某些條件下需要權(quán)衡較慢的響應(yīng)速度?？刂葡到y(tǒng)可能無(wú)法應(yīng)對(duì)快速變化的工況。
 

　　■ GOAL是額外的速度選項(xiàng)，適用于需要實(shí)現(xiàn)特定響應(yīng)配置文件或需要調(diào)整多個(gè)設(shè)備以提供一致響應(yīng)的高級(jí)用戶(hù)。
 

　　06  實(shí)現(xiàn)最佳優(yōu)化的建議
 

　　一般來(lái)說(shuō)，在過(guò)程工況使相關(guān)閥門(mén)的壓力變化最大時(shí)，自動(dòng)調(diào)諧最有效。如果設(shè)備運(yùn)行在比最優(yōu)壓力更高的壓力增量或更高的共模壓力時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致不穩(wěn)定的控制。如果預(yù)期運(yùn)行工況具有比可用于優(yōu)化的壓力更高的壓力，則優(yōu)選適合通用功能的速度水平。
 

　　與正常閉環(huán)控制相比，自動(dòng)調(diào)諧對(duì)環(huán)境波動(dòng)更敏感。大多數(shù)波動(dòng)將導(dǎo)致控制回路增益小于其它情況下的增益，因?yàn)楹茈y將擾動(dòng)的影響與系統(tǒng)的響應(yīng)分開(kāi)。超低流量和其它慢響應(yīng)設(shè)備，將對(duì)系統(tǒng)中的干擾或其它波動(dòng)更加敏感。
 

　　控制設(shè)備優(yōu)化可以為特定過(guò)程和環(huán)境提供最佳的設(shè)備響應(yīng)。自動(dòng)優(yōu)化使測(cè)量當(dāng)前性能并加以改進(jìn)成為可能，而無(wú)需廣泛了解控制系統(tǒng)和參數(shù)。自動(dòng)調(diào)諧等先進(jìn)功能使更廣泛的過(guò)程工程師和技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)出色的流量控制，即使工藝或環(huán)境發(fā)生了巨大變化也是如此。