[科普中国]-间歇控制

定义

间歇生产过程，又称为批量生产过程，是工业生产中广泛采用的一种生产方式，占有很大的比重。任何一个生产过程都会受到不能直接控制的“干扰”作用，这类干扰常常改变生产的物料或者热量的负荷，所以又称为“负荷变化”，控制系统通过调节控制变量使干扰对被控变量的影响降为最低。间歇生产过程的控制称为间歇控制。1

主要功能顺序控制功能间歇生产过程有一个确定的操作顺序，例如加料、反应、排料。这些操作及其执行的顺序是由产品的配方规定，随生产的产品而变。所以要求间歇控制系统具有的一项基本控制功能是驱动生产过程一步一步地顺序执行不同的生产操作。前一步操作结束向后续操作进展由转移条件决定，工业上称这种控制模式为顺序控制。步转移条件仅仅取决于时间，称为时间驱动顺序控制；步转移条件由被控对象的状态或发生的事件决定，称为事件驱动顺序控制。实际应用的顺序控制常常是这两种形式的组合。1

离散控制功能间歇生产过程中大量使用二位式控制器件，例如通/断型二位阀控制各种物料传输。每个进口阀和出口阀都装有位置开关，在开始传输物料时，用来检查阀门的位置。间歇生产过程的现场输入/输出（I/O）信号60%~85%是开关量或数字量，模拟量仅占15%~40%。常用的二位控制设备还有电机和泵。1

调节控制功能在间歇生产中也要连续调节回路来控制温度、压力等工艺参数，但是它们的工作方式与控制连续生产过程不同反应器温度是一个连续调节回路控制，在加料操作阶段，温度调节回路不工作，在反应器操作的加热阶段，温度调节回路控制流入反应器夹套的热水流量，防止出现温度超调。一旦反应开始，这个温度调节回路控制冷却水流量，保持反应温度恒定。在加热阶段向冷却阶段转移时，温度调节回路的参数可能要重新整定。所以在间歇生产过程中常常要调节回路，具有易于“重组”和“重整”的功能。1

人-机接口在间歇生产过程中，操作工人的干预是正常操作顺序的一部分，在生产中起十分重要的作用。一个关键的操作常常是由操作工人操纵控制系统启动的，而不是控制系统自动触发。在反应阶段结束后，操作工人采样，然后根据样品测试数据来决定是继续反应，还是开始排料操作。在间歇生产中，操作工人不仅需要知道过程现在的状态，还必须了解下一步将做什么。设计一个与用户友好的人-机接口，向操作工人提供间歇生产真实的动态信息是决定间歇控制系统成败的一个关键。1

特殊要求对于复杂间歇生产过程有一些附加特征及其对控制系统的要求：

配方处理功能间歇生产流程线中，同一设备可以用来生产不同的产品或者不同规格的产品。改变加入反应器的原料组分及其数量，改变反应温度、反应时间等操作条件，可以生产不同品牌或不同规格的产品。产品的配方包含了同一设备生产不同产品所需的全部信息。如何建立配方和管理配方是间歇控制的一项特殊的要求。配方中包含什么信息，配方对各种操作有多大的控制作用，决定了间歇生产过程的柔性。1

共用设备功能当反应器并行操作时，控制系统必须协调它们的操作，解决它们对公共设备及其资源需求上产生的任何冲突和矛盾，包括出现超过共用资源最大容量等情形。1

生产的调度和跟踪任何瞬间，间歇工厂同时进行不同批号、不同产品生产。各批产品在不同的操作阶段。为了保证各批产品正常生产，要求控制系统具有生产调度功能，跟踪各批产品生产，使产品的配方、生产的路径、记录的数据与各批产品正确的对应。

综上所述，间歇生产过程在控制策略、控制功能、自动化技术等方面具有的特殊要求如下：

（1）在控制策略上涉及许多顺序操作，步与步之间的切换有的是时间触发，有的是状态或者事件触发。

（2）正是由于操作的顺序性，被控对象的特性是变化的。同时为了适应间歇生产频繁改变产品品种和规格的“柔性”操作，控制系统也必须具有柔性，易于“重组”和重新整定参数。

（3）间歇生产过程的操作优化与连续生产过程不同，其优化值一般不是一种恒定的稳态值，而应该是随时间变化的优化轨线。

（4）间歇生产过程的配方管理、生产调度任务繁重、复杂。1

间接控制系统根据间歇生产过程的自动化程度，间歇控制系统大致可以分为以下三种：

顺序间歇控制顺序间歇控制，又称为简单间歇控制。一般只具有辨别间歇生产过程中各个操作阶段的逻辑控制功能，在基本操作阶段中控制各个设备操作步的顺序控制功能，在生产出现异常情况时，具有通过人工干预处理可恢复故障和不可恢复故障的推理控制功能。顺序控制系统中输入和输出信号皆为开关量，基于梯形图编程的可编程控制器（PLC）是实现这类简单间歇控制的理想工具。1

程序间歇控制这是间歇化工生产中最常见的一种间歇控制系统，可以用来控制间歇反应器操作。它的控制功能除了包含顺序间歇控制的全部功能外，又增加了模拟量的调节控制功能。控制系统的复杂程度随着“调节控制/离散控制”的比值增大而增加。1

综合间歇控制它是以间歇生产过程综合经济指标最优为目标，集间歇生产管理和间歇生产过程控制为一体的间歇控制系统。除了包括程序间歇控制系统的全部功能外，还有配方处理、过程优化、在线或离线的统计过程控制（SPC/SQC）、批量生产管理、计划与调度、能量管理等功能。它是一个计算机集成的、具有分层结构的集散控制系统。1