一、概述

    在工業控制中，許多控制過程機理復雜，滯后大，控制對象具有變結構，時變等特點。對于一個被控量的單回路簡單控制系統解決了大部的控制問題。對于滯后較大，時間常數較大，干擾多而劇烈的現象，控制質量較差，對各個過程變量內部存在相關過程，控制系統相互之間會出現干擾等等。因此，在簡單的控制系統基礎上，改用其他調節方式，如串級調節，它的特點是兩個調節器相串聯，主調節器的輸出作為副調節器的給定，適用于時間常數及沌滯后較大的對象，如加熱爐、蒸餾塔、鍋爐減溫水的汽溫控制。又發展了眾多的復雜控制系統， 
    采用AI系列人工智能調節器組建串級調節,調節性能好,滯后小，反應快，采用模糊規則進行PTD調節的一種新型算法，在誤差大時，運用模糊算法進行調節，以消除PID飽和積分現象，當誤差趨小時，采用改進后的PID 算法進行調節，并能在調節中自動學習和記憶被控對象的部分特征以使效果*化，具有無超調，高精度，參數確定簡單，對復雜對象也能獲得較好的控制效果等特點，其整體調節效果比一般PID算法及模糊調節均更*，自整定功能的引入使復雜的參數整定簡單化，一組（M、P、T）參數即可同時確定PID 參數和模糊控制參數大大的節約了調試時間，提高了控制系統的調節品質。
    AI系列人工智能調節器設計串級調節系統時，采用了一個副調節器（PD）系統功能 選擇允許外部給定，副主調節器加入一些比主信號提前反應擾動的補充信號（即超前信號）使得在擾動發生后主信號還沒有明顯變化時，調節系統就進行調節，因而能及早消除擾動對主信號的影響，有效地控制主控量的變化；副調節器的給定信號由主調節器的輸出信號來校正，副調節器直接控制執行器去操縱閥門。如果外部給定的電壓信號小于1V，則自動取消外部給定功能，而改用內部給定值。

二、 精餾塔溫度、流量串級調節系統

1、 調節系統的結構原理
    采用AI-808AXL2調節器、變送器，執行器組成蒸發溫度與冷卻液流量串級調節系統結構和原理接線如圖（一）。采用了一個副調節器，系統取消了積分作用及AI人工智能調節功能，調節部分成為一個比例微分（PD）調節器，這時儀表在串級調節中作為副調節器使用，冷卻液的流量超前信號送給副調節器，副調節器的給定信號由主調節器的輸出信號來校正，副調節器直接控制執行去操縱冷卻液調節閥門。（圖－）

圖一：

    生產工藝上對精餾塔溫度控制要求是精餾塔溫度升高（或低）時，冷卻液調節閥開大（或關小）受系統V02儲液筒、LC調節單元的影響，冷卻介質流量升高（或降低）時，冷卻液調節閥關小（或開大）使精餾塔溫度恢復到給定值，為滿足上述要求，調節系統應附合以下條件
2、副調節器的作用方向
    工藝上要求副調節器為反向作用，確定調節器的作用方向，只要看調節器的輸入偏差信號變化方向與工藝要求調節器的輸出信號的變化方向是否一致，兩者方向一致，則調節器為正向作用，兩者方向相反，則調節器為反作用
3、主調節器的作用方向
    主調節器的作用方向，應在副調節器的作用確定以后，再根據工藝要求來確定。因為副調節器直接控制執行器，要保證執行器正確動作。在主調節器輸入偏差增大（或減小）時，要求主調節的輸出信號增大（或減小），因此主調節的作用為正向作用。
4、參數設置
    正確接線（圖二），注意信號方向，設置參數：副調：AI-808AXL2、流量量程標度1.60T/h、設定值0.80T/h（系統正常運行時的流量值）。dF=2、Ctrl=1、Ct1=1、Sn=32、dIP=2、dIL=0、dIH=1.60T/h、OPI=4、CF=8（反作用、外給定功能）、dL=2、可設置正、負偏差報警。主調：AI-808AXL2、傳感器熱電阻，設定值40℃、Ctrl=1，dF=0.2、Ct1=4、Sn=21、dIP=1、OPI=4、CF=1（正作用）、dL=2、可設置上、下限報警、正、負偏差報警。（圖二）

圖二：

5、串級調節系統自整定兩步操作法
    在串級調節系統中有兩個閉合回路，對象超前區流量、副調節器，執行器調節閥組成內回路，由對象惰性區、溫度、主調節器和副回路組成的外回路。
    對于冷卻液流量的變化，超前信號的反應要比蒸發溫度的反應快得多，因此，在流量的自發擾動時，由于副調節器的動作能及時消除它的影響而使蒸發溫度很少變化。當蒸發溫度偏離給定值時，則由主調節器發出校正信號，通過副調節器控制執行器進行調節，使蒸發溫度zui后恢復到給定值。
    在串級調節系統中，對副回路的要求是盡快消除擾動、對精餾塔蒸發溫度起粗調作用，因此采用比例、微分AI調節器（PD ）；而主調節器的作用是zui后保持蒸發溫度無靜差，對蒸發溫度起細調作用，采用AI調節器模糊規則進行PID 調節的一種新型算法。
    串級調節系統中兩個調節器串接一起，整定工作比較麻煩。但是，由于兩個回路中對象的滯后時間和時間常數量差別較大，副回路的過程快得多，因此可以將主、副回路分開整定。即在整定副回路時，設定CF參數取消外給定，將主回路近似看作開路，這樣就可用整定單回路方法進行整定。在整定主回路時，副回路可近似看成快速隨動系統，副回路可看成是主回路中的一個比例環節，則使主回路仍能按整定單回路的方法來整定。實際上，兩個回路之間存在著不可分割的。
    自整定兩步操作法用副調節器的增、減鍵手動操作控制閥門，使精餾塔正常運行后，開始自整定操作。
    *步：副調節器CF參數改0，取消外給定功能為單回路功能，在手動狀態下，設定系統正常時的工作壓力值，然后投自動，起動自整定，儀表執行位式調節，經2-3次振蕩后自整定結束，將M5參數改成M5=0，即系統取消積分作用改成比例微分（PD）調節；CF參數改成CF=8，具有外給定功能后開始下一步操作。
    第二步：主調節器在手動狀態下設定值，給定值為系統正常運行時的溫度值，然后投自動、起動自整定結束即可。
    在系統調試設運中，為防止串級系統的共振效應，主回路的輸出周期應大于副回路輸出周期的三倍，否則主、副回路的波動會互相促進，使系統產生共振現象，防止共振的措施是改變輸出周期CtL參數值。

三、串級調節系統投入前的準備工作     ①檢測點位置是否合理和測量元件的安裝質量直接影響著自動調節系統的投入和正常運行。
    ②傳感器的選擇：AI主調節器溫度輸入可直接采用熱電阻、熱電偶無需采用變送單元。AI副調節器輸入信號必經采用變送輸入，因外給定與測量輸入是同一個標度。
    ③正常運行中，溫度的變化范圍很小，為提高測量的靈敏度，應根據各測點溫度變化范圍確定,溫變的量程范圍，特別是作為副調節器的輸入由為重要。
    ④具有流量控制的副回路應注意流量信號的恒定性。由于許多流量控制副回路在低負荷下運行，此時主調節器輸出微小的變化就會造成流量大幅度的波動，使調節品質變壞。需要經常在小流量下工作其流量副回路應加開方器為好。恒定性好流量信號可不用開方器。
    ⑤調節閥門是直接受調節器的控制信號去調節的工具，調節機構存在的問題較多，往往被人們忽視，如選型、流量特性對負荷變化的適應性，在系統正常運行時調節閥的開度一般應在40%-70%范圍內，滿足負荷變化的平衡；其它如泄漏，機械性能等都將直接影響調節品質。

四、總結     擬定串級調節時遵循一定的原則，根據工藝條件，合理配置傳感器，找出主要干擾源，主副調節協作好，就會有好的調節效果。

參考文獻：
（1） 石油化工自動控制設計手冊 1999
（2） 熱工儀表自動化 1982
（3） AI人工智能工業調節器使用說明書V6.5