带搅拌釜式反应器(CSTR)控制系统的开发（HMI）(4)
2.2.3 反应温度控制
图2.4 反应温度控制原理图
系统要求待反应正常后，温度控制系统还需要有效克服外部扰动，以保证温度稳定。同时由于有两种冷却方法：蛇管冷却和夹套冷却，所以采用了分程控制。在分程控制系统中，一台控制器的输出可以同时控制两只甚至两只以上的控制阀，控制器的输出信号被分割成若干个信号范围段，二由每一段信号去控制一只控制阀。
2.2.4反应器压力安全控制
当反应器压力超过高限1.2MP时，进行报警；当反应器压力超过高高限2.0MP时，进行停车。
3系统配置与规划
3.1 系统概述
本设计将设计三种控制方案：PID分程控制方案、串级控制方案和串级PID分程复合控制方案。本系统对反应釜内温度的稳定性就有较高的要求。为了使反应釜内的温度能够稳定在要求的控制范围内，我们采用串级PID分程控制方案来对反应温度进行控制。
其中，串级控制升温过程效果良好，PID控制方案保温定值效果良好，分程控制方案有效地解决了同时处理加热与冷却的问题。复合控制方案综合了前两种控制方案的优点，又很好的避免了各自的缺点。主变量是生产工艺的主要控制指标，直接关系到产品质量，因此对于本连续反应系统，可以选择反应釜内的温度为主变量，选择夹套温度为副变量。串级控制系统的目的是为了高精度地稳定主变量。当输入是定值时，主变量控制不允许有余差，所以，控制器通常选用比例积分控制规律；本控制对象为温度对象，具有滞后性，采用比例积分微分控制规律，实现主变量的无差控制。在串级控制系统中，稳定副变量并不是目的。因此，在控制过程中，对副变量的给定值允许有波动。副控制器采用比例控制规律，为了能够快速跟踪，最好不带积分作用，因为积分作用会使跟踪变得缓慢；副控制器的微分作用也是不需要的，因为当副控制器有微分作用时，一旦主控制器输出稍有变化，就容易引起控制阀大幅度地变化，影响系统的稳定性。基于串级控制理论，结合本系统的特点，副回路采用比例（K）控制器，主回路采用比例积分微分（PID）控制器，由主、副控制器组成的温度—温度串级控制原理图如图3.1所示。
图3.1温度-温度串级控制原理图
3.1.1 串级PID分程控制方案的控制流程图
通过以上两种方案的论证，可以得出比较理想的最终控制方案为串级PID分程控制方案。由于温度属于时间常数较大、惯性较大的变量，夹套冷却水的温度变化随着阀门的开关变化较快、时间常数较小。针对这种情况，选择反应釜内的反应温度为主变量，选择夹套温度为副变量，采用“温度-温度串级控制”。其中温度副控制器 分程控制热水输入阀S6和冷水输入阀V7、V8。其控制流程图如图3.2所示。
图3.2 反应釜温度控制流程图
主控制器 作用选择为正作用形式，副控制器 作用选择为反作用形式。调节阀开关模式的选择主要考虑在不同工艺条件下安全需要。因此冷水阀V7、V8采用气关式，工作范围选择4-12mA;热水阀S6采用气开式，工作范围选择12-20mA。这样既可满足分程控制的需要，又可保证事故状态下调节阀处于适当位置。被控参数选为反应釜的反应温度，控制参数为冷水阀和热水阀的开度。
3.1.2 控制过程分析
当反应物投入设备后，由于釜温测量值远远小于反应给定温度，反应温度变化率很低，因此升温/保温切换器选择升温控制，由于主控制器为正作用输出信号较小，副控制器为反作用输出信号较大，则分程控制的热水阀S6工作，两路冷水阀全部关闭，此时诱发反应进行。当釜温达到反应诱发温度时，化学反应发生，将有反应热量放出，釜温将逐渐升高并且温度上升速率越来越大，则副控制器输出信号较小，那么分程控制的热水阀S6逐渐关闭，冷却水入口阀V7、V8逐渐打开，反应所产生的热量就被冷水带走一部分，从而达到文持釜温以适当速率上升的目的。
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