Aspen流程模拟——精馏塔的动态模拟下
采用软件为Aspen Plus Dynamics V12、Aspen Plus V12、Origin 2018，语言中文。本人所学有限，内容讲解难免有所疏漏，敬请指正。
本文所用文献资料及bkp、dynf文件等见本文结尾链接。
打开保存的dynf文件，在下方的controls模型下点击PIDIncr，在流程空白处点击即放置了一个PID控制器（操作和Aspen Plus相同）
此时控制器缺少信号的输入与输出，在下方流股选择处，选择控制信号ControlSignal
对于塔顶的回流罐液位简单控制，输入信号为回流罐液位，输出信号为阀门V102开度，同Aspen Plus操作从塔顶回流罐出发，点击蓝色箭头
弹出控制变量的选择框，找到回流罐液位，即塔板1的液位，选择Stage1.Level（另一侧也有参数的详细描述）点击，再点击OK
该控制信号应当输送给刚刚放置的PID控制器
又弹出控制变量的选择框，液位信号是作为控制器的PV（过程变量，即实际测量值）
同理输出端应当为OP（控制器输出，即连接阀门开度）
另一端与阀门连接，即完成了回流罐液位的控制连接
点击PID控制器，选择Rename Block将模块重命名为LC_D
也可在左边的模块窗口进行操作
下方为LC_D的参数（此处就不翻译了），也可以通过双击流程中的PC_D模块查看参数
此时SP、PV（设定值与实际测量值）与实际流程对不上，而且无单位。可以在上方操作栏选择Initialization，点击三角形运行或者选择上方的Run进行运行（操作和Aspen Plus差不多）
弹出完成窗口
或者在左边直接对模块进行初始化（双击）
又或者直接在流程中LC_D模块上进行操作，双击后找到下方的图标并点击，选择初始化
接下来就是对PID控制器的比例度、积分时间、微分时间进行调控，一般对不同变量参考如下
Gain为比例增益Kp(δ~1/Kp)，lntegral time为积分时间TI，Derivative time为微分时间TD
按照参照液位可直接采用比例控制，即无积分、微分，即积分时间TI等于无穷大，微分时间TD等于0。参数调整如下
控制器的作用选择，Direct为正作用，Reverse为反作用。对于回流罐液位控制，如果液位变大，为保证安全，应当增大阀门开度使得液位降低，即液位-阀门开度（输入-输出）为正作用
对于系统自动导入的塔顶压力控制器PC（已重命名），同理进行参数设计，一般按默认值即可
此处正反作用的选择，因为输入为回流罐压力，输出为冷凝器热负荷，则为反作用
同理搭建塔釜液位控制LC_W，输出选择塔釜液位SumpLevel，
参数选择相同
此时我们可以运行看看参数有无问题，右侧选择模块，点击结果图ResultsPlot，弹出图像
选择动态模式Dynamic运行
得出图像，下方为运行时间，只有点击中止按钮才停止运行
选择运行时间，在Run的工具栏下选择Pause At
我们看到默认为无限期运行Run Indefinitely，选择第二个暂停时间即可自由选择运行多长时间
运行1小时后停止
控制系统肯定是以我们需要的产品纯度为目的进行选择，可以可以通过左边的Add Form或者上方的图标添加图表
命名为T1
但是图并没有指定纵坐标
右键塔顶流股，在Form下选择Results得到流股信息
将需要的组分质量分数复制到T1图中
同理将塔釜流股组分的质量分数及进料量加入
双击图表区域，在AxisMap轴选择处选择One for Each（变量都有对应的坐标轴）
至此我们已经加入了三个控制系统，还有灵敏板温度及进料量控制。
对于进料量，输入为进料的质量流量，输出为阀门开度
搭建如下
按照参考值输入比例增益为0.3，积分时间为0.5min，为反作用（流股量变大，阀门关小以保证进料恒定），点击初始化
对于温度控制，按照经验容量滞后大，因此需要加入滞后时间Dead Time（或死区时间）
输入为计算出的灵敏板34的塔板温度
输出为塔釜的再沸器热负荷
搭建如下
死区时间这里设定为2min，选择Dead Time模块，右键在Forms项目中找到所有变量AllVariables
更改DeadTime参数
对于最重要的温度控制其为反作用
具体参数采用继电-反馈测试确定，点击图标，测试方法选择闭环Closed loop ATV
右侧点击结果图像查看继电-反馈测试曲线
或者直接双击TC控制器，选择图像
初始化后调整为动态模式，点击运行
运行开始后，点击开始测试
可以看到开始测试后，曲线为周期振荡
待运行几个循环后，点击完成测试
点击测试参数，选择计算，Aspen会根据测试的运行结果得到一个合理的控制参数，点击更新即可
至此，对于一个简单的塔控制系统已经设计完成，我们只需要对控制效果进行测试。
首先是进料量的波动，一般为10%，按照以上操作选择塔顶乙酸质量分数、塔釜丙酸质量分数及进料量（也可以查看其他参数变化图表如液位、灵敏板温度等）。设定运行时间为1小时
开始运行，我们发现曲线并不是直线，而是波动的
这是因为上述搭建后塔运行还为形成稳态，加大运行时间，即达到稳态
此时将其重置或者直接用均可，本文这里将其初始化后再改为动态模式运行1小时，结果如下
更改进料量为27,500kg/h（初始为25000kg/h）
改为一直运行
可以看出对于塔顶乙酸的质量分数有影响，但浓度变化不大，经过6小时后波动趋于0
查看灵敏板温度变化，发现波动小且1小时后就趋于稳定
当然也可以继续调节控制参数优化变化曲线，扰动也可以选择其他变量，在此不再赘述。
本文所采用均为简单控制，对于复杂控制如比值控制等可参考相关书籍。
常用模块比值（如设定两股进料量之比）如下
动态模拟的软件设计非评分要求，但往届国赛作品中部分队伍做了动态模拟设计，可与PID图相参考呼应。如果选择做动态模拟，最好搭配详细的设计报告说明书
本文所用文件链接：https://pan.baidu.com/s/17JCn_SkNSJHBjTyUbWTBCQ?pwd=adcd
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