各造纸厂在生产过程中都程度不同地采用了QCS、DCS或其它自动控制系统。如何用好这些自动控制系统进一步提高控制系统运行品质是很关键的问题。
我曾在《中华表纸业》2000年第10期上发表了《挑战“亚健康”确保自动化系统正常运行——造纸自动控制系统“亚健康”实例剖析》一文。通过6个实例分析了自动控制系统运行品质低下的原因及解决办法。又读了该刊2001年第6期《提高自动控制精度的有效方法——手动阀补偿法》一文。为此想对提高自动控制系统品质再谈几点看法。
1、自动控制系统的品质指标 一般简单的自动控制系统由测量变送器，调节器（或计算机及DCS控制）、执行器及对象组成。它是一个具有被调参数负反馈的闭环系统，与其它（自动检测、自动操纵、自动保护）系统的本质差别就在于自动控制系统有负反馈。“手动阀补偿法”一文所列举的浆料流量控制系统即是属于此类系统。
一个自动控制系统的功能就在于：在各种干扰袭来时能迅速克服干扰准确回复到设定值上，发挥其平抑干扰的作用。对于无干扰稳定的系统来说，自动控制系统则无用武之地。因此，对一个自控系统品质要求可以概括为稳、准、快三个字。其中“稳“和”快“属于动态性能：“准”则属于殂态性能。具体的工作品质指标是：
最大偏差：指被调参数在过渡过程中偏离给定值的最大幅度；
余差：指过渡过程结束后，被调参数的新稳定值与给定值之差；
衰减比：是衰减振荡过程前后两个波的峰值之比；
振荡周期：是指从被参数变化之时起，直到被调参数进入新的稳态值的5%所需要的时间。
过渡时间：指从被调参数变化之时起，直到被调参数进入新的稳态值的±5%所需的时间。
上述调节系统品质指标就是稳、准、快这三方面品质的具体反映。
这些指标彼此之间往往又有内在联系。至于精度与误差的概念只适用于自动检测系统。其系统总误差等于组成自动检测系统各环节误差的均方根值。
2、自动控制系统品质影响因素
组成自动控制系统的各组成部分会影响到该系统的工作品质。当然测量仪表的误差和滞后，调节器的调节规律和参数，
调节阀的品质和正确使用是影响系统的工作品质的重要因素。然而我们也不能忽略对象的特性。对象是客观存在的，它的特性往往是由生产实际决定的，是不能随意改变的。例如，生产负荷的轻重、操作的正确与否、原材料的改变、设备的磨损、积垢、堵塞、泄漏、器材的新旧程度等都会改变对象的特性，如果不能针对调节对象的特点，采用适当的调节规律，选用合适的参数来进行调节，那就无法获得良好的调节质量，甚至系统根本不能正常工作。
采用高性能测量仪表和高分辨的调节阀，是否一定能组成高品质的调节系统？测量仪表与调节阀固然重要，但如果忽略了对象、调节规律和调节参数，也是不能如愿以偿的。在“挑战亚健康”一文中的3.3节和3.5节即是很好的例证：虽然采用了高分辨率的BTG公司的VBW-10型定量阀和美杰公司、NDC公司的QCS计算机测量控制系统，但是在生产卷烟纸时定量偏差仍分别达到+1.5g/m
2和+1.78 g/m
2 ，均超出了卷烟纸定量偏差指标。
采用一般性能的测量仪表和一般分辨率的调节阀，是否就一定不能得到好的调节系统品质呢？事实证明，只要对控制对象性能彻底的了解，采用合适的控制规律和参数就能得到较好的调节系统品质。记得在1983年我厂与浙江大学协作开展我国第一台用国产元器件的定量水分计算机控制科研时，有位国内造纸界权威的专家，也是我的好友，好心相劝：你如果想取行科研成功的话，调节阀一定得采用进口的
V型球阀，国产的V型
球阀都不行。然而由于资金所限，我们大胆采用了一般的气动薄膜
执行机构和
气动调节阀定位器，与原先的手动插板阀，两者结合成定量阀。
在科研成果鉴定会上，还是这位专家主持了现场测试组的工作。在生产书写纸的过程中，对系统进行两种阶跃干扰——设定值阶跃和
阀门开度阶跃的情况下，计算机记录下扫描测量的定量偏差小于60±1 g/m
2 。为此，该项科研成果获得国家教委科技进步二等奖。
当然其中我们采用偏差控制代替了全程控制，以克服阀门性能的严重非线性和分辨率的不足。同时采用了软件补偿以克服阀门的间隙与滞环等措施。以最小投入得到较高的产出效果。
3、手动阀对调节品质的影响
在自动调节系统中，调节阀与连接调节对象的工艺管道可以采用串联调节和并联调节两种形式。其中串联调节是最常用的，如图1。
在图中△P
L表示与调节阀串联的管道（包括调节对象及附属管件、阀门等在内）的压降；△P
V表示调节阀全开时阀门前后的压降；Σ△P=△P
L+△P
V则表示整个串联管道系统总压降。
这时，可以用一个参数——
阀阻比S来表示调节阀的控制能力的大小：
S=△P
V+Σ△P=△P
V/（△P
V+Σ△P
L）
显然，S值越大，表示△P
V在整个串联管道系统的总压降中占的份额越大。而串联管道的流量大小主要取决于阻力大（压降大）的那个部分。因此，S值越大就表示调节含辛茹苦的控制能力越强；反之，则控制能力越弱。
图2为串联管道时调节阀的工作特性。图中S=1时，管道阻力损失为零，系统的总压差全部降在调节阀上，工作
流量特性和理想流量特性一致。随着S值的减小，实际可调范围减小，流量特性发生很大畸变：直线特性渐趋于快开特性，等百分比特性渐渐接近直线特性。所以，在实际使用中，一般希望S值不低于0.3-0.5。
图2 调节阀工作特性
在现场使用中，当调节阀选得过大或生产处于非满负荷状态时，调节阀将工作在小开度（这就造成调节阀投资的浪费）。
有时，为了使调节阀有一定开度，而把工艺阀门（手动阀）关小些，以增加管道的阻力，使流过调节阀的流量降低。这样，实际上就使S值下降，使流量特性畸变，恶化了调节质量。在使用中要注意到这一点。手动阀对调节系统的影响见表1。
| 调节阀使用场合 |
流量特性 |
可调范围 |
最大流量 |
放大系数 |
| 串联管道时 |
畸变严重 |
降低较小 |
减小 |
大开度时减小
小计开度时增大 |
| 并联管道时 |
畸变较轻 |
降低较大 |
增大 |
均减小 |
V型球阀的理想流量特性是等百分比型。由于Ｓ值的减小，其工作流量特性将畸变成直线流量特性。对直线流量特性来说，当调节阀原来处于不同的开度，例如阀位分别在10%、50%及80%行程点上，若行程变化了10%所引起的流量变化均是10%，但是所引起的流量变化相对值则分别为100%、20%及12.5%。可见，在流量小时流量变化相对值大，在流量大时流量变化莫测相对值小。即当阀门在小开度时调节作用太强；而在大开度时调节作用太弱，这是利于调节系统的正常运行的。从调节系统来讲，当系统处于小负荷（原始流量较小）时，要克服外界干扰的影响，希望调节阀所引起的流量变化不要太大，以免调节作用太强产生超调而发生振荡；当系统处于大负荷（原始流量较大）时，要克服外界干扰的影响，希望调节阀动作所引起的流量变化量大些，以免调节作用微弱而调节不够灵敏。
“挑战亚健康”一文中3.4节与“手动阀补偿法”一文中所举例相同。采用的电磁流量计是上海横河的AE型。调节阀同样采用分辨率为千分之一的深圳光荣电动执行器配不锈钢V型球阀组成的绝干浆量控制系统，用于转移印花纸的生产，其效果定量稳定，偏差甚小。但由于错误操作工艺阀而造成定量超标且不稳。3.5节的例子就是因为错误操作串联在浓度调节阀上的手动阀造成纸浆浓度波动使美杰QCS系统控制的定时超标波动。
参考文献：
［1］化工自动化教研组 制浆造纸工业仪表及自动装置。
［2］应依群，王庆国，李平 过程控制工程 轻工业部造纸自动化培训班讲义 1984
［3］化工自动化编写组 化工自动化 燃料化学工业出版社
