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| 1引言 目前，由于間歇聚丙烯生產(chǎn)過程中化學(xué)反應(yīng)間歇過程的特性相當(dāng)復(fù)雜，具有嚴(yán)重的非線性和時變特性。在不少間歇工業(yè)生產(chǎn)，仍采用手動或半自動操作，尤其是在反應(yīng)期內(nèi)，過程控制難度更大，這就要求控制策略適應(yīng)各個時間段不同的特點。根據(jù)間歇聚丙烯生產(chǎn)的特點，寶塔集團通過社會招標(biāo)，zui終選擇采用上海新華XDPS-400+DCS為此裝置的控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)具有使用性強，可靠性高，操作簡單等特點；克服了監(jiān)測區(qū)域面積大、參數(shù)實時準(zhǔn)確性要求高、現(xiàn)場通訊互聯(lián)設(shè)備多等困難，很好的完成了實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時采集和信息化管理，大大的提高了間歇聚丙烯生產(chǎn)工作的效率，取得了明顯的經(jīng)濟效益和社會效益，對聚丙烯產(chǎn)量和優(yōu)化品率的提高，質(zhì)量的穩(wěn)定，起到了關(guān)鍵的作用并大幅度降低了單體、蒸汽、水等的消耗；降低了崗位工人的勞動強度。 2工藝特點 本裝置（工藝見下附圖）的主體是8個聚合釜，采用間歇式液相本體法聚合工藝，以液相丙烯為原料，采用CS-1型催化劑（Ticl3），以三乙基鋁為活化劑，以氫氣為聚合物分子量調(diào)節(jié)劑。液相丙烯經(jīng)計量進入聚合釜，并將活化劑、催化劑和分子量調(diào)節(jié)劑按一定比例和順序加入聚合釜。各物料加完后，開始向聚合釜夾套通熱水給釜內(nèi)物料升溫升壓，這時釜內(nèi)溫度及壓力上升。當(dāng)溫度升至55℃以上、壓力在2.4 MPa左右時釜內(nèi)開始反應(yīng)，放出熱量。由于反應(yīng)放出的熱量會加劇反應(yīng)的進行，所以應(yīng)及時停止加熱，打開循環(huán)冷卻水使釜內(nèi)溫度或壓力按一定速度上升，當(dāng)釜內(nèi)溫度升至73℃左右、釜壓升到3.55左右MPa時進行恒溫恒壓反應(yīng)過程。隨著反應(yīng)時間的延長，液相丙烯逐漸減少，聚丙烯顆粒的濃度增加。zui后，釜內(nèi)液相丙烯基本消失，釜壓下降，此時認(rèn)為反應(yīng)結(jié)束。其中，升溫升壓階段約30 min，恒溫恒壓階段為4.5 h左右。 3控制思想 結(jié)合工藝特點，該控制系統(tǒng)過程可分為3個階段。升溫升壓階段、過渡階段、恒溫恒壓階段。 3.1 升溫升壓階段 目的就是要在適當(dāng)?shù)臅r間內(nèi)，控制熱水閥的開度向夾套加水，使溫度、壓力按照較理想的速率上升，上升太慢影響產(chǎn)量，太快則可能使后期反應(yīng)過于激烈，難以控制。所以一般都采用位式控制的方式。根據(jù)實際特點，在這個階段中，本系統(tǒng)分兩個階段來控制，壓力小于2 .0Mpa時，熱水閥開*，讓釜充分升溫升壓，壓力在2.0-2.4.時熱水閥從*逐漸關(guān)至50%，2.40-2.75時保持全關(guān)。這樣既縮短了升溫時間又使后期反應(yīng)得到一定的緩解。 3.2 過渡階段 過渡階段是整個控制的難點，控制的目的就是要依據(jù)反應(yīng)的強弱即壓力的變化來控制分程冷水閥及內(nèi)冷控制閥，使壓力控制在3.55Mpa左右(因為壓力和溫度是線性關(guān)系)。在這個過程中如果控制不好，有可能超壓，引起高壓回收，甚至安全閥動作，反之則可能造成“僵釜”。同時還得考慮到由于原料引起反應(yīng)過弱的情況，所以在設(shè)計模糊控制系統(tǒng)的同時，得考慮選用恰當(dāng)?shù)膮?shù)，使壓力在3.5MPa之前時壓力能平穩(wěn)的上升，也就是說，如何克服模糊控制的穩(wěn)態(tài)誤差，經(jīng)過作者探索，當(dāng)壓力在[3.3,3.5]時，在速率的[-0.1,0.1]區(qū)間中引入三角sinX函數(shù)，對模糊系統(tǒng)的EC項進行修正，而在3.5-3.6MPa時快速的控制壓力。按照上述要求仿照人工控制的經(jīng)驗，設(shè)計出智能的二維模糊控制器，輸入變?yōu)楦獌?nèi)壓力和釜壓的變化率，輸出變量為冷水閥的開度。模糊控制的任務(wù)為：在過渡過程的2.75～3.60 MPa階段，用雙輸入單輸出的模糊控制，代替人的手動操作，實現(xiàn)快速平穩(wěn)過渡。 通過工藝規(guī)律，可以得到模糊IF-THEN規(guī)則 IF 壓力太低，速率為零,THEN 閥門不開 IF 壓力偏低，速率小, THEN 閥門小開。 IF 壓力稍低，速率中,THEN 閥門中開。 IF 壓力正常，速率大,THEN 閥門全開。 ……. (1)選擇描述輸入輸出變量的詞集 通過分析歷史數(shù)據(jù)，取輸入變量釜壓PT的 基本論域：［2.75，3.15，3.35，3.55］MPa 4個參量分別表示釜內(nèi)壓力太低，偏低、稍低和正常。取壓力變化PEC的 基本論域：［0，0.07，0.14，0.20］MPa/min 4個參量分別表示壓力上升速度為零，小，中，大。 取冷水閥開度(控制量)Y的 基本論域：［0,33,66,100］ 各參量對應(yīng)的閥門狀態(tài)分別為全關(guān)，小開，中開，全開。 (2)定義各模糊變量的模糊子集 根據(jù)手動策略，隸屬函數(shù)采用等腰三角形的形式。由隸屬函數(shù)曲線可以得出各模糊變量在論域上的賦值表。 通過上述論域，采用新華XDPS-400+DCS中的模糊控制功能塊，便可以構(gòu)建一個控制方案，見圖2。事實證明這種方案是非常有效的，它不但解決了壓力超調(diào)的問題，也解決了反應(yīng)強弱的問題。并縮短了反應(yīng)時間。 3.3. 自適應(yīng)PID控制 利用PID控制穩(wěn)態(tài)精度高的特點，在正常反應(yīng)階段，采用PID控制方式。在切入恒溫恒壓時，這時反應(yīng)較強，所以單純PID控制，在這個階段并不理想。所以引入速率前饋自適應(yīng)系統(tǒng)，依據(jù)速率不同自動修改PID系數(shù)。這也使得系統(tǒng)在較早切入恒溫系統(tǒng)得到保障，從而使得系統(tǒng)能較快的向著設(shè)定的目標(biāo)值靠近，同時又能適應(yīng)系統(tǒng)反應(yīng)強弱的變化。達到更好的控制精度。 3.4 .內(nèi)冷系統(tǒng)的控制 內(nèi)冷系統(tǒng)是為了保障系統(tǒng)超壓的有力手段，一般壓力在3.45Mpa之后，主要是在壓力快速上升時，而分程控制閥已全開時開啟內(nèi)冷閥。針對其特點，在設(shè)計系統(tǒng)時，當(dāng)壓力大于3.45且分程冷水閥開度大于75度時切自動。及時投入調(diào)節(jié)。 4運行結(jié)果 用以上控制的方法，從開始加熱到釜內(nèi)壓力上升到3.5±0.1MPa，所用時間為25-30min左右，zui大超調(diào)量為±0.03 MPa。而手動控制時，從開始加熱到釜壓平穩(wěn)上升到3.55±0.1 MPa，一般需要40～60 min，在快速性上顯然不如智能復(fù)合控制方案。手動和自動運行曲線見圖3-1和圖3-2所示。 采用本系統(tǒng)，運行人員在自動投料結(jié)束后，只要操作啟動升溫按鈕，程序會全程控制熱水閥、冷水閥、內(nèi)冷閥，無需手動干預(yù)，直到出料。 本系統(tǒng)自2006年4月正式驗收以來，運行狀況穩(wěn)定，效果良好。控制效果好，*適應(yīng)和滿足生產(chǎn)工藝的要求。整個生產(chǎn)過程的自動化控制率達 95% 以上，大大降低了操作工的勞動強度，改善了工作環(huán)境。系統(tǒng)提供了通訊接口，通過調(diào)制器與遠程網(wǎng)關(guān)計算機連接，可并入全廠管理網(wǎng)，為日后實現(xiàn)全廠安全生產(chǎn)過程監(jiān)控網(wǎng)提供了條件。在整個系統(tǒng)方面：上海新華XDPS-400+DCS系統(tǒng)功能強大，界面友好，軟件組態(tài)十分方便，在系統(tǒng)調(diào)試中能實時修改而無需下裝程序。使得工程師在復(fù)雜的智能控制調(diào)試中，無論是修改程序還是訓(xùn)練參數(shù)，具有不可比擬的*性。人力資源方面：上海新華XDPS-400+DCS系統(tǒng)改進了調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)閥及控制切斷閥，克服了調(diào)節(jié)死區(qū)帶來的調(diào)節(jié)滯后的弊病；改進了冷熱水切換的判別條件，使其根據(jù)每釜的反應(yīng)強弱提前或后移切換，以更準(zhǔn)確及時地切換冷熱水控制反應(yīng)速度。從而大大提高控制的抗*力，特別是來自原料波動及催化劑的干擾；改進了反應(yīng)釜壓力超高控制方法，從而既能及時地保護反應(yīng)釜反應(yīng)壓力不超高，又能及時準(zhǔn)確地將反應(yīng)壓力控制在額定值范圍內(nèi)，大大減少了回收閥的動作次數(shù)，提高了調(diào)節(jié)閥的使用壽命； 增設(shè)了反應(yīng)強弱的識別環(huán)節(jié)，從而及時地控制反應(yīng)高峰和低谷的影響，使控制平穩(wěn)、反應(yīng)速度平穩(wěn)；增設(shè)了反應(yīng)釜壓力及溫度的解耦控制，進一步提高反應(yīng)速度控制能力，大大抑制了熱料的產(chǎn)生；增設(shè)了聚合釜的攪拌速度的調(diào)節(jié)，改善了換熱條件，節(jié)約了冷卻水；增設(shè)了閃蒸釜的低壓回收自動調(diào)節(jié)，大大地減少了粉料的夾帶現(xiàn)象。減少了閃蒸的高位放空丙稀量，使丙稀單耗降低。 |
關(guān)鍵詞：過程控制控制系統(tǒng)
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SAMPE中國第二十屆國際先進復(fù)合材料展覽會
展會城市：北京市展會時間：2025-06-18