AI-程序調(diào)節(jié)器在高壓反應(yīng)釜應(yīng)用
一、概述：
不銹鋼高壓反應(yīng)釜具有加熱迅速、耐高溫、耐腐蝕、衛(wèi)生、無(wú)環(huán)境污染、勿需鍋爐自動(dòng)加溫，使用方便等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于石油、化工、橡膠、農(nóng)藥、染料、醫(yī)藥、食品、用來(lái)完成硫化、硝化、氫化、烴化、聚合、縮合等工藝過(guò)程，是以參加反應(yīng)物質(zhì)的充分混合為前提，對(duì)于加熱、冷卻、和液體萃取以及氣體吸收等物理變化過(guò)程均需要采用攪拌裝置才能得到到好的效果。
目前聚合物生產(chǎn)中的聚合反應(yīng)主要是在間歇式反應(yīng)釜中進(jìn)行的。聚合反應(yīng)釜是一種常用的化學(xué)反應(yīng)容器，其內(nèi)部反應(yīng)機(jī)理較為復(fù)雜，系統(tǒng)具有較大的時(shí)變性、非線性和時(shí)滯性，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型。而反應(yīng)溫度是影響聚合反應(yīng)最重要的參數(shù)之一，研究聚合反應(yīng)溫度的相關(guān)控制方法，以提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，對(duì)化工生產(chǎn)具有十分重要的意義。
大連通產(chǎn)高壓釜容器制造公司采用宇電708PE5I4K1S4控制高壓反應(yīng)釜溫度達(dá)到了控制要求。實(shí)現(xiàn)高壓反應(yīng)釜溫度、壓力、流量等參數(shù)的測(cè)量與控制。對(duì)于溫度控制，采用模糊PID控制算法。
二、控制系統(tǒng)組建：
在化學(xué)反應(yīng)釜控制系統(tǒng)采用AI智能模糊控制算法,使反應(yīng)釜的溫度獲得最佳控制效果，由1臺(tái)上位微機(jī)進(jìn)行管理,實(shí)現(xiàn)了控制自動(dòng)化,管理現(xiàn)代化,提高了產(chǎn)品的質(zhì)量,節(jié)能效果明顯，反應(yīng)釜的反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，時(shí)性好，組態(tài)軟件設(shè)計(jì)界面監(jiān)控反應(yīng)釜組態(tài)靈活、方便.
實(shí)現(xiàn)單臺(tái)反應(yīng)釜或多臺(tái)反應(yīng)釜組合PC控制的要求。即組合2臺(tái)、3臺(tái)...及任意多臺(tái)任意型號(hào)的反應(yīng)釜，實(shí)現(xiàn)PC控制和數(shù)據(jù)在線采集。提供您完整的自控技術(shù)方案。使得生產(chǎn)的反應(yīng)釜性能上更安全、使用時(shí)更方便。不盡大大減輕反應(yīng)釜使用者的勞動(dòng)強(qiáng)度，更重要的是極大的提供了反應(yīng)釜的安全使用性能。該監(jiān)控系統(tǒng)分為三層：現(xiàn)場(chǎng)儀表層（下位機(jī)控制站）通過(guò)RS485通訊總線上傳，上位機(jī)計(jì)算機(jī)操作站由工控機(jī)組建，AIFCSV9.0組態(tài)軟件經(jīng)過(guò)二次開(kāi)發(fā)和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)組成，完成整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的信息監(jiān)控。該監(jiān)控系統(tǒng)具有良好的人機(jī)界面、操作簡(jiǎn)單方便，同時(shí)它也具有較好的可靠性、穩(wěn)定性和易擴(kuò)展性，不僅能夠直觀、形象地反映現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際工況，而且為不同控制方案、不同控制算法的研究提供了軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行信息共享。
三、控制要求：
高壓反應(yīng)釜要完成物料的反應(yīng)和乳化、加料和取樣、蒸餾和結(jié)晶等操作，加熱和冷卻及制冷、攪拌和混合、物料酸堿度控制，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行，并可配超溫、超pH、定時(shí)報(bào)警裝置，特別適用于對(duì)溫度和pH要求嚴(yán)格的合成反應(yīng)。
設(shè)備組合：
1、反應(yīng)釜：?jiǎn)?雙夾套式反應(yīng)器系統(tǒng)，含攪拌系統(tǒng)，配置不銹鋼換熱盤管，反應(yīng)器蓋，帶恒壓手動(dòng)加料漏斗，回流冷凝管，帶真空泵接口，溫度檢測(cè)套管（可插玻璃溫度計(jì)或熱電偶式溫度傳感器），進(jìn)料/取樣口，酸堿度/濁度/在線光譜檢測(cè)口，底部無(wú)死角PTFE卸料閥，配置為法蘭連接。按要求可配材質(zhì)為316不銹鋼或哈氏合金C或B的合金釜蓋。 反應(yīng)釜及攪拌裝置高度可調(diào)，測(cè)溫探頭深度可調(diào)，加料管插入液面深度可調(diào)。PTFE包裹的錨式攪拌槳，高效密封超強(qiáng)耐腐蝕。底部手動(dòng)卸料/取樣。
2、攪拌：直流無(wú)刷攪拌電機(jī)和調(diào)速器，顯示瞬時(shí)轉(zhuǎn)速，無(wú)級(jí)調(diào)速，大力矩寬調(diào)速，轉(zhuǎn)速精確控制，可進(jìn)行攪拌定時(shí)。
3、 pH監(jiān)控：電子pH監(jiān)測(cè)控制器，帶1套在線pH檢測(cè)器和電極和2套蠕動(dòng)泵。
4、 溫度監(jiān)控：恒溫循環(huán)油槽及油溫自動(dòng)水流調(diào)控系統(tǒng)（外置式熱電偶式溫度傳感器，導(dǎo)熱油/甲基硅油/合成矽油/壓縮機(jī)油循環(huán)，溫度范圍：-80℃～ 300℃內(nèi)可選擇，均帶有所選溫度范圍內(nèi)的升溫和降溫裝置），可采取溫度補(bǔ)償和直接控制方式進(jìn)行反應(yīng)器內(nèi)溫度控制。
加熱方式：采用30KW插入型貯罐電加熱器。
加熱原件采用防爆電加熱棒。它是用特殊的高溫絕緣件為骨架，以鎳鉻絲為發(fā)熱元件，用碳鋼或不銹鋼為護(hù)套。產(chǎn)品具有表面熱負(fù)荷低、使用壽命長(zhǎng)、安全可靠、高效節(jié)能。加熱元件為撓性結(jié)構(gòu)，可作撓性彎曲，更換元件時(shí)儲(chǔ)罐不需排空。電加熱器用于油田、煉油廠、化工廠、油庫(kù)及各行業(yè)罐體、槽池、貯氣容器內(nèi)介質(zhì)的防凍、防凝、保溫、降粘和減阻。取代罐體內(nèi)傳統(tǒng)的蒸汽盤管、熱水盤管以及電熱管加熱方式，解決了傳統(tǒng)加熱方法的能耗大、維修困難、事故率高等問(wèn)題它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、發(fā)熱均勻、加熱速度快、熱效率高（可達(dá)95%以上）、工作可靠、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。
電熱棒的結(jié)構(gòu)
1、碳鋼或不銹鋼為護(hù)套 2、鎳鉻絲為發(fā)熱元件3、接口法蘭 4、防爆接線盒 5、電源電纜進(jìn)口 6、信號(hào)線出口 電熱棒
四、儀表選型、參數(shù)表、調(diào)試方式
①儀表選型：
釜內(nèi)溫度控制：AI-708PE5I4K1L1L1S4型
儀表功能：708P程序升溫、I4傳感器二線制4～20mA輸入、K1過(guò)零觸發(fā)可控硅、L1超溫報(bào)警、S4有通訊功能；
釜外溫度測(cè)量：AI-701E5I4L1L1S型
儀表功能：701測(cè)量顯示、I4傳感器二線制4～20mA輸入、L1超溫報(bào)警、S4有通訊功能、
釜內(nèi)壓力控制：AI-708E5I4L4S型；
儀表功能：708控制壓力、I4傳感器二線制4～20mA輸入、L4控制超壓保護(hù)打開(kāi)卸壓閥、L1超壓報(bào)警、S4有通訊功能；
②參數(shù)設(shè)置： AI-708PE5I4K1L1L1S4型
③調(diào)試方式
溫度程序控制儀表AI-708PE5K1L1L1S4增強(qiáng)型智能調(diào)節(jié)器 ，單向過(guò)零觸發(fā)控制。
程序設(shè)置：
程序曲線的編排；程序調(diào)節(jié)器可用于按一定時(shí)間規(guī)律：溫度－時(shí)間－溫度－時(shí)間的格式來(lái)程序升溫，自動(dòng)改變給定值進(jìn)行控制的場(chǎng)合。具有50段程序編程功能，可設(shè)置任意大小的給定值升、降斜率；具有跳轉(zhuǎn)（目標(biāo)段只限于前30段）、運(yùn)行、暫停及停止等可編程/可操作命令，可在程序控制運(yùn)行中修改程序；具有二路事件輸出功能?？赏ㄟ^(guò)報(bào)警輸出控制其他設(shè)備聯(lián)鎖動(dòng)作，進(jìn)一步提高設(shè)備自動(dòng)化能力；具有停電處理模式、測(cè)量值啟動(dòng)功能及準(zhǔn)備功能，使程序執(zhí)行更有效率及更完善。
自動(dòng)自整定功能：
系統(tǒng)在不同給定值下整定得出的參數(shù)值不完全相同，執(zhí)行自整定功能前，應(yīng)先將給定值設(shè)置在最常用值或是中間值上，把AI-708P程序型儀表第一段設(shè)置為常用溫度或最高溫度，可通過(guò)修改當(dāng)前程序段值來(lái)改變給定值以滿足要求。如果系統(tǒng)是保溫性能好的電爐，給定值應(yīng)設(shè)置在系統(tǒng)使用的最大值上，再執(zhí)行啟動(dòng)自整定的操作功能。由于自整定執(zhí)行時(shí)采用位式調(diào)節(jié)，經(jīng)2～3次振蕩后，儀表內(nèi)部微處理器根據(jù)位式控制產(chǎn)生的振蕩，分析其周期、幅度及波型來(lái)自動(dòng)計(jì)算出M 5、P、t等控制參數(shù)。
參數(shù)CtI（控制周期）及dF（回差）的設(shè)置，對(duì)自整定過(guò)程也有影響，一般來(lái)說(shuō)，這2個(gè)參數(shù)的設(shè)定值越小，理論上自整定參數(shù)準(zhǔn)確度越高。但dF值如果過(guò)小，則儀表可能因輸入波動(dòng)而在給定值附近引起位式調(diào)節(jié)的誤動(dòng)作，這樣反而可能整定出徹底錯(cuò)誤的參數(shù)。推薦CtI=0-2，dF=2.0。此外，基于需要學(xué)習(xí)的原因，自整定結(jié)束后初次使用，控制效果可能不是最佳，需要使用一段時(shí)間（一般與自整定需要的時(shí)間相同）后方可獲得最佳效果。
AI儀表的自整定功能具備較高的準(zhǔn)確度，可滿足超過(guò)90%用戶的使用要求，但由于自動(dòng)控制對(duì)象的復(fù)雜性，對(duì)于一些特殊應(yīng)用場(chǎng)合，自整定出的參數(shù)可能并不是最佳值，所以也可能需要人工調(diào)整MPT參數(shù)。
目前AI儀表自整定采用的是AI人工智能調(diào)節(jié)算法是采用模糊規(guī)則進(jìn)行PID調(diào)節(jié)的一種新型算法，在誤差大時(shí)，運(yùn)用模糊算法調(diào)節(jié)，以消除PID飽和積分現(xiàn)象，當(dāng)誤差趨小時(shí)，采用改進(jìn)后的PID算法進(jìn)行調(diào)節(jié)，并能在調(diào)節(jié)中自動(dòng)學(xué)習(xí)和記憶被控對(duì)象的部分特征以使效果最優(yōu)化。具有無(wú)超調(diào)、高精度、參數(shù)確定簡(jiǎn)單、對(duì)復(fù)雜對(duì)象也能獲得較好的控制效果等特點(diǎn)。在使用過(guò)程中AI調(diào)節(jié)器 結(jié)合PID調(diào)節(jié)、自學(xué)習(xí)及模糊控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了自整定/自適應(yīng)功能及無(wú)欠調(diào)的精確調(diào)節(jié)，性能遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)PID調(diào)節(jié)器。
當(dāng)曲線擬合出現(xiàn)PV值跟不上程序設(shè)定曲線SV值時(shí)，可采用曲線擬合技術(shù)：曲線擬合是AI-708P/808P型儀表采用的一種控制技術(shù)，由于控制對(duì)象通常具有時(shí)間滯后的特點(diǎn)，所以儀表對(duì)線性升、降溫及恒溫曲線在折點(diǎn)處自動(dòng)平滑化，平滑程度與系統(tǒng)的滯后時(shí)間參數(shù)t有關(guān)，t越大，則平滑程度也越大，反之越小?？刂茖?duì)象的滯后時(shí)間（如熱慣性）越小，則程序控制效果越好。按曲線擬合方式處理程序曲線，可以避免出現(xiàn)超調(diào)現(xiàn)象。注意：曲線擬和的特性使程序控制在線性程序升溫時(shí)產(chǎn)生固定的負(fù)偏差，在線性降溫時(shí)產(chǎn)生固定的正偏差，該偏差值大小與滯后時(shí)間（t）和升（降）溫速率成正比。這是正常的現(xiàn)象。
儀表的程序設(shè)置操作請(qǐng)閱讀說(shuō)明書(shū)。
五、計(jì)算機(jī)監(jiān)控
應(yīng)用宇電AIFCSV9.0組態(tài)軟件經(jīng)過(guò)二次開(kāi)發(fā)和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)組成，完成整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的信息監(jiān)控。采用了RS485總線技術(shù)，由于RS485總線技術(shù)具有良好的實(shí)時(shí)性、可靠性、抗干擾能力及檢錯(cuò)能力，所以在一些條件比較苛刻的場(chǎng)合里廣泛應(yīng)用。通過(guò)串口實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控，其畫(huà)面包含：現(xiàn)場(chǎng)模擬圖、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)指示、溫度壓力顯示、各種參數(shù)設(shè)置、變頻調(diào)節(jié)、實(shí)時(shí)溫度曲線圖、設(shè)定溫度曲線圖以及報(bào)警信息。
在系統(tǒng)中由于AI系列儀表的出色性能，宇電又開(kāi)發(fā)出基于AI儀表并具備現(xiàn)場(chǎng)總線特性的AIFCSV9.0計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。AI儀表相當(dāng)于現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)中的各個(gè)控制單元，利用RS485作為現(xiàn)場(chǎng)通訊總線，采用宇電自行開(kāi)發(fā)的AIBUS通訊協(xié)議，可在上位機(jī)上實(shí)現(xiàn)100%儀表功能操作如實(shí)時(shí)讀取測(cè)量值、給定值、設(shè)置參數(shù)、自動(dòng)/手動(dòng)無(wú)擾
朱先生