DCS應(yīng)用實(shí)例聚苯乙烯

高抗沖聚苯乙烯中間試驗(yàn)裝置中應(yīng)用

電加熱和電保溫控制方案。被控制對(duì)象是具有純滯后時(shí)間長(zhǎng)、熱慣性大的特點(diǎn)。由增韌溶膠、引發(fā)預(yù)聚、聚合反應(yīng)、擠出造粒和導(dǎo)熱油加熱循環(huán)系統(tǒng)等組成。

聚合又分為塔式聚合和靜態(tài)聚合，分別模擬二類(lèi)不同的聚合反應(yīng)過(guò)程。

目的是開(kāi)發(fā)高抗沖聚苯乙烯新牌號(hào)的工藝流程和提供工業(yè)化裝置設(shè)計(jì)和操作用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等

聚合反應(yīng)溫度控制的重要性

苯乙烯聚合的引發(fā)預(yù)聚反應(yīng)是一個(gè)吸熱過(guò)程,進(jìn)入聚合反應(yīng)后,會(huì)釋放出大量聚合熱,又因聚合分子量增加,粘度增大,傳熱效率會(huì)降低。所以在整個(gè)聚合反應(yīng)過(guò)程中先要預(yù)熱引發(fā),然后要及時(shí)撒熱和恒溫。聚合反應(yīng)溫度對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量影響巨大。溫度過(guò)高將導(dǎo)致所生成的聚合物分子量降低，影響熔融指數(shù),使產(chǎn)品機(jī)械強(qiáng)度下降;而溫度過(guò)低又會(huì)使聚合時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，無(wú)法發(fā)揮裝置的生產(chǎn)能力.工藝要求設(shè)定溫度的波動(dòng)范圍在±1℃以?xún)?nèi)。聚合反應(yīng)溫度用導(dǎo)熱油來(lái)控制聚合反應(yīng)溫度,是由聚合反應(yīng)器夾套內(nèi)的導(dǎo)熱油來(lái)完成預(yù)熱或撤熱恒溫的。導(dǎo)熱油來(lái)自于導(dǎo)熱油罐,采用雙缸式計(jì)量泵進(jìn)行恒流量循環(huán).油溫靠導(dǎo)熱油罐夾套內(nèi)的遠(yuǎn)紅外電加熱元件來(lái)加熱恒溫。溫度控制對(duì)象的特性本裝置的聚合反應(yīng)溫度對(duì)象由聚合反應(yīng)器和導(dǎo)熱油罐組成,共有八套。被控溫度對(duì)象具有純滯后加一階慣性特性。從測(cè)試數(shù)據(jù)表明純滯后時(shí)間與電加熱功率有關(guān):電加熱功率大時(shí),純滯后時(shí)間較短;電加熱功率小時(shí),純滯后時(shí)間較長(zhǎng),最長(zhǎng)為10分鐘左右。也就是說(shuō),當(dāng)電加熱功率增加或減少時(shí),導(dǎo)熱油溫度的變化最長(zhǎng)可能要經(jīng)過(guò)10分后才能被導(dǎo)熱油罐上的鎧裝熱電偶檢測(cè)到,可見(jiàn)溫度滯后現(xiàn)象是非常明顯的。溫度控制對(duì)象的特性導(dǎo)熱油的降溫正常情況下是靠自然散熱。因?qū)嵊凸迠A套外有保溫層,故散熱緩慢.根據(jù)測(cè)試知道:當(dāng)導(dǎo)熱油溫度為50℃,環(huán)境溫度為23℃時(shí),導(dǎo)熱油溫度降溫速度僅為10℃/小時(shí)左右。因此導(dǎo)熱油在預(yù)熱升溫過(guò)程中,不能有溫度超調(diào)量出現(xiàn),否則使用人工加入泠油的辦法來(lái)降溫是很費(fèi)時(shí)和耗能的。續(xù)導(dǎo)熱油循環(huán)管道電保溫對(duì)象由循環(huán)管道和外纏電熱帶組成,設(shè)計(jì)上分成45段。由于管道保溫段的長(zhǎng)短不一,所以每段保溫對(duì)象的純滯后時(shí)間也各不相同。PID采樣控制的應(yīng)用采樣控制不需要預(yù)先己知對(duì)象的數(shù)學(xué)模型,其控制思想是用“調(diào)一下,等著瞧”的方法,對(duì)具有純滯后特性的溫控對(duì)象較為有效。它是靠采樣開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,在每個(gè)采樣周期內(nèi)進(jìn)行一次采樣控制,其輸出變化是斷續(xù)的:在采樣時(shí)間內(nèi),采樣開(kāi)關(guān)閉合,則按PID控制規(guī)律輸出變化(“調(diào)一下”);當(dāng)采樣時(shí)間結(jié)束,采樣開(kāi)關(guān)斷開(kāi)以后,則采用使輸入偏差為零或零階保持器技術(shù),使控制輸出保持不變(“等著瞧”)。采樣周期一定要大于對(duì)象的純滯后時(shí)間,采樣控制才能充分發(fā)揮其控制作用。若設(shè)定的采樣時(shí)間等于采樣周期時(shí),則采樣控制的輸出特性與一般PID連續(xù)調(diào)節(jié)輸出特性相一致。固態(tài)繼電器在電加熱控制中的應(yīng)用在溫度電加熱控制中,目前廣泛使用交流固態(tài)繼電器（SSR）作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它集可控硅和傳統(tǒng)繼電器的功能于一體，實(shí)現(xiàn)無(wú)觸點(diǎn)化，其可靠性和安全性大大提高。它是一種四端有源器件，其中兩端為輸入控制端，另外兩端為輸出受控端，輸入與輸出端之間用光電隔離。當(dāng)輸入控制端加上1～5伏的直流電壓信號(hào)時(shí)，輸出受控端就能從開(kāi)路變成導(dǎo)通狀態(tài).適用于溫度控制或需要頻繁開(kāi)關(guān)的場(chǎng)合。為減少高次諧波的干擾,污染電網(wǎng),采用過(guò)零觸發(fā)Z型交流固態(tài)繼電器

交流固態(tài)繼電器與電加熱元件工作原理導(dǎo)熱油循環(huán)管道電保溫的PID采樣控制方案

控制回路的方塊圖如圖所示,共設(shè)有45個(gè)控制回路聚合反應(yīng)溫度的PID采樣控制方案

具有二個(gè)測(cè)溫點(diǎn)自動(dòng)選擇的溫度采樣控制方塊圖共設(shè)有8個(gè)控制回大純滯后溫度控制方案的實(shí)施儀表方案二個(gè)儀表柜+53臺(tái)溫度調(diào)節(jié)器+切換開(kāi)關(guān)+二個(gè)電氣柜大純滯后溫度控制方案的實(shí)施DCS方案兩個(gè)操作站(OCS1和OCS2),能同時(shí)對(duì)整個(gè)裝置的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控和管理,互為備用。其中一臺(tái)兼工程師站。并設(shè)激光打印機(jī)一臺(tái),用于試驗(yàn)報(bào)表和警報(bào)信息的打印。控制站（FCS1）通過(guò)雙層冗余過(guò)程控制網(wǎng)SCnetⅡ連接兩個(gè)操作站,內(nèi)部有1個(gè)冗余電源箱機(jī)籠。利用控制站內(nèi)部冗余網(wǎng)SBUS連接6個(gè)I/O機(jī)籠。系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù):模擬量輸入（AI）285點(diǎn);模擬量輸出（AO）25點(diǎn);開(kāi)關(guān)量輸入（DI）65點(diǎn);開(kāi)關(guān)量輸出（DO）108點(diǎn)。采用浙江中控JX-300X控制系統(tǒng)大純滯后溫度控制在DCS的實(shí)施利用JX－300X系統(tǒng)提供的編程語(yǔ)言SCX和自定義PID控制回路,在工程師站上完成采樣控制程序的編程和自定義控制回路的組態(tài)等，經(jīng)編譯調(diào)試后，下載到控制站，從而構(gòu)成導(dǎo)熱油的溫度自定義PID采樣控制回路。設(shè)計(jì)中共使用了從bsc(0)~bsc(52)共45+8=53個(gè)自定義PID控制回路,循環(huán)調(diào)用采樣控制程序完成各項(xiàng)任務(wù)。采樣控制程序由循環(huán)計(jì)數(shù)(0～53);程序和回路設(shè)定參數(shù)賦值;PID采樣控制;PID輸出/保持切換;觸發(fā)脈沖的占空比的轉(zhuǎn)換輸出和導(dǎo)熱油測(cè)溫點(diǎn)自動(dòng)選擇等幾大部分組成。自定義PID采樣控制的框圖某一采樣周期內(nèi)的采樣控制的框圖:只有在采樣周期等于或大于純滯后時(shí)間下,程序才能向下進(jìn)行.采樣控制程序是靠采樣定時(shí)器進(jìn)行計(jì)時(shí):當(dāng)小于采樣時(shí)間時(shí),采樣開(kāi)關(guān)閉合,采樣控制根據(jù)偏差進(jìn)行PID運(yùn)算,使輸出變化;當(dāng)?shù)扔诨虼笥诓蓸訒r(shí)間時(shí),采樣開(kāi)關(guān)斷,采樣控制程序使輸入偏差為零,即使設(shè)定值等于測(cè)量值,則采樣控制輸出保持不變;當(dāng)采樣定時(shí)器計(jì)時(shí)等于采樣周期時(shí),一個(gè)采樣控制周期結(jié)束.固態(tài)繼電器觸發(fā)脈沖占空比的轉(zhuǎn)換為將自定義PID控制回路輸出的模擬信號(hào)AO的MV值,轉(zhuǎn)換成不同寬度的正脈沖開(kāi)關(guān)量信號(hào)DO輸出，作為控制端的輸入信號(hào),特開(kāi)發(fā)了固態(tài)繼電器觸發(fā)脈沖占空比轉(zhuǎn)換的程序,通過(guò)控制固態(tài)繼電器的占空比,來(lái)控制電加熱功率。續(xù)當(dāng)自定義PID控制回路bsc(PID)的模擬AO輸出在420mA之間為MV0時(shí)，由于在DCS系統(tǒng)中模擬量的輸出被定義為半浮點(diǎn)數(shù)，即420mA是對(duì)應(yīng)于機(jī)器內(nèi)部為01.0f，于是將輸出正脈沖時(shí)間（T014）定義為輸出周期（T013）與自定義PID控制回路輸出MV0乘積再取整后的值。電加熱元件在輸出正脈沖時(shí)間（T014）內(nèi)為加熱狀態(tài)。續(xù)當(dāng)自定義PID控制回路bsc(PID)的模擬AO輸出在420mA之間為MV0時(shí)，由于在DCS系統(tǒng)中模擬量的輸出被定義為半浮點(diǎn)數(shù)，即420mA是對(duì)應(yīng)于機(jī)器內(nèi)部為01.0f，于是將輸出正脈沖時(shí)間（T014）定義為輸出周期（T013）與自定義PID控制回路輸出MV0乘積再取整后的值。電加熱元件在輸出正脈沖時(shí)間（T014）內(nèi)為加熱狀態(tài)。

AO/DO其轉(zhuǎn)換關(guān)系固態(tài)繼電器觸發(fā)脈沖占空比轉(zhuǎn)換的框圖:占空比轉(zhuǎn)換程序靠輸出定時(shí)器(TM02)進(jìn)行計(jì)時(shí):當(dāng)小于輸出正脈沖時(shí)間（T014）時(shí),正脈開(kāi)關(guān)量輸出信號(hào)DO(TE01)為1,固態(tài)繼電器受控端處于導(dǎo)通狀態(tài),為加熱中;當(dāng)?shù)扔诨虼笥谳敵稣}沖時(shí)間（T014）時(shí),正脈開(kāi)關(guān)量輸出信號(hào)DO(TE01)為0,固態(tài)繼電器受控端處于開(kāi)路狀態(tài),停止加熱.當(dāng)輸出計(jì)時(shí)器(TM02)計(jì)時(shí)等于或大于輸出周期（T013)時(shí)為一個(gè)占空比轉(zhuǎn)換的輸出周期結(jié)束采樣控制回路的參數(shù)設(shè)定和操作畫(huà)面

本參數(shù)設(shè)定和操作畫(huà)面，是53個(gè)溫度采樣控制回路的人機(jī)界面,共設(shè)有7幅畫(huà)面,每幅包含八個(gè)溫度采樣控制回路。每個(gè)控制回路中包括:程序的運(yùn)行／停止、溫度采樣控制回路的設(shè)定值(SV)、采樣周期、采樣時(shí)間、對(duì)象純滯后時(shí)間和輸出周期(T013)等的設(shè)定。同時(shí)還能顯示與本采樣控制回路密切相關(guān)的程序參數(shù)值:采樣定時(shí)器、輸出定時(shí)器(TM02)和輸出正脈沖時(shí)間(T014)等。由此可觀察到回路程控運(yùn)行的狀況。1﹟反應(yīng)器和導(dǎo)熱油罐TIC11溫度控制回路控制回路參數(shù)的設(shè)定

在采樣控制回路參數(shù)設(shè)定和操作畫(huà)面上,進(jìn)行位號(hào)TIC11各種參數(shù)的設(shè)定.設(shè)定值如下：純滯后時(shí)間T012：200秒;采樣周期T011：300秒;采樣時(shí)間:20秒;輸出周期T013;10秒;比例帶P：100%;積分時(shí)間Ti：15分鐘;設(shè)定值SV：預(yù)設(shè)定為50℃,待溫度穩(wěn)定之后,再升到設(shè)定值60℃.控制回路的投運(yùn)手動(dòng)操作MV值為100%,全功率升溫，當(dāng)溫度從室溫升到預(yù)定溫度35℃時(shí),將MV值改為預(yù)置值15%.

并確定PID調(diào)節(jié)作用是設(shè)為反作用。在采樣時(shí)間內(nèi)控制回路切入自動(dòng),待穩(wěn)定在50℃后,再改變?cè)O(shè)定溫度到60℃。圖9為位號(hào)TIC11的升溫趨勢(shì)記錄曲線(xiàn)效果本回路原采用常規(guī)PID數(shù)字式溫度控制儀.自改用DCS系統(tǒng)采用采樣控制后溫度控制精度提高,導(dǎo)熱油預(yù)熱升溫時(shí)間由12～24小時(shí)縮短為5～6小時(shí)。當(dāng)設(shè)定