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、用來完成硫化、硝化、氫化、烴化、聚合、縮合等工藝過程，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)場儀表層（下位機(jī)控制站）通過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)過二次開發(fā)和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫組成，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發(fā)平臺(tái)。監(jiān)控系統(tǒng)通過工業(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：單/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/在線光譜檢測口，底部無死角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：直流無刷攪拌電機(jī)和調(diào)速器，顯示瞬時(shí)轉(zhuǎn)速，無級(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)測控制器，帶1套在線pH檢測器和電極和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、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、事故率高等問題它具有結(jié)構(gòu)簡單、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過零觸發(fā)可控硅、L1超溫報(bào)警、S4有通訊功能；
釜外溫度測量：AI-701E5I4L1L1S型
儀表功能：701測量顯示、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)間的格式來程序升溫，自動(dòng)改變給定值進(jìn)行控制的場合。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^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，可通過修改當(dāng)前程序段值來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)自整定過程也有影響，一般來說，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。具有無超調(diào)、高精度、參數(shù)確定簡單、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。控制對(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)置操作請閱讀說明書。
五、計(jì)算機(jī)監(jiān)控
應(yīng)用宇電AIFCSV9.0組態(tài)軟件經(jīng)過二次開發(fā)和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫組成，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合里廣泛應(yīng)用。通過串口實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控，其畫面包含：現(xiàn)場模擬圖、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，宇電又開發(fā)出基于AI儀表并具備現(xiàn)場總線特性的AIFCSV9.0計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。AI儀表相當(dāng)于現(xiàn)場總線系統(tǒng)中的各個(gè)控制單元，利用RS485作為現(xiàn)場通訊總線，采用宇電自行開發(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)讀取測量值、給定值、設(shè)置參數(shù)、自動(dòng)/手動(dòng)無擾
朱先生