天意达化工反应釜自动控制系统.doc

天意达化工反应釜自动控制系统

苏州天意达化工有限公司化工过程的反应釜，是整个生产流程中最关键的设备，目前装置有一套以反应釜内温度为主要控制对象的自动控制系统，在两年多来的生产实践中发挥了很好的作用。但对混合化工原料和反应剂的加入，还完全局限于依赖人工控制。化工原料及反应剂的加入速度，对整个物料反应过程初始期的升温特性曲线有着很密切的相关关系。当前人工控制方式的不稳定性，已经成为生产中的一个薄弱环节。
根据贵公司提出对该装置在生产过程中的进一步需求，结合我公司多年积累自控系统的控制经验，提供以下扩展原系统功能的技术方案，对该装置进行改造升级。

一、总体控制思想
根据反应釜当前生产现场情况，反应釜的送料完全是人工控制，通过磁力泵从原料罐送到反应釜的，由于产品的不同，混合原料的粘度和比重均不相同，因此单位时间内磁力泵输送的原料重量是不同的变化的，反应釜的化学反应速度，在很大程度上取决于原料，以及氧化剂和还原剂的加入速度。现在只能由人工依据反应釜的温度和出口温度，初略判断反应釜内的化学反应情况，控制阀门开度，这样就很难真正控制好化学反应速度，使产品质量的稳定性和进一步提高反应釜的生产能力都受到了制约。
经过仔细的系统分析，参照近代控制论原理，借鉴最新型的控制技术，本方案拟在原料罐磁力泵的出口增加一套电动调节阀，并在氧化剂、还原剂的气动输送泵管路上，再分别各安装电动调节阀。由PLC系统根据反应釜内的温度及出口温度，自动调节加料阀门的开度，同时自动调节反应釜夹套冷却水回流阀门的开度，组成一个智能化的多参数的自适应控制系统，以达到进一步综合控制好化学反应速度，最终优化整个反应过程的升温曲线的目的。

二、初步控制方案
对于设计用于生产控制的自动化系统来说，必须达到具有稳定而可靠的运行、简单而实用操作、以及优越的性价比，都是十分至关重要的。在原系统的基础上，仍以研华P4工业控制微机为上位机，三菱Q系列PLC组件增加配置开关量和模拟量输入输出模块，以及手动——自动控制切换开关，必要的手控按钮和指示灯等，将系统硬件的投入降低到最小。对控制软件进行升级换代，完善报警和处理，扩充反应过程的智能控制功能。
自动控制系统硬件框图如下：
原料罐电子秤4~20mA
引发剂电子秤4~20mA
还原剂电子秤RS-232
反应釜温度
出口温度
引发剂
还原剂
隔离冷却
板式冷却机
主原料

反应釜流程示意图如下（图中只画出2个反应釜）：
加料切换
反应釜称重传感器
回水自动调节
加料切换
加料自动调节
原料称重传感器
冷却回水
IPC

Q系列PLC模块组

反应釜

原料

氧化剂
还原剂
冷却水

反应釜

冷却水
冷却回水
温度、压力和液位

三、控制过程说明
本控制系统仍以日本三菱公司Q系列PLC可编程控制器为核心，上位机采用高性能的组态软件，开发操作可靠、简单易学、实用稳定的监控程序，具有全中文界面，实时数据显示、流量和温控曲线、报警和操作记录，以及完整的生产报表等管理功能，并嵌入反应釜智能化自动控制模块。
考虑到由于实际装置的设备共有4个反应釜（现有3个，改造时将再增加1个），并列为2套相同的流程，每套流程公共用1组原料、氧化剂和还原剂加料装置，故加料部分原料、氧化剂和还原剂加料电动调节阀门2组，共6个，在电动调节阀之后在装置并联的电控截止阀2组，共12个，完成在2个反应釜之间加料的切换。再配置冷却水回水调节阀门，每个反应釜装置1个，共4个DG65电动调节阀。全系统共有10个调节回路。
本系统将分三个层次来完成对反应釜生产过程综合控制：
第一层次：完成接收电子秤的秤重信号，计算出化学原料单体、氧化剂和还原剂的瞬时流量、平均给料流量等参数，反应釜及出口温度的实时显示。
第二层次：根据给料流量，结合反应釜及出口温度以及各种工艺条件，自动调节反应釜温度，并优化主要工艺参数的越界报警和处理功能。
第三层次：根据工艺模板所要求的总加料量、配方和加料时序；反应釜升温曲线等不同的控制特性，通过新增加的PLC模拟输出调节模块，反应釜冷却水回水电动调节阀，原料罐、氧化剂和还原剂的电动调节阀，实现反应釜全过程化学反应的智能化自动控制。
上位工业控制计算机作为人机界面，可以实现以下功能。
1．实时动态显示各设备运行状态，包括原料罐重量的实时变化，各种物料的给料流速，阀门动作情况和温度显示等。模拟流程图形逼真、直观。
2．显示各工艺参数的实时曲线和历史曲线，与设定工艺曲线进行比较，指导工艺操作。历史曲线可保存一年或以上数据，用户可随时查阅
3．预先贮存各种工艺曲线和配比，根据各产品的工艺要求，可随时给PLC发出控制要求，完成生产品种和生产工艺的快速变换。
4．完善的主要工艺参数的越界报警和处理，确保生产过程的安全性。
5．打印各种生产和统计报表。具有较强的管理功能，可打印各批次实配重量及温度、压力等数据，对贮存数据进行成本核算及工艺分析。
6．手动和自动无扰动切换。为加强系统的可靠性，又不失灵活性，本系统设置计算机屏幕操作，手动、自动及操作台按钮开关，手动、自动两套工作方式，阀门的操作采用智能控制仪表手操器，确保进行无扰动的切换操作。
7．采用自适应补偿技术，电子秤的秤量误差可得到最有效的补偿。
8．采用智能化控制技术，通过对反应釜夹套冷却水回水和物料加入速度的多参数自动优化调节、对反应釜温度的动态自适应PID调节，反应釜中整个化学反应过程可得到更稳定有效的控制。
其中第三个层次是本次改造的主要内容，为此，PLC模块配置中要增加具有DA输出的模拟量输出模块和开关量输出模块，包括扩展基板、电源和连接电缆。用于自动调节加料过程的电动调节阀，手操器，2个反应釜切换加料之用的电动截止阀等硬件。以及完成上述全部功能的智能控制软件的开发。

二○○六年八月七日

4