一、 工程概述
某石化聚丙烯裝置的設(shè)計能力為40000T/a，。以石油液化氣分餾分離出的丙烯為原料。，采用的是間歇式液相本體聚合法。主要設(shè)備為8臺12立方米聚合釜和8臺閃蒸釜等輔助設(shè)備形成的一套間歇式生產(chǎn)裝置，每四小時每釜可投料出料一次，每釜可生產(chǎn)聚丙烯粉料3T左右。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，因此具有嚴(yán)重的非線性和時變特性。目前在有不少間歇工業(yè)生產(chǎn)時，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)這個實際情況我們推薦配置了新TiSNet-P600系統(tǒng)。
二、 新華TiSNet-P600系統(tǒng)的特點
TiSNet-P600系統(tǒng)的新華控制器XCU、通信網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場I/O、HMI站、電源多層面冗余結(jié)構(gòu)，可以確保在關(guān)鍵控制場合使用的可靠性。系統(tǒng)以其高可靠性的硬件設(shè)計、內(nèi)嵌專業(yè)化的控制算法、開放式的結(jié)構(gòu)和冗余的以太網(wǎng)通訊網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成一個面向整個生產(chǎn)過程的過程控制系統(tǒng)。更適用于中大型生產(chǎn)過程控制的工程項目。
TiSNet-P600系統(tǒng)運行OnXDC軟件包，包括HMI人機接口站人機界面可視化圖形組態(tài)軟件和圖形組態(tài)編程軟件。OnXDC具有強大的圖像生成、顯示功能和方便、直觀的組態(tài)方式。系統(tǒng)提供各種預(yù)定義的功能塊，提供由用戶可自定義新功能塊的工具，功能塊之間的連線與添加采用拖放方式，“畫圖及組態(tài)，所見即所得”，非常簡單、直觀。
圖形組態(tài)編程軟件具有豐富的算法，符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用指令和控制算法的多種編程方式。提供SAMA圖形式的邏輯圖，用戶直接以軟件存盤或打印存檔。
TiSNet-P600系統(tǒng)基于Web的網(wǎng)絡(luò)操作功能，能通過網(wǎng)頁瀏覽器查詢和調(diào)用圖像，瀏覽窗口顯示實時信息和數(shù)據(jù)，實現(xiàn)文件和數(shù)據(jù)的遠程傳輸。
TiSNet-P600系統(tǒng)的虛擬仿真技術(shù)，可在PC機上完成控制策略的組態(tài)與編程，并對控制策略進行全面真實的仿真。
三、某石化聚丙烯裝置的工藝特點
裝置的主體是A、B、C、D 、E、F、G、H8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型高效催化劑(Ticl4)，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左右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。最后，釜內(nèi)液相丙烯基本消失，釜內(nèi)主要是聚丙烯固體顆粒和未反應(yīng)的氣相丙烯，即達到所謂“干鍋”狀態(tài)，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。
圖一、工藝圖1
四、 控制策略
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。
圖二、反應(yīng)釜的控制
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100%，讓釜充分升溫升壓，壓力在2-2.4.時熱水閥從100%逐漸關(guān)至50%，2.4-2.85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。
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2.85～3.6 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：[2.8，3.2,]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：[0，0.56,0.11,0.17]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。
2.75 3.15 3.35 3.55
0 0 0 33 66
0.07 0 33 66 66
0.14 33 66 66 100
0.2 33 66 100 100
通過上述論域，采用OnXDC軟件包中的模糊控制功能塊，便可以構(gòu)建一個控制方案，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。
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)可能還比較強，所以單純PID控制，在這個階段并不理想。所以引入速率前饋。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。同時又能作出快速的響應(yīng)。達到更好的控制精度。
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)。
圖三、智能復(fù)合控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
四、控制效果總結(jié)
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，最大超調(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。
另外手動控制時，在2.85～3.3 MPa這段范圍內(nèi)，控制往往不及時，易引起超調(diào)，特別是對于經(jīng)驗不豐富的運行人員來說更難。影響后續(xù)反應(yīng)的平穩(wěn)性，對產(chǎn)品的質(zhì)量影響也比較大，回收的機率也大。
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。以前一個人操作一個釜都忙不過來，采用自動后，一個人可以很輕松操作4個釜。
（轉(zhuǎn)載）
