聚氯乙烯生產(chǎn)過程智能控制方法及應(yīng)用研究

沐文存，周紅燕

（新疆石河子開發(fā)區(qū)天業(yè)化工有限責(zé)任公司，新疆 石河子 832000）

聚氯乙烯生產(chǎn)過程智能控制方法及應(yīng)用研究

沐文存，周紅燕

（新疆石河子開發(fā)區(qū)天業(yè)化工有限責(zé)任公司，新疆 石河子 832000）

介紹了PVC生產(chǎn)過程控制的基本原理及傳統(tǒng)和現(xiàn)行DCS控制原理及策略，把前饋、串級控制系統(tǒng)和按計算指標(biāo)控制的控制系統(tǒng)等涉及智能控制應(yīng)用于PVC生產(chǎn)裝置的DCS集散控制系統(tǒng)中，為生產(chǎn)裝置正常運(yùn)行、節(jié)能降耗、安全生產(chǎn)及提高產(chǎn)品質(zhì)量方面起了決定作用。

PVC；過程控制；智能控制；應(yīng)用；研究

近年來，智能控制技術(shù)取得了長足的進(jìn)步，并在許多科學(xué)與工程領(lǐng)域中取得了廣泛的應(yīng)用。

1 DCS控制的當(dāng)前狀況與優(yōu)勢

控制機(jī)理和控制策略的實(shí)施簡單易行，更利于執(zhí)行，便于應(yīng)用?，F(xiàn)代規(guī)模的DCS系統(tǒng)與最初的DCS系統(tǒng)相比，在速度、可靠性等應(yīng)用領(lǐng)域都取得了巨大的進(jìn)步。在技術(shù)發(fā)展方面有以下特點(diǎn)：DCS系統(tǒng)硬件技術(shù)的運(yùn)算速度、產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品規(guī)模等均大幅度提升，這使得其硬件的可靠性進(jìn)一步提高，并在系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)充下不斷發(fā)展與擴(kuò)大。同時，在功能領(lǐng)域也有了一定的擴(kuò)展，在智能化領(lǐng)域也有了一定的涉足，這不僅僅局限于現(xiàn)場控制層，而且增加了更多的管理控制功能。現(xiàn)場總線的使用拓展了靈活的客戶與服務(wù)器構(gòu)架，適合大規(guī)模系統(tǒng)的I/O支持離線仿真、在線下裝、數(shù)據(jù)回讀等功能，其有經(jīng)濟(jì)性、易用性、延續(xù)性、實(shí)時性。PVC生產(chǎn)過程中，DCS控制系統(tǒng)已經(jīng)相當(dāng)普遍，大大提高了生產(chǎn)過程的檢測和控制水平，但是與國外先進(jìn)水平相比，國內(nèi)自動檢測和控制的質(zhì)量并不高。將生產(chǎn)過程中控制方面的問題歸納，將新型控制技術(shù)與常規(guī)DCS控制相結(jié)合，形成各種改進(jìn)的控制系統(tǒng)[1]。

2 應(yīng)用背景及工藝概況

2.1 應(yīng)用背景

新的DCS控制系統(tǒng)如西門子DCS控制系統(tǒng)、日本橫河CS系列DCS過程控制系統(tǒng)、浙大中控ECS系統(tǒng)DCS過程控制系統(tǒng)等，應(yīng)用于離子膜生產(chǎn)、燒堿生產(chǎn)、聚氯乙烯生產(chǎn)中，對生產(chǎn)過程進(jìn)行全自動控制。該系統(tǒng)具有開放的操作環(huán)境，性能高、穩(wěn)定性強(qiáng)、控制效果好；配套軟件界面友好、開發(fā)靈活方便、便于維護(hù)、滿足生產(chǎn)工藝要求。

2.2 工藝概況

2.2.1 工藝過程

在聚氯乙烯生產(chǎn)自動化智能化控制過程中，PVC樹脂采用電石濕法發(fā)生的乙炔與氯化氫合成的氯乙烯經(jīng)懸浮法聚合而制成。懸浮聚合工藝主要分為2個階段：第一階段為氯乙烯合成，乙炔氣、氯化氫氣在一定的溫度、壓力條件下，按一定比例連續(xù)送入轉(zhuǎn)化器中，在觸媒的作用下，自壓縮機(jī)的精氯乙烯進(jìn)入全凝器冷凝液化，再經(jīng)水分離器除水后進(jìn)入低沸塔脫除低沸物，并由塔底進(jìn)入高沸塔脫除高沸物，塔頂?shù)玫骄纫蚁怏w，經(jīng)成品冷凝器冷凝后進(jìn)入貯槽備用；第二階段為聚合反應(yīng)，不同的溫度對應(yīng)不同型號的產(chǎn)品，由于聚合過程的溫度具有非線性和難以控制的特點(diǎn)，其溫度控制存在一定的難度。每種樹脂溫度控制是以一定變量形式進(jìn)行，在一定的反應(yīng)情況下，如果控制不精確，可能會對產(chǎn)品產(chǎn)生巨大的影響，反應(yīng)溫度波動的情況決定了一定情況下樹脂產(chǎn)品是否存在異常差別，所以聚合生產(chǎn)中溫度與壓力的控制是關(guān)鍵。

2.2.2 控制要點(diǎn)

PVC生產(chǎn)過程由4部分組成：聚合過程、汽提、干燥和包裝過程。各種所需要助劑及單體在攪拌作用下分散成微小液珠懸浮于水介質(zhì)中，加入油性過氧化物引發(fā)劑，升溫至預(yù)定溫度，引發(fā)單體進(jìn)行聚合反應(yīng)。加入穩(wěn)定劑終止反應(yīng)，聚合釜出料至沉析槽，再倒料至汽提、干燥到包裝?？刂埔c(diǎn)主要包括：溫度、壓力、流量等參數(shù)，這些均是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)PVC樹脂的重要因素。

DCS控制算法的理論基礎(chǔ)是多變量DCS參數(shù)在有多種變量同時作用的情況下，將自校正的靈活性、適時性、可追溯性和經(jīng)典DCS過程控制結(jié)構(gòu)的簡化性結(jié)合，同時是一種基于對當(dāng)前信息估計的簡單控制算法，其控制規(guī)律為工藝合理性、開放性、靈活性、安裝方便等。因此，完善后的DCS參數(shù)整定原理可以很方便地推廣到被控對象特性的辨識中，從而達(dá)到可靠的控制效果。

3 DCS參數(shù)自整定方法在PVC生產(chǎn)中的應(yīng)用

現(xiàn)以橫河DCS集散控制系統(tǒng)為例進(jìn)行介紹，DCS集散控制系統(tǒng)算法實(shí)施的硬件連接以現(xiàn)場的信號經(jīng)過輸入卡件進(jìn)入現(xiàn)場控制站，經(jīng)過運(yùn)算的控制信號顯示現(xiàn)場過程中的各種適時數(shù)據(jù)（如實(shí)時壓力、溫度、液位、濃度等）、提供人機(jī)交互界面、存儲歷史趨勢數(shù)據(jù)、打印報表等，再經(jīng)過輸出卡件輸出到現(xiàn)場進(jìn)行控制。工程師站（操作站）的作用是組態(tài)、編程、顯示操作工藝流程畫面、進(jìn)行過程參數(shù)的收集和控制，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動控制、優(yōu)化、監(jiān)視和報警等功能。許多企業(yè)在原有集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)可進(jìn)行一系列的改進(jìn)，并進(jìn)行了生產(chǎn)過程智能控制系統(tǒng)，進(jìn)一步提高了產(chǎn)品質(zhì)量，加大了現(xiàn)場控制的優(yōu)化手段，從而實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程的智能優(yōu)化控制。盡管DCS集散控制系統(tǒng)算法功能塊種類繁多，但都可以在控制回路圖中，通過不同的連接進(jìn)行運(yùn)算，達(dá)到控制的目的。

4 智能控制及其在DCS控制中的應(yīng)用

智能DCS控制把智能控制與常規(guī)DCS控制結(jié)合。特別是在多變量控制上，智能控制與DCS結(jié)合的控制方法應(yīng)用非常廣泛。其對制定參數(shù)對象的選擇多取決于各種相關(guān)因素，如被控過程的動態(tài)性能、控制對象、控制目標(biāo)、操作人員對過程的理解及操作要求均有差異等。常規(guī)DCS過程控制的傳統(tǒng)控制方法往往是技巧多于科學(xué)理論，對回路的制定環(huán)節(jié)相對較為繁瑣?；谏鲜銮闆r，研究人員開始著手整定DCS過程控制的研發(fā)技術(shù)，隨著科學(xué)的進(jìn)步，正日益取得較好的進(jìn)展。特別是核電、火電、石油、化工等重要行業(yè)過程特性和操作條件的頻繁變化及異常分析，操作人員對回路整定方法理解程度的不同及操作的不熟練均可造成整定失誤，從而引起難以估計的重大損失。

5 結(jié)語

在現(xiàn)場操作中，操作人員和組態(tài)工程師往往根據(jù)經(jīng)驗(yàn)整定DCS參數(shù)值，并在實(shí)際運(yùn)用時不斷摸索，以達(dá)到更好的效果。運(yùn)用DCS智能控制算法是根據(jù)控制對象及控制機(jī)理的不同，采取不同的方案及不同參數(shù)予以調(diào)整。所以，其效果是非常合理且明顯的，并且有強(qiáng)有力的科學(xué)依據(jù)作基礎(chǔ)。實(shí)踐表明，DCS智能控制方法可以很好地實(shí)現(xiàn)，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)場對象特性的變化，適時提示及報警參數(shù)，控制效果良好。從目前調(diào)試的控制回路及控制方案的合理性來看，生產(chǎn)正常有序，減輕了操作人員的勞動強(qiáng)度，節(jié)能降耗，保證了安全生產(chǎn)，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，具有巨大的使用價值和廣闊的市場潛力。

［1］Koivo H N， Tanttu J T.Tuning of DCS controllers：survey of SISO and MIMO techniques.In： Pre-prints of IFAC International Symp.on Intelligent Tun-ing and Adaptive Control， Session 1， Singapore， 1991.

Study on intelligent control method and application of PVC production process

MU Wen-cun，ZHOU Hong-yan

（Xinjiang Tianye Chemical Industry Co.Ltd.,Shihezi 832000，China）

Introduced the basic theory of PVC and conventional methods of production process control and its basic principle，and introduces the traditional and current DCS control principle and strategy，the feed forward cascade control system，and according to the index calculation control system involving the DCS distributed control system in the application of intelligent control device in PVC production，consumption the normal operation of production equipment，energy saving，safe production，played a decisive role in improving the quality of products.

PVC；process control；intelligent control；application；research

TM762

B

1009-1785(2017)10-0032-02

2017-07-21