姚會利

摘要：某企業(yè)在針對聚合反應(yīng)工藝實施改進(jìn)措施后，使得在聚合反應(yīng)過程中原有的溫控系統(tǒng)已經(jīng)不能很好的滿足高精度、平穩(wěn)升溫的溫度控制需求。為了進(jìn)一步的滿足實際生產(chǎn)工藝需求，具必須要針對聚合反應(yīng)溫度的控制策略進(jìn)行深入的研究，探索出了幾種有效的溫度控制策略，在實際應(yīng)用過程中也到了具體反應(yīng)需求。

關(guān)鍵詞：聚合反應(yīng)；溫控系統(tǒng)；控制策略

引言

企業(yè)在實際進(jìn)行丁晴生產(chǎn)的過程中，最終的聚合反應(yīng)效果會在很大程度上受到溫度控制精度、引發(fā)劑活性、生產(chǎn)原料配比、生產(chǎn)攪拌均勻性等先關(guān)因素的嚴(yán)重影響。但是，聚合溫度是其中最主要的一種影響因素。如果在實際生產(chǎn)作業(yè)過程中聚合反應(yīng)溫度過高就會導(dǎo)致出現(xiàn)局部過熱分解、暴聚等現(xiàn)象，從而對產(chǎn)品質(zhì)量造成嚴(yán)重影響。

1 聚合反應(yīng)溫度控制策略

聚合反應(yīng)在整個過程中會釋放出發(fā)量熱量，在實際的反應(yīng)過程中必須要充分利用夾帶套中的冷卻水來帶走多余的熱量，這樣才能實現(xiàn)對反應(yīng)溫度的進(jìn)一步控制，在本次項目運行過程中聚合反應(yīng)的溫控工藝流程見下圖1.

目前，大部分聚合反應(yīng)釜容器都是體積比較大的密閉性容器。在實際進(jìn)行聚合反應(yīng)的過程中，由于聚合物的分布不均勻，產(chǎn)生的溫度梯度也相對比較大，因此在實際進(jìn)行溫度測量的時候非常容易出現(xiàn)虛假測量的現(xiàn)象，而且實際控制對象的非線性相對比較強，會產(chǎn)生較大的時滯性，因此，實際建立數(shù)學(xué)模型比較困難，利用PID進(jìn)行單回路溫度控制效果并不明顯，充分利用普通的溫度控制方案可以在充分保證夾套內(nèi)水流動情況的前提來實現(xiàn)滿足現(xiàn)實反映的溫度要求，但是如果實際閥門的開度比較小或者閥門始終處在關(guān)閉的狀態(tài)下，就會因為夾套內(nèi)部水流動較小，從而使得實際的溫度控制根本無法滿足實際反映的需求；如果在實際反應(yīng)過程中因為溫度的設(shè)定值出現(xiàn)了階梯性的變化，就會導(dǎo)致反應(yīng)釜內(nèi)部熱量快速升高，這種情況下，原本關(guān)閉的閥門開度會出現(xiàn)非常明顯的增加，導(dǎo)致大量低溫度快速進(jìn)入夾套，導(dǎo)致帶走了大量的熱量，從而使得反應(yīng)釜內(nèi)的達(dá)到階梯溫度設(shè)定值后又會馬上出現(xiàn)快速的回落。而利用單一的PID溫度控制策略會并不能實現(xiàn)溫度平穩(wěn)過度，非常容易導(dǎo)致出現(xiàn)溫度超調(diào)的現(xiàn)象[1]。

為了有效解決聚合反應(yīng)過程中溫度控制的問題，進(jìn)一步提升聚合反應(yīng)溫度控制效果，主要從以下幾個方面進(jìn)行了改進(jìn)：

（1）針對整個管路中的供水以及回水管路中間位置設(shè)置一個止逆閥旁通回路，并針對夾套循環(huán)回路設(shè)置了循環(huán)水泵。這樣就能充分結(jié)合反應(yīng)釜反應(yīng)釜的溫度偏差來進(jìn)行循環(huán)水中冷熱水量的調(diào)節(jié)，也能充分保證在夾套中通過的水量的充足、穩(wěn)定，這樣不管調(diào)節(jié)閥的開度大小，都能實現(xiàn)聚合反應(yīng)過程中反應(yīng)釜流量以及冷媒抑制反應(yīng)過程中的升溫有效控制，進(jìn)一步強化了冷卻水的循環(huán)控溫效果。

（2）在聚合反應(yīng)進(jìn)行的過程中，主要采取的溫度控制方式為億反應(yīng)釜溫為主環(huán)以夾套出水溫度為副環(huán)的控制方式。在充分結(jié)合夾套實際的回水溫度后就可以實現(xiàn)冷水量的提前調(diào)節(jié)，不僅能夠完全根據(jù)反應(yīng)釜實際產(chǎn)生的偏差來合理的調(diào)節(jié)循環(huán)水中的冷水和熱水量，這樣就能實現(xiàn)反應(yīng)釜溫度控制慣性的最大程度控制，由此就能進(jìn)一步提升實際的溫度控制效果。

（3）在普通的PID控制基礎(chǔ)上，合理的增加了專家控制策略。專家控制的雙模態(tài)復(fù)合結(jié)果如下圖2所示，在整個系統(tǒng)中專門針對專家控制器以及PID控制器分布設(shè)置了不同的獨立通道，并分別針對不同的通道設(shè)置了兩個軟開關(guān)。充分利用反應(yīng)釜內(nèi)部的溫度以及壓力變化情況并對不同階段溫度控制進(jìn)行充分考慮，這樣就能實現(xiàn)專家控制與串級PID控制的實施切換[2]。

充分利用雙模態(tài)分段專家控制以及PID控制算法主要有一下一些優(yōu)點：首先，當(dāng)溫度偏差超過某一個特定的閾值時，就會可以將其切換到專家控制模式下，進(jìn)一步提升了整個系統(tǒng)的相應(yīng)速度，也有效提升了系統(tǒng)的阻尼性能，這樣既能有效避免在相應(yīng)過程中出現(xiàn)嚴(yán)重超調(diào)的現(xiàn)象。而如果利用PID在針對小范圍進(jìn)行調(diào)節(jié)的時候具有良好的魯棒性，避免了在調(diào)節(jié)過程中出現(xiàn)超調(diào)或者穩(wěn)態(tài)誤差等現(xiàn)象。

2 專家控制策略

專家控制的基本原則主要是通過對實際操作者的控制過程中手動控制策略的基礎(chǔ)上總結(jié)歸納出來的，與此同時，對設(shè)計者被控制過程中的一些專業(yè)信息也要進(jìn)行充分考慮。專家控制器主要可以分為以下幾個部分：

首先是信息處理模塊，該模塊主要是進(jìn)行控制過程中相關(guān)信息的提取和加工，為后續(xù)的控制決策以及學(xué)習(xí)提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

其次是知識庫，其主要的作用是針對整個工業(yè)控制領(lǐng)域的相關(guān)知識進(jìn)行存儲，本次項目中主要使用的是經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫作為專家?guī)臁?/p>

再次是推理機，主要是采用自然語言的形式來對具體的規(guī)則量進(jìn)行表達(dá)，而通過對操作人員實際的操作經(jīng)驗以及相關(guān)操作習(xí)慣進(jìn)行總結(jié)后形成了語言變量。

最后是控制規(guī)則集，通過推理機得出的控制量并不能直接被用來進(jìn)行執(zhí)行機構(gòu)的控制，必須要將控制量經(jīng)過相應(yīng)的轉(zhuǎn)化活才能被執(zhí)行機構(gòu)精確的識別。目前加權(quán)平均法、中位數(shù)法是比較常用的判決方法。

3 結(jié)束語

在針對該項目出現(xiàn)的聚合溫度控制問題，實施了三種控制措施后使得聚合溫控得到有效改善，并他通過設(shè)計專家控制策略，進(jìn)一步降低了操作人員勞動強度，提升了產(chǎn)品的質(zhì)量，獲得了較好的經(jīng)濟效益。

參考文獻(xiàn)

[1]曹偉. 基于迭代學(xué)習(xí)控制的PVC反應(yīng)釜溫度控制的魯棒性研究[D].哈爾濱工程大學(xué)，2009.

[2]徐鋒. 基于PROFIBUS現(xiàn)場總線的聚合溫度控制系統(tǒng)研究與開發(fā)[D].河海大學(xué)，2007.

（作者單位：浙江東暉藥業(yè)有限公司）