熊萬昌

(云南云天化股份有限公司聚甲醛產(chǎn)品事業(yè)部本部，重慶 長壽 401221)

1 比值控制系統(tǒng)介紹

1.1 比值控制系統(tǒng)定義

比值控制系統(tǒng)是指實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上參數(shù)符合一定比例關(guān)系的控制系統(tǒng)。在化工煉油及其他工業(yè)生產(chǎn)過程中，工藝上常需要將兩種或兩種以上的物料保持一定的比例，如比例一旦失調(diào)，將影響生產(chǎn)或造成事故。在需要保持比例關(guān)系的兩種物料中，必有一種物料處于主導(dǎo)地位，這種物料稱之為主物料，表征這種物料的參數(shù)稱之為主動(dòng)量，用Q1表示;另一種物料處于隨動(dòng)地位，這種物料稱之為從動(dòng)量或隨動(dòng)量，用Q2表示。主動(dòng)量調(diào)節(jié)的輸出能按照負(fù)荷和操作條件的變化而變化，主動(dòng)量的變化不斷改變從調(diào)節(jié)器的給定值，使從調(diào)節(jié)器的給定值適應(yīng)負(fù)荷并隨操作條件的而變化，即具有一定的自適應(yīng)能力。

1.2 比值控制系統(tǒng)的原理

通常，在兩個(gè)需要保持一定比例關(guān)系的物料中，一個(gè)是主動(dòng)量或關(guān)鍵量，另一個(gè)是從動(dòng)量或輔助量。由于物料通常是液體，因此稱主動(dòng)量為流量Q1，從動(dòng)量為副流量Q2。Q1與Q2的關(guān)系為：

Q2=K·Q1

(1)

式中，K為比例常數(shù)。因此，只要主副流量的給定值保持比例關(guān)系，或副流量給定值隨主流量按一定比例關(guān)系而變化即可實(shí)現(xiàn)比值控制。

1.3 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)

某公司地處長江上游，安全環(huán)保壓力很大，另一方面改成全自動(dòng)智能配堿控制，對(duì)控制系統(tǒng)的安全性、可靠性、穩(wěn)定性要求很高。為了克服單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)中堿流量不受控制而產(chǎn)生的系統(tǒng)生產(chǎn)能力“失控”狀況，在單閉環(huán)比值控制的基礎(chǔ)上，對(duì)堿流量也設(shè)置了一個(gè)閉環(huán)回路(FIC0728)，構(gòu)成對(duì)主副物料流量都進(jìn)行控制的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)是由一個(gè)定值控制的主流量回路(FIC0728)和跟隨主流量變化的副流量控制回路(FIC0729)組成。FIC0728能克服堿流量的擾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)定值控制。同理，副流量控制回路也能實(shí)現(xiàn)定值控制。當(dāng)工藝需要加減負(fù)荷時(shí)，只要改變主流量的給定值，副流量就會(huì)按比例增加或減少，從而克服單閉環(huán)比值系統(tǒng)的缺點(diǎn)。其原理方框圖如圖1。

圖1 原理方框圖

2 比值控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 比值控制系統(tǒng)的類型選用

比值控制分為單閉環(huán)控制系統(tǒng)、雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)、串級(jí)閉環(huán)比值控制系統(tǒng)。根據(jù)某公司的工藝情況、負(fù)荷變化、控制要求等進(jìn)行合理選擇。工藝人員要求堿流量、脫鹽水流量控制系統(tǒng)均需要閉合控制，故最后確定為雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)。

2.2 主從物料的選擇

主從物料的確定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵第一步，主要依循以下原則：①貴重原則;②不可控原則;③主導(dǎo)作用原則;④流量大小原則;⑤工藝需要原則。根據(jù)以上5項(xiàng)原則及工藝的實(shí)際生產(chǎn)情況，綜合考慮后，確定堿流量為主動(dòng)量，脫鹽水流量為從動(dòng)量或輔助量。

2.3 系統(tǒng)組成及儀表選型

雙閉環(huán)流量比值控制系統(tǒng)主要分為系統(tǒng)軟件及控制儀表硬件兩部分。

2.3.1 系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件是在霍尼韋爾公司的PKS-C300 R310.1系統(tǒng)下自行開發(fā)的一鍵全自動(dòng)智能配堿程序。

2.3.2 系統(tǒng)硬件

系統(tǒng)硬件：DN25 PN1.6流量計(jì)(FT0729)304不銹鋼;DN80 PN1.6流量計(jì)(FT0728)304不銹鋼;DN25 PN1.6調(diào)節(jié)閥(FV0729)304不銹鋼; DN80 PN1.6調(diào)節(jié)閥(FV0728)304不銹鋼; DN25 PN1.6截?cái)嚅y(HV0705)304不銹鋼

3 工藝流程介紹

用50%堿加水來配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為38%的堿，整個(gè)過程為：用4-P0711A/B泵將堿液打入38%的堿液儲(chǔ)存罐中，中間加入水來稀釋。經(jīng)過FIC0728來調(diào)節(jié)堿流量，F(xiàn)IC0729來調(diào)節(jié)加入的水流量，HS0705切斷閥用來切斷進(jìn)入4-V0705的堿液和水。當(dāng)4-V0705的液位LI0705高于85%，4-V0705庫存量大于 60 t，堿與水的比值大于3.22或小于3.11時(shí)，HS0705全關(guān);4-P0711A/B泵停止運(yùn)行。見圖2。

圖2 工藝流程圖

3.1 堿與水兩者之間的理論計(jì)算

化簡整理后得：

這個(gè)值即為堿流量與水流量的比值，自動(dòng)程序就引用這個(gè)比值進(jìn)行自動(dòng)加堿和水，見圖3。

圖3 比值計(jì)算圖

4 程序智能功能的實(shí)現(xiàn)

4.1 加水過多的智能判斷

在程序當(dāng)中引入了FIC0728.PIDA.PV與FIC0729.PIDA.PV1的實(shí)時(shí)比值，同時(shí)，為了保險(xiǎn)，做了兩者的流量累積之比，即FQ0728.TOTALIZERA.PV與FQ0729.TOTALIZER.PV之間的比值。兩種比值只要負(fù)向偏離了0.05，且該值(<3.117)連續(xù) 180 s 時(shí)，就自動(dòng)停4-P0711A/B泵，HS0705閥門全關(guān)，F(xiàn)IC0728、FIC0729調(diào)節(jié)回路關(guān)到-6.9。出現(xiàn)這種情況有二種原因：其一是FIC0729調(diào)節(jié)回路PID參數(shù)優(yōu)化調(diào)整不到位，長期出現(xiàn)超調(diào)現(xiàn)象;其二是FIC0729的閥門定位器調(diào)整得不好，實(shí)際開度與FIC0729.PIDA.OP不一致，偏大了。

4.2 加堿過多的智能判斷

4.1中兩種比值只要正向偏離了0.05，且該值(大于3.217)連續(xù) 180 s 時(shí)，就自動(dòng)停4-P0711A/B泵，HS0705閥門全關(guān)，F(xiàn)IC0728、FIC0729調(diào)節(jié)回路關(guān)到-6.9。出現(xiàn)這種情況有三種情況：其一是FIC0728調(diào)節(jié)回路PID參數(shù)優(yōu)化調(diào)整不位，長期出現(xiàn)超調(diào)現(xiàn)象;其二是FIC0728的閥門定位器調(diào)整得不好，實(shí)際開度與FIC0728.PIDA.OP不一致，偏大了。其三是4-P0711A/B換了新的泵，輸出能力更大了，相同的輸出，因?yàn)橐后w壓力更大，流速增大，造成堿流量加多了。

4.3 4-V0705庫存不大于60t的智能判斷

根據(jù)安全環(huán)保的要求，4-V0705的液位LI0705.DACA.OV不能高于85%。為了確保安全，再增加了MSA0705庫存量，每次配堿的總庫存量不能大于 60 t。總庫存的計(jì)算方法：在自動(dòng)配堿程序啟動(dòng)時(shí)的原始庫存量+FQ0728.TOTALIZERA.PV+FQ0729.TOTAIZERA.PV，見圖4。

圖4 總庫存計(jì)算圖

由于每一次配堿原始庫存不一樣，因此每一次程序啟動(dòng)時(shí)都要把原始庫存數(shù)據(jù)取出來，具體的方法如圖5。在設(shè)置時(shí)間時(shí)，時(shí)間太短，取出數(shù)據(jù)不具代表性;時(shí)間太長，取出來的數(shù)據(jù)包含了新加入的堿，數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，確定使用 3 s 間隔。

圖5 取原始庫存數(shù)據(jù)圖

當(dāng)總庫存量大于 60 t 或LI0705.DACA.PV大于85%時(shí)，配堿程序自動(dòng)停止，即自動(dòng)停4-P0711A/B泵，HS0705閥門全關(guān)，F(xiàn)IC0728、FIC0729調(diào)節(jié)回路關(guān)到-6.9。

5 FIC0728與FIC0729比值控制

在實(shí)際生產(chǎn)中，F(xiàn)IC0729跟蹤FIC0728按比值3.167來進(jìn)行調(diào)節(jié)。將FIC0728.PIDA.PV除以3.167的值作為FIC0729.PIDA.SP，見圖6。

圖6 FIC0729.PIDA.SP圖

6 FIC0728.PIDA.SP/OP原始給定值的確定

FIC0728.PIDA.SP的原始給定值是根據(jù)工藝人員多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)及管徑大小、安全環(huán)保等綜合考慮后得出的一個(gè)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。重慶本部FIC0728.PIDA.SP程序啟動(dòng)后原始值為10t/h，F(xiàn)IC0728的范圍為0～35 t/h。

根據(jù)FIC0728.PIDA.SP=10T/h，再結(jié)合圖7和圖8計(jì)算出對(duì)應(yīng)的開度=28.57%。

圖7 各種閥門的流量特性圖

圖8 流量與開度的對(duì)應(yīng)圖

7 FIC0728投用后效果圖

從圖9中看出，每一個(gè)批次的FIC0728.PIDA.DA CA.PV與FIC0728.PIDA.OP都能保持一致性。

圖9 效果圖

8 FIC0729投用后效果圖

從圖10中看出，每一個(gè)批次的FIC0729.PIDA.DA CA.PV與FIC0728.PIDA.OP都是一致，批次的重復(fù)性和再現(xiàn)性都很穩(wěn)定。

圖10 效果圖

9 結(jié)束語

比值控制在全自動(dòng)智能配堿中的應(yīng)用效果是十分理想的，配出來的堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)都在38%。用程序來代替人工手動(dòng)配堿，有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一方面批次之間差異很小;另一方面是用一鍵啟動(dòng)配堿，大大降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和時(shí)間，節(jié)約了人力資源。另外程序中增加了智能判斷功能和聯(lián)鎖，使整個(gè)過程都安全可靠。尤其在程序啟動(dòng)時(shí)最原始的給定值和調(diào)節(jié)回路的輸出值的確定，可以有效降低初始振蕩，快速穩(wěn)定，對(duì)配比精度有重要作用。