反應(yīng)釜夾套多介質(zhì)智能切換控制系統(tǒng)設(shè)計

王維艷

(北方工業(yè)學(xué)校)

精細化工生產(chǎn)反應(yīng)釜是實現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)的主要設(shè)備之一[1]。釜內(nèi)介質(zhì)的溫度控制是通過改變反應(yīng)釜夾套中的冷熱介質(zhì)實現(xiàn)的[2]，如某反應(yīng)釜生產(chǎn)過程中夾套需切換蒸汽、導(dǎo)熱油、熱水、循環(huán)水及低碳醇等多種介質(zhì)以滿足釜內(nèi)介質(zhì)不同反應(yīng)的溫度條件。工藝要求改變釜內(nèi)介質(zhì)的反應(yīng)溫度條件時，需通過人工操作利用壓縮空氣壓空反應(yīng)釜夾套內(nèi)的當(dāng)前介質(zhì)，然后切換另一種所需的介質(zhì)。由于介質(zhì)回路復(fù)雜、閥門多且操作過程復(fù)雜，經(jīng)常因操作失誤引起介質(zhì)混亂，導(dǎo)致停產(chǎn)[3]。為此，筆者設(shè)計了反應(yīng)釜夾套介質(zhì)智能壓空和切換程序，并應(yīng)用于煙臺某精細化工有限責(zé)任公司，實現(xiàn)了自動識別夾套中的當(dāng)前介質(zhì)、自動壓空和自動切換所需介質(zhì)的目標，解決了因誤操作造成生產(chǎn)事故的問題。

1 夾套介質(zhì)智能識別

反應(yīng)釜夾套介質(zhì)壓空是指用壓縮空氣將當(dāng)前夾套中的介質(zhì)經(jīng)其循環(huán)回路壓到儲槽的過程[4]。要實現(xiàn)自動壓空夾套中的當(dāng)前介質(zhì)，首先需保證系統(tǒng)能夠準確地識別夾套中是當(dāng)前介質(zhì)。為使夾套介質(zhì)壓空操作安全、可靠，要求無論正常生產(chǎn)還是停產(chǎn)維修，無論手動操作還是自動操作，最后通入夾套的介質(zhì)都應(yīng)被準確識別[5]。

夾套公用工程介質(zhì)包括蒸汽、導(dǎo)熱油、熱水、循環(huán)水及低碳醇等，使用傳感器識別夾套中當(dāng)前介質(zhì)的難度很大。通過研究分析，可根據(jù)介質(zhì)進入夾套閥(供閥)的開到位狀態(tài)反饋判斷夾套當(dāng)前介質(zhì)，即當(dāng)某種介質(zhì)的供閥開到位狀態(tài)有效時，就認為夾套通入了該介質(zhì)[6]。程序設(shè)計設(shè)置夾套介質(zhì)標識位來識別夾套中的介質(zhì)，每種介質(zhì)都有相應(yīng)的標識位(表1)，當(dāng)其標識位為1時，表明夾套中為該種介質(zhì)。某種介質(zhì)的供閥開到位狀態(tài)有效將其標識位置于1，同時將其他介質(zhì)的標識位復(fù)位。

表1 夾套介質(zhì)狀態(tài)標識位

上述方法能夠快速、準確地識別夾套中的當(dāng)前介質(zhì)[7]，但在一些特殊情況下可能出現(xiàn)誤判：

a. 某種介質(zhì)供閥未開到位時，PLC系統(tǒng)未接收到閥門開到位的反饋信號，程序無法判斷該閥是否操作，而錯誤判斷為夾套當(dāng)前介質(zhì)未改變；

b. 正在執(zhí)行壓空操作過程中，人工現(xiàn)場將其他介質(zhì)供閥打開，使夾套內(nèi)不同介質(zhì)混合，此時自動識別程序仍按原來介質(zhì)進行壓空操作。

情況a屬于閥門故障，程序?qū)缶却幚?，處理完畢，即可恢?fù)正常；情況b屬于違章操作，在生產(chǎn)中嚴格禁止。因此，上述方法的誤判概率極小[8]。

2 夾套介質(zhì)壓空操作

2.1壓空終點判斷

當(dāng)需要切換夾套介質(zhì)時，首先需要壓空夾套中的當(dāng)前介質(zhì)。壓空操作是夾套介質(zhì)切換的關(guān)鍵工藝，而夾套壓空終點判斷是執(zhí)行壓空介質(zhì)操作的關(guān)鍵技術(shù)。夾套壓空終點判斷是指如何準確地判斷夾套中的介質(zhì)已被全部壓出，防止不同介質(zhì)混合。常規(guī)的判斷方法是在夾套的出口管路上安裝液位開關(guān)來檢測夾套是否已壓空，但由于介質(zhì)的多變性(包括有機物和無機物及其混合物、低溫介質(zhì)及高溫介質(zhì)等)，反應(yīng)釜間歇操作管路中的介質(zhì)為非穩(wěn)態(tài)流動，容易引起管路振動；壓縮空氣作用于液體介質(zhì)時容易出現(xiàn)氣泡等[4]；且管路內(nèi)介質(zhì)的流動特性極為復(fù)雜，容易引起液位開關(guān)誤報，造成夾套中介質(zhì)的誤判。因此，筆者采用壓空操作時間標準判斷夾套壓空終點[9]。在壓縮空氣壓力穩(wěn)定的前提下，同一容積的夾套壓空介質(zhì)時所需的時間可以通過現(xiàn)場調(diào)試獲得。實踐表明，這種方法能夠準確地判斷壓空終點。

2.2壓空操作程序

執(zhí)行夾套壓空操作時首先應(yīng)判斷夾套中的當(dāng)前介質(zhì)。介質(zhì)切換操作的執(zhí)行條件是夾套當(dāng)前介質(zhì)與需要切換的介質(zhì)不一致或夾套內(nèi)無介質(zhì)。一旦夾套中當(dāng)前介質(zhì)與需要切換的介質(zhì)不同，程序自動執(zhí)行壓空操作(圖1)：首先關(guān)閉當(dāng)前介質(zhì)的供閥，打開或關(guān)閉回路上的其他相關(guān)閥門，形成介質(zhì)與儲槽之間的通道；然后打開壓縮空氣閥通入壓縮空氣對夾套進行壓空，夾套壓空后關(guān)閉壓縮空氣閥；此時因夾套中仍有殘存壓力，故延時等待夾套中的壓力恢復(fù)至常壓，關(guān)閉其余閥門，壓空結(jié)束[10]。顯然，如果夾套中的介質(zhì)為空氣，即使在操作員站或觸摸屏點擊壓空開始按鈕，現(xiàn)場閥門也不會有任何動作。

圖1 夾套介質(zhì)壓空操作流程

2.3壓空操作模式

生產(chǎn)中壓空操作有手動壓空操作和自動壓空操作兩種。手動壓空操作是指生產(chǎn)過程處于手動模式(如預(yù)處理、維修調(diào)試等操作)時，采用一鍵式操作方式，通過點擊上位機WinCC操作界面上的壓空按鈕執(zhí)行智能壓空程序。單擊壓空按鈕后需在彈出的壓空時間設(shè)置窗口中設(shè)置壓空時間(該時間由反應(yīng)釜夾套現(xiàn)場調(diào)試獲得)，確定后系統(tǒng)自動識別夾套中的當(dāng)前介質(zhì)，并執(zhí)行壓空操作，通入壓縮空氣將夾套介質(zhì)壓到相應(yīng)儲槽。壓空過程中上位機顯示剩余壓空時間。自動壓空操作指生產(chǎn)過程處于自動操作模式時，工藝要求某種介質(zhì)升溫或降溫操作需要切換夾套介質(zhì)時(介質(zhì)切換程序如圖2所示)，程序根據(jù)夾套內(nèi)當(dāng)前介質(zhì)的情況來判斷是否自動調(diào)用壓空子程序[11]。

圖2 夾套介質(zhì)切換程序流程

3 結(jié)束語

精細化工生產(chǎn)反應(yīng)釜夾套需通入多種冷熱介質(zhì)來滿足生產(chǎn)工藝中不同反應(yīng)的溫度條件。為了解決反應(yīng)釜夾套內(nèi)多種介質(zhì)切換時易因操作失誤引起介質(zhì)混亂的問題，筆者提出了反應(yīng)釜夾套多介質(zhì)智能切換控制方案。該方案通過自動識別介質(zhì)標識位實現(xiàn)了夾套內(nèi)當(dāng)前介質(zhì)的智能識別，這種識別方法不增加任何硬件，結(jié)構(gòu)簡單可靠，在實際應(yīng)用中未出現(xiàn)過誤判。采用壓空時間作為壓空操作終點的判斷依據(jù)，解決了液位開關(guān)檢測困難等問題。自動生產(chǎn)工藝程序自動調(diào)用介質(zhì)切換程序，完成夾套介質(zhì)自動識別、自動壓空與自動切換操作，簡化了操作過程，提高了介質(zhì)切換的可靠性和生產(chǎn)效率。

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