化工生產(chǎn)反應(yīng)釜溫度綜合控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

安雪梅

山東久日化學(xué)科技有限公司，山東 濱州 251900

化工生產(chǎn)中選擇適配的反應(yīng)釜不僅可以提升生產(chǎn)的效率，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要選擇合適的反應(yīng)方式，提升反應(yīng)物料的使用價(jià)值，還可以減少投資，提升熱交換能力和產(chǎn)品品質(zhì)。因此，化工生產(chǎn)中對(duì)反應(yīng)釜溫度的控制對(duì)最終產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量均有著重要的影響[1]。其主要作用是在保障反應(yīng)系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提下，通過對(duì)操作方式和條件的升級(jí)優(yōu)化，增加產(chǎn)品數(shù)量，提升產(chǎn)品品質(zhì)，即在反應(yīng)過程中通過調(diào)整控制變量，控制反應(yīng)釜中的溫度和濃度。

1 化工生產(chǎn)反應(yīng)釜技術(shù)工藝分析

化工生產(chǎn)反應(yīng)釜的技術(shù)工藝在實(shí)踐中不斷地創(chuàng)新和優(yōu)化，對(duì)反應(yīng)容器進(jìn)行結(jié)構(gòu)安排和參數(shù)設(shè)定，保障在反應(yīng)過程中滿足加熱升溫、冷卻降溫及蒸發(fā)等綜合性功能，滿足不同的反應(yīng)要求進(jìn)行不同的設(shè)計(jì)，同時(shí)在操作過程中嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

反應(yīng)釜是一個(gè)物料的反應(yīng)容器，反應(yīng)釜的設(shè)計(jì)需要依據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)要求和工程要求確定反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)和材料。隨著生產(chǎn)實(shí)踐條件的不斷成熟，反應(yīng)釜由人工轉(zhuǎn)向自動(dòng)化，從物料準(zhǔn)備、投放和出料，在反應(yīng)過程中實(shí)現(xiàn)高精確度預(yù)設(shè)條件步驟的操作，同時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控[2]。明晰反應(yīng)釜的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和特性，可以保障準(zhǔn)確地控制操作，保證產(chǎn)品品質(zhì)。

化工生產(chǎn)反應(yīng)釜的技術(shù)工藝可從以下方面進(jìn)行分析。首先，關(guān)于反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)。反應(yīng)釜就是一個(gè)容器，其內(nèi)部的裝置主要包括夾套、傳熱、攪拌、冷卻及軸封等裝置，在每一個(gè)裝置中都有相應(yīng)的設(shè)備裝置。反應(yīng)釜是反應(yīng)器的一種結(jié)構(gòu)形式，釜式反應(yīng)器的連續(xù)生產(chǎn)可以進(jìn)行單相、均相和多相的反應(yīng)，在實(shí)際的化工生產(chǎn)中可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，在過程中通過攪拌保證物料的充分反應(yīng)，從而提升物料使用效率，節(jié)省資金，降低成本。反應(yīng)釜溫度控制綜合控制可通過加熱裝置和攪拌裝置完成，依據(jù)化工生產(chǎn)的實(shí)際生產(chǎn)要求設(shè)計(jì)所需的裝置形式，在加熱中通過蒸汽、熱油、盤管或電的方式進(jìn)行加熱，用槳葉攪拌、盤管、夾套等方式冷卻。在加熱和冷卻的過程中進(jìn)行釜內(nèi)溫度控制，滿足產(chǎn)品生產(chǎn)的工藝要求。其次，關(guān)于反應(yīng)釜操作特征。反應(yīng)釜是化工生產(chǎn)中不可或缺的生產(chǎn)器械工具，一系列化學(xué)反應(yīng)過程受到多個(gè)參數(shù)的影響，因此進(jìn)行綜合溫度控制對(duì)掌控產(chǎn)品品質(zhì)具有重要意義。與此同時(shí)，反應(yīng)釜溫度控制還取決于工藝的熟練程度，在物料反應(yīng)的不同階段需要進(jìn)行適配的反應(yīng)釜溫度。這就需要嚴(yán)格精確又多邊可控的供熱制度、反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)和自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行綜合考慮和配合。

2 化工生產(chǎn)反應(yīng)釜溫度綜合系統(tǒng)控制算法分析

化工生產(chǎn)反應(yīng)釜溫度綜合系統(tǒng)控制需要對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行模型設(shè)計(jì)，將生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，確定反應(yīng)釜參數(shù)及外部影響因素，這就需要選擇算法簡(jiǎn)便、可靠度高、易于實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)算法[3]。

化工生產(chǎn)反應(yīng)釜溫度綜合系統(tǒng)控制算法主要有以下幾種。首先，傳統(tǒng)PID控制算法。這種算法在使用過程中使用方便，符合大多數(shù)化工工業(yè)的控制需求，其對(duì)于參數(shù)制定、結(jié)構(gòu)優(yōu)化，尤其當(dāng)控制對(duì)象的具有微小變化或是不變時(shí)，在實(shí)現(xiàn)控制中非常簡(jiǎn)便和靈活。

傳統(tǒng)PID控制系統(tǒng)如圖1所示。通過控制器作用于控制對(duì)象，在傳遞的過程中獲取信息，傳遞執(zhí)行控制命令需要時(shí)間完成，即在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)過程中，依據(jù)化工生產(chǎn)過程特征，充分考慮時(shí)間滯后傳遞，實(shí)現(xiàn)增益。

圖1 傳統(tǒng)PID控制系統(tǒng)

除了傳統(tǒng)的相對(duì)封閉的PID控制算法，還存在一種數(shù)字PID控制算法，如圖2所示。通過微分、積分和比例三種控制算法，實(shí)時(shí)由控制器控制產(chǎn)生的誤差，進(jìn)而減少誤差?？刂破骺刂谱饔玫拇笮∨c比例、積分和微分的控制有著密切的關(guān)系，在傳遞過程中，通過三種控制作用誤差記憶對(duì)誤差進(jìn)行處理，敏捷地判斷誤差的走向，加快系統(tǒng)的反應(yīng)，提升系統(tǒng)控制的穩(wěn)態(tài)。這兩種PID控制算法一種是線性的，一種是聯(lián)合的控制器。通過不同的傳遞路徑對(duì)誤差進(jìn)行控制，通過線性組合和并聯(lián)組合組合控制量，實(shí)現(xiàn)輸出增益。這種控制普遍適用性高，操作原理易懂，便于控制實(shí)現(xiàn)，但是控制器對(duì)反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)和參數(shù)變化存在滯后的現(xiàn)象，影響產(chǎn)品質(zhì)量。

圖2 數(shù)字PID控制算法

其次，模糊控制算法。模糊控制的算法是運(yùn)用計(jì)算機(jī)通過對(duì)人腦思維的模擬實(shí)施智能控制，其對(duì)復(fù)雜和建立數(shù)學(xué)控制模型的控制對(duì)象可實(shí)施高效的控制。模糊控制通過模糊控制器，在實(shí)際的化工生產(chǎn)中，由技藝純熟的控制者依據(jù)操作經(jīng)驗(yàn)通過人工手動(dòng)的形式對(duì)反應(yīng)釜進(jìn)行控制，在控制過程中的控制措施通常難以用準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)符號(hào)和語言來表示，其呈現(xiàn)的方式是模糊的形式。該控制算法的特點(diǎn)是避免在控制前構(gòu)建高難度、準(zhǔn)確復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，其主要是依據(jù)控制工作人員的經(jīng)驗(yàn)概念和經(jīng)驗(yàn)規(guī)格組成。通過人工控制由計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬設(shè)計(jì)，對(duì)反應(yīng)釜工作過程實(shí)行模糊控制。此外，模糊控制算法因在控制過程、輸入和輸出中模糊控制，在對(duì)反應(yīng)釜控制中任意性較大，提升了反應(yīng)釜的不穩(wěn)定性，對(duì)最終反應(yīng)釜溫度控制依賴最終的輸出結(jié)果評(píng)價(jià)其控制的優(yōu)劣程度。

最后，模糊自適應(yīng)PID控制算法?；赑ID和模糊控制的反應(yīng)釜溫度綜合控制可以看出，兩種算法都可以滿足多數(shù)的被控制反應(yīng)器，在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)控制結(jié)果各有優(yōu)缺點(diǎn)[4]。模糊自適應(yīng)PID控制算法結(jié)合兩種算法，綜合其優(yōu)點(diǎn)。模糊自適應(yīng)是以模糊數(shù)學(xué)為理論依據(jù)，用模糊集表示控制操作的條件和規(guī)則，將其信息輸入計(jì)算機(jī)，通過計(jì)算機(jī)借助模糊推理對(duì)反應(yīng)釜復(fù)雜參數(shù)實(shí)現(xiàn)智能調(diào)整。

3 化工生產(chǎn)反應(yīng)釜溫度綜合控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

化工生產(chǎn)反應(yīng)釜溫度綜合控制系統(tǒng)在操作之前需要進(jìn)行系統(tǒng)軟硬件、算法及監(jiān)控的設(shè)計(jì)，對(duì)選擇反應(yīng)釜溫度控制中不同的裝置以及算法，設(shè)計(jì)溫度控制過程的主程序和反應(yīng)釜控制的單獨(dú)程序，選取與實(shí)際化工生產(chǎn)產(chǎn)出品質(zhì)較高及反應(yīng)器穩(wěn)定性較高的算法，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行仿真模擬，同時(shí)在控制過程中進(jìn)行控制監(jiān)控設(shè)計(jì)，保障產(chǎn)出品質(zhì)。

反應(yīng)釜溫度控制原理復(fù)雜，在化工生產(chǎn)過程中自身反應(yīng)器具備的時(shí)滯以及非線性狀態(tài)，受外部影響因素較大，需要選擇智能化自動(dòng)化的算法。反應(yīng)釜在溫度控制過程中，實(shí)現(xiàn)最終產(chǎn)品的高品質(zhì)，要滿足以下的要求，通過人工設(shè)定溫度控制值，所選擇的溫度控制系統(tǒng)可根據(jù)控制對(duì)象反應(yīng)釜的實(shí)時(shí)溫度進(jìn)行自動(dòng)溫度調(diào)整，即具有自控溫度的功能[5]。此外，對(duì)于反應(yīng)釜裝置中的器件，比如單片機(jī)、多片機(jī)、數(shù)字輸入、電路控制、電路接口等選擇通用的部件，在生產(chǎn)過程中發(fā)生意外狀況可及時(shí)更換，保障反應(yīng)釜的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)，保障反應(yīng)釜的穩(wěn)定性和可靠性，為溫度控制過程提供設(shè)備支持。反應(yīng)釜溫度控制系統(tǒng)中對(duì)于軟件配置中通過編程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理、編程管理和監(jiān)控軟件的配置。此外，還需進(jìn)行人機(jī)操作的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，選用合適的工控機(jī)操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)化工生產(chǎn)反應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)的配置和監(jiān)控。

4 結(jié)束語

化工生產(chǎn)反應(yīng)釜溫度綜合控制系統(tǒng)在不斷的實(shí)踐生產(chǎn)中走向智能化和自動(dòng)化，在生產(chǎn)中溫度控制的效果越來越好，成品產(chǎn)出的品質(zhì)也逐漸提升。為適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)的需要，還需不斷創(chuàng)新和應(yīng)用反應(yīng)釜的溫度控制算法，在反應(yīng)釜反應(yīng)的過程中提升溫度控制操作的準(zhǔn)確度。