一、 工程概述
XX石化聚丙烯裝置的設(shè)計能力為40000T/a，。以石油液化氣分餾分離出的丙烯為原料。，采用的是間歇式液相本體聚合法。主要設(shè)備為8臺12立方米聚合釜和8臺閃蒸釜等輔助設(shè)備形成的一套間歇式生產(chǎn)裝置，每四小時每釜可投料出料一次，每釜可生產(chǎn)聚丙烯粉料3T左右。由于間歇聚丙烯生產(chǎn)過程中化學(xué)反應(yīng)間歇過程的特性相當(dāng)復(fù)雜，因此具有嚴(yán)重的非線性和時變特性。目前在有不少間歇工業(yè)生產(chǎn)時，仍采用手動或半自動操作，尤其是在反應(yīng)期內(nèi)，過程控制難度更大，這就要求控制策略適應(yīng)各個時間段不同的特點(diǎn)。根據(jù)這個實際情況我們推薦配置了施耐德昆騰140PLC系統(tǒng)。
二、施耐德昆騰140PLC系統(tǒng)的特點(diǎn)
昆騰140PLC系統(tǒng)的新華控制器XCU、通信網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場I/O、HMI站、電源多層面冗余結(jié)構(gòu)，可以確保在關(guān)鍵控制場合使用的可靠性。系統(tǒng)以其高可靠性的硬件設(shè)計、內(nèi)嵌專業(yè)化的控制算法、開放式的結(jié)構(gòu)和冗余的以太網(wǎng)通訊網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成一個面向整個生產(chǎn)過程的過程控制系統(tǒng)。更適用于中大型生產(chǎn)過程控制的工程項目。
昆騰140PLC系統(tǒng)運(yùn)行OnXDC軟件包，包括HMI人機(jī)接口站人機(jī)界面可視化圖形組態(tài)軟件和圖形組態(tài)編程軟件。OnXDC具有強(qiáng)大的圖像生成、顯示功能和方便、直觀的組態(tài)方式。系統(tǒng)提供各種預(yù)定義的功能塊，提供由用戶可自定義新功能塊的工具，功能塊之間的連線與添加采用拖放方式，“畫圖及組態(tài)，所見即所得”，非常簡單、直觀。
圖形組態(tài)編程軟件具有豐富的算法，符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用指令和控制算法的多種編程方式。提供SAMA圖形式的邏輯圖，用戶直接以軟件存盤或打印存檔。
昆騰140PLC系統(tǒng)基于Web的網(wǎng)絡(luò)操作功能，能通過網(wǎng)頁瀏覽器查詢和調(diào)用圖像，瀏覽窗口顯示實時信息和數(shù)據(jù)，實現(xiàn)文件和數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸。
昆騰140PLC系統(tǒng)的虛擬仿真技術(shù)，可在PC機(jī)上完成控制策略的組態(tài)與編程，并對控制策略進(jìn)行全面真實的仿真。
三、XX石化聚丙烯裝置的工藝特點(diǎn)
裝置的主體是A、B、C、D 、E、F、G、H8個聚合釜，采用間歇式液相本體法聚合工藝，以液相丙烯為原料，采用CS-1型高效催化劑（Ticl4），以三乙基鋁為活化劑，以氫氣為聚合物分子量調(diào)節(jié)劑。液相丙烯經(jīng)計量進(jìn)入聚合釜，并將活化劑、催化劑和分子量調(diào)節(jié)劑按一定比例和順序加入聚合釜。各物料加完后，開始向聚合釜夾套通熱水給釜內(nèi)物料升溫升壓，這時釜內(nèi)溫度及壓力上升。當(dāng)溫度升至55℃以上、壓力在2.4 MPa左右時釜內(nèi)開始反應(yīng)，放出熱量。由于反應(yīng)放出的熱量會加劇反應(yīng)的進(jìn)行，所以應(yīng)及時停止加熱，打開循環(huán)冷卻水使釜內(nèi)溫度或壓力按一定速度上升，當(dāng)釜內(nèi)溫度升至73℃左右、釜壓升到3.55 左右MPa左右時進(jìn)行恒溫恒壓反應(yīng)過程。隨著反應(yīng)時間的延長，液相丙烯逐漸減少，聚丙烯顆粒的濃度增加。最后，釜內(nèi)液相丙烯基本消失，釜內(nèi)主要是聚丙烯固體顆粒和未反應(yīng)的氣相丙烯，即達(dá)到所謂“干鍋”狀態(tài)，釜壓下降，此時認(rèn)為反應(yīng)結(jié)束。其中，升溫升壓階段約30 min，恒溫恒壓階段為4.5 h左右。
圖一、工藝圖1
四、 控制策略
結(jié)合工藝特點(diǎn)，該控制系統(tǒng)過程可分為3個階段。升溫升壓階段、過渡階段、恒溫恒壓階段。
圖二、反應(yīng)釜的控制
1．升溫升壓階段。目的就是要在適當(dāng)?shù)臅r間內(nèi)，控制熱水閥的開度向夾套加水，使溫度、壓力按照較理想的速率上升，上升太慢影響產(chǎn)量，太快則可能使后期反應(yīng)過于激烈，難以控制。
所以一般都采用位式控制的方式。根據(jù)實際特點(diǎn)，在這個階段中，本系統(tǒng)分兩個階段來控制，壓力小于2 .0Mpa時，熱水閥開100%，讓釜充分升溫升壓，壓力在2-2.4.時熱水閥從100%逐漸關(guān)至50%，2.4-2.85時保持全關(guān)。這樣既縮短了升溫時間又使后期反應(yīng)得到一定的緩解。
2.過渡階段
過渡階段是整個控制的難點(diǎn)，控制的目的就是要依據(jù)反應(yīng)的強(qiáng)弱即壓力的變化來控制分程冷水閥及內(nèi)冷控制閥，使壓力控制在3.55Mpa左右(因為壓力和溫度是線性關(guān)系)。在這個過程中如果控制不好，有可能超壓，引起高壓回收，甚至安全閥動作，反之則可能造成“僵釜”。同時還得考慮到由于原料引起反應(yīng)過弱的情況，所以在設(shè)計模糊控制系統(tǒng)的同時，得考慮選用恰當(dāng)?shù)膮?shù)，使壓力在3.5Mpa之前時壓力能平穩(wěn)的上升，也就是說，如何克服模糊控制的穩(wěn)態(tài)誤差，經(jīng)過探索，當(dāng)壓力在[3.3,3.5]時，在速率的[-0.1,0.1]區(qū)間中引入三角sinX函數(shù)，對模糊系統(tǒng)的EC項進(jìn)行修正，而在3.5-3.6Mpa時快速的控制壓力。按照上述要求仿照人工控制的經(jīng)驗，設(shè)計出智能的二維模糊控制器，輸入變?yōu)楦獌?nèi)壓力和釜壓的變化率，輸出變量為冷水閥的開度。模糊控制的任務(wù)為：在過渡過程的2.85～3.6 MPa階段，用雙輸入單輸出的模糊控制，代替人的手動操作，實現(xiàn)快速平穩(wěn)過渡。
化工
