聚氯乙烯生產過程智能控制方法及應用研究

沐文存，周紅燕

（新疆石河子開發區天業化工有限責任公司，新疆 石河子 832000）

聚氯乙烯生產過程智能控制方法及應用研究

沐文存，周紅燕

（新疆石河子開發區天業化工有限責任公司，新疆 石河子 832000）

介紹了PVC生產過程控制的基本原理及傳統和現行DCS控制原理及策略，把前饋、串級控制系統和按計算指標控制的控制系統等涉及智能控制應用于PVC生產裝置的DCS集散控制系統中，為生產裝置正常運行、節能降耗、安全生產及提高產品質量方面起了決定作用。

PVC；過程控制；智能控制；應用；研究

近年來，智能控制技術取得了長足的進步，并在許多科學與工程領域中取得了廣泛的應用。

1 DCS控制的當前狀況與優勢

控制機理和控制策略的實施簡單易行，更利于執行，便于應用。現代規模的DCS系統與最初的DCS系統相比，在速度、可靠性等應用領域都取得了巨大的進步。在技術發展方面有以下特點：DCS系統硬件技術的運算速度、產品質量、產品規模等均大幅度提升，這使得其硬件的可靠性進一步提高，并在系統規模的擴充下不斷發展與擴大。同時，在功能領域也有了一定的擴展，在智能化領域也有了一定的涉足，這不僅僅局限于現場控制層，而且增加了更多的管理控制功能。現場總線的使用拓展了靈活的客戶與服務器構架，適合大規模系統的I/O支持離線仿真、在線下裝、數據回讀等功能，其有經濟性、易用性、延續性、實時性。PVC生產過程中，DCS控制系統已經相當普遍，大大提高了生產過程的檢測和控制水平，但是與國外先進水平相比，國內自動檢測和控制的質量并不高。將生產過程中控制方面的問題歸納，將新型控制技術與常規DCS控制相結合，形成各種改進的控制系統[1]。

2 應用背景及工藝概況

2.1 應用背景

新的DCS控制系統如西門子DCS控制系統、日本橫河CS系列DCS過程控制系統、浙大中控ECS系統DCS過程控制系統等，應用于離子膜生產、燒堿生產、聚氯乙烯生產中，對生產過程進行全自動控制。該系統具有開放的操作環境，性能高、穩定性強、控制效果好；配套軟件界面友好、開發靈活方便、便于維護、滿足生產工藝要求。

2.2 工藝概況

2.2.1 工藝過程

在聚氯乙烯生產自動化智能化控制過程中，PVC樹脂采用電石濕法發生的乙炔與氯化氫合成的氯乙烯經懸浮法聚合而制成。懸浮聚合工藝主要分為2個階段：第一階段為氯乙烯合成，乙炔氣、氯化氫氣在一定的溫度、壓力條件下，按一定比例連續送入轉化器中，在觸媒的作用下，自壓縮機的精氯乙烯進入全凝器冷凝液化，再經水分離器除水后進入低沸塔脫除低沸物，并由塔底進入高沸塔脫除高沸物，塔頂得到精氯乙烯氣體，經成品冷凝器冷凝后進入貯槽備用；第二階段為聚合反應，不同的溫度對應不同型號的產品，由于聚合過程的溫度具有非線性和難以控制的特點，其溫度控制存在一定的難度。每種樹脂溫度控制是以一定變量形式進行，在一定的反應情況下，如果控制不精確，可能會對產品產生巨大的影響，反應溫度波動的情況決定了一定情況下樹脂產品是否存在異常差別，所以聚合生產中溫度與壓力的控制是關鍵。

2.2.2 控制要點

PVC生產過程由4部分組成：聚合過程、汽提、干燥和包裝過程。各種所需要助劑及單體在攪拌作用下分散成微小液珠懸浮于水介質中，加入油性過氧化物引發劑，升溫至預定溫度，引發單體進行聚合反應。加入穩定劑終止反應，聚合釜出料至沉析槽，再倒料至汽提、干燥到包裝。控制要點主要包括：溫度、壓力、流量等參數，這些均是生產優質PVC樹脂的重要因素。

DCS控制算法的理論基礎是多變量DCS參數在有多種變量同時作用的情況下，將自校正的靈活性、適時性、可追溯性和經典DCS過程控制結構的簡化性結合，同時是一種基于對當前信息估計的簡單控制算法，其控制規律為工藝合理性、開放性、靈活性、安裝方便等。因此，完善后的DCS參數整定原理可以很方便地推廣到被控對象特性的辨識中，從而達到可靠的控制效果。

3 DCS參數自整定方法在PVC生產中的應用

現以橫河DCS集散控制系統為例進行介紹，DCS集散控制系統算法實施的硬件連接以現場的信號經過輸入卡件進入現場控制站，經過運算的控制信號顯示現場過程中的各種適時數據（如實時壓力、溫度、液位、濃度等）、提供人機交互界面、存儲歷史趨勢數據、打印報表等，再經過輸出卡件輸出到現場進行控制。工程師站（操作站）的作用是組態、編程、顯示操作工藝流程畫面、進行過程參數的收集和控制，實現生產過程的自動控制、優化、監視和報警等功能。許多企業在原有集散控制系統基礎可進行一系列的改進，并進行了生產過程智能控制系統，進一步提高了產品質量，加大了現場控制的優化手段，從而實現了生產過程的智能優化控制。盡管DCS集散控制系統算法功能塊種類繁多，但都可以在控制回路圖中，通過不同的連接進行運算，達到控制的目的。

4 智能控制及其在DCS控制中的應用

智能DCS控制把智能控制與常規DCS控制結合。特別是在多變量控制上，智能控制與DCS結合的控制方法應用非常廣泛。其對制定參數對象的選擇多取決于各種相關因素，如被控過程的動態性能、控制對象、控制目標、操作人員對過程的理解及操作要求均有差異等。常規DCS過程控制的傳統控制方法往往是技巧多于科學理論，對回路的制定環節相對較為繁瑣。基于上述情況，研究人員開始著手整定DCS過程控制的研發技術，隨著科學的進步，正日益取得較好的進展。特別是核電、火電、石油、化工等重要行業過程特性和操作條件的頻繁變化及異常分析，操作人員對回路整定方法理解程度的不同及操作的不熟練均可造成整定失誤，從而引起難以估計的重大損失。

5 結語

在現場操作中，操作人員和組態工程師往往根據經驗整定DCS參數值，并在實際運用時不斷摸索，以達到更好的效果。運用DCS智能控制算法是根據控制對象及控制機理的不同，采取不同的方案及不同參數予以調整。所以，其效果是非常合理且明顯的，并且有強有力的科學依據作基礎。實踐表明，DCS智能控制方法可以很好地實現，根據實際生產現場對象特性的變化，適時提示及報警參數，控制效果良好。從目前調試的控制回路及控制方案的合理性來看，生產正常有序，減輕了操作人員的勞動強度，節能降耗，保證了安全生產，提高了產品質量，具有巨大的使用價值和廣闊的市場潛力。

［1］Koivo H N， Tanttu J T.Tuning of DCS controllers：survey of SISO and MIMO techniques.In： Pre-prints of IFAC International Symp.on Intelligent Tun-ing and Adaptive Control， Session 1， Singapore， 1991.

Study on intelligent control method and application of PVC production process

MU Wen-cun，ZHOU Hong-yan

（Xinjiang Tianye Chemical Industry Co.Ltd.,Shihezi 832000，China）

Introduced the basic theory of PVC and conventional methods of production process control and its basic principle，and introduces the traditional and current DCS control principle and strategy，the feed forward cascade control system，and according to the index calculation control system involving the DCS distributed control system in the application of intelligent control device in PVC production，consumption the normal operation of production equipment，energy saving，safe production，played a decisive role in improving the quality of products.

PVC；process control；intelligent control；application；research

TM762

B

1009-1785(2017)10-0032-02

2017-07-21