關(guān)于聚氯乙烯生產(chǎn)過程控制的優(yōu)化

張建喜

摘要：對控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化主要從以下兩方面著手：一是對控制流程進(jìn)行優(yōu)化，二是對PID算法進(jìn)行改進(jìn)。通過將操作點(diǎn)進(jìn)行投自動(dòng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自控率和運(yùn)行穩(wěn)定性的提高，以改善裝置自動(dòng)控制效果；通過先進(jìn)控制思想實(shí)現(xiàn)對PID參數(shù)的整定和控制器形式的優(yōu)化，以加快相應(yīng)速度、增強(qiáng)抗干擾性、改善裝置平穩(wěn)效果。

關(guān)鍵詞：PID；聚氯乙烯；生產(chǎn)過程；控制優(yōu)化

前言：以某化工公司為例，聚氯乙烯的生產(chǎn)過程采用DCS控制，改造了部分裝置的自動(dòng)程序，但仍存在諸多問題，例如控制回路眾多且自動(dòng)化程度低，重復(fù)的人工操作，頻繁的裝置操作等。下文對聚氯乙烯生產(chǎn)過程控制的優(yōu)化進(jìn)行探討，以期解決聚氯乙烯工業(yè)生產(chǎn)存在的問題。

一、 控制流程優(yōu)化

聚氯乙烯的工業(yè)生產(chǎn)過程包括一系列的程序和流程，諸如混合脫水、廢酸解析、精餾等。本文以混合脫水和精餾的優(yōu)化為例，對聚氯乙烯生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化過程及方法進(jìn)行探索。

1、 混合脫水的優(yōu)化

工業(yè)生產(chǎn)聚氯乙烯的流程中，混合脫水工序大致如下：由V—2103來的混合氣體，經(jīng)過一級石墨和二級石墨冷卻器、酸霧過濾器、熱水和蒸汽預(yù)熱器等工序?qū)崿F(xiàn)脫水處理。脫水的過程受控制器TIC-2104調(diào)節(jié)閥的控制運(yùn)行溫度范圍影響較大。主要從以下兩個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化：（1）對PID參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，將TIC-2104處在可控制的范圍之內(nèi)，在混合脫水中，適當(dāng)提高TIC-2104的設(shè)定值，以實(shí)現(xiàn)對控制器TIC-2104充分利用。（2）將混脫設(shè)備放酸改為自控。增加一個(gè)液位調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)混合器、石墨冷卻器、除霧器中凝酸在新增積酸罐中的集中放置。利用積酸罐液位連鎖，將凝酸罐內(nèi)的廢酸排放至濃酸罐中。

2、 精餾的優(yōu)化

工業(yè)生產(chǎn)中聚氯乙烯的精餾流程工序大致如下：當(dāng)氯乙烯氣體液化為液體時(shí)，將液體送至低沸塔，通過一級精餾實(shí)現(xiàn)對低沸物，諸如乙炔、氧氣、氮?dú)獾鹊那宄賹⒔?jīng)過一級精餾的液體送至高沸塔進(jìn)行二級蒸餾，實(shí)現(xiàn)對高沸物諸如二氯乙烷的去除。經(jīng)過精餾之后，精氯乙烯氣體就會留在塔頂，成品冷凝器對其進(jìn)行冷凝之后將之送到一期單體貯罐或者二期球罐。通過以下措施進(jìn)行精餾的優(yōu)化：（1）尾冷切換自動(dòng)化。尾冷切換的微機(jī)操作系統(tǒng)中有3個(gè)氯乙烯的尾氣冷凝器，切換物料的過程中，要確保逐臺設(shè)備的平衡切換需要3個(gè)調(diào)節(jié)閥。物料切換的關(guān)斷需要4個(gè)兩位閥。在微機(jī)操作中實(shí)現(xiàn)對水切換，每臺尾氣冷凝器需要3個(gè)兩位閥、1個(gè)調(diào)節(jié)閥，才能切換不同溫度的水。調(diào)節(jié)閥可以對溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。在對尾冷切換自動(dòng)化進(jìn)行優(yōu)化后的流程中，氯乙烯物料切換的閥門數(shù)據(jù)和水切換的閥門數(shù)據(jù)都會發(fā)生相應(yīng)的變化，可以實(shí)現(xiàn)只對物料切換的微機(jī)操作。（2）精餾排水自動(dòng)化。將調(diào)節(jié)閥和遠(yuǎn)傳熱電偶增加在水分離器的排水管上，通過熱電偶和調(diào)節(jié)閥的連鎖，實(shí)現(xiàn)精餾排水的自動(dòng)化。

二、技術(shù)路線

控制系統(tǒng)的硬件采用的是CEN-TUMCS3000系統(tǒng)，該系統(tǒng)是由YOKOGAWA公司研發(fā)推廣的。該系統(tǒng)具有DCS系統(tǒng)即集散控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)可靠的控制。該系統(tǒng)采用了雙網(wǎng)控制，雙網(wǎng)即V-net網(wǎng)和Ether-net網(wǎng)，該系統(tǒng)對于V-net網(wǎng)采用的控制方式是冗余控制。

該系統(tǒng)選擇內(nèi)模控制和預(yù)測控制相結(jié)合的算法，并實(shí)現(xiàn)了和PID的結(jié)合，對PID控制器形式的優(yōu)化主要是采用內(nèi)模-PID技術(shù)和預(yù)測-PID技術(shù)。

現(xiàn)行的PID控制方案采用單一的PID控制形式，而不考慮各種因素的影響，諸如壓力、液位、流量和溫度，也不考慮加熱爐或者分餾塔的具體特點(diǎn)，因而實(shí)際的控制效果并不理想。新方案在選用PID控制形式時(shí)，考慮到了不同對象的具體特點(diǎn)，因而實(shí)現(xiàn)了較好的控制效果。例如可以采用如下的PID形式調(diào)節(jié)流量：

通過這種形式調(diào)節(jié)流量，濾除了流量調(diào)節(jié)閥對流量抖動(dòng)的干擾，能實(shí)現(xiàn)對控制效果的改善。通過在DCS上調(diào)整組態(tài)能實(shí)現(xiàn)對PID控制形式的改變。

三、PID參數(shù)整定

隨著技術(shù)的發(fā)展，APC技術(shù)即先進(jìn)控制技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，各種APC算法應(yīng)運(yùn)而生。諸如廣義預(yù)測控制法、模型算法控制、動(dòng)態(tài)矩陣控制法以及預(yù)測函數(shù)控制法等。同時(shí)，各種軟件產(chǎn)品諸如SIMC、PMPCT、DMCPlus等相伴而生。運(yùn)用這些算法和軟件，能提高生產(chǎn)過程的可靠性和安全性，能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效益的提高。但是對這些算法和軟件的運(yùn)用有賴于精確的數(shù)學(xué)模型。但是在聚氯乙烯的工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際中，常常很難獲得精確的數(shù)學(xué)模型，加上對象的特性時(shí)刻處于變化之中，導(dǎo)致使用效果不理想。

通過采用先進(jìn)控制思想實(shí)現(xiàn)對PID控制器的參數(shù)和形式的優(yōu)化，不僅實(shí)現(xiàn)了對PID魯棒性的保留，而且增強(qiáng)了先進(jìn)控制的優(yōu)勢。當(dāng)前實(shí)施先進(jìn)控制的形式如圖2所示：

圖2 當(dāng)前實(shí)施先進(jìn)控制的形式

圖2左上顯示的是常規(guī)的PID控制形式，圖2右上和左下顯示的是實(shí)施先進(jìn)控制的形式。圖2右下顯示的是PID和先進(jìn)控制相結(jié)合的具體實(shí)現(xiàn)情況。

如下公式表示了普通PID和內(nèi)模先進(jìn)控制之間的關(guān)系：

這樣可以將PID控制器C由內(nèi)模控制Gc推導(dǎo)出，從而得到PID參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對內(nèi)模-PID的優(yōu)化。

結(jié)語

對聚氯乙烯生產(chǎn)過程控制的優(yōu)化，要優(yōu)化PID算法和系統(tǒng)的控制流程，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)化聚氯乙烯裝置控制系統(tǒng)的目的。提高系統(tǒng)自控率和運(yùn)行穩(wěn)定性，要將操作點(diǎn)進(jìn)行投自動(dòng)，整定PID參數(shù)和優(yōu)化控制器形式，要采用先進(jìn)控制思想。

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