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一、 工程概述
  XX石化聚丙烯裝置的設計能力為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。主要設備為8臺12立方米聚合釜和8臺閃蒸釜等輔助設備形成的一套間歇式生產裝置,每四小時每釜可投料出料一次,每釜可生產聚丙烯粉料3T左右。由于間歇聚丙烯生產過程中化學反應間歇過程的特性相當復雜,因此具有嚴重的非線性和時變特性。目前在有不少間歇工業生產時,仍采用手動或半自動操作,尤其是在反應期內,過程控制難度更大,這就要求控制策略適應各個時間段不同的特點。根據這個實際情況我們推薦配置了施耐德昆騰140PLC系統。
二、施耐德昆騰140PLC系統的特點
  昆騰140PLC系統的新華控制器XCU、通信網絡、現場I/O、HMI站、電源多層面冗余結構,可以確保在關鍵控制場合使用的可靠性。系統以其高可靠性的硬件設計、內嵌專業化的控制算法、開放式的結構和冗余的以太網通訊網絡,構成一個面向整個生產過程的過程控制系統。更適用于中大型生產過程控制的工程項目。
  昆騰140PLC系統運行OnXDC軟件包,包括HMI人機接口站人機界面可視化圖形組態軟件和圖形組態編程軟件。OnXDC具有強大的圖像生成、顯示功能和方便、直觀的組態方式。系統提供各種預定義的功能塊,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,所見即所得”,非常簡單、直觀。
  圖形組態編程軟件具有豐富的算法,符合IEC61131-3標準的應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系統基于Web的網絡操作功能,能通過網頁瀏覽器查詢和調用圖像,瀏覽窗口顯示實時信息和數據,實現文件和數據的遠程傳輸。
  昆騰140PLC系統的虛擬仿真技術,可在PC機上完成控制策略的組態與編程,并對控制策略進行全面真實的仿真。
三、XX石化聚丙烯裝置的工藝特點
  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節劑。液相丙烯經計量進入聚合釜,并將活化劑、催化劑和分子量調節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物料升溫升壓,這時釜內溫度及壓力上升。當溫度升至55℃以上、壓力在2.4 MPa左右時釜內開始反應,放出熱量。由于反應放出的熱量會加劇反應的進行,所以應及時停止加熱,打開循環冷卻水使釜內溫度或壓力按一定速度上升,當釜內溫度升至73℃左右、釜壓升到3.55 左右MPa左右時進行恒溫恒壓反應過程。隨著反應時間的延長,液相丙烯逐漸減少,聚丙烯顆粒的濃度增加。最后,釜內液相丙烯基本消失,釜內主要是聚丙烯固體顆粒和未反應的氣相丙烯,即達到所謂“干鍋”狀態,釜壓下降,此時認為反應結束。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
  結合工藝特點,該控制系統過程可分為3個階段。升溫升壓階段、過渡階段、恒溫恒壓階段。

圖二、反應釜的控制

  1.升溫升壓階段。目的就是要在適當的時間內,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,上升太慢影響產量,太快則可能使后期反應過于激烈,難以控制。
  所以一般都采用位式控制的方式。根據實際特點,在這個階段中,本系統分兩個階段來控制,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%逐漸關至50%,2.4-2.85時保持全關。這樣既縮短了升溫時間又使后期反應得到一定的緩解。
   2.過渡階段
  過渡階段是整個控制的難點,控制的目的就是要依據反應的強弱即壓力的變化來控制分程冷水閥及內冷控制閥,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過弱的情況,所以在設計模糊控制系統的同時,得考慮選用恰當的參數,使壓力在3.5Mpa之前時壓力能平穩的上升,也就是說,如何克服模糊控制的穩態誤差,經過探索,當壓力在[3.3,3.5]時,在速率的[-0.1,0.1]區間中引入三角sinX函數,對模糊系統的EC項進行修正,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驗,設計出智能的二維模糊控制器,輸入變為釜內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,實現快速平穩過渡。


 
 
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