带搅拌釜式反应器的先进控制系统.pdf

过程控制
石油化
AUTOMATION IN PETRO-CHEMICAL INDUSTRY
溪初
带搅拌釜式反应器的
GUOCHENGKONGZH
先进控制系统
董立新,陈程,吴海平,高杰,凌志浩,顾幸生
华东理工大学自动化系,上海200237)
摘要:采用多功能过程和实验系统(MPCE)仿真带攬拌爸式反应器(CSTR),对其中的连续搅拌反应过程,采用PCS7控
制器和组态软件进行工程控制。实现了进料流量的变比值控制、液位的串级控制、升温阶段的模糊分层控制、恒温阶段的压力
补偿控制以及反应総压力的安全控制。整个开车过程采用顺序控制全自动完成,运行结果表明,该方案安全可靠,控制效果和
可行性较好
关键词:带搅拌釜式反应器:模糊控制;压力补偿;先进控制
中图分类号:TP273
文献标识码
文章编号:1007-7324(2008)05-0032-04
The Advanced Control System of CSTR
Dong Lixin, Chen Cheng, Wu Haiping, Gao Jie, Ling Zhihao, Gu Xingsheng
Automation Depart. East China Uni. of Sci. and Tech, Shanghai, 200237, hina)
Abstract: For the continuous stirred tank reactor of multifunction process and control system, the
control system is realized by PCS7 controller and software. Control scheme contained variational ratio
control of flow, cascade control of level, fuzzy control and pressure compensation control of temperature
and safety control of pressure. The start-up process is realized automatically by sequence control. The
result indicates that the control effect, security and feasibility are very well
Keywords: continuous stirred tank reactor(CSTR); fuzzy control; pressure compensation; advanced
contro」
引言
了全自动化开车过程。
多功能过程和实验系统(MPCE)是一套采用半2CSTR工艺流程
实物模拟新技术的仿真实验装置,系统能够组成
所选被控对象为过程工.业常见的带搅拌釜式
各种工艺过程对象,例如:连续反应过程工艺对象、反应器(CSTR)系统,属于连续反应过程。反应过
间歇反应过程工艺对象、热质交换工艺对象、全流程程为反应物A与反应物B在催化剂C的作用下发
系统工艺对象等,可以进行多种控制系统的实验与研生反应,生成产物D。反应初期用热水诱发,当反
究。此外,该装置还提供了标准接口,可以实时接收应开始后由冷却水通过蛇管与夹套进行冷却。其
和输出过程数值,与其他控制系统进行数据交换,共工艺流程如图1所示。
同构建高级复杂的过程控制以及各种故障诊断实验。
图1中反应过程主要有三股连续进料。第一
文中利用MPCE实验装置构建的连续搅拌反
反股是反应物A,F1为进料流量,V是进料阀;第二
应过程(CSTR)进行控制方案的设计和实现,控制
股是反应物B,F。为进料流量,V。是进料阀;第
股是催化剂液,F6为催化剂进料流量,V。是催化
系统选用 Siemens的PCS7BOX控制器及PCS7剂进料阀。
V6.1编程组态软件。在此基础上,完成了进料流
量的变比值控制、液位的串级控制、升温阶段的模
收稿目期:2008-06~25。
糊分程控制恒温阶段的压力补偿控制以及反应釜
基金项目:上海市重点学科建设项目资助(B504);国家自然
压力安全控制,最后实现了全自动化的稳步开年过科学基金资助(60774078)。
程。运行结果表明,该方案控制安全性和可行性较
作者简介:董立新,男,华东理工大学信息学院讲师,主要从事
好,而且.整个开车过程由顺控自动完成,真正实现智能控制、故障检测与诊断的研究
第5期
立新等.带搅拌釜式反应器的先进控制系统
图2所示,PCS7BOX单机就可以实现工程师站和
A进料
S
B进料
操作员站的功能,同时它还集成硬件控制器,只需
F
通过 Profibus-DP就可以实现与ET200M的通
C进料
信,大大简化了上层网络,使网络结构变得简洁,
清晰
一热水
D,出口
Os
工业以太
仿真系统
ES/OS/AS.?
PCS7 BOX
反应物料出门
冷水夹套蛇管
入口出口出口
区
MOMI/om] O
图1CSTR系统工艺流程
反应器内主产物D质量分数为A,反应温度
为T,液位为L4。反应器出口浆液流量为F。,由
图2控制系统网络结构
出口阀V。控制其流量。出口泵及出口泵开关为4CSTR系统控制策略
S5。反应器出口为混合液,由产物D与未反应的
4.1进料流量控制方案
A,B以及催化剂C组成。
根据三股物料的特性不同以及工艺的要求,分
反应器设置两类冷却装置。第一类为夹套冷
别采用了不同的比值控制方式。对于物料A和B
却,冷却水入流量为F8,由阕V8控制流量。第
构成了串级变比值控制系统,而催化剂C和物料B
二类为蛇管冷却,冷却水入口流量为F,由网V构成了简单的双闭环的定比值控制系统。具体的
控制流量。此外,在反应初期,需要由反应器夹套控制系统如图3所示2,。
加热热水来触发反应。该热水由开关阀S引人。
反应器搅拌电机开关为S。
B流量控制、B流量
控制器∏阀对象
其中主要的工艺条件为:反应器共有三股连
B流量测量变送
续进料,需要保证三股物料以一定比例进料(A
B:C=1:2.11:0.12);控制液位处于85%,以获
C流量控制C流量
控制器阀1对象
得较大的反应停留时间,保证反应充分进行;通过
C流量测量变送
调剂冷却水阀的开度使升温速率保持在0.1℃/s
左右;系统稳定后的反应温度为(70士1.0)℃。
压力
A流量凵」控制A流量」压力
控制器
控制器?阀对象?対象
反应器耐压约2.5MPa,为了安全,要求反应
∧流量测量变送
器在系统开、停车全过程中压力不超过1.5MPa,
压力测量变送
反应器压力报警上限组态值为1.2MPa。
3CSTR系统硬件设计
图3变比值控制系统框图
SIMATIC PCS7BOX在1台紧湊设计的工
生产上维持流量比恒定往往不是控制的最终
控机中整合了一套DCS的所有组件,诸