一、概述： 不銹鋼高壓反應(yīng)釜具有加熱迅速、耐高溫、耐腐蝕、衛(wèi)生、無環(huán)境污染、勿需鍋爐自動加溫，使用方便等特點。廣泛應(yīng)用于石油、化工、橡膠、農(nóng)藥、染料、醫(yī)藥、食品、用來完成硫化、硝化、氫化、烴化、聚合、縮合等工藝過程，是以參加反應(yīng)物質(zhì)的充分混合為前提，對于加熱、冷卻、和液體萃取以及氣體吸收等物理變化過程均需要采用攪拌裝置才能得到到好的效果。 目前聚合物生產(chǎn)中的聚合反應(yīng)主要是在間歇式反應(yīng)釜中進行的。聚合反應(yīng)釜是一種常用的化學(xué)反應(yīng)容器，其內(nèi)部反應(yīng)機理較為復(fù)雜，系統(tǒng)具有較大的時變性、非線性和時滯性，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型。而反應(yīng)溫度是影響聚合反應(yīng)最重要的參數(shù)之一，研究聚合反應(yīng)溫度的相關(guān)控制方法，以提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，對化工生產(chǎn)具有十分重要的意義。 大連通產(chǎn)高壓釜容器制造公司采用宇電708PE5I4K1S4控制高壓反應(yīng)釜溫度達到了控制要求。實現(xiàn)高壓反應(yīng)釜溫度、壓力、流量等參數(shù)的測量與控制。對于溫度控制，采用模糊PID控制算法。 二、控制系統(tǒng)組建： 在化學(xué)反應(yīng)釜控制系統(tǒng)采用AI智能模糊控制算法,使反應(yīng)釜的溫度獲得最佳控制效果，由1臺上位微機進行管理,實現(xiàn)了控制自動化,管理現(xiàn)代化,提高了產(chǎn)品的質(zhì)量,節(jié)能效果明顯，反應(yīng)釜的反應(yīng)過程進行監(jiān)控，時性好，組態(tài)軟件設(shè)計界面監(jiān)控反應(yīng)釜組態(tài)靈活、方便. 實現(xiàn)單臺反應(yīng)釜或多臺反應(yīng)釜組合PC控制的要求。即組合2臺、3臺...及任意多臺任意型號的反應(yīng)釜，實現(xiàn)PC控制和數(shù)據(jù)在線采集。提供您完整的自控技術(shù)方案。使得生產(chǎn)的反應(yīng)釜性能上更安全、使用時更方便。不盡大大減輕反應(yīng)釜使用者的勞動強度，更重要的是極大的提供了反應(yīng)釜的安全使用性能。該監(jiān)控系統(tǒng)分為三層：現(xiàn)場儀表層（下位機控制站）通過RS485通訊總線上傳，上位機計算機操作站由工控機組建，AIFCSV9.0組態(tài)軟件經(jīng)過二次開發(fā)和后臺數(shù)據(jù)庫組成，完成整個生產(chǎn)系統(tǒng)的信息監(jiān)控。該監(jiān)控系統(tǒng)具有良好的人機界面、操作簡單方便，同時它也具有較好的可靠性、穩(wěn)定性和易擴展性，不僅能夠直觀、形象地反映現(xiàn)場的實際工況，而且為不同控制方案、不同控制算法的研究提供了軟件開發(fā)平臺。監(jiān)控系統(tǒng)通過工業(yè)以太網(wǎng)進行信息共享。 三、控制要求： 高壓反應(yīng)釜要完成物料的反應(yīng)和乳化、加料和取樣、蒸餾和結(jié)晶等操作，加熱和冷卻及制冷、攪拌和混合、物料酸堿度控制，每天24小時連續(xù)運行，并可配超溫、超pH、定時報警裝置，特別適用于對溫度和pH要求嚴格的合成反應(yīng)。 設(shè)備組合： 1、反應(yīng)釜：單/雙夾套式反應(yīng)器系統(tǒng)，含攪拌系統(tǒng)，配置不銹鋼換熱盤管，反應(yīng)器蓋，帶恒壓手動加料漏斗，回流冷凝管，帶真空泵接口，溫度檢測套管（可插玻璃溫度計或熱電偶式溫度傳感器），進料/取樣口，酸堿度/濁度/在線光譜檢測口，底部無死角PTFE卸料閥，配置為法蘭連接。按要求可配材質(zhì)為316不銹鋼或哈氏合金C或B的合金釜蓋。 反應(yīng)釜及攪拌裝置高度可調(diào)，測溫探頭深度可調(diào)，加料管插入液面深度可調(diào)。PTFE包裹的錨式攪拌槳，高效密封超強耐腐蝕。底部手動卸料/取樣。 2、攪拌：直流無刷攪拌電機和調(diào)速器，顯示瞬時轉(zhuǎn)速，無級調(diào)速，大力矩寬調(diào)速，轉(zhuǎn)速精確控制，可進行攪拌定時。 3、 pH監(jiān)控：電子pH監(jiān)測控制器，帶1套在線pH檢測器和電極和2套蠕動泵。 4、 溫度監(jiān)控：恒溫循環(huán)油槽及油溫自動水流調(diào)控系統(tǒng)（外置式熱電偶式溫度傳感器，導(dǎo)熱油/甲基硅油/合成矽油/壓縮機油循環(huán)，溫度范圍：-80℃～+300℃內(nèi)可選擇，均帶有所選溫度范圍內(nèi)的升溫和降溫裝置），可采取溫度補償和直接控制方式進行反應(yīng)器內(nèi)溫度控制。 加熱方式：采用30KW插入型貯罐電加熱器。 加熱原件采用防爆電加熱棒。它是用特殊的高溫絕緣件為骨架，以鎳鉻絲為發(fā)熱元件，用碳鋼或不銹鋼為護套。產(chǎn)品具有表面熱負荷低、使用壽命長、安全可靠、高效節(jié)能。加熱元件為撓性結(jié)構(gòu)，可作撓性彎曲，更換元件時儲罐不需排空。電加熱器用于油田、煉油廠、化工廠、油庫及各行業(yè)罐體、槽池、貯氣容器內(nèi)介質(zhì)的防凍、防凝、保溫、降粘和減阻。取代罐體內(nèi)傳統(tǒng)的蒸汽盤管、熱水盤管以及電熱管加熱方式，解決了傳統(tǒng)加熱方法的能耗大、維修困難、事故率高等問題它具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、發(fā)熱均勻、加熱速度快、熱效率高（可達95%以上）、工作可靠、使用壽命長等特點。 電熱棒的結(jié)構(gòu) 1、碳鋼或不銹鋼為護套 2、鎳鉻絲為發(fā)熱元件3、接口法蘭 4、防爆接線盒 5、電源電纜進口 6、信號線出口 電熱棒 四、儀表選型、參數(shù)表、調(diào)試方式 ①儀表選型： 釜內(nèi)溫度控制：AI-708PE5I4K1L1L1S4型 儀表功能：708P程序升溫、I4傳感器二線制4～20mA輸入、K1過零觸發(fā)可控硅、L1超溫報警、S4有通訊功能； 釜外溫度測量：AI-701E5I4L1L1S型 儀表功能：701測量顯示、I4傳感器二線制4～20mA輸入、L1超溫報警、S4有通訊功能、 釜內(nèi)壓力控制：AI-708E5I4L4S型； 儀表功能：708控制壓力、I4傳感器二線制4～20mA輸入、L4控制超壓保護打開卸壓閥、L1超壓報警、S4有通訊功能； ②參數(shù)設(shè)置： AI-708PE5I4K1L1L1S4型 ③調(diào)試方式 溫度程序控制儀表AI-708PE5K1L1L1S4增強型智能調(diào)節(jié)器 ，單向過零觸發(fā)控制。 程序設(shè)置： 程序曲線的編排；程序調(diào)節(jié)器可用于按一定時間規(guī)律：溫度－時間－溫度－時間的格式來程序升溫，自動改變給定值進行控制的場合。具有50段程序編程功能，可設(shè)置任意大小的給定值升、降斜率；具有跳轉(zhuǎn)（目標段只限于前30段）、運行、暫停及停止等可編程/可操作命令，可在程序控制運行中修改程序；具有二路事件輸出功能?？赏ㄟ^報警輸出控制其他設(shè)備聯(lián)鎖動作，進一步提高設(shè)備自動化能力；具有停電處理模式、測量值啟動功能及準備功能，使程序執(zhí)行更有效率及更完善。 自動自整定功能： 系統(tǒng)在不同給定值下整定得出的參數(shù)值不完全相同，執(zhí)行自整定功能前，應(yīng)先將給定值設(shè)置在最常用值或是中間值上，把AI-708P程序型儀表第一段設(shè)置為常用溫度或最高溫度，可通過修改當前程序段值來改變給定值以滿足要求。如果系統(tǒng)是保溫性能好的電爐，給定值應(yīng)設(shè)置在系統(tǒng)使用的最大值上，再執(zhí)行啟動自整定的操作功能。由于自整定執(zhí)行時采用位式調(diào)節(jié)，經(jīng)2～3次振蕩后，儀表內(nèi)部微處理器根據(jù)位式控制產(chǎn)生的振蕩，分析其周期、幅度及波型來自動計算出M 5、P、t等控制參數(shù)。 參數(shù)CtI（控制周期）及dF（回差）的設(shè)置，對自整定過程也有影響，一般來說，這2個參數(shù)的設(shè)定值越小，理論上自整定參數(shù)準確度越高。但dF值如果過小，則儀表可能因輸入波動而在給定值附近引起位式調(diào)節(jié)的誤動作，這樣反而可能整定出徹底錯誤的參數(shù)。推薦CtI=0-2，dF=2.0。此外，基于需要學(xué)習(xí)的原因，自整定結(jié)束后初次使用，控制效果可能不是最佳，需要使用一段時間（一般與自整定需要的時間相同）后方可獲得最佳效果。 AI儀表的自整定功能具備較高的準確度，可滿足超過90%用戶的使用要求，但由于自動控制對象的復(fù)雜性，對于一些特殊應(yīng)用場合，自整定出的參數(shù)可能并不是最佳值，所以也可能需要人工調(diào)整MPT參數(shù)。 目前AI儀表自整定采用的是AI人工智能調(diào)節(jié)算法是采用模糊規(guī)則進行PID調(diào)節(jié)的一種新型算法，在誤差大時，運用模糊算法調(diào)節(jié)，以消除PID飽和積分現(xiàn)象，當誤差趨小時，采用改進后的PID算法進行調(diào)節(jié)，并能在調(diào)節(jié)中自動學(xué)習(xí)和記憶被控對象的部分特征以使效果最優(yōu)化。具有無超調(diào)、高精度、參數(shù)確定簡單、對復(fù)雜對象也能獲得較好的控制效果等特點。在使用過程中AI調(diào)節(jié)器 結(jié)合PID調(diào)節(jié)、自學(xué)習(xí)及模糊控制技術(shù)，實現(xiàn)了自整定/自適應(yīng)功能及無欠調(diào)的精確調(diào)節(jié)，性能遠優(yōu)于傳統(tǒng)PID調(diào)節(jié)器。 當曲線擬合出現(xiàn)PV值跟不上程序設(shè)定曲線SV值時，可采用曲線擬合技術(shù)：曲線擬合是AI-708P/808P型儀表采用的一種控制技術(shù)，由于控制對象通常具有時間滯后的特點，所以儀表對線性升、降溫及恒溫曲線在折點處自動平滑化，平滑程度與系統(tǒng)的滯后時間參數(shù)t有關(guān)，t越大，則平滑程度也越大，反之越小?？刂茖ο蟮臏髸r間（如熱慣性）越小，則程序控制效果越好。按曲線擬合方式處理程序曲線，可以避免出現(xiàn)超調(diào)現(xiàn)象。注意：曲線擬和的特性使程序控制在線性程序升溫時產(chǎn)生固定的負偏差，在線性降溫時產(chǎn)生固定的正偏差，該偏差值大小與滯后時間（t）和升（降）溫速率成正比。這是正常的現(xiàn)象。 儀表的程序設(shè)置操作請閱讀說明書。 五、計算機監(jiān)控 應(yīng)用宇電AIFCSV9.0組態(tài)軟件經(jīng)過二次開發(fā)和后臺數(shù)據(jù)庫組成，完成整個生產(chǎn)系統(tǒng)的信息監(jiān)控。采用了RS485總線技術(shù)，由于RS485總線技術(shù)具有良好的實時性、可靠性、抗干擾能力及檢錯能力，所以在一些條件比較苛刻的場合里廣泛應(yīng)用。通過串口實現(xiàn)整個系統(tǒng)運行監(jiān)控，其畫面包含：現(xiàn)場模擬圖、設(shè)備運行狀態(tài)指示、溫度壓力顯示、各種參數(shù)設(shè)置、變頻調(diào)節(jié)、實時溫度曲線圖、設(shè)定溫度曲線圖以及報警信息。 在系統(tǒng)中由于AI系列儀表的出色性能，宇電又開發(fā)出基于AI儀表并具備現(xiàn)場總線特性的AIFCSV9.0計算機監(jiān)控系統(tǒng)。AI儀表相當于現(xiàn)場總線系統(tǒng)中的各個控制單元，利用RS485作為現(xiàn)場通訊總線，采用宇電自行開發(fā)的AIBUS通訊協(xié)議，可在上位機上實現(xiàn)100%儀表功能操作如實時讀取測量值、給定值、設(shè)置參數(shù)、自動/手動無擾動切換、調(diào)整手動輸出值、啟動/運行/停止程序，并具備開關(guān)量輸入/輸出操作能力。由于自己掌握100%知識產(chǎn)權(quán)，又是開放式結(jié)構(gòu)，所以系統(tǒng)價格非常低廉，具有極高的性能/價格比。 采用AIBUS協(xié)議的AI儀表在9600波特率下能在40ms內(nèi)向上位機傳送4個重要數(shù)據(jù)，比采用MODBUS協(xié)議的進口儀表速度高3-10倍以上，因此即使采用廉價的RS485通訊，AIFCS也具備如DCS或FF、PROFIDBUS等高價現(xiàn)場總線系統(tǒng)同等的使用效果，并可以組建大型系統(tǒng)，而不象通常進口儀表那樣只能應(yīng)用于小型系統(tǒng)。RS485不僅價格低，還具備布線簡單、對通訊線要求低及通訊距離長等優(yōu)點。 　 整個系統(tǒng)分為管理層、操作站和工業(yè)現(xiàn)場3個層級,也可只分操作站和工業(yè)現(xiàn)場兩個層級。 管理層可提供工廠領(lǐng)導(dǎo)瀏覽現(xiàn)場實時工況畫面，也可進行如使用權(quán)限、系統(tǒng)配置等高級設(shè)置；操作站供儀表班組和技術(shù)人員進行計算機實時監(jiān)控；萬一計算機系統(tǒng)發(fā)生故障時，儀表操作人員可依傳統(tǒng)儀表使用方法直接操作儀表；工業(yè)現(xiàn)場提供各種控制信號，如模擬量輸入/輸出和開關(guān)量輸入/輸出至儀表。 （1）信息顯示畫面 在流程圖上可根據(jù)現(xiàn)場的要求添加工業(yè)現(xiàn)場的量程圖片。儀表顯示畫面主要顯示在反應(yīng)釜當前運行狀態(tài)信息值，如當前溫度、壓力、等參數(shù)在流程圖、實時趨勢圖或儀表畫面上：點擊【儀表顯示框】出現(xiàn)操作平臺：可看到該AI儀表定義控制設(shè)備的名稱，位號、儀表型號，地址，量程上限，量限下限，測量單位，此時AI儀表的所有顯示參數(shù)與控制按紐都體現(xiàn)在該平臺上。 流程圖2 （2）實時報警處理畫面 對系統(tǒng)實時采集的數(shù)據(jù)進行判斷，當符合報警條件后，屏幕將彈出閃爍的醒目報警信號，具有畫面報警和聲音報警功能。實時檢測被測窯爐參數(shù)以及系統(tǒng)電源等故障異常報警?？梢詫Τ绦蜻\行中發(fā)生的事件進行記錄。具體在監(jiān)控程序中可以設(shè)置所記錄事件的類型，起止時間，對應(yīng)的動作等。 （3）量程設(shè)置、程序設(shè)置畫面 具有一定權(quán)限的用戶可以用密碼登錄后，對所測量的參數(shù)進行量程的設(shè)定，這樣可以對因各種不可預(yù)知的外界因素產(chǎn)生的測量誤差進行細微校正，保證所測量數(shù)據(jù)的有效性和真實性。此軟件適合各種工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用。對有升降溫控制的窯爐，使用AI-708P儀表所有的參數(shù)可設(shè)定，可編排程序，查看編排程序的走向，保存多條程序曲線，實現(xiàn)上傳、下傳，在線修改程序設(shè)置曲線，設(shè)置多條控溫程序保存在軟件系統(tǒng)內(nèi)。修改【上限絕對值報警值HAL】在對話框里填寫參數(shù)，點擊“確定”參數(shù)就下傳到現(xiàn)場AI儀表溫度調(diào)節(jié)器； （4）報表打印畫面 選擇報表名稱、設(shè)置查詢時間范圍的打印時間段，選擇查詢間隔等，生成報表，隨時打印，還可選擇數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能按Excel類型報表導(dǎo)出。各類報表可導(dǎo)出到軟件外以Microsoft Excel文檔或瀏覽器的形式保存。報表查詢：輸入起始與結(jié)束時間段查詢歷史數(shù)據(jù)；采樣有1；3；5；15；30；60分鐘可選擇報表。 （5）實時數(shù)據(jù)曲線畫面 監(jiān)視反應(yīng)釜有關(guān)參數(shù)的變化趨勢曲線，從而可以了解反應(yīng)釜在一段時間的運行狀況。工業(yè)現(xiàn)場溫度控制器采集測量值，編輯實時曲線，可同時顯示8條實時曲線，用顏色來區(qū)別。曲線顯示可選百分比與實時曲線2種圖。也可屏蔽其他曲線，顯示單條曲線。呈現(xiàn)的實時數(shù)據(jù)，并存入系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)庫，以便日后數(shù)據(jù)查詢等使用。 （6）歷史趨勢畫面 功能與實時數(shù)據(jù)曲線類似，只是它顯示的是過去一段時間設(shè)備的運行參數(shù)值。選中歷史曲線組別，設(shè)置查詢時間范圍，顯示的是單條或顯示全部曲線，點擊查詢。在歷史曲線上可寫入備忘錄，可寫入59個字。直接打印在歷史曲線上?？捎羞x擇1條或多條來打印歷史曲線。 （7）運行記錄畫面 記錄軟件運行中操作對應(yīng)的動作記錄備案。如：登陸系統(tǒng)、退出系統(tǒng)、打印曲線名稱、修改參數(shù)等。選擇時間段可查詢某段時間的記錄運行情況。 （8）用戶管理畫面 可以允許不同權(quán)限的用戶登陸，登陸后，可進行相關(guān)的操作。同時還可以允許用戶注銷自己的身份，這樣既可實現(xiàn)靈活，方便的應(yīng)用，又能保證系統(tǒng)的安全性。 （9）巡檢報告畫面 用戶根據(jù)反應(yīng)釜的運行情況，隨時巡檢反應(yīng)釜并記錄運行情況，生成報告。可用于下達工作計劃、留言備忘、可隨時添加。 五、結(jié)論 經(jīng)過實際生產(chǎn)使用證明，使用該反應(yīng)釜控制系統(tǒng)控溫精確，整個控制系統(tǒng)具有很大的擴展性和可維護性，在工作環(huán)境改變時，可靈活增添或減少設(shè)備。不用考慮其他事項，這對于系統(tǒng)的不斷完善和升級換代奠定了很好的基礎(chǔ)。使它的實時性、靈活性、組網(wǎng)方便性以及可維護性獲得很好的保證。在一定程度上簡化程序設(shè)計的工作量。是對傳統(tǒng)化工反應(yīng)器的一次革命性創(chuàng)新，將在化工生產(chǎn)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。