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1、高抗冲聚苯乙烯中间试验装置 中应用 电加热和电保温控制方案。 被控制对象是具有纯滞后时间长、 热惯性大的特点。由增韧溶胶、引发预聚、聚合反应、挤出造粒和导热油加热循环系 统等组成。 聚合又分为塔式聚合和静态聚合，分别模拟二类不同的聚合反应过 程。 目的是开发高抗冲聚苯乙烯新牌号的工艺流程和提供工业化装置设计和操作用的基础数据等 聚合反应温度控制的重要性 苯乙烯聚合的引发预聚反应是一个吸热过程,进入 聚合反应后,会释放出大量聚合热,又因聚合分子量 增加,粘度增大,传热效率会降低。所以在整个聚合 反应过程中先要预热引发,然后要及时撒热和恒温 。 聚合反应温度对于产品质量影响巨大。温度过 高将导致所
2、生成的聚合物分子量降低，影响熔融 指数,使产品机械强度下降;而温度过低又会使聚合 时间过长，无法发挥装置的生产能力.工艺要求设 定温度的波动范围在1以内。聚合反应温度用导热油来控制聚合反应温度,是由聚合反应器夹套内的导热油来 完成预热或撤热恒温的。导热油来自于导热油罐 ,采用双缸式计量泵进行恒流量循环.油温靠导热 油罐夹套内的远红外电加热元件来加热恒温。温度控制对象的特性 本装置的聚合反应温度对象由聚合反应器 和导热油罐组成,共有八套。被控温度对象 具有纯滞后加一阶惯性特性。从测试数据 表明纯滞后时间与电加热功率有关:电加热 功率大时,纯滞后时间较短;电加热功率小时, 纯滞后时间较长,最长为1
3、0分钟左右。也就 是说,当电加热功率增加或减少时,导热油温 度的变化最长可能要经过10分后才能被导 热油罐上的铠装热电偶检测到,可见温度滞 后现象是非常明显的。温度控制对象的特性 导热油的降温正常情况下是靠自然散热。 因导热油罐夹套外有保温层,故散热缓慢.根 据测试知道:当导热油温度为50,环境温度 为23时,导热油温度降温速度仅为10/小 时左右。因此导热油在预热升温过程中,不 能有温度超调量出现,否则使用人工加入泠 油的办法来降温是很费时和耗能的。续 导热油循环管道电保温对象由循环管道和 外缠电热带组成,设计上分成45段。由于管 道保温段的长短不一,所以每段保温对象的 纯滞后时间也各不相同
4、。 PID采样控制的应用 采样控制不需要预先己知对象的数学模型,其控制思想是 用“调一下,等着瞧”的方法,对具有纯滞后特性的温控对象 较为有效。 它是靠采样开关来实现的,在每个采样周期内进行一次采 样控制,其输出变化是断续的:在采样时间内,采样开关闭合, 则按PID控制规律输出变化(“调一下”);当采样时间结束,采 样开关断开以后,则采用使输入偏差为零或零阶保持器技 术,使控制输出保持不变(“等着瞧”)。 采样周期一定要大于对象的纯滞后时间,采样控制才能充 分发挥其控制作用。若设定的采样时间等于采样周期时, 则采样控制的输出特性与一般PID连续调节输出特性相一 致。固态继电器在电加热控制中的应
5、用 在温度电加热控制中,目前广泛使用交流固态继电 器（SSR）作为执行机构，它集可控硅和传统继 电器的功能于一体，实现无触点化，其可靠性和 安全性大大提高。 它是一种四端有源器件，其中两端为输入控制 端，另外两端为输出受控端，输入与输出端之间 用光电隔离。当输入控制端加上15伏的直流电 压信号时，输出受控端就能从开路变成导通状态. 适用于温度控制或需要频繁开关的场合。为减少 高次谐波的干扰,污染电网,采用过零触发Z型交流 固态继电器 交流固态继电器与电加热元件工作原理导热油循环管道电保温的PID采样控 制方案 控制回路的方块图如图所示,共设有45个控 制回路聚合反应温度的PID采样控制方案 具
6、有二个测温点自动选择的温度采样控制方块图共设有8个控制回 大纯滞后温度控制方案的实施 仪表方案 二个仪表柜+53台温度调节器+切换开关 +二个电气柜大纯滞后温度控制方案的实施 DCS方案 两个操作站(OCS1和OCS2),能同时对整个装置的运行进 行监控和管理,互为备用。其中一台兼工程师站。并设激 光打印机一台,用于试验报表和警报信息的打印。 控制站（FCS1）通过双层冗余过程控制网SCnet连 接两个操作站,内部有1个冗余电源箱机笼。 利用控制站内部冗余网SBUS连接6个I/O机笼。 系统I/O点数:模拟量输入（AI）285点;模拟量输出（AO） 25点;开关量输入（DI）65点;开关量输出
7、（DO）108点。采用浙江中控JX-300X控制系统大纯滞后温度控制在DCS的实施 利用JX300X系统提供的编程语言SCX和自定义 PID控制回路,在工程师站上完成采样控制程序的 编程和自定义控制回路的组态等，经编译调试后 ，下载到控制站，从而构成导热油的温度自定义 PID采样控制回路。 设计中共使用了从bsc(0)bsc(52)共45+8=53 个 自定义PID控制回路,循环调用采样控制程序完成 各项任务。 采样控制程序由循环计数(053);程序和回路设 定参数赋值;PID采样控制;PID输出/保持切换;触发 脉冲的占空比的转换输出和导热油测温点自动选 择等几大部分组成。自定义PID采样控
8、制的框图某一采样周期内的采样控制的框图 :只有在采样周期等于或大于纯滞后时间下, 程序才能向下进行 .采样控制程序是靠采样定时器进行计时 :当小于采样时间时,采样开关闭合, 采样控制根据偏差进行PID运算, 使输出变化; 当等于或大于采样时间时,采样开关断 ,采样控制程序使输入偏差为零, 即使设定值等于测量值,则采样控制输出保持不变; 当采样定时器计时等于采样周期时, 一个采样控制周期结束.固态继电器触发脉冲占空比的转换 为将自定义PID控制回路输出的模拟信号 AO的MV值,转换成不同宽度的正脉冲开关 量信号DO输出，作为控制端的输入信号,特 开发了固态继电器触发脉冲占空比转换的 程序,通过控
9、制固态继电器的占空比,来控制 电加热功率。续 当自定义PID控制回路bsc(PID)的模拟AO 输出在420mA之间为MV0时，由于在 DCS系统中模拟量的输出被定义为半浮点 数，即420mA是对应于机器内部为01.0f ，于是将输出正脉冲时间（T014）定义为 输出周期（T013）与自定义PID控制回路输 出MV0乘积再取整后的值。电加热元件在 输出正脉冲时间（T014）内为加热状态。 续当自定义PID控制回路bsc(PID)的模拟AO输出 在420mA之间为MV0时， 由于在DCS系统中模拟量的输出被定义为半浮点数 ，即420mA是对应于机器内部为01.0f ，于是将输出正脉冲时间（T01
10、4）定义为输出周期 （T013）与自定义PID控制回路输出MV0乘积再取整后 的值。 电加热元件在输出正脉冲时间（T014）内为加热状态 。 AO/DO其转换关系 固态继电器触发脉冲占空比转换的框图 :占空比转换程序靠输出定时器(TM02)进行计时 :当小于输出正脉冲时间（T014）时 ,正脉开关量输出信号DO(TE01)为1, 固态继电器受控端处于导通状态,为加热中 ;当等于或大于输出正脉冲时间（T014）时 ,正脉开关量输出信号DO(TE01)为0 ,固态继电器受控端处于开路状态,停止加热. 当输出计时器(TM02)计时等于或大于 输出周期（T013)时为一个占空比转换的输出周期结束 采样
11、控制回路的参数设定和操作画面 本参数设定和操作画面，是53个温度采样控制回 路的人机界面,共设有7幅画面,每幅包含八个温 度采样控制回路。每个控制回路中包括:程序的 运行停止、温度采样控制回路的设定值(SV) 、采样周期、采样时间、对象纯滞后时间和输 出周期(T013)等的设定。同时还能显示与本采 样控制回路密切相关的程序参数值:采样定时器 、输出定时器(TM02)和输出正脉冲时间(T014) 等。由此可观察到回路程控运行的状况。 1 反应器和导热油罐TIC11温度控 制回路控制回路参数的设定在采样控制回路参数设定和操作画面上, 进行位号TIC11各种参数的设定. 设定值如下： 纯滞后时间T0
12、12：200秒;采样周期T011： 300秒;采样时间:20秒;输出周期T013;10秒; 比例带P：100%;积分时间Ti：15分钟;设定 值SV：预设定为50,待温度稳定之后,再 升到设定值60. 控制回路的投运手动操作MV值为100%,全功率升温， 当温度从室温升到预定温度35时 ,将MV值改为预置值15%.并确定 PID调节作用是设为反作用。 在采样时间内控制回路切入自动, 待稳定在50后,再改变设定温度到60 。图9为位号TIC11的升温趋势记录曲线 效果 本回路原采用常规PID数字式温度控 制仪.自改用DCS系统采用采样控 制后温度控制精度提高,导热油预 热升温时间由1224小时缩短为5 6小时。当设定值改变后温度变 化平稳,温度的过渡过程时间缩短, 超调量较小,不再需要人工用冷油 来降温后再重新升温,操作平稳,增 加了实验时间.并节约了能耗。结论 PID采样控制、固态继电器触发脉冲的 占空比转换和采样控制回路的参数设 定和操作画面三者有机的结合,构成具 有纯滞后特性的温度电加热控制解决 方案。在导热油温度控制中成功应用, 温度控制在1以内,预热升温时间缩 短,取得了明显的效果,
