1、DCS在高抗沖聚苯乙烯中間在高抗沖聚苯乙烯中間試驗裝置中的應(yīng)用試驗裝置中的應(yīng)用 小組成員：程歡歡 李旭靜 胡明源 田師詣該試驗裝置由增韌溶膠、引發(fā)預聚、聚合反應(yīng)、擠出造粒和導該試驗裝置由增韌溶膠、引發(fā)預聚、聚合反應(yīng)、擠出造粒和導熱油加熱循環(huán)系統(tǒng)等組成。被控制對象是具有純滯后時間長、熱慣熱油加熱循環(huán)系統(tǒng)等組成。被控制對象是具有純滯后時間長、熱慣性大的特點。性大的特點。 聚合又分為塔式聚合和靜態(tài)聚合，分別模擬二類不同的聚合反聚合又分為塔式聚合和靜態(tài)聚合，分別模擬二類不同的聚合反應(yīng)過程。目的是開發(fā)高抗沖聚苯乙烯新牌號的工藝流程和提供工業(yè)應(yīng)過程。目的是開發(fā)高抗沖聚苯乙烯新牌號的工藝流程和提供工業(yè)化裝置

2、設(shè)計和操作用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等化裝置設(shè)計和操作用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等 。聚合反應(yīng)溫度控制的重要性聚合反應(yīng)溫度控制的重要性 苯乙烯聚合的引發(fā)預聚反應(yīng)是一個吸熱過程苯乙烯聚合的引發(fā)預聚反應(yīng)是一個吸熱過程,進進入聚合反應(yīng)后入聚合反應(yīng)后,會釋放出大量聚合熱會釋放出大量聚合熱,又因聚合分子又因聚合分子量增加量增加,粘度增大粘度增大,傳熱效率會降低。所以在整個聚傳熱效率會降低。所以在整個聚合反應(yīng)過程中先要預熱引發(fā)合反應(yīng)過程中先要預熱引發(fā),然后要及時撒熱和恒溫。然后要及時撒熱和恒溫。 聚合反應(yīng)溫度對于產(chǎn)品質(zhì)量影響巨大。溫度過聚合反應(yīng)溫度對于產(chǎn)品質(zhì)量影響巨大。溫度過高將導致所生成的聚合物分子量降低，影響熔融指高將導致所生成

3、的聚合物分子量降低，影響熔融指數(shù)數(shù),使產(chǎn)品機械強度下降使產(chǎn)品機械強度下降;而溫度過低又會使聚合時而溫度過低又會使聚合時間過長，無法發(fā)揮裝置的生產(chǎn)能力間過長，無法發(fā)揮裝置的生產(chǎn)能力.工藝要求設(shè)定溫工藝要求設(shè)定溫度的波動范圍在度的波動范圍在1以內(nèi)。以內(nèi)。聚合反應(yīng)溫度用導熱油來控制聚合反應(yīng)溫度用導熱油來控制 聚合反應(yīng)溫度聚合反應(yīng)溫度,是由聚合反應(yīng)器夾套內(nèi)的是由聚合反應(yīng)器夾套內(nèi)的導熱油來完成預熱或撤熱恒溫的。導熱油來導熱油來完成預熱或撤熱恒溫的。導熱油來自于導熱油罐自于導熱油罐,采用雙缸式計量泵進行恒流量采用雙缸式計量泵進行恒流量循環(huán)循環(huán).油溫靠導熱油罐夾套內(nèi)的遠紅外電加熱油溫靠導熱油罐夾套內(nèi)的遠紅外

4、電加熱元件來加熱恒溫。元件來加熱恒溫。溫度控制對象的特性溫度控制對象的特性 1、本裝置的聚合反應(yīng)溫度對象由聚合反應(yīng)器和導熱油罐組成,共有八套。被控溫度對被控溫度對象具有純滯后加一階慣性特性。象具有純滯后加一階慣性特性。從測試數(shù)據(jù)表明純滯后時間與電加熱功率有關(guān):電加熱功率大時,純滯后時間較短;電加熱功率小時,純純滯后時間較長滯后時間較長,最長為最長為10分鐘左右分鐘左右。也就是說,當電加熱功率增加或減少時,導熱油溫度的變化最長可能要經(jīng)過10分后才能被導熱油罐上的鎧裝熱電偶檢測到,可見溫度滯后現(xiàn)象是非常明顯的。2、導熱油的降溫正常情況下是靠自然散熱。因?qū)嵊凸迠A套外有保溫層,故散熱緩慢.根據(jù)測試知

5、道:當導熱油溫度為50,環(huán)境溫度為23時,導熱油溫度降溫速度僅為導熱油溫度降溫速度僅為10/小時小時左右左右。因此導熱油在預熱升溫過程中,不能有不能有溫度超調(diào)量出現(xiàn)溫度超調(diào)量出現(xiàn),否則使用人工加入泠油的辦法來降溫是很費時和耗能的。續(xù)續(xù) 導熱油循環(huán)管道電保溫對象由循環(huán)管道和導熱油循環(huán)管道電保溫對象由循環(huán)管道和外纏電熱帶組成外纏電熱帶組成,設(shè)計上分成設(shè)計上分成45段。由于管段。由于管道保溫段的長短不一道保溫段的長短不一,所以每段保溫對象的所以每段保溫對象的純滯后時間也各不相同。純滯后時間也各不相同。 采用浙江中控采用浙江中控JX-300X控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)導熱油循環(huán)管道電保溫的導熱油循環(huán)管道電保溫的

6、PID采樣采樣控制方案控制方案 控制回路的方塊圖如圖所示控制回路的方塊圖如圖所示,共設(shè)有共設(shè)有45個控個控制回路制回路聚合反應(yīng)溫度的聚合反應(yīng)溫度的PID采樣控制方案采樣控制方案 具有二個測溫點自動選擇的溫度采樣控制方塊圖共設(shè)有具有二個測溫點自動選擇的溫度采樣控制方塊圖共設(shè)有8個控制回路個控制回路 大純滯后溫度控制方案的實施大純滯后溫度控制方案的實施儀表方案：儀表方案：二個儀表柜二個儀表柜+53臺溫度調(diào)節(jié)器臺溫度調(diào)節(jié)器+切換開關(guān)切換開關(guān)+二個電氣柜二個電氣柜大純滯后溫度控制方案的實施大純滯后溫度控制方案的實施DCS方案方案 兩個操作站兩個操作站(OCS1和和OCS2),能同時對整個裝置的能同時對

7、整個裝置的運行進行監(jiān)控和管理運行進行監(jiān)控和管理,互為備用。其中一臺兼工程互為備用。其中一臺兼工程師站。并設(shè)激光打印機一臺師站。并設(shè)激光打印機一臺,用于試驗報表和警報用于試驗報表和警報信息的打印。信息的打印。 控制站（控制站（FCS1）通過雙層冗余過程控制網(wǎng)）通過雙層冗余過程控制網(wǎng)SCnet連接兩個操作站連接兩個操作站,內(nèi)部有內(nèi)部有1個冗余電源箱個冗余電源箱機籠。機籠。 利用控制站內(nèi)部冗余網(wǎng)利用控制站內(nèi)部冗余網(wǎng)SBUS連接連接6個個I/O機籠。機籠。 系統(tǒng)系統(tǒng)I/O點數(shù)點數(shù):模擬量輸入（模擬量輸入（AI）285點點;模擬量輸模擬量輸出（出（AO）25點點;開關(guān)量輸入（開關(guān)量輸入（DI）65點點;

8、開關(guān)量輸開關(guān)量輸出（出（DO）108點。點。大純滯后溫度控制在大純滯后溫度控制在DCS的實施的實施 利用利用JX300X系統(tǒng)提供的編程語言系統(tǒng)提供的編程語言SCX和自定和自定義義PID控制回路控制回路,在工程師站上完成采樣控制程序在工程師站上完成采樣控制程序的編程和自定義控制回路的組態(tài)等，經(jīng)編譯調(diào)試的編程和自定義控制回路的組態(tài)等，經(jīng)編譯調(diào)試后，下載到控制站，從而構(gòu)成導熱油的溫度自定后，下載到控制站，從而構(gòu)成導熱油的溫度自定義義PID采樣控制回路。采樣控制回路。 設(shè)計中共使用了從設(shè)計中共使用了從bsc(0)bsc(52)共共45+8=53 個個自定義自定義PID控制回路控制回路,循環(huán)調(diào)用采樣控制

9、程序完成循環(huán)調(diào)用采樣控制程序完成各項任務(wù)。各項任務(wù)。 采樣控制程序由循環(huán)計數(shù)采樣控制程序由循環(huán)計數(shù)(053);程序和回路設(shè)程序和回路設(shè)定參數(shù)賦值定參數(shù)賦值;PID采樣控制采樣控制;PID輸出輸出/保持切換保持切換;觸觸發(fā)脈沖的占空比的轉(zhuǎn)換輸出和導熱油測溫點自動發(fā)脈沖的占空比的轉(zhuǎn)換輸出和導熱油測溫點自動選擇等幾大部分組成。選擇等幾大部分組成。自定義自定義PID采樣控制的框圖采樣控制的框圖某一采樣周期內(nèi)的采樣控制的框圖某一采樣周期內(nèi)的采樣控制的框圖 只有在采樣周期等于或大于純滯后時只有在采樣周期等于或大于純滯后時間下間下, ,程序才能向下進行；程序才能向下進行；采樣控制程序是靠采樣定時器進行計采樣

10、控制程序是靠采樣定時器進行計時，當小于采樣時間時時，當小于采樣時間時, ,采樣開關(guān)閉采樣開關(guān)閉合合, ,采樣控制根據(jù)偏差進行采樣控制根據(jù)偏差進行PIDPID運算運算, ,使輸出變化使輸出變化; ;當?shù)扔诨虼笥诓蓸訒r間當?shù)扔诨虼笥诓蓸訒r間時時, ,采樣開關(guān)斷采樣開關(guān)斷, ,采樣控制程序使輸入采樣控制程序使輸入偏差為零偏差為零, ,即使設(shè)定值等于測量值即使設(shè)定值等于測量值, ,則則采樣控制輸出保持不變采樣控制輸出保持不變; ;當采樣定時當采樣定時器計時等于采樣周期時器計時等于采樣周期時, ,一個采樣控一個采樣控制周期結(jié)束制周期結(jié)束. .固態(tài)繼電器觸發(fā)脈沖占空比的轉(zhuǎn)換固態(tài)繼電器觸發(fā)脈沖占空比的轉(zhuǎn)換

11、為將自定義為將自定義PID控制回路輸出的模擬信號控制回路輸出的模擬信號AO的的MV值值,轉(zhuǎn)換成不同寬度的正脈沖開關(guān)轉(zhuǎn)換成不同寬度的正脈沖開關(guān)量信號量信號DO輸出，作為控制端的輸入信號輸出，作為控制端的輸入信號,特特開發(fā)了固態(tài)繼電器觸發(fā)脈沖占空比轉(zhuǎn)換的開發(fā)了固態(tài)繼電器觸發(fā)脈沖占空比轉(zhuǎn)換的程序程序,通過控制固態(tài)繼電器的占空比通過控制固態(tài)繼電器的占空比,來控制來控制電加熱功率。電加熱功率。當自定義當自定義PID控制回路控制回路bsc(PID)的模擬的模擬AO輸輸出在出在420mA之間為之間為MV0時，由于在時，由于在DCS系統(tǒng)中模擬量的輸出被系統(tǒng)中模擬量的輸出被定義為半浮點數(shù)，即定義為半浮點數(shù)，即4

12、20mA是對應(yīng)于機是對應(yīng)于機器內(nèi)部為器內(nèi)部為01.0f，于，于是將輸出正脈沖時間是將輸出正脈沖時間（T014）定義為輸出）定義為輸出周期（周期（T013）與自定）與自定義義PID控制回路輸出控制回路輸出MV0乘積再取整后的值。乘積再取整后的值。電加熱元件在輸出正脈電加熱元件在輸出正脈沖時間（沖時間（T014）內(nèi)為）內(nèi)為加熱狀態(tài)。加熱狀態(tài)。 AO/DO其轉(zhuǎn)換關(guān)系其轉(zhuǎn)換關(guān)系 固態(tài)繼電器觸發(fā)脈沖占空比轉(zhuǎn)換的框圖固態(tài)繼電器觸發(fā)脈沖占空比轉(zhuǎn)換的框圖 占空比轉(zhuǎn)換程序靠輸出定時器占空比轉(zhuǎn)換程序靠輸出定時器(TM02)進行計時，當小于輸進行計時，當小于輸出正脈沖時間（出正脈沖時間（T014）時）時,正正脈開關(guān)

13、量輸出信號脈開關(guān)量輸出信號DO(TE01)為為1,固態(tài)繼電器受控端處于導固態(tài)繼電器受控端處于導通狀態(tài)通狀態(tài),為加熱中為加熱中;當?shù)扔诨虼螽數(shù)扔诨虼笥谳敵稣}沖時間（于輸出正脈沖時間（T014）時時,正脈開關(guān)量輸出信號正脈開關(guān)量輸出信號DO(TE01)為為0,固態(tài)繼電器受固態(tài)繼電器受控端處于開路狀態(tài)控端處于開路狀態(tài),停止加熱停止加熱.當輸出計時器當輸出計時器(TM02)計時等計時等于或大于輸出周期（于或大于輸出周期（T013)時時為一個占空比轉(zhuǎn)換的輸出周期為一個占空比轉(zhuǎn)換的輸出周期結(jié)束結(jié)束 。采樣控制回路的參數(shù)設(shè)定和操作畫面采樣控制回路的參數(shù)設(shè)定和操作畫面 本參數(shù)設(shè)定和操作畫面，是本參數(shù)設(shè)定和操

14、作畫面，是53個溫度采樣控制回路個溫度采樣控制回路的人機界面的人機界面,共設(shè)有共設(shè)有7幅畫面幅畫面,每幅包含八個溫度采樣控制每幅包含八個溫度采樣控制回路。每個控制回路中包括回路。每個控制回路中包括:程序的運行停止、溫度采程序的運行停止、溫度采樣控制回路的設(shè)定值樣控制回路的設(shè)定值(SV)、采樣周期、采樣時間、對象、采樣周期、采樣時間、對象純滯后時間和輸出周期純滯后時間和輸出周期(T013)等的設(shè)定。同時還能顯示等的設(shè)定。同時還能顯示與本采樣控制回路密切相關(guān)的程序參數(shù)值與本采樣控制回路密切相關(guān)的程序參數(shù)值:采樣定時器、采樣定時器、輸出定時器輸出定時器(TM02)和輸出正脈沖時間和輸出正脈沖時間(T

15、014)等。由此可等。由此可觀察到回路程控運行的狀況觀察到回路程控運行的狀況。 1#反應(yīng)器和導熱油罐反應(yīng)器和導熱油罐TIC11溫度溫度控制回路控制回路控制回路參數(shù)的設(shè)定：控制回路參數(shù)的設(shè)定： 在采樣控制回路參數(shù)設(shè)定和操作畫面上在采樣控制回路參數(shù)設(shè)定和操作畫面上,進進行位號行位號TIC11各種參數(shù)的設(shè)定各種參數(shù)的設(shè)定.設(shè)定值如下：設(shè)定值如下： 純滯后時間純滯后時間T012：200秒秒;采樣周期采樣周期T011：300秒秒;采樣時間采樣時間:20秒秒;輸出輸出 周期周期T013;10秒秒;比例帶比例帶P：100%;積分時間積分時間Ti：15分鐘分鐘;設(shè)定設(shè)定值值SV：預設(shè)定為：預設(shè)定為50,待溫度

16、穩(wěn)定之后待溫度穩(wěn)定之后,再再升到設(shè)定值升到設(shè)定值60. 控制回路的投運控制回路的投運手動操作手動操作MV值為值為100%,全功率升溫，當溫度從室全功率升溫，當溫度從室溫升到預定溫度溫升到預定溫度35時時,將將MV值改為預置值值改為預置值15%.并確定并確定 PID調(diào)節(jié)作用是設(shè)調(diào)節(jié)作用是設(shè)為反作用。在采樣時間內(nèi)為反作用。在采樣時間內(nèi)控制回路切入自動控制回路切入自動,待穩(wěn)定待穩(wěn)定在在50后后,再改變設(shè)定溫再改變設(shè)定溫度到度到60。圖。圖9為位號為位號TIC11的升溫趨勢記錄曲的升溫趨勢記錄曲線線 。效果效果 本回路原采用常規(guī)本回路原采用常規(guī)PID數(shù)字式溫度控制儀。數(shù)字式溫度控制儀。自改用自改用DCS系統(tǒng)采用采樣控制后溫度控制精系統(tǒng)采用采樣控制后溫度控制精度提高，導熱油預熱升溫時間由度提高，導熱油預熱升溫時間由1224小時小時縮短為縮短為56小時。當設(shè)定值改變后溫度變化小時。當設(shè)定值改變后溫度變化平穩(wěn)，溫度的過渡過程時間縮短，超調(diào)量較平穩(wěn)，溫度的過渡過程時間縮短，超調(diào)量較小，不再需要人工用冷油來降溫后再重新升小，不再需要人工用冷油來降溫后再重新升溫溫,操作平穩(wěn)，增