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| 反應(yīng)釜計(jì)算機(jī)配料系統(tǒng)應(yīng)用 | 2020-01-06 |
| 設(shè)計(jì)了一套反應(yīng)釜計(jì)算機(jī)配料系統(tǒng)，用于控制反應(yīng)釜的配料比以及反應(yīng)釜溫度和夾套溫度的串級(jí)控制。硬件系統(tǒng)由炎華工控計(jì)算機(jī)、RS232/485轉(zhuǎn)換模塊和天辰智能液體灌裝機(jī)組成，支持MCGS組態(tài)和通信功能。控制程序由MCGS工控組態(tài)軟件編寫(xiě)。實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，系統(tǒng)能夠按照工藝要求正常運(yùn)行，串級(jí)配料系統(tǒng)具有較高的調(diào)節(jié)精度、可靠性和工作效率。 兩者都優(yōu)于簡(jiǎn)單的配料系統(tǒng)。 介紹 反應(yīng)釜是化工生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵自動(dòng)灌裝機(jī)之一，也是主要的能耗自動(dòng)灌裝機(jī)。攪拌罐反應(yīng)罐系統(tǒng)是一種非線性、時(shí)變、大滯后的間歇反應(yīng)過(guò)程，用于小批量、多物種液相反應(yīng)系統(tǒng)，如制藥、染料等精細(xì)化工生產(chǎn)過(guò)程。MCGS是北京昆侖通泰自動(dòng)化有限公司開(kāi)發(fā)的一套工業(yè)控制組態(tài)軟件，適合國(guó)情，通用性強(qiáng)，質(zhì)量高，價(jià)格低。它具有可視化操作界面簡(jiǎn)單靈活、多媒體圖像豐富生動(dòng)、支持多種硬件自動(dòng)灌裝機(jī)、實(shí)現(xiàn)“自動(dòng)灌裝機(jī)獨(dú)立性”和實(shí)時(shí)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。 2工藝流程和控制要求 TK-A、TK-B、TK-C分別是反應(yīng)物料A、B、C的儲(chǔ)罐；LIC-302H(左)、LIC-303H(左)、LIC-304H(左)分別是三個(gè)儲(chǔ)罐的上(下)液位指示變量；SSV501~SSV507和SSV509是電磁閥，DRV是反應(yīng)罐攪拌罐。TT1和TT2分別為反應(yīng)罐和反應(yīng)罐夾套中的溫度變送罐，Pt100為鉑熱電阻；XSL/A-20LS2V0是天辰智能儀罐檢測(cè)儀罐。根據(jù)工藝要求，將反應(yīng)物料甲、乙、丙按一定比例預(yù)先加入三個(gè)儲(chǔ)罐中。儲(chǔ)罐液位計(jì)采用干簧式浮球液位計(jì)。兩個(gè)常開(kāi)簧片開(kāi)關(guān)分別位于液位計(jì)的上部和下部位置。上簧片開(kāi)關(guān)的位置可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。液位計(jì)輸出“開(kāi)”或“關(guān)”狀態(tài)信息。當(dāng)儲(chǔ)罐排空時(shí)，下簧片開(kāi)關(guān)關(guān)閉，進(jìn)料閥打開(kāi)。當(dāng)進(jìn)入儲(chǔ)罐的物料液位達(dá)到要求時(shí)，上簧片開(kāi)關(guān)關(guān)閉，進(jìn)料閥關(guān)閉。當(dāng)三個(gè)儲(chǔ)罐液位滿足要求時(shí)，打開(kāi)相應(yīng)的排放閥，將三種物料按一定比例加入反應(yīng)釜中，充分?jǐn)嚢璺磻?yīng)，然后打開(kāi)SSV509排出產(chǎn)品。產(chǎn)品質(zhì)量與反應(yīng)罐中的溫度T1密切相關(guān)。因此，在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，將反應(yīng)罐中的溫度控制在一定范圍內(nèi)是非常重要的。該系統(tǒng)要求T1=55±2℃。3硬件系統(tǒng)組成和連接 根據(jù)上述工藝流程的分析，對(duì)于工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，反應(yīng)罐計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有6個(gè)切換輸入變量LIC302H(L)、LIC303H(L)、LIC304H(L)，分別為T(mén)K-A至TK-C的上(下)液位指示變量，簧片開(kāi)關(guān)閉合時(shí)該值為“1”。有9個(gè)開(kāi)關(guān)量輸出變量ssv501-ssv507、SSV509和DRV，其中ssv501-ssv507和SSV509反映電磁閥的工作狀態(tài)?？刂泼钣晒I(yè)個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)出。當(dāng)它 當(dāng)值為“1”時(shí)，施加24V直流電壓，電磁閥打開(kāi)，反應(yīng)物料通過(guò)相應(yīng)的管道。當(dāng)值為“0”時(shí)，24V直流電源將被切斷，電磁閥將關(guān)閉。DRV是反應(yīng)罐攪拌罐的控制信號(hào)。當(dāng)其為“1”時(shí)，將向其施加220伏交流電，攪拌罐將運(yùn)行。有兩個(gè)模擬輸入變量T1和T2，分別是釜內(nèi)溫度和夾套溫度，變化范圍為0-99%。有一個(gè)模擬輸出變量“調(diào)節(jié)閥”(電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度和變化 熔化范圍為0~99%)。 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)對(duì)上述18個(gè)變量進(jìn)行信號(hào)采集和輸出控制?？梢赃x擇兩臺(tái)天辰開(kāi)關(guān)量輸入輸出液體灌裝機(jī)、一臺(tái)檢測(cè)液體灌裝機(jī)和一臺(tái)模擬輸出液體灌裝機(jī)作為橋梁，實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)主液體灌裝機(jī)的通信。工控機(jī)和天辰智能液體灌裝機(jī)通過(guò)RS232/485轉(zhuǎn)換模塊連接。如圖2所示。 六個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入變量連接到1液體灌裝機(jī)的輸入通道，開(kāi)關(guān)量輸出變量SSV501~SSV507和SSV509連接到2液體灌裝機(jī)的輸出通道，攪拌罐(DRV)連接到1液體灌裝機(jī)的輸出通道。兩個(gè)模擬輸入變量連接到電子秤配料罐3的輸入通道，一個(gè)模擬輸出變量連接到配液罐4的輸出通道。由于需要輸出變量來(lái)控制相應(yīng)的攪拌罐(電磁閥、攪拌罐和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥)，因此需要輸出驅(qū)動(dòng)，即9個(gè)開(kāi)關(guān)量輸出變量通過(guò)1和2液體灌裝機(jī)的輸出通道連接到電子秤攪拌罐的控制端，然后防爆電子秤計(jì)量罐控制24V直流和220VAC電源的開(kāi)或關(guān)。模擬輸出變量“調(diào)節(jié)閥”通過(guò)4液體灌裝機(jī)的輸出端連接到伺服攪拌罐的控制端，伺服配液罐驅(qū)動(dòng)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥動(dòng)作。 4軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)應(yīng)用MCGS為該自動(dòng)配料系統(tǒng)設(shè)計(jì)監(jiān)控軟件，包括創(chuàng)建實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、制作工藝流程圖和動(dòng)畫(huà)連接、設(shè)計(jì)操作策略和自動(dòng)灌裝機(jī)窗口配置。 4.1創(chuàng)建實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)根據(jù)前面分析的自動(dòng)配料系統(tǒng)輸入/輸出變量的屬性，在MCGS工作臺(tái)的“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)”窗口頁(yè)面中建立了以下數(shù)據(jù)對(duì)象。(a)系統(tǒng)的輸入/輸出變量(b)配料比控制流程圖 (c)釜夾套溫度級(jí)聯(lián)控制界面中的溫度(d)自動(dòng)灌裝機(jī)窗口配置 反應(yīng)罐計(jì)算機(jī)配料系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 大多數(shù)已建立的數(shù)據(jù)對(duì)象都與操作界面中的組件屬性相關(guān)聯(lián)，因此相對(duì)容易確定。然而，在配料系統(tǒng)的實(shí)際配置中，一般不可能僅通過(guò)系統(tǒng)的輸入/輸出變量來(lái)定義所有的數(shù)據(jù)對(duì)象，在操作策略的設(shè)計(jì)中需要根據(jù)實(shí)際情況添加許多中間數(shù)據(jù)對(duì)象，以逐步完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的創(chuàng)建。 關(guān)閉存儲(chǔ) 4.3設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)策略 4.3.1反應(yīng)罐投料比控制程序的設(shè)計(jì) 根據(jù)控制要求，反應(yīng)罐的配料控制是順序控制過(guò)程。在MCGS“運(yùn)行策略”窗口的“啟動(dòng)策略”中，建立腳本程序組件，編寫(xiě)程序，打開(kāi)除進(jìn)料閥以外的所有電磁閥，啟動(dòng)定時(shí)罐延遲2分鐘，以便在系統(tǒng)運(yùn)行開(kāi)始時(shí)清空所有儲(chǔ)罐和反應(yīng)罐。 將周期策略的周期設(shè)置為200毫秒，向其中添加腳本程序組件，并根據(jù)圖3(b)的流程圖編寫(xiě)控制程序。 攪拌時(shí)間在計(jì)時(shí)罐組件中設(shè)定，可根據(jù)物料反應(yīng)所需的時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)計(jì)時(shí)罐的計(jì)時(shí)狀態(tài)變?yōu)?ldquo;1”時(shí)，攪拌停止。 4.3.2反應(yīng)罐溫度-夾套溫度串級(jí)配料系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 在反應(yīng)罐配料系統(tǒng)中，反應(yīng)罐中的溫度T1是一個(gè)非常重要的參數(shù)。然而，由于反應(yīng)罐的大容量滯后，單回路配料系統(tǒng)的效果并不理想。該系統(tǒng)采用反應(yīng)釜夾套溫度串級(jí)配料系統(tǒng)，次級(jí)變量為夾套溫度T2，主變量為釜溫T1；二次回路采用比例積分控制算法，主回路采用比例積分微分控制算法。 左下角是由反應(yīng)罐、溫度變送罐(TT1、TT2)、輸入/輸出模塊、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥組成的反應(yīng)罐溫度-夾套溫度串級(jí)配料系統(tǒng)，右上角是報(bào)警指示、控制方式和控制算法的選擇、設(shè)定值和相關(guān)參數(shù)的設(shè)定、反應(yīng)罐溫度控制實(shí)時(shí)曲線的顯示框，使得比例系數(shù)、在線調(diào)試時(shí)，可以根據(jù)反應(yīng)罐內(nèi)溫度實(shí)時(shí)曲線的形狀直觀地及時(shí)調(diào)整積分時(shí)間和微分時(shí)間，得到滿量程。 意大利的控制效果。增量數(shù)字比例積分微分控制公式如公式(1)所示，其中Kd=0為比例積分控制公式。以下用戶策略在MCGS“操作策略”窗口中建立:PI和PID，腳本程序根據(jù)公式(1)編寫(xiě)。當(dāng)灌裝系統(tǒng)在“自動(dòng)模式”下運(yùn)行時(shí)，可以在“控制算法”下拉框中選擇相應(yīng)的控制算法。設(shè)置相關(guān)參數(shù)以觀察釜內(nèi)溫度實(shí)時(shí)曲線的變化，直到滿足控制要求。 4.4自動(dòng)灌裝機(jī)窗口配置 自動(dòng)灌裝機(jī)窗口是MCGS系統(tǒng)的重要組成部分。在自動(dòng)灌裝機(jī)窗口中建立系統(tǒng)與外部硬件自動(dòng)灌裝機(jī)的連接關(guān)系，使系統(tǒng)能夠從外部自動(dòng)灌裝機(jī)讀取數(shù)據(jù)并控制外部自動(dòng)灌裝機(jī)的工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)反應(yīng)釜配料和釜內(nèi)溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控。 將通用串行自動(dòng)灌裝機(jī)添加到MCGS的“自動(dòng)灌裝機(jī)窗口”，并在其基本屬性中設(shè)置適當(dāng)?shù)拇卸丝谔?hào)和采樣周期；自動(dòng)灌裝機(jī)下增加了4個(gè)子自動(dòng)灌裝機(jī)，即天辰開(kāi)關(guān)量輸入輸出液體灌裝機(jī)1、2、檢測(cè)液體灌裝機(jī)3、模擬輸出液體灌裝機(jī)4的驅(qū)動(dòng)罐。在基本屬性設(shè)置中，上述四個(gè)子自動(dòng)灌裝機(jī)的地址分別設(shè)置為1、2、3和4。防爆電子秤計(jì)量罐1的通道連接變量有一個(gè)數(shù)字輸入(DATA)和一個(gè)開(kāi)關(guān)輸出(DRV)，DATA代表六個(gè)開(kāi)關(guān)輸入變量狀態(tài)的加權(quán)和，每個(gè)輸入通道的權(quán)重值為2n(n為通道號(hào))；2號(hào)液體灌裝機(jī)的通道連接變量為8個(gè)開(kāi)關(guān)輸出值(SSV501~SSV507、SSV509)，它們與1號(hào)液體灌裝機(jī)DRV的通道類型為“設(shè)定輸出開(kāi)關(guān)值”；3檢測(cè)儀的通道連接變量為T(mén)1和T2，讀取通道1和通道2的測(cè)量值。變化范圍為4~20m模數(shù)轉(zhuǎn)換罐，僅反映變送罐的輸出電流。為獲得溫度值，可應(yīng)用工程轉(zhuǎn)換進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，將4~20m模數(shù)轉(zhuǎn)換為0~100；4模擬輸出液體灌裝機(jī)的通道連接變量為“調(diào)節(jié)閥”，輸出并顯示電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度。自動(dòng)灌裝機(jī)窗口配置完成后，應(yīng)對(duì)自動(dòng)灌裝機(jī)進(jìn)行調(diào)試。當(dāng)通信狀態(tài)的返回值為“0”時(shí)，通信正常，系統(tǒng)與外部自動(dòng)灌裝機(jī)之間的連接正確。 5在線調(diào)試 腳本程序編寫(xiě)完成，自動(dòng)灌裝機(jī)配置任務(wù)完成后，整個(gè)自動(dòng)配料系統(tǒng)可以在線調(diào)試。 結(jié)論 設(shè)計(jì)了一套基于MCGS的反應(yīng)釜計(jì)算機(jī)配料系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)釜的配料控制、反應(yīng)釜內(nèi)溫度和夾套溫度的串級(jí)控制。實(shí)踐證明，該系統(tǒng)能按照工藝要求正常運(yùn)行，串級(jí)配料系統(tǒng)能快速將釜內(nèi)溫度調(diào)節(jié)到工藝指標(biāo)附近。自動(dòng)灌裝系統(tǒng)殘差約為1.5℃，相對(duì)誤差為2.7%，達(dá)到控制要求。 | |
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