摘要：本文主要介紹AI-808和變頻技術在催化劑廠完善新型催化劑生產工藝改造中的應用，并說明系統(tǒng)*優(yōu)控制及*優(yōu)控制參數(shù)的計算。系統(tǒng)運行情況較好，值得推廣使用。

 

 

1、引言

    齊魯石化催化劑廠在完善新型催化劑生產工藝改造前的生產工藝過程是：先從輸送管道向攪拌罐投入一定量的高嶺土，再投入一定量的分散劑，經過2.2小時反應后，再依次加入其他7種物料，這樣做存在以下問題：(1)由于反應時間較長，嚴重影響產品的生產效率。(2)由于計量設備落后，人為影響因素較重，投入分散劑量不能很好控制，投入過多，生產成本大大提高，造成浪費，投入過少，影響產品質量，產品不合格率提高，造成大量的廢品。 (3)由于物料的特殊化學性質，腐蝕性及粉塵污染較嚴重，嚴重影響工人的身體健康。
    近幾年來，工業(yè)過程自動化程度越來越高及人們對環(huán)保意識的增強，變頻調節(jié)技術以其優(yōu)異的性能，在國內外得以廣泛應用，特別是隨著中國加入WTO以后，石化行業(yè)的競爭更加日趨激烈，并對產品的質量提出更高的要求。針對原生產工藝過程中存在的問題，經有關領導商量決定對催化劑生產工藝進行改造，保留其它7臺儲料罐不變，主要對高嶺土、鋁石及分散劑打漿進行改造，改造方案為：(1)高嶺土打漿與儲備2套；(2)鋁石打漿與儲備1套；(3)分散劑打漿與儲備1套。文中重點介紹變頻調速的雙閉環(huán)控制及綠色設計的應用。

2、調速控制單元的組成及工作原理

    變頻調速控制單元主要由DCS、PLC、配料皮帶秤、星型給料機、變頻器、AI-808調節(jié)器、流量計、電氣轉換閥等組成。其工藝流程見圖1所示：
2、2調速控制單元的工作原理
    變頻調速控制回路構成雙閉環(huán)回路，見圖2：*路閉環(huán)回路主要由電子皮帶秤、電腦積算器、變頻器、AI-808調節(jié)器、星型給料機、皮帶輸送機等組成。變頻器選用臺達VFD015A43B，它主要用于控制星型給料機給料，配料皮帶秤檢測流經輸送機上的物料，并將信號傳送給電腦積算器，由電腦積算器發(fā)4～20mA的模擬信號給調節(jié)器，調節(jié)器發(fā)出兩路4～20mA的模擬信號，一路傳送給DCS系統(tǒng)，將其乘以系數(shù)K，作為第二個閉環(huán)回路的目標值；另一路傳送給變頻器，通過調節(jié)器進行調節(jié)變頻器的V/F值，來調節(jié)星型給料機的轉速，從而保證流經皮帶輸送機的高嶺土比較均勻，目的是產生較穩(wěn)定和準確的流量；第二路閉環(huán)控制是根據(jù)*路傳送的量來調節(jié)分散劑的量，使分散劑的量跟隨高嶺土的量發(fā)生變化，一方面保證調節(jié)閥正常工作，另一方面又能保證高嶺土和分散劑按一定比例混合，保證配比的準確性，從而保證混合料的質量，提高系統(tǒng)的可靠性。
2、3 AI-808調節(jié)器
    AI-808調節(jié)器的特點： 國產較先進的儀表，內部采用了高性能的ASIC芯片和模塊化硬件設計，在輸入、輸出信號上均采用了數(shù)字校正技術，以消除穩(wěn)定性較差的可調電阻所帶來的誤差；通過自動調零技術的應用可長期使用而不會產生零點漂移，測量數(shù)字精確穩(wěn)定；具有多種輸入、輸出規(guī)格和報警方式設置。不僅具備手動/自動無擾動切換操作功能，還具備手動自整定和顯示輸出值等，以及用作伺服放大器直接控制閥門位置的比例輸出，電源可在85-264VAC（50-60HZ）寬范圍內波動，在強干擾的環(huán)境下也能保證測量的精度和工作的穩(wěn)定性。
    目前國內外生產調節(jié)器的產家較多，我們通過比較，選用廈門宇電公司的AI-808調節(jié)器，主要是基于以下幾點原因：（1）產品的性價比高；（2）產品的可靠性高，穩(wěn)定性好；（3）售后服務及時；（4）800免費電話。實踐也已經證明了我們當初的選擇是正確的。
2、4*優(yōu)控制及控制系數(shù)的計算與設置
    生產過程是個復雜的動態(tài)過程，生產過程中的某一時刻的某一環(huán)節(jié)似乎是不可控的，因而造成生產被動或增加勞動強度。*優(yōu)控制不僅要實現(xiàn)生產過程相對靜態(tài)時的*優(yōu)，而且要求從一個工況轉變?yōu)榱硪还�況時也要自動起到*優(yōu)，即達到動態(tài)*優(yōu)控制。所謂動態(tài)*優(yōu)控制就是要找出起控制作用的參數(shù)的一個或一組參數(shù)，使要控制的目標參數(shù)的函數(shù)在滿足約束條件下*優(yōu)。
    要想達到*優(yōu)控制，關鍵是要確定合適的控制系數(shù)，那么怎樣對PID調節(jié)器的控制系數(shù)進行計算與設置呢？
    在自動控制系統(tǒng)中，首先應把流量大小轉化成計量的統(tǒng)一標準信號，建立信號之間的聯(lián)系，該系統(tǒng)中是將流量信號統(tǒng)一轉化成標準電流信號，即4～20mA模擬電流，該電流的大小與流量大小成正比，這樣，顯然應先把生產工藝上流量比值K折算成DCS內部的比值系數(shù)K＇，才能進行比值設定，由圖2可知：
I1=Q1/Q1max×I ⑴
I2=Q2/Q2max×I ⑵
式中：I1為高嶺土流量對應的電流； I2為分散劑流量對應的電流
Q1為高嶺土對應的流量； Q2為分散劑對應的流量
Q1max為高嶺土設置的*大流量；Q2max為分散劑設置的*大流量
I為標準電流信號（20mADC）
設：K＇= I1＇/I1 ⑶
K＇為比值器的控制系數(shù)，要使系統(tǒng)達到*優(yōu)控制，即系統(tǒng)處于動態(tài)平衡狀態(tài)，須使
I1＇=I2 ⑷
又設：K=Q2/Q1 ⑸
K為生產工藝要求的比值，由⑴～⑸式可得：智能溫控儀 廈門宇電http://610000.com.cn
K＇=K×Q1max/Q2max ⑹
由⑹式可知：K＇與測量儀表的設置量程值有關，而與生產負荷Q1、Q2的大小無關。其次，根據(jù)生產過程中的情況進行計算來確定控制系數(shù)，例如該系統(tǒng)中高嶺土的輸送能力為6t/h，分散劑的輸送量為1.2t/h�？傻茫篕＇=K×1.2/6=K/5=0.2K。當K=0.2時，K＇=0.04；當K=0.5時，K＇=0.1；當K=1時， K＇=0.2，K＇值是根據(jù)生產工藝需要，通過上位機對DCS系統(tǒng)內部2#PID進行設置。
2、5控制趨勢曲線
    要達到系統(tǒng)工藝改造的目的，必須要求分散劑能夠很好地跟隨高嶺土的變化而變化，同時要求高嶺土的給料量能穩(wěn)定在一定的范圍內。盡管現(xiàn)場影響因素較多，但通過廣大人員的密切配合，*終將系統(tǒng)調試成功，系統(tǒng)控制趨勢曲線見圖3示：

3、綠色設計與制造

 

4、工藝改造中存在問題及解決

 

5、當前應用效果

 

6、結束語

圖一：工藝流程圖

    該系統(tǒng)自2002年7月在齊魯石化已經成功運行近4年時間，運行可靠，操作方便，具有很強的抗干擾性，大大提高了企業(yè)生產效率，得到齊魯石化公司領導的好評，也成為我公司的樣板工程，一方面歸功于設計及器件選擇合理，用戶對設備的很好應用，另一方面與AI-808調節(jié)器的可靠的質量是分不開的。

作者簡介：張兄華 高級工程師，主要從事自動化控制和過程控制，現(xiàn)在省部級以上雜志發(fā)表科技論文30余篇。本人先后在合鋼、新鋼等焦化廠，催化劑廠等化工行業(yè)及其它行業(yè)多次使用過AI-808調節(jié)器，現(xiàn)場使用效果良好。智能溫控儀 廈門宇電http://610000.com.cn