摘要：本文主要介紹AI-808和變頻技術(shù)在催化劑廠完善新型催化劑生產(chǎn)工藝改造中的應(yīng)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(yùn)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(chǎn)工藝改造前的生產(chǎn)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(jīng)過2.2小時反應(yīng)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(yīng)時間較長，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。(2)由于計量設(shè)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(chǎn)成本大大提高，造成浪費(fèi)，投入過少，影響產(chǎn)品質(zhì)量，產(chǎn)品不合格率提高，造成大量的廢品。 (3)由于物料的特殊化學(xué)性質(zhì)，腐蝕性及粉塵污染較嚴(yán)重，嚴(yán)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(qiáng)，變頻調(diào)節(jié)技術(shù)以其優(yōu)異的性能，在國內(nèi)外得以廣泛應(yīng)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(chǎn)品的質(zhì)量提出更高的要求。針對原生產(chǎn)工藝過程中存在的問題，經(jīng)有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)商量決定對催化劑生產(chǎn)工藝進(jìn)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(jìn)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(diǎn)介紹變頻調(diào)速的雙閉環(huán)控制及綠色設(shè)計的應(yīng)用。

2、調(diào)速控制單元的組成及工作原理

    變頻調(diào)速控制單元主要由DCS、PLC、配料皮帶秤、星型給料機(jī)、變頻器、AI-808調(diào)節(jié)器、流量計、電氣轉(zhuǎn)換閥等組成。其工藝流程見圖1所示：
2、2調(diào)速控制單元的工作原理
    變頻調(diào)速控制回路構(gòu)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(diào)節(jié)器、星型給料機(jī)、皮帶輸送機(jī)等組成。變頻器選用臺達(dá)VFD015A43B，它主要用于控制星型給料機(jī)給料，配料皮帶秤檢測流經(jīng)輸送機(jī)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(diào)節(jié)器，調(diào)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(biāo)值；另一路傳送給變頻器，通過調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)變頻器的V/F值，來調(diào)節(jié)星型給料機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而保證流經(jīng)皮帶輸送機(jī)的高嶺土比較均勻，目的是產(chǎn)生較穩(wěn)定和準(zhǔn)確的流量；第二路閉環(huán)控制是根據(jù)*路傳送的量來調(diào)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(diào)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(zhǔn)確性，從而保證混合料的質(zhì)量，提高系統(tǒng)的可靠性。
2、3 AI-808調(diào)節(jié)器
    AI-808調(diào)節(jié)器的特點(diǎn)： 國產(chǎn)較先進(jìn)的儀表，內(nèi)部采用了高性能的ASIC芯片和模塊化硬件設(shè)計，在輸入、輸出信號上均采用了數(shù)字校正技術(shù)，以消除穩(wěn)定性較差的可調(diào)電阻所帶來的誤差；通過自動調(diào)零技術(shù)的應(yīng)用可長期使用而不會產(chǎn)生零點(diǎn)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(shè)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(nèi)波動，在強(qiáng)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(nèi)外生產(chǎn)調(diào)節(jié)器的產(chǎn)家較多，我們通過比較，選用廈門宇電公司的AI-808調(diào)節(jié)器，主要是基于以下幾點(diǎn)原因：（1）產(chǎn)品的性價比高；（2）產(chǎn)品的可靠性高，穩(wěn)定性好；（3）售后服務(wù)及時；（4）800免費(fèi)電話。實(shí)踐也已經(jīng)證明了我們當(dāng)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(shè)置智能溫控儀 廈門宇電http://610000.com.cn
    生產(chǎn)過程是個復(fù)雜的動態(tài)過程，生產(chǎn)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(chǎn)被動或增加勞動強(qiáng)度。*優(yōu)控制不僅要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程相對靜態(tài)時的*優(yōu)，而且要求從一個工況轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪还�況時也要自動起到*優(yōu)，即達(dá)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(biāo)參數(shù)的函數(shù)在滿足約束條件下*優(yōu)。
    要想達(dá)到*優(yōu)控制，關(guān)鍵是要確定合適的控制系數(shù)，那么怎樣對PID調(diào)節(jié)器的控制系數(shù)進(jìn)行計算與設(shè)置呢？
    在自動控制系統(tǒng)中，首先應(yīng)把流量大小轉(zhuǎn)化成計量的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)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(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)先把生產(chǎn)工藝上流量比值K折算成DCS內(nèi)部的比值系數(shù)K＇，才能進(jìn)行比值設(shè)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(yīng)的電流； I2為分散劑流量對應(yīng)的電流
Q1為高嶺土對應(yīng)的流量； Q2為分散劑對應(yīng)的流量
Q1max為高嶺土設(shè)置的*大流量；Q2max為分散劑設(shè)置的*大流量
I為標(biāo)準(zhǔn)電流信號（20mADC）
設(shè)：K＇= I1＇/I1 ⑶
K＇為比值器的控制系數(shù)，要使系統(tǒng)達(dá)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(shè)：K=Q2/Q1 ⑸
K為生產(chǎn)工藝要求的比值，由⑴～⑸式可得：
K＇=K×Q1max/Q2max ⑹
由⑹式可知：K＇與測量儀表的設(shè)置量程值有關(guān)，而與生產(chǎn)負(fù)荷Q1、Q2的大小無關(guān)。其次，根據(jù)生產(chǎn)過程中的情況進(jìn)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(dāng)K=0.2時，K＇=0.04；當(dāng)K=0.5時，K＇=0.1；當(dāng)K=1時， K＇=0.2，K＇值是根據(jù)生產(chǎn)工藝需要，通過上位機(jī)對DCS系統(tǒng)內(nèi)部2#PID進(jìn)行設(shè)置。
2、5控制趨勢曲線
    要達(dá)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(nèi)。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(diào)試成功，系統(tǒng)控制趨勢曲線見圖3示：

3、綠色設(shè)計與制造

 

4、工藝改造中存在問題及解決

 

5、當(dāng)前應(yīng)用效果

 

6、結(jié)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(jīng)成功運(yùn)行近4年時間，運(yùn)行可靠，操作方便，具有很強(qiáng)的抗干擾性，大大提高了企業(yè)生產(chǎn)效率，得到齊魯石化公司領(lǐng)導(dǎo)的好評，也成為我公司的樣板工程，一方面歸功于設(shè)計及器件選擇合理，用戶對設(shè)備的很好應(yīng)用，另一方面與AI-808調(diào)節(jié)器的可靠的質(zhì)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(diào)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