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UW500集散控制系統在乳液生産過程中的應用

行業方案

一.概況

乳膠漆的生産工藝從其1953年面世以來,經過了50年的發展,今天它已經成為全球流行的牆面塗料。丙烯酸酯乳液的特點有:塗膜光亮、柔韌,具有優異的黏結性、耐水性、耐堿性和耐候性等性能。其應用範圍主要是外牆塗料和内牆高檔裝飾塗料,這些特點讓丙烯酸乳膠漆成為建築塗料的主流。UW500 集散控制系統(DCS)目前在工業乳液行業已取得了廣泛應用,DCS 對提高企業全廠自動控制、提高生産安全性及作業效率都有着重要作用。本文以山東的一個乳液項目為參考,就目前的生産控制方式進行闡述,希望能夠與行業裡的專家進行交流。同時期望能對同行有所參考,共同提高化工行業的自動化生産水平。

二.丙烯酸乳液生産工藝

1.單體調配階段:由罐區按比例進料,調制單體。

難點:此過程配料的種類繁多,比例靈活多變,要求較高的定量調節精度,且對現場及控制室操作人員要求較高。

2.反應階段:調制好的單體和預先調配的引發劑同時勻速滴加進反應釜,并通過蒸汽及冷卻水調節反應釜溫度。

難點:由于物料及工藝特殊性,部分勻速滴加物料管道并沒有流量計,需要對稱重進行數據的處理轉換成流量;

3.成品調配階段:反應釜物料進入調配釜,勻速滴加氧化劑還原劑等添加劑,經過冷卻控溫,得到成品乳液。

難點:氧化劑、還原劑的流量轉換及比值控制。

 

現場反應釜

 

工藝流程圖

三.丙烯酸乳液生産工藝難點分析

重點及難點有三個方面:

1.反應釜的控溫:反應釜溫控精度靈敏度要求很高,溫度過低會導緻反應無法發生,造成“僵釜”現象,影響生産效率,溫度過高反應生成物中會含有較多雜質,并且漲勢太快壓不住溫又會導緻“飛溫”,容易發生事故。可反應放熱、物料的比熱、加熱功率、保溫層保溫效果、釜體本身的散熱、環境溫度和不同物質的吸、放熱的特性等不同因素都會對反應釜溫度産生不同的影響。各種因素之間相互耦合、影響,控制特性比較複雜,且溫度變化滞後。反應釜溫度又随着反應的發生呈現時變性,所以很難确定精确的數學模型。

2.現場及中控人員配合減少誤操作:現場端配有就地操作觸摸屏,負責具體的操作,中控室負責全局的把控和分工段操作的監控,這要求控制設備具有靈活的人機交互功能及強大的擴展通訊功能。

3.稱重轉流量後的比值滴加調節:稱重轉流量具有較大的滞後性,對現場儀表及閥門精度要求較高,且要求DCS控制設備,保證實現複雜的控制策略,且運行和操作的自動化程度高。

四.解決方案

1.對于反應釜的溫控,通過過往優穩工程的控溫經驗及現場的實際情況,聚合釜溫度采用模糊控制加PID控制即采用FUZZY-PID雙模控制方案,當溫度誤差在某個标定值以外時,采用模糊控制,以獲得良好的瞬态性能;當溫度誤差在标定值以内的範圍時,則采用PID控制,以獲得良好的穩态性能。這種FUZZY-PID複合控制方式比單純的模糊控制具有更高的穩态精度,更大程度上保證了反應的溫度條件,獲得了明顯優于PID控制的良好效果。

2.對于現場的分工配合,優穩DCS利用其靈活的人機交互功能及強大的擴展通訊功能,與現場幾十台觸摸屏通過Modbus通訊,實現了現場端負責具體的操作,中控室負責全局的把控和分工段操作的監控,通過優穩DCS強大功能使現場權限明确,分工仔細,減少了人為失誤,确保了平穩高效的生産。

 

網絡拓撲圖

3.對于稱重轉流量後的比值滴加調節,經過優穩工程團隊的多次試驗,必須處理現場稱重的實時擾動及轉換後流量調節的滞後問題,于是采用雙層濾波,定量、定速、定時相結合的“切分”控制策略,很好的解決了這類純滞後的複雜控制問題,保證業主生産需要的同時,節省了前期投資的成本。

 

稱重轉換算法(部分)

五.配置說明

1.系統配置:



2.産品特點:



六.小結

    該工程自從用UW500集散控制系統投運以來,運行平穩,效果顯著,操作平穩率,産品質量等都大大提高;特别是工人勞動強度,原料消耗等都有大幅度降低,同時也确保了裝置的平安全運行。直接提高了企業的市場競争能力,為企業帶來了十分明顯的經濟效益。


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