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UW500集散控制系统在乳液生产过程中的应用

行业方案

一.概况

乳胶漆的生产工艺从其1953年面世以来,经过了50年的发展,今天它已经成为全球最流行的墙面涂料。丙烯酸酯乳液的特点有:涂膜光亮、柔韧,具有优异的黏结性、耐水性、耐碱性和耐候性等性能。其应用范围主要是外墙涂料和内墙高档装饰涂料,这些特点让丙烯酸乳胶漆成为建筑涂料的主流。UW500 集散控制系统(DCS)目前在工业乳液行业已取得了广泛应用,DCS 对提高企业全厂自动控制、提高生产安全性及作业效率都有着重要作用。本文以山东的一个乳液项目为参考,就目前的生产控制方式进行阐述,希望能够与行业里的专家进行交流。同时期望能对同行有所参考,共同提高化工行业的自动化生产水平。

二.丙烯酸乳液生产工艺

1.单体调配阶段:由罐区按比例进料,调制单体。

难点:此过程配料的种类繁多,比例灵活多变,要求较高的定量调节精度,且对现场及控制室操作人员要求较高。

2.反应阶段:调制好的单体和预先调配的引发剂同时匀速滴加进反应釜,并通过蒸汽及冷却水调节反应釜温度。

难点:由于物料及工艺特殊性,部分匀速滴加物料管道并没有流量计,需要对称重进行数据的处理转换成流量;

3.成品调配阶段:反应釜物料进入调配釜,匀速滴加氧化剂还原剂等添加剂,经过冷却控温,得到成品乳液。

难点:氧化剂、还原剂的流量转换及比值控制。

 

现场反应釜

 

工艺流程图

三.丙烯酸乳液生产工艺难点分析

重点及难点有三个方面:

1.反应釜的控温:反应釜温控精度灵敏度要求很高,温度过低会导致反应无法发生,造成“僵釜”现象,影响生产效率,温度过高反应生成物中会含有较多杂质,并且涨势太快压不住温又会导致“飞温”,容易发生事故。可反应放热、物料的比热、加热功率、保温层保温效果、釜体本身的散热、环境温度和不同物质的吸、放热的特性等不同因素都会对反应釜温度产生不同的影响。各种因素之间相互耦合、影响,控制特性比较复杂,且温度变化滞后。反应釜温度又随着反应的发生呈现时变性,所以很难确定精确的数学模型。

2.现场及中控人员配合减少误操作:现场端配有就地操作触摸屏,负责具体的操作,中控室负责全局的把控和分工段操作的监控,这要求控制设备具有灵活的人机交互功能及强大的扩展通讯功能。

3.称重转流量后的比值滴加调节:称重转流量具有较大的滞后性,对现场仪表及阀门精度要求较高,且要求DCS控制设备,保证实现复杂的控制策略,且运行和操作的自动化程度高。

四.解决方案

1.对于反应釜的温控,通过过往优稳工程的控温经验及现场的实际情况,聚合釜温度采用模糊控制加PID控制即采用FUZZY-PID双模控制方案,当温度误差在某个标定值以外时,采用模糊控制,以获得良好的瞬态性能;当温度误差在标定值以内的范围时,则采用PID控制,以获得良好的稳态性能。这种FUZZY-PID复合控制方式比单纯的模糊控制具有更高的稳态精度,更大程度上保证了反应的温度条件,获得了明显优于PID控制的良好效果。

2.对于现场的分工配合,优稳DCS利用其灵活的人机交互功能及强大的扩展通讯功能,与现场几十台触摸屏通过Modbus通讯,实现了现场端负责具体的操作,中控室负责全局的把控和分工段操作的监控,通过优稳DCS强大功能使现场权限明确,分工仔细,减少了人为失误,确保了平稳高效的生产。

 

网络拓扑图

3.对于称重转流量后的比值滴加调节,经过优稳工程团队的多次试验,必须处理现场称重的实时扰动及转换后流量调节的滞后问题,于是采用双层滤波,定量、定速、定时相结合的“切分”控制策略,很好的解决了这类纯滞后的复杂控制问题,保证业主生产需要的同时,节省了前期投资的成本。

 

称重转换算法(部分)

五.配置说明

1.系统配置:



2.产品特点:



六.小结

    该工程自从用UW500集散控制系统投运以来,运行平稳,效果显著,操作平稳率,产品质量等都大大提高;特别是工人劳动强度,原料消耗等都有大幅度降低,同时也确保了装置的平安全运行。直接提高了企业的市场竞争能力,为企业带来了十分明显的经济效益。


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