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AI-808在催化劑廠完善新型催化劑生產(chǎn)工藝改造中的應(yīng)用

時(shí)間:2007-12-17 14:30:00來(lái)源:zhaohy

導(dǎo)語(yǔ):?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(shuō)明系統(tǒng)最優(yōu)控制及最優(yōu)控制參數(shù)的計(jì)算。系統(tǒng)運(yùn)行情況較好,值得推廣使用
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(shuō)明系統(tǒng)最優(yōu)控制及最優(yōu)控制參數(shù)的計(jì)算。系統(tǒng)運(yùn)行情況較好,值得推廣使用。 關(guān)鍵詞:AI-808 變頻調(diào)速 雙閉環(huán) 綠色設(shè)計(jì)和制造 最優(yōu)控制 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(guò)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(guò)2.2小時(shí)反應(yīng)后,再依次加入其他7種物料,這樣做存在以下問(wèn)題:(1)由于反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng),嚴(yán)重影響產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。(2)由于計(jì)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(guò)多,生產(chǎn)成本大大提高,造成浪費(fèi),投入過(guò)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(lái),工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化程度越來(lái)越高及人們對(duì)環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng),變頻調(diào)節(jié)技術(shù)以其優(yōu)異的性能,在國(guó)內(nèi)外得以廣泛應(yīng)用,特別是隨著中國(guó)加入WTO以后,石化行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)更加日趨激烈,并對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量提出更高的要求。針對(duì)原生產(chǎn)工藝過(guò)程中存在的問(wèn)題,經(jīng)有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)商量決定對(duì)催化劑生產(chǎn)工藝進(jìn)行改造,保留其它7臺(tái)儲(chǔ)料罐不變,主要對(duì)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(chǔ)備2套;(2)鋁石打漿與儲(chǔ)備1套;(3)分散劑打漿與儲(chǔ)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(jì)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(jì)、電氣轉(zhuǎn)換閥等組成。其工藝流程見(jiàn)圖1所示:
[IMG=工藝流程圖]/uploadpic/tech/2007/12/2007121714301417318S.jpg[/IMG]
圖一:工藝流程圖
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(jiàn)圖2:第一路閉環(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(tái)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(cè)流經(jīng)輸送機(jī)上的物料,并將信號(hào)傳送給電腦積算器,由電腦積算器發(fā)4~20mA的模擬信號(hào)給調(diào)節(jié)器,調(diào)節(jié)器發(fā)出兩路4~20mA的模擬信號(hào),一路傳送給DCS系統(tǒng),將其乘以系數(shù)K,作為第二個(gè)閉環(huán)回路的目標(biāo)值;另一路傳送給變頻器,通過(guò)調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)變頻器的V/F值,來(lái)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)第一路傳送的量來(lái)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(guó)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(jì),在輸入、輸出信號(hào)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(lái)的誤差;通過(guò)自動(dòng)調(diào)零技術(shù)的應(yīng)用可長(zhǎng)期使用而不會(huì)產(chǎn)生零點(diǎn)漂移,測(cè)量數(shù)字精確穩(wěn)定;具有多種輸入、輸出規(guī)格和報(bào)警方式設(shè)置。不僅具備手動(dòng)/自動(dòng)無(wú)擾動(dòng)切換操作功能,還具備手動(dòng)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(mén)位置的比例輸出,電源可在85-264VAC(50-60HZ)寬范圍內(nèi)波動(dòng),在強(qiáng)干擾的環(huán)境下也能保證測(cè)量的精度和工作的穩(wěn)定性。 目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)調(diào)節(jié)器的產(chǎn)家較多,我們通過(guò)比較,選用廈門(mén)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?xún)r(jià)比高;(2)產(chǎn)品的可靠性高,穩(wěn)定性好;(3)售后服務(wù)及時(shí);(4)800免費(fèi)電話(huà)。實(shí)踐也已經(jīng)證明了我們當(dāng)初的選擇是正確的。 2、4最優(yōu)控制及控制系數(shù)的計(jì)算與設(shè)置 生產(chǎn)過(guò)程是個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過(guò)程,生產(chǎn)過(guò)程中的某一時(shí)刻的某一環(huán)節(jié)似乎是不可控的,因而造成生產(chǎn)被動(dòng)或增加勞動(dòng)強(qiáng)度。最優(yōu)控制不僅要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程相對(duì)靜態(tài)時(shí)的最優(yōu),而且要求從一個(gè)工況轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪还r時(shí)也要自動(dòng)起到最優(yōu),即達(dá)到動(dòng)態(tài)最優(yōu)控制。所謂動(dòng)態(tài)最優(yōu)控制就是要找出起控制作用的參數(shù)的一個(gè)或一組參數(shù),使要控制的目標(biāo)參數(shù)的函數(shù)在滿(mǎn)足約束條件下最優(yōu)。 要想達(dá)到最優(yōu)控制,關(guān)鍵是要確定合適的控制系數(shù),那么怎樣對(duì)PID調(diào)節(jié)器的控制系數(shù)進(jìn)行計(jì)算與設(shè)置呢? 在自動(dòng)控制系統(tǒng)中,首先應(yīng)把流量大小轉(zhuǎn)化成計(jì)量的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),建立信號(hào)之間的聯(lián)系,該系統(tǒng)中是將流量信號(hào)統(tǒng)一轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào),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:
[IMG=系統(tǒng)原理圖]/uploadpic/tech/2007/12/20071217143020243832L.jpg[/IMG]
圖二:系統(tǒng)原理圖
I1=Q1/Q1max×I ⑴ I2=Q2/Q2max×I ⑵ 式中:I1為高嶺土流量對(duì)應(yīng)的電流; I2為分散劑流量對(duì)應(yīng)的電流 Q1為高嶺土對(duì)應(yīng)的流量; Q2為分散劑對(duì)應(yīng)的流量 Q1max為高嶺土設(shè)置的最大流量;Q2max為分散劑設(shè)置的最大流量 I為標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)(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)到最優(yōu)控制,即系統(tǒng)處于動(dòng)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(cè)量?jī)x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(wú)關(guān)。其次,根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程中的情況進(jìn)行計(jì)算來(lái)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(shí),K'=0.04;當(dāng)K=0.5時(shí),K'=0.1;當(dāng)K=1時(shí), K'=0.2,K'值是根據(jù)生產(chǎn)工藝需要,通過(guò)上位機(jī)對(duì)DCS系統(tǒng)內(nèi)部2#PID進(jìn)行設(shè)置。 2、5控制趨勢(shì)曲線(xiàn) 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(shí)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(chǎng)影響因素較多,但通過(guò)廣大人員的密切配合,最終將系統(tǒng)調(diào)試成功,系統(tǒng)控制趨勢(shì)曲線(xiàn)見(jiàn)圖3示:
[IMG=控制趨勢(shì)曲線(xiàn)圖]/uploadpic/tech/2007/12/2007121714303387572X.jpg[/IMG]
圖三:控制趨勢(shì)曲線(xiàn)圖
3、綠色設(shè)計(jì)與制造 綠色設(shè)計(jì)與制造是人類(lèi)可持續(xù)發(fā)展的必由之路,它將生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)社會(huì)聯(lián)結(jié)成一個(gè)協(xié)調(diào)發(fā)展的有機(jī)整體,要求經(jīng)濟(jì)發(fā)展必須考慮自然生態(tài)環(huán)境的長(zhǎng)期承載能力,滿(mǎn)足人類(lèi)長(zhǎng)遠(yuǎn)生成的需要。 在系統(tǒng)的工藝改造中,從系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)到生成產(chǎn)品,包括生產(chǎn)過(guò)程中的周轉(zhuǎn)物、回收物及廢棄物等,都充分地利用綠色設(shè)計(jì)的新思想。例如系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)選擇時(shí),將綠色設(shè)計(jì)新思想擺在首位,在滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝、保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下,盡可能多地采用綠色設(shè)計(jì);當(dāng)在滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝、保證產(chǎn)品質(zhì)量和采用綠色設(shè)計(jì)產(chǎn)生沖突時(shí),采取資金傾斜政策,以滿(mǎn)足實(shí)際需要。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段,將影響環(huán)境因素及預(yù)防污染的措施納入產(chǎn)品設(shè)計(jì)中,將環(huán)境性能作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)的目標(biāo)和出發(fā)點(diǎn),使生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的污染減少到最小,從根本上防治了污染,節(jié)約了能源和資源。設(shè)計(jì)中,采用HONEYWELL公司的DCS集散控制系統(tǒng)和變頻調(diào)速技術(shù),真正體現(xiàn)人性化設(shè)計(jì),全面實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化,大大減少勞動(dòng)強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率、降低噪聲污染、節(jié)約電能及減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊。在物流過(guò)程中,實(shí)現(xiàn)將物料進(jìn)行全密封裝置,從而杜絕了粉狀及粉粒狀物料(如鋁石、高嶺土等)對(duì)周?chē)h(huán)境的污染,保護(hù)工人的身體健康。提高企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力和可持續(xù)發(fā)展能力。 4、工藝改造中存在問(wèn)題及解決 4、1 DCS采集的數(shù)據(jù)存在問(wèn)題及解決 由于DCS主要采集4~20mA模擬電流信號(hào),模擬電流存在自身的缺陷,特別是采集的4~20m流量信號(hào)通過(guò)調(diào)節(jié)器進(jìn)行變送后造成的誤差更大,同時(shí)由于調(diào)節(jié)器內(nèi)部采用2路4~20mA模塊,相互之間干擾較嚴(yán)重,傳送到DCS的信號(hào)發(fā)現(xiàn)明顯失蹤。后來(lái)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行考慮,通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)有兩種方式可以解決:其一:更換PID內(nèi)部4~20mA模塊,采用光電隔離型模塊,并對(duì)系統(tǒng)的接地加以處理。其二:直接采集電腦積算器的模擬信號(hào),但是積算器的接口只有一個(gè),后來(lái)對(duì)積算器的模擬輸出進(jìn)行改造,使其準(zhǔn)確的將一路4~20mA模擬接口同時(shí)送給調(diào)節(jié)器和DCS,既保證調(diào)節(jié)器正常調(diào)節(jié),又滿(mǎn)足DCS準(zhǔn)確采集流過(guò)輸送機(jī)的物料。 4、2 調(diào)節(jié)閥變化頻率過(guò)快 調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)過(guò)程中,系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重的超調(diào)現(xiàn)象,系統(tǒng)振蕩較嚴(yán)重,星型給料機(jī)時(shí)停時(shí)轉(zhuǎn),調(diào)節(jié)閥頻率變化過(guò)快,不能正常工作,容易損壞。其原因主要是:料倉(cāng)不能均勻下料、現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)現(xiàn)象較嚴(yán)重、積算器和調(diào)節(jié)器內(nèi)部參數(shù)設(shè)置不合適。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況逐個(gè)進(jìn)行排除,從而保證調(diào)節(jié)閥正常工作。 4、3 變頻器控制方案的實(shí)現(xiàn) 由于接就原生產(chǎn)工藝,由兩個(gè)料倉(cāng)對(duì)輸送機(jī)(內(nèi)裝電子皮帶秤)進(jìn)行給料,從而需要2臺(tái)星型料機(jī)進(jìn)行給料,經(jīng)過(guò)多方面論證及生產(chǎn)工藝需要,采用2臺(tái)變頻器進(jìn)行控制,但只提供一路4~20模擬信號(hào),同時(shí)采用變頻器轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān),根據(jù)生產(chǎn)需要選用其中一臺(tái)或2臺(tái)全部工作。 5、當(dāng)前應(yīng)用效果 通過(guò)近4年時(shí)間的試運(yùn)行來(lái)看,使用效果較好,具體表現(xiàn)在以下幾方面: 5、1生產(chǎn)效率大大提高 原生產(chǎn)工藝中高嶺土和分散劑反應(yīng)時(shí)間約為2.2小時(shí),反應(yīng)后的混合物與其它七種物料反應(yīng)時(shí)間為40分鐘,可見(jiàn)改造后生產(chǎn)工藝的生產(chǎn)效率比以前提高4倍。 5、2系統(tǒng)可靠性大大提高 由于系統(tǒng)采用DCS集散控制系統(tǒng),PLC、變頻器、電氣轉(zhuǎn)換閥等均采用進(jìn)口器件,并經(jīng)過(guò)嚴(yán)格篩選,系統(tǒng)工作幾個(gè)月時(shí)間內(nèi)一直運(yùn)行穩(wěn)定。 5、3綠色設(shè)計(jì)和人性化設(shè)計(jì)得到充分體現(xiàn) 進(jìn)入二十一世紀(jì)后,隨著生活水平的提高,人們對(duì)環(huán)保意識(shí)明顯增強(qiáng),綠色設(shè)計(jì)技術(shù)作為一門(mén)新興課題正在各行各業(yè)快速應(yīng)用。正是由于該系統(tǒng)充分利用綠色設(shè)計(jì)這一先進(jìn)思想,使得系統(tǒng)投入運(yùn)行后取得許多事前人們意想不到的效果。 5、4產(chǎn)品質(zhì)量和合格率明顯提高 應(yīng)生產(chǎn)工藝需要,通過(guò)DCS系統(tǒng)設(shè)定好參數(shù)后,生產(chǎn)過(guò)程嚴(yán)格采用自動(dòng)控制,避免了人為因素的干擾,從而大大地提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和合格率。 5、5工藝控制平穩(wěn)、穩(wěn)定 系統(tǒng)中采用雙閉環(huán)控制,并對(duì)系統(tǒng)參數(shù)實(shí)行最優(yōu)計(jì)算,輸入到DCS系統(tǒng)中的模擬電流信號(hào)(即第二路閉環(huán)控制的目標(biāo)值)基本上是個(gè)穩(wěn)定信號(hào),從圖3中清楚地看到,系統(tǒng)控制精度在±1%范圍內(nèi),并能平穩(wěn)地工作。 5、6節(jié)能效果顯著 系統(tǒng)中用于變頻調(diào)節(jié)高嶺土、鋁石等的電機(jī)共有6臺(tái),功率均為1.5kw,全部工作時(shí)功率為9kw,實(shí)際工作中,功率只達(dá)到55~65%之間,節(jié)約大量的能源。 6、結(jié)束語(yǔ) 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(shí)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(píng),也成為我公司的樣板工程,一方面歸功于設(shè)計(jì)及器件選擇合理,用戶(hù)對(duì)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(kāi)的。

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