| 反應釜計算機配料系統應用 | 2020-01-06 |
| 設計了一套反應釜計算機配料系統，用于控制反應釜的配料比以及反應釜溫度和夾套溫度的串級控制。硬件系統由炎華工控計算機、RS232/485轉換模塊和天辰智能液體灌裝機組成，支持MCGS組態和通信功能。控制程序由MCGS工控組態軟件編寫。實際運行結果表明，系統能夠按照工藝要求正常運行，串級配料系統具有較高的調節精度、可靠性和工作效率。 兩者都優于簡單的配料系統。 介紹 反應釜是化工生產過程中的關鍵自動灌裝機之一，也是主要的能耗自動灌裝機。攪拌罐反應罐系統是一種非線性、時變、大滯后的間歇反應過程，用于小批量、多物種液相反應系統，如制藥、染料等精細化工生產過程。MCGS是北京昆侖通泰自動化有限公司開發的一套工業控制組態軟件，適合國情，通用性強，質量高，價格低。它具有可視化操作界面簡單靈活、多媒體圖像豐富生動、支持多種硬件自動灌裝機、實現“自動灌裝機獨立性”和實時性強的優點。 2工藝流程和控制要求 TK-A、TK-B、TK-C分別是反應物料A、B、C的儲罐；LIC-302H(左)、LIC-303H(左)、LIC-304H(左)分別是三個儲罐的上(下)液位指示變量；SSV501~SSV507和SSV509是電磁閥，DRV是反應罐攪拌罐。TT1和TT2分別為反應罐和反應罐夾套中的溫度變送罐，Pt100為鉑熱電阻；XSL/A-20LS2V0是天辰智能儀罐檢測儀罐。根據工藝要求，將反應物料甲、乙、丙按一定比例預先加入三個儲罐中。儲罐液位計采用干簧式浮球液位計。兩個常開簧片開關分別位于液位計的上部和下部位置。上簧片開關的位置可以根據實際情況進行調整。液位計輸出“開”或“關”狀態信息。當儲罐排空時，下簧片開關關閉，進料閥打開。當進入儲罐的物料液位達到要求時，上簧片開關關閉，進料閥關閉。當三個儲罐液位滿足要求時，打開相應的排放閥，將三種物料按一定比例加入反應釜中，充分攪拌反應，然后打開SSV509排出產品。產品質量與反應罐中的溫度T1密切相關。因此，在整個系統運行過程中，將反應罐中的溫度控制在一定范圍內是非常重要的。該系統要求T1=55±2℃。3硬件系統組成和連接 根據上述工藝流程的分析，對于工業控制計算機，反應罐計算機系統有6個切換輸入變量LIC302H(L)、LIC303H(L)、LIC304H(L)，分別為TK-A至TK-C的上(下)液位指示變量，簧片開關閉合時該值為“1”。有9個開關量輸出變量ssv501-ssv507、SSV509和DRV，其中ssv501-ssv507和SSV509反映電磁閥的工作狀態。控制命令由工業個人計算機發出。當它 當值為“1”時，施加24V直流電壓，電磁閥打開，反應物料通過相應的管道。當值為“0”時，24V直流電源將被切斷，電磁閥將關閉。DRV是反應罐攪拌罐的控制信號。當其為“1”時，將向其施加220伏交流電，攪拌罐將運行。有兩個模擬輸入變量T1和T2，分別是釜內溫度和夾套溫度，變化范圍為0-99%。有一個模擬輸出變量“調節閥”(電動調節閥的開度和變化 熔化范圍為0~99%)。 工業控制計算機對上述18個變量進行信號采集和輸出控制。可以選擇兩臺天辰開關量輸入輸出液體灌裝機、一臺檢測液體灌裝機和一臺模擬輸出液體灌裝機作為橋梁，實現工業控制計算機與現場主液體灌裝機的通信。工控機和天辰智能液體灌裝機通過RS232/485轉換模塊連接。如圖2所示。 六個開關量輸入變量連接到1液體灌裝機的輸入通道，開關量輸出變量SSV501~SSV507和SSV509連接到2液體灌裝機的輸出通道，攪拌罐(DRV)連接到1液體灌裝機的輸出通道。兩個模擬輸入變量連接到電子秤配料罐3的輸入通道，一個模擬輸出變量連接到配液罐4的輸出通道。由于需要輸出變量來控制相應的攪拌罐(電磁閥、攪拌罐和電動調節閥)，因此需要輸出驅動，即9個開關量輸出變量通過1和2液體灌裝機的輸出通道連接到電子秤攪拌罐的控制端，然后防爆電子秤計量罐控制24V直流和220VAC電源的開或關。模擬輸出變量“調節閥”通過4液體灌裝機的輸出端連接到伺服攪拌罐的控制端，伺服配液罐驅動電動調節閥動作。 4軟件設計與實現應用MCGS為該自動配料系統設計監控軟件，包括創建實時數據庫、制作工藝流程圖和動畫連接、設計操作策略和自動灌裝機窗口配置。 4.1創建實時數據庫根據前面分析的自動配料系統輸入/輸出變量的屬性，在MCGS工作臺的“實時數據庫”窗口頁面中建立了以下數據對象。(a)系統的輸入/輸出變量(b)配料比控制流程圖 (c)釜夾套溫度級聯控制界面中的溫度(d)自動灌裝機窗口配置 反應罐計算機配料系統的軟件設計 大多數已建立的數據對象都與操作界面中的組件屬性相關聯，因此相對容易確定。然而，在配料系統的實際配置中，一般不可能僅通過系統的輸入/輸出變量來定義所有的數據對象，在操作策略的設計中需要根據實際情況添加許多中間數據對象，以逐步完成實時數據庫的創建。 關閉存儲 4.3設計和運營策略 4.3.1反應罐投料比控制程序的設計 根據控制要求，反應罐的配料控制是順序控制過程。在MCGS“運行策略”窗口的“啟動策略”中，建立腳本程序組件，編寫程序，打開除進料閥以外的所有電磁閥，啟動定時罐延遲2分鐘，以便在系統運行開始時清空所有儲罐和反應罐。 將周期策略的周期設置為200毫秒，向其中添加腳本程序組件，并根據圖3(b)的流程圖編寫控制程序。 攪拌時間在計時罐組件中設定，可根據物料反應所需的時間進行調整。當計時罐的計時狀態變為“1”時，攪拌停止。 4.3.2反應罐溫度-夾套溫度串級配料系統的設計 在反應罐配料系統中，反應罐中的溫度T1是一個非常重要的參數。然而，由于反應罐的大容量滯后，單回路配料系統的效果并不理想。該系統采用反應釜夾套溫度串級配料系統，次級變量為夾套溫度T2，主變量為釜溫T1；二次回路采用比例積分控制算法，主回路采用比例積分微分控制算法。 左下角是由反應罐、溫度變送罐(TT1、TT2)、輸入/輸出模塊、工業控制計算機和電動調節閥組成的反應罐溫度-夾套溫度串級配料系統，右上角是報警指示、控制方式和控制算法的選擇、設定值和相關參數的設定、反應罐溫度控制實時曲線的顯示框，使得比例系數、在線調試時，可以根據反應罐內溫度實時曲線的形狀直觀地及時調整積分時間和微分時間，得到滿量程。 意大利的控制效果。增量數字比例積分微分控制公式如公式(1)所示，其中Kd=0為比例積分控制公式。以下用戶策略在MCGS“操作策略”窗口中建立:PI和PID，腳本程序根據公式(1)編寫。當灌裝系統在“自動模式”下運行時，可以在“控制算法”下拉框中選擇相應的控制算法。設置相關參數以觀察釜內溫度實時曲線的變化，直到滿足控制要求。 4.4自動灌裝機窗口配置 自動灌裝機窗口是MCGS系統的重要組成部分。在自動灌裝機窗口中建立系統與外部硬件自動灌裝機的連接關系，使系統能夠從外部自動灌裝機讀取數據并控制外部自動灌裝機的工作狀態，從而實現反應釜配料和釜內溫度的實時監控。 將通用串行自動灌裝機添加到MCGS的“自動灌裝機窗口”，并在其基本屬性中設置適當的串行端口號和采樣周期；自動灌裝機下增加了4個子自動灌裝機，即天辰開關量輸入輸出液體灌裝機1、2、檢測液體灌裝機3、模擬輸出液體灌裝機4的驅動罐。在基本屬性設置中，上述四個子自動灌裝機的地址分別設置為1、2、3和4。防爆電子秤計量罐1的通道連接變量有一個數字輸入(DATA)和一個開關輸出(DRV)，DATA代表六個開關輸入變量狀態的加權和，每個輸入通道的權重值為2n(n為通道號)；2號液體灌裝機的通道連接變量為8個開關輸出值(SSV501~SSV507、SSV509)，它們與1號液體灌裝機DRV的通道類型為“設定輸出開關值”；3檢測儀的通道連接變量為T1和T2，讀取通道1和通道2的測量值。變化范圍為4~20m模數轉換罐，僅反映變送罐的輸出電流。為獲得溫度值，可應用工程轉換進行數據處理，將4~20m模數轉換為0~100；4模擬輸出液體灌裝機的通道連接變量為“調節閥”，輸出并顯示電動調節閥的開度。自動灌裝機窗口配置完成后，應對自動灌裝機進行調試。當通信狀態的返回值為“0”時，通信正常，系統與外部自動灌裝機之間的連接正確。 5在線調試 腳本程序編寫完成，自動灌裝機配置任務完成后，整個自動配料系統可以在線調試。 結論 設計了一套基于MCGS的反應釜計算機配料系統，實現了反應釜的配料控制、反應釜內溫度和夾套溫度的串級控制。實踐證明，該系統能按照工藝要求正常運行，串級配料系統能快速將釜內溫度調節到工藝指標附近。自動灌裝系統殘差約為1.5℃，相對誤差為2.7%，達到控制要求。 | |
