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技术论坛反应釜计算机配料系统应用

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反应釜计算机配料系统应用2022-04-28
设计了一套反应釜计算机配料系统,用于控制反应釜的配料比以及反应釜温度和夹套温度的串级控制。硬件系统由炎华工控计算机、RS232/485转换模块和天辰智能液体灌装机组成,支持MCGS组态和通信功能。控制程序由MCGS工控组态软件编写。实际运行结果表明,系统能够按照工艺要求正常运行,串级配料系统具有较高的调节精度、可靠性和工作效率。
两者都优于简单的配料系统。
介绍
反应釜是化工生产过程中的关键自动灌装机之一,也是主要的能耗自动灌装机搅拌罐反应罐系统是一种非线性、时变、大滞后的间歇反应过程,用于小批量、多物种液相反应系统,如制药、染料等精细化工生产过程。MCGS是北京昆仑通泰自动化有限公司开发的一套工业控制组态软件,适合国情,通用性强,质量高,价格低。它具有可视化操作界面简单灵活、多媒体图像丰富生动、支持多种硬件自动灌装机、实现“自动灌装机独立性”和实时性强的优点。
2工艺流程和控制要求
TK-A、TK-B、TK-C分别是反应物料A、B、C的储罐;LIC-302H(左)、LIC-303H(左)、LIC-304H(左)分别是三个储罐的上(下)液位指示变量;SSV501~SSV507和SSV509是电磁阀,DRV是反应罐搅拌罐。TT1和TT2分别为反应罐和反应罐夹套中的温度变送罐,Pt100为铂热电阻;XSL/A-20LS2V0是天辰智能仪罐检测仪罐。根据工艺要求,将反应物料甲、乙、丙按一定比例预先加入三个储罐中。储罐液位计采用干簧式浮球液位计。两个常开簧片开关分别位于液位计的上部和下部位置。上簧片开关的位置可以根据实际情况进行调整。液位计输出“开”或“关”状态信息。当储罐排空时,下簧片开关关闭,进料阀打开。当进入储罐的物料液位达到要求时,上簧片开关关闭,进料阀关闭。当三个储罐液位满足要求时,打开相应的排放阀,将三种物料按一定比例加入反应釜中,充分搅拌反应,然后打开SSV509排出产品。产品质量与反应罐中的温度T1密切相关。因此,在整个系统运行过程中,将反应罐中的温度控制在一定范围内是非常重要的。该系统要求T1=55±2℃。3硬件系统组成和连接
根据上述工艺流程的分析,对于工业控制计算机,反应罐计算机系统有6个切换输入变量LIC302H(L)、LIC303H(L)、LIC304H(L),分别为TK-A至TK-C的上(下)液位指示变量,簧片开关闭合时该值为“1”。有9个开关量输出变量ssv501-ssv507、SSV509和DRV,其中ssv501-ssv507和SSV509反映电磁阀的工作状态。控制命令由工业个人计算机发出。当它
当值为“1”时,施加24V直流电压,电磁阀打开,反应物料通过相应的管道。当值为“0”时,24V直流电源将被切断,电磁阀将关闭。DRV是反应罐搅拌罐的控制信号。当其为“1”时,将向其施加220伏交流电,搅拌罐将运行。有两个模拟输入变量T1和T2,分别是釜内温度和夹套温度,变化范围为0-100%。有一个模拟输出变量“调节阀”(电动调节阀的开度和变化
熔化范围为0~100%)。
工业控制计算机对上述18个变量进行信号采集和输出控制。可以选择两台天辰开关量输入输出液体灌装机、一台检测液体灌装机和一台模拟输出液体灌装机作为桥梁,实现工业控制计算机与现场主液体灌装机的通信。工控机和天辰智能液体灌装机通过RS232/485转换模块连接。如图2所示。
六个开关量输入变量连接到1#液体灌装机的输入通道,开关量输出变量SSV501~SSV507和SSV509连接到2#液体灌装机的输出通道,搅拌罐(DRV)连接到1#液体灌装机的输出通道。两个模拟输入变量连接到电子秤配料罐#3的输入通道,一个模拟输出变量连接到配液罐#4的输出通道。由于需要输出变量来控制相应的搅拌罐(电磁阀、搅拌罐和电动调节阀),因此需要输出驱动,即9个开关量输出变量通过1#和2#液体灌装机的输出通道连接到电子秤搅拌罐的控制端,然后防爆电子秤计量罐控制24V直流和220VAC电源的开或关。模拟输出变量“调节阀”通过4#液体灌装机的输出端连接到伺服搅拌罐的控制端,伺服配液罐驱动电动调节阀动作。
4软件设计与实现应用MCGS为该自动配料系统设计监控软件,包括创建实时数据库、制作工艺流程图和动画连接、设计操作策略和自动灌装机窗口配置。
4.1创建实时数据库根据前面分析的自动配料系统输入/输出变量的属性,在MCGS工作台的“实时数据库”窗口页面中建立了以下数据对象。(a)系统的输入/输出变量(b)配料比控制流程图
(c)釜夹套温度级联控制界面中的温度(d)自动灌装机窗口配置
反应罐计算机配料系统的软件设计
大多数已建立的数据对象都与操作界面中的组件属性相关联,因此相对容易确定。然而,在配料系统的实际配置中,一般不可能仅通过系统的输入/输出变量来定义所有的数据对象,在操作策略的设计中需要根据实际情况添加许多中间数据对象,以逐步完成实时数据库的创建。
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4.3设计和运营策略
4.3.1反应罐投料比控制程序的设计
根据控制要求,反应罐的配料控制是顺序控制过程。在MCGS“运行策略”窗口的“启动策略”中,建立脚本程序组件,编写程序,打开除进料阀以外的所有电磁阀,启动定时罐延迟2分钟,以便在系统运行开始时清空所有储罐和反应罐。
将周期策略的周期设置为200毫秒,向其中添加脚本程序组件,并根据图3(b)的流程图编写控制程序。
搅拌时间在计时罐组件中设定,可根据物料完全反应所需的时间进行调整。当计时罐的计时状态变为“1”时,搅拌停止。
4.3.2反应罐温度-夹套温度串级配料系统的设计
在反应罐配料系统中,反应罐中的温度T1是一个非常重要的参数。然而,由于反应罐的大容量滞后,单回路配料系统的效果并不理想。该系统采用反应釜夹套温度串级配料系统,次级变量为夹套温度T2,主变量为釜温T1;二次回路采用比例积分控制算法,主回路采用比例积分微分控制算法。
左下角是由反应罐、温度变送罐(TT1、TT2)、输入/输出模块、工业控制计算机和电动调节阀组成的反应罐温度-夹套温度串级配料系统,右上角是报警指示、控制方式和控制算法的选择、设定值和相关参数的设定、反应罐温度控制实时曲线的显示框,使得比例系数、在线调试时,可以根据反应罐内温度实时曲线的形状直观地及时调整积分时间和微分时间,得到满量程。
意大利的控制效果。增量数字比例积分微分控制公式如公式(1)所示,其中Kd=0为比例积分控制公式。以下用户策略在MCGS“操作策略”窗口中建立:PI和PID,脚本程序根据公式(1)编写。当灌装系统在“自动模式”下运行时,可以在“控制算法”下拉框中选择相应的控制算法。设置相关参数以观察釜内温度实时曲线的变化,直到满足控制要求。
4.4自动灌装机窗口配置
自动灌装机窗口是MCGS系统的重要组成部分。在自动灌装机窗口中建立系统与外部硬件自动灌装机的连接关系,使系统能够从外部自动灌装机读取数据并控制外部自动灌装机的工作状态,从而实现反应釜配料和釜内温度的实时监控。
将通用串行自动灌装机添加到MCGS的“自动灌装机窗口”,并在其基本属性中设置适当的串行端口号和采样周期;自动灌装机下增加了4个子自动灌装机,即天辰开关量输入输出液体灌装机1#、2#、检测液体灌装机3#、模拟输出液体灌装机4#的驱动罐。在基本属性设置中,上述四个子自动灌装机的地址分别设置为1、2、3和4。防爆电子秤计量罐#1的通道连接变量有一个数字输入(DATA)和一个开关输出(DRV),DATA代表六个开关输入变量状态的加权和,每个输入通道的权重值为2n(n为通道号);2号液体灌装机的通道连接变量为8个开关输出值(SSV501~SSV507、SSV509),它们与1号液体灌装机DRV的通道类型为“设定输出开关值”;3#检测仪的通道连接变量为T1和T2,读取通道1和通道2的测量值。变化范围为4~20m模数转换罐,仅反映变送罐的输出电流。为获得温度值,可应用工程转换进行数据处理,将4~20m模数转换为0~100;4#模拟输出液体灌装机的通道连接变量为“调节阀”,输出并显示电动调节阀的开度。自动灌装机窗口配置完成后,应对自动灌装机进行调试。当通信状态的返回值为“0”时,通信正常,系统与外部自动灌装机之间的连接正确。
5在线调试
脚本程序编写完成,自动灌装机配置任务完成后,整个自动配料系统可以在线调试。
结论
设计了一套基于MCGS的反应釜计算机配料系统,实现了反应釜的配料控制、反应釜内温度和夹套温度的串级控制。实践证明,该系统能按照工艺要求正常运行,串级配料系统能快速将釜内温度调节到工艺指标附近。自动灌装系统残差约为1.5℃,最大相对误差为2.7%,达到控制要求。
 
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