聚氯乙烯生产过程智能控制方法及应用研究

沐文存，周红燕

（新疆石河子开发区天业化工有限责任公司，新疆 石河子 832000）

聚氯乙烯生产过程智能控制方法及应用研究

沐文存，周红燕

（新疆石河子开发区天业化工有限责任公司，新疆 石河子 832000）

介绍了PVC生产过程控制的基本原理及传统和现行DCS控制原理及策略，把前馈、串级控制系统和按计算指标控制的控制系统等涉及智能控制应用于PVC生产装置的DCS集散控制系统中，为生产装置正常运行、节能降耗、安全生产及提高产品质量方面起了决定作用。

PVC；过程控制；智能控制；应用；研究

近年来，智能控制技术取得了长足的进步，并在许多科学与工程领域中取得了广泛的应用。

1 DCS控制的当前状况与优势

控制机理和控制策略的实施简单易行，更利于执行，便于应用。现代规模的DCS系统与最初的DCS系统相比，在速度、可靠性等应用领域都取得了巨大的进步。在技术发展方面有以下特点：DCS系统硬件技术的运算速度、产品质量、产品规模等均大幅度提升，这使得其硬件的可靠性进一步提高，并在系统规模的扩充下不断发展与扩大。同时，在功能领域也有了一定的扩展，在智能化领域也有了一定的涉足，这不仅仅局限于现场控制层，而且增加了更多的管理控制功能。现场总线的使用拓展了灵活的客户与服务器构架，适合大规模系统的I/O支持离线仿真、在线下装、数据回读等功能，其有经济性、易用性、延续性、实时性。PVC生产过程中，DCS控制系统已经相当普遍，大大提高了生产过程的检测和控制水平，但是与国外先进水平相比，国内自动检测和控制的质量并不高。将生产过程中控制方面的问题归纳，将新型控制技术与常规DCS控制相结合，形成各种改进的控制系统[1]。

2 应用背景及工艺概况

2.1 应用背景

新的DCS控制系统如西门子DCS控制系统、日本横河CS系列DCS过程控制系统、浙大中控ECS系统DCS过程控制系统等，应用于离子膜生产、烧碱生产、聚氯乙烯生产中，对生产过程进行全自动控制。该系统具有开放的操作环境，性能高、稳定性强、控制效果好；配套软件界面友好、开发灵活方便、便于维护、满足生产工艺要求。

2.2 工艺概况

2.2.1 工艺过程

在聚氯乙烯生产自动化智能化控制过程中，PVC树脂采用电石湿法发生的乙炔与氯化氢合成的氯乙烯经悬浮法聚合而制成。悬浮聚合工艺主要分为2个阶段：第一阶段为氯乙烯合成，乙炔气、氯化氢气在一定的温度、压力条件下，按一定比例连续送入转化器中，在触媒的作用下，自压缩机的精氯乙烯进入全凝器冷凝液化，再经水分离器除水后进入低沸塔脱除低沸物，并由塔底进入高沸塔脱除高沸物，塔顶得到精氯乙烯气体，经成品冷凝器冷凝后进入贮槽备用；第二阶段为聚合反应，不同的温度对应不同型号的产品，由于聚合过程的温度具有非线性和难以控制的特点，其温度控制存在一定的难度。每种树脂温度控制是以一定变量形式进行，在一定的反应情况下，如果控制不精确，可能会对产品产生巨大的影响，反应温度波动的情况决定了一定情况下树脂产品是否存在异常差别，所以聚合生产中温度与压力的控制是关键。

2.2.2 控制要点

PVC生产过程由4部分组成：聚合过程、汽提、干燥和包装过程。各种所需要助剂及单体在搅拌作用下分散成微小液珠悬浮于水介质中，加入油性过氧化物引发剂，升温至预定温度，引发单体进行聚合反应。加入稳定剂终止反应，聚合釜出料至沉析槽，再倒料至汽提、干燥到包装。控制要点主要包括：温度、压力、流量等参数，这些均是生产优质PVC树脂的重要因素。

DCS控制算法的理论基础是多变量DCS参数在有多种变量同时作用的情况下，将自校正的灵活性、适时性、可追溯性和经典DCS过程控制结构的简化性结合，同时是一种基于对当前信息估计的简单控制算法，其控制规律为工艺合理性、开放性、灵活性、安装方便等。因此，完善后的DCS参数整定原理可以很方便地推广到被控对象特性的辨识中，从而达到可靠的控制效果。

3 DCS参数自整定方法在PVC生产中的应用

现以横河DCS集散控制系统为例进行介绍，DCS集散控制系统算法实施的硬件连接以现场的信号经过输入卡件进入现场控制站，经过运算的控制信号显示现场过程中的各种适时数据（如实时压力、温度、液位、浓度等）、提供人机交互界面、存储历史趋势数据、打印报表等，再经过输出卡件输出到现场进行控制。工程师站（操作站）的作用是组态、编程、显示操作工艺流程画面、进行过程参数的收集和控制，实现生产过程的自动控制、优化、监视和报警等功能。许多企业在原有集散控制系统基础可进行一系列的改进，并进行了生产过程智能控制系统，进一步提高了产品质量，加大了现场控制的优化手段，从而实现了生产过程的智能优化控制。尽管DCS集散控制系统算法功能块种类繁多，但都可以在控制回路图中，通过不同的连接进行运算，达到控制的目的。

4 智能控制及其在DCS控制中的应用

智能DCS控制把智能控制与常规DCS控制结合。特别是在多变量控制上，智能控制与DCS结合的控制方法应用非常广泛。其对制定参数对象的选择多取决于各种相关因素，如被控过程的动态性能、控制对象、控制目标、操作人员对过程的理解及操作要求均有差异等。常规DCS过程控制的传统控制方法往往是技巧多于科学理论，对回路的制定环节相对较为繁琐。基于上述情况，研究人员开始着手整定DCS过程控制的研发技术，随着科学的进步，正日益取得较好的进展。特别是核电、火电、石油、化工等重要行业过程特性和操作条件的频繁变化及异常分析，操作人员对回路整定方法理解程度的不同及操作的不熟练均可造成整定失误，从而引起难以估计的重大损失。

5 结语

在现场操作中，操作人员和组态工程师往往根据经验整定DCS参数值，并在实际运用时不断摸索，以达到更好的效果。运用DCS智能控制算法是根据控制对象及控制机理的不同，采取不同的方案及不同参数予以调整。所以，其效果是非常合理且明显的，并且有强有力的科学依据作基础。实践表明，DCS智能控制方法可以很好地实现，根据实际生产现场对象特性的变化，适时提示及报警参数，控制效果良好。从目前调试的控制回路及控制方案的合理性来看，生产正常有序，减轻了操作人员的劳动强度，节能降耗，保证了安全生产，提高了产品质量，具有巨大的使用价值和广阔的市场潜力。

［1］Koivo H N， Tanttu J T.Tuning of DCS controllers：survey of SISO and MIMO techniques.In： Pre-prints of IFAC International Symp.on Intelligent Tun-ing and Adaptive Control， Session 1， Singapore， 1991.

Study on intelligent control method and application of PVC production process

MU Wen-cun，ZHOU Hong-yan

（Xinjiang Tianye Chemical Industry Co.Ltd.,Shihezi 832000，China）

Introduced the basic theory of PVC and conventional methods of production process control and its basic principle，and introduces the traditional and current DCS control principle and strategy，the feed forward cascade control system，and according to the index calculation control system involving the DCS distributed control system in the application of intelligent control device in PVC production，consumption the normal operation of production equipment，energy saving，safe production，played a decisive role in improving the quality of products.

PVC；process control；intelligent control；application；research

TM762

B

1009-1785(2017)10-0032-02

2017-07-21