專利名稱：一種帶夾套的反應(yīng)釜溫度控制系統(tǒng)及其溫度控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工業(yè)自動化控制領(lǐng)域，尤其涉及應(yīng)用在精細(xì)化工類，高分子聚 合物反應(yīng)中的帶夾套的反應(yīng)釜溫度控制系統(tǒng)及其溫度控制方法。
背景技術(shù)：
隨著科技和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，精細(xì)化工，高分子聚合物在各個領(lǐng)域得到了十分 廣泛的應(yīng)用，同時也對聚合物的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)過程自動化提出了更高的要求。 目前聚合物生產(chǎn)中的聚合反應(yīng)主要是在間歇式反應(yīng)釜中進(jìn)行，反應(yīng)釜是任何化
學(xué)品生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵i殳備，決定了化工產(chǎn)品的品質(zhì)、品種和生產(chǎn)能力。在生 產(chǎn)中影響聚合反應(yīng)的參數(shù)(如溫度、壓力、流量、速度等)，最重要的A^應(yīng)器的 溫度控制，其不但決定著產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)的效率，也很大程度上決定了生產(chǎn) 過程的安全性。
聚合反應(yīng)過程既是化學(xué)反應(yīng)過程，又是物理變化過程，聚合機(jī)理復(fù)雜。聚 合反應(yīng)過程具有非線性、時變、有噪聲干擾、有純滯后等特點。
常規(guī)方法對釜式反應(yīng)器的控制效果不是很理想，現(xiàn)有的控制方法很多只是 控制了夾套的溫度，進(jìn)行單個的PID的調(diào)節(jié)，它的根本在于控制夾套的溫度， 而不是控制反應(yīng)釜內(nèi)部溫度，所以如果反應(yīng)劇烈，就很難保證反應(yīng)釜內(nèi)溫度的 可控性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供的一種帶夾套的反應(yīng)釜溫度控制系統(tǒng)及其溫度控制方法，可有 效提高化工產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，嚴(yán)格控制反應(yīng)釜內(nèi)部溫度，解決了在精細(xì) 化工在反應(yīng)釜反應(yīng)過程中的溫度控制這一難點。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種帶夾套的反應(yīng)釜溫度控制系統(tǒng)，包含
夾套，所述夾套包圍著反應(yīng)釜；
循環(huán)泵，分別連接夾套的進(jìn)水管道和出水管道，讓夾套中的水不停的循環(huán)，
均勻混合；
射流混合器，其設(shè)置在循環(huán)泵與夾套之間的進(jìn)水管道上，冷卻水和蒸汽在 射流混合器中混合；
蒸汽調(diào)節(jié)閥，其一端通過管道連接射流混合器，另一端管道連接中壓蒸汽 產(chǎn)生裝置，讓蒸汽和水在射流混合器中混合成為熱水，從而提升反應(yīng)釜中的物 料的溫度；
冷卻水調(diào)節(jié)閥，其一端通過管道連接循環(huán)泵，另一端管道連接冷卻水進(jìn)水 口，用于冷卻夾套內(nèi)部的水溫，從而降低反應(yīng)釜中物料的溫度； 測溫裝置，所述測溫裝置包含
第一測溫裝置，設(shè)置在反應(yīng)釜上，記錄反應(yīng)釜內(nèi)的實時溫度； 第二測溫裝置，設(shè)置在夾套的進(jìn)水管道上，記錄夾套內(nèi)的實時溫度； 溫度控制裝置，其電路連接所述的蒸汽調(diào)節(jié)閥、冷卻水調(diào)節(jié)閥和測溫裝置， 該溫度控制裝置包括串級的兩層PID (比例、積分、微分)控制， 一個作為主 PID控制裝置， 一個作為從PID控制裝置；
溫度控制裝置控制夾套內(nèi)的溫度，從而最終控制反應(yīng)釜內(nèi)的溫度，當(dāng)測溫 裝置測得的溫度低于設(shè)定值時，打開蒸汽調(diào)節(jié)閥，加熱夾套內(nèi)部水溫，提升反 應(yīng)蒼中的物料的溫度，當(dāng)測溫裝置測得的溫度高于設(shè)定值時，打開冷卻水調(diào)節(jié) 閥，冷卻夾套內(nèi)部的水溫，降^^應(yīng)釜中物料的溫度，從而將反應(yīng)釜內(nèi)的溫度 穩(wěn)定在一定溫度范圍之內(nèi)，讓反應(yīng)順利進(jìn)行。本發(fā)明還提供一種溫度控制方法，包含以下步驟
步驟l、調(diào)試PID的參數(shù)，PID的參數(shù)確定后，啟動整個串級的PID模式；
步驟1.1、確定Kp值，把Kp值設(shè)定在8以下，得到PID快速的溫度響應(yīng) 速度和溫度的穩(wěn)定性；
步驟1.2、確定Ki的值；根據(jù)實際工藝設(shè)備的情況，反復(fù)多設(shè)定幾次數(shù)值， 一般先設(shè)定為0.5看實際的曲線，再慢慢調(diào)整；
步驟1.3、確定Kd的值； 一般很少用到Kd,所以Kd的值為0;
步驟1.4、確定BLAS的初始值為50;
步驟2、主PID控制裝置設(shè)定需要的反應(yīng)釜內(nèi)溫度Master PID SP;
步驟3、主PID控制裝置對第一測溫裝置讀得的溫度過程值Master PID PV
進(jìn)行PID調(diào)節(jié)運(yùn)算，得到的結(jié)果為Master PID Control Output ( CV1 ， 0%《CV1
< 1000/0);
五=Master PID SP - Master PID P V
步驟4、確定夾套內(nèi)溫度Slave PID SP;
因為正常反應(yīng)溫度為75。C左右，同時夾套的溫度不能超過95C (超過95匸 之后有可能夾套中的水全部蒸發(fā)為水蒸氣，加熱效果相反會比90多度的水要小 得多);
將步驟3得到的CV1代入函數(shù)運(yùn)算y=k*CVl(l《k《2)得到y(tǒng)的值(限定10 《y《95 ),以y的值作為從PID控制裝置設(shè)定的夾套內(nèi)溫度Slave PID SP;
步驟5、從PID控制裝置對第二測溫裝置讀得的溫度過程值Slave PID PV進(jìn)
行PID調(diào)節(jié)運(yùn)算，得到的結(jié)果為Slave PID Control Output (CV2) (0%《CV2《
100%);
五=Slave PID SP — Slave PID PV
，^蘊(yùn)vePIDPV …。 CT2 =《,+A; --—
0J 力 步驟6、規(guī)定一個死區(qū)Dead band,死區(qū)的范圍為2%~0%; 當(dāng)CV2的值處于50%-Dead band ~50%+Dead band范圍內(nèi)時，既不需要開蒸 汽調(diào)節(jié)閥，也不需要開冷卻水調(diào)節(jié)閥；
當(dāng)CV2的值大于50°/。+Deadband,進(jìn)行步驟7; 當(dāng)CV2的值小于50°/o-Deadband，進(jìn)行步驟8; 步驟7、溫度控制裝置打開蒸汽調(diào)節(jié)閥；
中壓蒸汽閥的開度％={ [CV2-(50%+Dead band)]/(50%-Dead band)} * 100% 步驟8、溫度控制裝置打開冷卻水調(diào)節(jié)閥；
冷卻水閥開度％={ [ (50%+Dead band)-CV2]/(50%-Dead band)} * 100%。 在應(yīng)用本發(fā)明提供的溫度控制方法的過程中，先單獨調(diào)試從PID的參數(shù)， 讓從PID能有一個快速響應(yīng)時間和一個穩(wěn)定的響應(yīng)過程，既是讓夾套中的溫度 負(fù)M艮好的跟隨Slave PID SP，當(dāng)完成此過程后，啟動整個串級的PID模式，當(dāng)這 個串級的主PID給出的CV1變化時，y=l*CVl也會隨之變化，也就是說從Slave
已經(jīng)在單獨的測試中擁有^艮好的跟隨性，所以整個系統(tǒng)的冷卻水調(diào)節(jié)閥和蒸汽 調(diào)節(jié)閥也能按預(yù)期的設(shè)定進(jìn)行很好的工作。
本發(fā)明提供的一種帶夾套的反應(yīng)釜溫度控制系統(tǒng)及其溫度控制方法，是一
個簡單有效的帶夾套的反應(yīng)釜溫度控制方案，是一種基于Rockwell RSlogix5000 PLC系統(tǒng)的一種串級PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)，只需要通過實際工況調(diào)整具體的PID參數(shù)
就能很好的控制反應(yīng)釜的溫度，而且反應(yīng)釜的溫度可以控制在士rc之內(nèi)，從而
可有效提高化工產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，解決在精細(xì)化工在反應(yīng)釜反應(yīng)過程中 的溫度控制這一難點。
附困說明


圖1是本發(fā)明提供的一種帶夾套的反應(yīng)釜溫度控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明提供的一種溫度控制方法的步驟6中死區(qū)的范圍以及對應(yīng)的 步驟7和8中調(diào)節(jié)閥開度示意圖。
具體實施例方式
以下根據(jù)圖1和圖2具體說明本發(fā)明的較佳實施方式 如圖l所示， 本發(fā)明提供一種帶夾套的反應(yīng)釜溫度控制系統(tǒng)，包含 夾套IOI,所述夾套101包圍著反應(yīng)釜100;
循環(huán)泵102,分別連接夾套101的進(jìn)水管道1011和出水管道1012，讓夾套 1011中的水不停的循環(huán)，均勻混合；
射流混合器103，其設(shè)置在循環(huán)泵102與夾套101之間的進(jìn)水管道1011上， 冷卻水和蒸汽在射流混合器103中混合；
蒸汽調(diào)節(jié)閥104,其一端通過管道連接射流混合器103，另一端管道連接中 壓蒸汽產(chǎn)生裝置，用于加熱夾套內(nèi)部的水溫，從而提升反應(yīng)釜中的物料的溫度；
冷卻水調(diào)節(jié)閥105，其一端通過管道連接循環(huán)泵102，另一端管道連接冷卻 水進(jìn)水口，用于冷卻夾套內(nèi)部的水溫，從而降低反應(yīng)釜中物料的溫度；
測溫裝置，所述測溫裝置包含
第一測溫裝置1061，設(shè)置在反應(yīng)釜100上，記錄反應(yīng)釜內(nèi)的實時—溫度； 第二測溫裝置1062，設(shè)置在夾套101的進(jìn)水管道1011上，記錄夾套內(nèi)的實
時溫度；
溫度控制裝置，其電路連接所述的蒸汽調(diào)節(jié)閥104、冷卻水調(diào)節(jié)閥105和測 溫裝置，該溫度控制裝置包括串級的兩層PID (比例、積分、微分)控制， 一個 作為主PID控制裝置， 一個作為從PID控制裝置；
溫度控制裝置控制夾套內(nèi)的溫度，從而最終控制反應(yīng)釜內(nèi)的溫度，當(dāng)測溫 裝置測得的溫度低于設(shè)定值時，打開蒸汽調(diào)節(jié)閥，加熱夾套內(nèi)部水溫，提升反 應(yīng)釜中的物料的溫度，當(dāng)測溫裝置測得的溫度高于設(shè)定值時，打開冷卻水調(diào)節(jié) 閥，冷卻夾套內(nèi)部的水溫，P務(wù)低反應(yīng)釜中物料的溫度，從而將反應(yīng)釜內(nèi)的溫度 穩(wěn)定在一定溫度范圍之內(nèi)，讓反應(yīng)順利進(jìn)行。
本發(fā)明還提供一種溫度控制方法，包含以下步驟
步驟l、調(diào)試PID的參數(shù)，PID的參數(shù)確定后，啟動整個串級的PID模式；
步驟1.1、確定Kp值，把Kp值設(shè)定在8以下，得到PID快速的溫度響應(yīng) 速度和溫度的穩(wěn)定性；
步驟1.2、確定Ki的值；根據(jù)實際工藝設(shè)備的情況，反復(fù)多設(shè)定幾次數(shù)值， 一般先設(shè)定為0.5看實際的曲線，再慢慢調(diào)整；
步驟1.3、確定Kd的值； 一般很少用到Kd，所以Kd的值為0;
步驟1.4、確定BLAS的初始值為50;
步驟2、主PID控制裝置設(shè)定需要的反應(yīng)釜內(nèi)溫度Master PID SP;
步驟3、主PID控制裝置對第一測溫裝置讀得的溫度過程值Master PID PV
進(jìn)行PID調(diào)節(jié)運(yùn)算，得到的結(jié)果為Master PID Control Output (CVl， 0%《CV1
《100%);
<formula>formula see original document page 9</formula>步驟4、確定夾套內(nèi)溫度Slave PID SP;
因為正常反應(yīng)溫度為75'C左右，同時夾套的溫度不能超過95。C (超過95。C 之后有可能夾套中的水全部蒸發(fā)為水蒸氣，加熱效果相反會比90多度的水要 小)；
將步驟3得到的CV1代入函數(shù)運(yùn)算y=l*CVl得到y(tǒng)的值(限定10 < y《95 )， 以y的值作為從PID控制裝置設(shè)定的夾套內(nèi)溫度Slave PID SP;
步驟5、從PID控制裝置對第二測溫裝置讀得的溫度過程值Slave PID PV進(jìn)
行PID調(diào)節(jié)運(yùn)算，得到的結(jié)果為Slave PID Control Output (CV2) (0%《CV2《
100%);
五=Slave PID SP - Slave PID PV
" ^'r廣j ^必lavePIDPV …。 0J 力
步驟6、規(guī)定一個死區(qū)Dead band,死區(qū)的范圍為2%~0o/o; 當(dāng)CV2的值處于50M-Deadband~50%+Deadband范圍內(nèi)時，既不需要開蒸 汽調(diào)節(jié)閥，也不需要開冷卻水調(diào)節(jié)閥；
當(dāng)CV2的值大于50%+Dead band,進(jìn)行步驟7; 當(dāng)CV2的值小于50%-Deadband,進(jìn)行步驟8; 步驟7、溫度控制裝置打開蒸汽調(diào)節(jié)閥；
中壓蒸汽閥的開度o/^([CV2-(50T(H"Dead band)/(50o/o-Dead band)}*100% 步驟8、溫度控制裝置打開冷卻水調(diào)節(jié)閥；
冷卻水閥開度％={[ (50%+Dead band)-CV2]/(50%-Dead band)}* 100%。
權(quán)利要求
1.一種帶夾套的反應(yīng)釜溫度控制系統(tǒng)，包含夾套(101)，所述夾套(101)包圍著反應(yīng)釜(100)；循環(huán)泵(102)，分別連接夾套(101)的進(jìn)水管道(1011)和出水管道(1012)，讓夾套(1011)中的水不停的循環(huán)，均勻混合；射流混合器(103)，其設(shè)置在循環(huán)泵(102)與夾套(101)之間的進(jìn)水管道(1011)上，冷卻水和蒸汽在射流混合器(103)中混合；蒸汽調(diào)節(jié)閥(104)，其一端通過管道連接射流混合器(103)，另一端管道連接蒸汽產(chǎn)生裝置，用于加熱夾套內(nèi)部的水溫，從而提升反應(yīng)釜中的物料的溫度；冷卻水調(diào)節(jié)閥(105)，其一端通過管道連接循環(huán)泵(102)，另一端管道連接冷卻水進(jìn)水口，用于冷卻夾套內(nèi)部的水溫，從而降低反應(yīng)釜中物料的溫度；其特征在于，還包含測溫裝置；溫度控制裝置，其電路連接所述的蒸汽調(diào)節(jié)閥(104)、冷卻水調(diào)節(jié)閥(105)和測溫裝置，溫度控制裝置控制夾套內(nèi)的溫度，從而最終控制反應(yīng)釜內(nèi)的溫度。
2. 如權(quán)利要求1所述的帶夾套的反應(yīng)釜溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的測 溫裝置包含第一測溫裝置(1061)，設(shè)置在反應(yīng)釜(100)上，記錄反應(yīng)釜內(nèi)的實時 溫度；第二測溫裝置(1062)，設(shè)置在夾套(101)的進(jìn)水管道(1011)上，記 錄夾套內(nèi)的實時溫度。
3. 如權(quán)利要求l所述的帶夾套的反應(yīng)釜溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的溫 度控制裝置包括串級的兩層PID控制， 一個作為主PID控制裝置， 一個作為 從PID控制裝置。
4. 如權(quán)利要求2所述的帶夾套的反應(yīng)釜溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的蒸 汽調(diào)節(jié)閥(104)為中壓蒸汽調(diào)節(jié)閥。
5. —種溫度控制方法，其特征在于，包含以下步驟步驟l、調(diào)試PID的參數(shù)，PID的參數(shù)確定后，啟動整個串級的PID模式；步驟2、主PID控制裝置設(shè)定需要的反應(yīng)釜內(nèi)溫度Master PID SP;步驟3、主PID控制裝置對第一測溫裝置讀得的溫度過程值Master PIDPV進(jìn)行PID調(diào)節(jié)運(yùn)算，得到的結(jié)果為MasterPIDControlOutput-CVl; 五=Master PID SP 一 Master PID PV<formula>formula see original document page 3</formula>步驟4 、確定夾套內(nèi)溫度Slave PID SP;步驟5、從PID控制裝置對第二測溫裝置讀得的溫度過程值Slave PID PV進(jìn)行PID調(diào)節(jié)運(yùn)算，得到的結(jié)果為Slave PID Control Output=CV2; 五=Slave PID SP - Slave PID PV<formula>formula see original document page 3</formula>步驟6、規(guī)定一個死區(qū)Dead band,死區(qū)的范圍為2%~0%; 當(dāng)CV2的值處于50%-Dead band ~50%+Dead band范圍內(nèi)時，既不需要 開蒸汽調(diào)節(jié)閥，也不需要開冷卻水調(diào)節(jié)閥；當(dāng)CV2的值大于50%+Dead band,進(jìn)行步驟7; 當(dāng)CV2的值小于50%-Dead band,進(jìn)行步驟8; 步驟7、溫度控制裝置打開蒸汽調(diào)節(jié)閥； 步驟8、溫度控制裝置打開冷卻水調(diào)節(jié)閥。
6. 如權(quán)利要求5所述的溫度控制方法，其特征在于，所述的步驟l包含以下步 驟步驟l.l、確定Kp值，把Kp值設(shè)定在8以下，得到PID快速的溫度響 應(yīng)速度和溫度的穩(wěn)定性； 步驟1.2、確定Ki的值；根據(jù)實際工藝設(shè)備的情況，反復(fù)多設(shè)定幾次數(shù)值，先設(shè)定為0.5;步驟1.3、確定Kd的值為0;步驟1.4、確定BLAS的初始值為50。
7. 如權(quán)利要求6所述的溫度控制方法，其特征在于，所述的步驟1,2中，所述 的Ki的值繼續(xù)根據(jù)實際的曲線慢慢調(diào)整。
8. 如權(quán)利要求5所述的溫度控制方法，其特征在于，所述的步驟4中，將步驟 3得到的CV1代入函數(shù)運(yùn)算y^l^CVl(l《k《2)得到y(tǒng)的值(l(Ky《95)，以 y的值作為從PID控制裝置設(shè)定的夾套內(nèi)溫度Slave PID SP。
9. 如權(quán)利要求5所述的溫度控制方法，其特征在于，所述的步驟7中，蒸汽閥 的開度。/。-([CV2-(50。/。+Dead band)〗/(50°/。-Dead band)}*100%。
10. 如權(quán)利要求5所述的溫度控制方法，其特征在于，所述的步驟8中，冷卻水 閥開度％={[ (50%+Dead band)-CV2〗/(50%-Dead band)}*100%。
全文摘要
一種帶夾套的反應(yīng)釜溫度控制系統(tǒng)及其溫度控制方法，用夾套將反應(yīng)釜包圍起來，并設(shè)置連接蒸汽產(chǎn)生裝置的蒸汽調(diào)節(jié)閥和連接冷卻水的冷卻水調(diào)節(jié)閥，通過測溫裝置測得的反應(yīng)釜和夾套內(nèi)的實時溫度，溫度控制裝置采用溫度控制方法，控制夾套內(nèi)的溫度，從而最終控制反應(yīng)釜內(nèi)的溫度，當(dāng)測溫裝置測得的溫度低于設(shè)定值時，打開蒸汽調(diào)節(jié)閥，加熱夾套內(nèi)部水溫，提升反應(yīng)釜中的物料的溫度，當(dāng)測溫裝置測得的溫度高于設(shè)定值時，打開冷卻水調(diào)節(jié)閥，冷卻夾套內(nèi)部的水溫，降低反應(yīng)釜中物料的溫度，從而將反應(yīng)釜內(nèi)的溫度穩(wěn)定在一定溫度范圍之內(nèi)，讓反應(yīng)順利進(jìn)行。本發(fā)明可有效提高化工產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，解決在精細(xì)化工在反應(yīng)釜反應(yīng)過程中的溫度控制這一難點。
文檔編號G05D23/01GK101349925SQ200810042328
公開日2009年1月21日 申請日期2008年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月29日
發(fā)明者孫會兵 申請人:上?；蹣螂姎庾詣踊邢薰?上海路豪電氣控制工程有限公司