80Kt/a锦纶切粒系统智能协调控制

[align=center]中控技术公司 黄守胜 郑晓纽广东新会美达锦纶股份有限公司 赵晓明[/align] 摘　要：本文详细阐述了80Kt/a锦纶切粒系统智能协调控制的实现方法。该系统将智能协调控制技术和常规PID技术相结合，较好地解决了80Kt/a锦纶切粒系统协调和同步困难的控制问题，实际生产表明该方法控制效果极好，为大规模锦纶切粒系统的控制提供了一种新的思路和方法。 关键词：锦纶切粒 智能协调控制 PID控制 　 一、前言 广东新会美达锦纶股份有限公司2005年新建80Kt/a锦纶生产线，控制系统采用浙江中控技术股份有限公司研制的WebField ECS-100控制系统（DCS），对整个锦纶生产过程进行自动监控。其中聚已内酰胺（PA6）切片系统引进了BKG公司的一种新型水下智能切粒机，它采用西门子S7-400可编程控制系统（PLC）进行自动控制。开车之初，我们在DCS上单纯采用PID控制进行调试切粒系统，但是经常出现齿轮泵与切粒机启动和运行不同步、产品品种和产量改变、操作模式切换、稳态控制变化率太大等情况，均易引起产品质量变差、堵料、停车。针对80Kt/a锦纶切粒系统的实际情况，我们经过多次试验，最终采用了智能协调控制与PID相结合的方法，研制了智能协调控制器，解决了转速配合不同步、不协调的问题，提高了切粒系统的整体抗干扰能力。 二、切粒系统的特点 80Kt/a锦纶生产线的切粒系统是由齿轮泵、三通阀、切粒机及辅助系统组成，如图1所示。[align=center][IMG=中控技术]/uploadpic/tech/2008/3/2008031909462899473V.jpg[/IMG]图1 80Kt/a锦纶切粒系统结构图[/align] 来自聚合釜底部的高温聚合物熔体经过齿轮泵持续排放，熔体通过三通阀进入切粒机，切粒机将穿过的熔体立即切成粒状。切片和水的混合物进行输送循环分离，切片被输送至连续萃取工段，输送液体回流至切粒水系统中【1】。 80Kt/a锦纶切粒系统特点：切粒环境存在温度高、压力高、粘度高、易凝固等因素；锦纶切片产量大、产品型号多；切粒机的切刀转速快、启动时间要求非常短；切粒系统的整体控制精度要求特别高、响应速度快、控制变化率小；三通阀和安全联锁对切粒系统的一致性；切粒机和齿轮泵采用高质量的专用变频系统和电气系统。 在图1中，HIC100表示智能协调控制器，FYC101表示齿轮泵转速控制器，FYC102表示切粒机转速控制器，FIC101表示齿轮泵常规控制器，FIC102表示切粒机常规控制器，XT101表示齿轮泵实际转速，XT102表示切粒机实际转速；三通阀位置分别表示：A为堵料，B为正常生产，C为排料。 三、智能协调控制的设计及实现 在锦纶生产中，需要将聚合物熔体切成球状的切片产品以方便包装、运输、存储和再加工利用。切片的形状、色泽、大小是评价产品质量和产量的重要指标，其指标好坏是直接由聚合物熔体的温度、齿轮泵出料量、切刀转速、冷却水流量等诸多工艺参数的准确性、及时性、同步性决定的，其中齿轮泵与切粒机转速协调是控制的核心问题。由于切粒机与齿轮泵之间没有物料缓冲环节，因此切粒机与齿轮泵必须协调好转速，同步运行，如果切粒机切刀转速变化太快，齿轮泵转速变化太慢，则进料少，粒子会变小；如果切粒机切刀转速变化太慢，齿轮泵转速变化太快，则进料多，粒子会变大，甚至堵塞切粒机。 根据操作要求，切粒系统的操作模式分为三种： 主动控制模式（就地控制）： 智能协调控制器HIC100将工艺指标赋值给齿轮泵转速控制器FYC101运算转换后，由齿轮泵控制器FIC101控制转速（出料量），而齿轮泵转速XT101直接去控制切粒机转速。 从动控制模式（远程遥控）：智能协调控制器HIC100将工艺指标赋值给切粒机转速控制器FYC102运算转换后，由切粒机控制器FIC102控制转速，而切粒机转速XT102直接去控制齿轮泵转速。 手动模式：齿轮泵FIC101和切粒机FIC102单独控制自己的转速，PID操作方式和操作参数由操作人员决定。 根据工艺要求，采用单纯的常规PID控制和简单的逻辑控制根本无法满足切粒系统的工艺参数、逻辑控制等要求，只有通过协调机制将切粒机、齿轮泵、三通阀原来三个独立的子系统变成一个整体的智能协调控制系统，才能解决主/从动控制模式下的协调问题，切粒机和齿轮泵才能同步运行。结合切粒系统的工艺特点和操作模式，需要协调的是：切粒机和齿轮泵的启动时间，产量改变对齿轮泵和切粒机转速的变化，产品品种改变时对切粒机转速的影响，操作模式切换时对切粒系统的影响，切粒系统的稳态控制精度和变化率，三通阀和安全联锁对切粒系统的同步性要求。 经过多次试验和不断总结，80Kt/a锦纶切粒系统采用了智能协调控制与PID控制相结合的控制方法完全满足控制要求。切粒系统在智能协调控制器的统一协调下，DCS与PLC对应控制齿轮泵、切粒机的PID控制回路，其控制框图如图2所示。[align=center][IMG=中控技术]/uploadpic/tech/2008/3/2008031909480593590C.jpg[/IMG]图2 智能协调控制框图[/align] 根据工艺和操作要求产生对应的智能协调控制器，智能协调控制器主要包括工艺指令库和协调规则库，以实现在不同的操作模式下对应不同的控制算法。工艺指令库主要包括产品品种改变、产量改变、操作模式变化、操作指令变更、逻辑关系改变等工艺指令。在协调规则库产生对应的协调规则表（如表1所示）和逻辑关系表（如表2所示），转速控制器和逻辑控制器在智能协调控制器的统一协调作用下，对应常规PID控制（变频）和电气控制回路的动作。[align=center][IMG=中控技术]/uploadpic/tech/2008/3/20080319112818382516.jpg[/IMG]表1 协调规则表注：?J表示逐渐变快，?K表示逐渐变慢，→表示保持不变，↑表示在极短时间内变快。[IMG=中控技术]/uploadpic/tech/2008/3/2008031911283625062G.jpg[/IMG]表2 逻辑关系表[/align] 四、实施效果 80Kt/a锦纶切粒系统自2006年7月采用智能协调控制系统以来，实际运行表明：该系统稳定性好，控制可靠，操作方便灵活，协调性强，齿轮泵和切粒机转速的稳定性均较好，克服了齿轮泵和切粒机独立控制的弊端，控制准确性得到了很大提高，流量（转速）稳态误差不大于±1Kg/h，为稳定生产提供了可靠保障。 图3是80Kt/a锦纶切粒系统投运智能协调控制后流量（转速折合成流量）曲线图，从中可以看出，齿轮泵和切粒机的启动时间都特别短，曲线的跟踪性能好，系统同步性强，控制精度非常高，控制变化率小。[align=center][IMG=中控技术]/uploadpic/tech/2008/3/200803191129457265005.jpg[/IMG]图3 切粒系统流量曲线图[/align] 　 参考文献： [1]80Kt/a锦纶切粒系统设计说明书.新会：广东新会美达锦纶股份有限公司，2005. [2]WebField ECS-100 控制系统说明书.杭州：浙江中控技术有限公司，2003.