1、引言

　　在化工自動(dòng)化控制中，一般單回路控制系統(tǒng)由測量（采集）單元——變送單元——調(diào)節(jié)單元——執(zhí)行單元幾部分構(gòu)成，而執(zhí)行單元一般選用調(diào)節(jié)閥來擔(dān)任。我廠丙烯腈裝置中急冷塔的PH值工藝要求控制在一定的范圍內(nèi)，而且要求平穩(wěn)。它在整個(gè)裝置的控制中起到非常重要的作用，只要急冷塔的PH值控制平穩(wěn)，整個(gè)丙烯腈裝置大循環(huán)系統(tǒng)的PH值就能夠穩(wěn)定在工藝要求的范圍內(nèi)。其穩(wěn)定與否直接影響整個(gè)裝置的平穩(wěn)和高產(chǎn)運(yùn)行，甚至能否正常運(yùn)行。工藝上通過把 H2SO4加入到急冷塔上段循環(huán)水中，中和反應(yīng)中剩余的氨來達(dá)到控制急冷塔上段PH值的目的。因此控制H2SO4的加入量以中合反應(yīng)尾氣中氨含量的變化就很重要。其工藝流程簡圖如下：

    2、PH值控制系統(tǒng)改進(jìn)前的狀況

　　原設(shè)計(jì)中，采用通道式PH計(jì)作為測量變送單元，DCS集散型控制系統(tǒng)作為自動(dòng)調(diào)節(jié)單元，調(diào)節(jié)閥作為執(zhí)行單元組成自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)來控制H2SO4的加入量。原設(shè)計(jì)采用山武-霍尼韋爾公司生產(chǎn)的、全部采用316L不銹鋼為閥座、閥芯材質(zhì)的進(jìn)口調(diào)節(jié)閥，目的是針對(duì)硫酸的腐蝕性而設(shè)計(jì)的，但實(shí)際應(yīng)用中，調(diào)節(jié)閥由于氣蝕、硫酸中雜質(zhì)對(duì)閥芯、閥座的沖刷以及硫酸對(duì)閥芯、閥座的腐蝕等作用，使用兩個(gè)月內(nèi)漏量明顯增大，不能滿足工藝生產(chǎn)要求，為此特制的四氟材質(zhì)的閥芯、閥座仍未能使用兩個(gè)月以上。用國產(chǎn)調(diào)節(jié)閥替代更需頻繁更換，給工藝操作和儀表維修帶來很大困難。后工藝改用計(jì)量泵作為控制H2SO4加入量的手段手動(dòng)調(diào)節(jié)H2SO4流量。但每次都必須到現(xiàn)場根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整，需要調(diào)整很長時(shí)間才能勉強(qiáng)維持生產(chǎn)，而且不能適時(shí)調(diào)節(jié)，PH值的控制波動(dòng)較大。常常因此影響正常生產(chǎn)，給精制部分的操作帶來困難，使得精制回收率下降，影響了裝置的產(chǎn)量和質(zhì)量。這已經(jīng)成為我廠自控系統(tǒng)的一個(gè)老大難問題。

　　3、PH值自動(dòng)控制系統(tǒng)的改進(jìn)

　　為解決上述問題，我們考慮能否甩掉調(diào)節(jié)閥，避免硫酸的腐蝕導(dǎo)致自控系統(tǒng)不能長周期運(yùn)行。我們通過研究變頻器的原理發(fā)現(xiàn)，變頻器能根據(jù)輸入信號(hào)的變化改變電機(jī)電源的頻率，例如，當(dāng)輸入4mA時(shí)輸出10Hz（該數(shù)值可以根據(jù)實(shí)際情況確定，但不允許為0。因?yàn)楫?dāng)PID調(diào)節(jié)器的輸出為4mA，變頻器的輸出為0，可是當(dāng)PID調(diào)節(jié)器的輸出大于4mA時(shí)，雖然變頻器的輸出跟隨變化，但機(jī)泵并不會(huì)立即啟動(dòng)起來），當(dāng)輸入20mA時(shí)輸出50Hz。而電機(jī)電源頻率的改變可以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，電機(jī)的轉(zhuǎn)速改變了，通過機(jī)泵的介質(zhì)流量也隨之發(fā)生相應(yīng)的改變。我們能否利用變頻器的這一特性控制計(jì)量泵的轉(zhuǎn)速，從而代替調(diào)節(jié)閥作為執(zhí)行單元控制H2SO4加入量，進(jìn)而達(dá)到PH值自動(dòng)控制的目的呢？經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，我們很好地解決了由于硫酸對(duì)調(diào)節(jié)閥的腐蝕造成的PH值控制系統(tǒng)不能滿足生產(chǎn)要求的問題。自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)方塊圖如下：

    其控制過程分析如下：當(dāng)通道式PH計(jì)的測量值與給定值存在偏差時(shí)，DCS通過PID調(diào)節(jié)作用后輸出一標(biāo)準(zhǔn)4~20mA信號(hào)，此信號(hào)送入變頻器，變頻器依據(jù)該信號(hào)改變到硫酸計(jì)量泵電機(jī)的電源頻率，調(diào)整計(jì)量泵的轉(zhuǎn)速，進(jìn)入急冷塔上段循環(huán)水的H2SO4加入量也就發(fā)生了相應(yīng)變化，PH值自動(dòng)控制的目的達(dá)到。

　　但是，隨之帶來一個(gè)問題：電機(jī)不是調(diào)節(jié)閥只有一個(gè)，而是兩個(gè)，一個(gè)運(yùn)行，另一個(gè)備用。當(dāng)正在運(yùn)行的電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，PH值控制系統(tǒng)也就癱瘓了。那么怎樣解決這個(gè)問題呢？為此，在不增加投資的情況下，我們利用現(xiàn)有的電機(jī)控制系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了一臺(tái)變頻器控制二臺(tái)電機(jī)的目的。具體接線上，我們對(duì)原有電機(jī)接線進(jìn)行了改進(jìn)（如圖三）。當(dāng)工藝操作人員對(duì)電機(jī)進(jìn)行倒泵操作時(shí)，變頻器仍能起到控制作用。

　　其原理如下：C1為D1電機(jī)的交流接觸器，C2為D2電機(jī)的交流接觸器，當(dāng)需要電機(jī)D1啟動(dòng)時(shí)，合上電源開關(guān)HK，按下啟動(dòng)開關(guān)QA1，接觸器 C1得電吸合，輔助觸頭自鎖，D1啟動(dòng)。如果需要電機(jī)D1停下來、D2啟動(dòng)，則只需先按下D1電機(jī)的停車按鈕TA1，使C1線路斷開，D1停轉(zhuǎn)；然后按下電機(jī)D2的啟動(dòng)開關(guān)QA2，則接觸器C2得電吸合，主觸頭C2閉合，輔助觸頭自鎖，電機(jī)D2啟動(dòng)。（這里的啟動(dòng)按鈕QA1、QA2，停車按鈕TA1、 TA2即為現(xiàn)場電機(jī)跟前的防爆開關(guān)）

    4、改進(jìn)后的效果

　　這一改進(jìn)方案只是將原來送給調(diào)節(jié)閥的信號(hào)引入電氣配電室內(nèi)接至變頻器上，變頻器再接至現(xiàn)場計(jì)量泵的供電線路上，需要增加的設(shè)備只是變頻器卻可以省掉調(diào)節(jié)閥、電氣轉(zhuǎn)換器/定位器，而且維護(hù)量大大減少，重要的是將變頻器應(yīng)用到PH值自動(dòng)控制上以后，控制質(zhì)量大大改善。當(dāng)給定一個(gè)固定值時(shí)，測量值穩(wěn)定在一條直線上，而當(dāng)人為加入一干擾信號(hào)時(shí)，只要DCS中的PID參數(shù)調(diào)整適當(dāng)，能很快調(diào)整至給定位置并保持平穩(wěn)。PH值控制系統(tǒng)改進(jìn)前用調(diào)節(jié)閥控制使用兩個(gè)月就因?yàn)閮?nèi)漏無法控制，PH值往往在3~7之間波動(dòng)。改進(jìn)后PH值的波動(dòng)范圍大大減小，控制曲線近似于一條直線，效果非常理想。而且，變頻器除了很好地替代調(diào)節(jié)閥，構(gòu)成了PH值自動(dòng)控制系統(tǒng)外，還具有良好的正弦波輸出、轉(zhuǎn)矩特性和快速響應(yīng)等特性，還具有保護(hù)功能，如電機(jī)的過流、過壓、欠壓和缺相等保護(hù)，并能在操作面板上顯示故障代碼，故維修方便；變頻器操作簡單，可由鍵盤操作，也可通過鍵盤任意設(shè)定頻率，并可從操作面板上查看轉(zhuǎn)速、電壓、電流、轉(zhuǎn)矩等參數(shù)。而且安裝在室內(nèi)，不會(huì)受到環(huán)境因素的干擾，從投用至今已經(jīng)兩年多，沒出現(xiàn)任何故障。

　　5、結(jié)束語

　　我們通過對(duì)丙烯腈裝置PH值自控系統(tǒng)的改進(jìn)，很好地解決了過程中含有腐蝕介質(zhì)，需要頻繁更換調(diào)節(jié)閥等自控問題。過去認(rèn)為，變頻器的應(yīng)用較多用于節(jié)能、軟啟動(dòng)等場合，而且業(yè)已取得了明顯的效果。但現(xiàn)在看來，變頻器在很多自動(dòng)化控制中都能起到很好的作用，只要能通過泵的流量進(jìn)行控制的對(duì)象系統(tǒng)就可以。例如，在城市供排水系統(tǒng)中，需要保持整個(gè)供排水管網(wǎng)的壓力在一個(gè)范圍內(nèi)（一般不得低于某一個(gè)值），而壓力可以通過調(diào)整供排水泵的流量加以調(diào)節(jié)（因?yàn)閴毫档褪怯捎谟脩粲盟斐傻?，只要補(bǔ)充用戶用掉的水量即可使管網(wǎng)壓力維持在某一個(gè)值上），這樣就可以利用變頻器作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu)成一個(gè)自控系統(tǒng)。