1、引言

　　在化工自動化控制中，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裝置的平穩(wěn)和高產(chǎn)運行，甚至能否正常運行。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)改進前的狀況

　　原設(shè)計中，采用通道式PH計作為測量變送單元，DCS集散型控制系統(tǒng)作為自動調(diào)節(jié)單元，調(diào)節(jié)閥作為執(zhí)行單元組成自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)來控制H2SO4的加入量。原設(shè)計采用山武-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)的進口調(diào)節(jié)閥，目的是針對硫酸的腐蝕性而設(shè)計的，但實際應(yīng)用中，調(diào)節(jié)閥由于氣蝕、硫酸中雜質(zhì)對閥芯、閥座的沖刷以及硫酸對閥芯、閥座的腐蝕等作用，使用兩個月內(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。后工藝改用計量泵作為控制H2SO4加入量的手段手動調(diào)節(jié)H2SO4流量。但每次都必須到現(xiàn)場根據(jù)經(jīng)驗進行手動調(diào)整，需要調(diào)整很長時間才能勉強維持生產(chǎn)，而且不能適時調(diào)節(jié)，PH值的控制波動較大。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)的一個老大難問題。

　　3、PH值自動控制系統(tǒng)的改進

　　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)輸入信號的變化改變電機電源的頻率，例如，當(dāng)輸入4mA時輸出10Hz（該數(shù)值可以根據(jù)實際情況確定，但不允許為0。因為當(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，雖然變頻器的輸出跟隨變化，但機泵并不會立即啟動起來），當(dāng)輸入20mA時輸出50Hz。而電機電源頻率的改變可以改變電機的轉(zhuǎn)速，電機的轉(zhuǎn)速改變了，通過機泵的介質(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，進而達到PH值自動控制的目的呢？經(jīng)過實驗，我們很好地解決了由于硫酸對調(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計的測量值與給定值存在偏差時，DCS通過PID調(diào)節(jié)作用后輸出一標(biāo)準(zhǔn)4~20mA信號，此信號送入變頻器，變頻器依據(jù)該信號改變到硫酸計量泵電機的電源頻率，調(diào)整計量泵的轉(zhuǎn)速，進入急冷塔上段循環(huán)水的H2SO4加入量也就發(fā)生了相應(yīng)變化，PH值自動控制的目的達到。

　　但是，隨之帶來一個問題：電機不是調(diào)節(jié)閥只有一個，而是兩個，一個運行，另一個備用。當(dāng)正在運行的電機出現(xiàn)故障時，PH值控制系統(tǒng)也就癱瘓了。那么怎樣解決這個問題呢？為此，在不增加投資的情況下，我們利用現(xiàn)有的電機控制系統(tǒng)，對其進行改進，實現(xiàn)了一臺變頻器控制二臺電機的目的。具體接線上，我們對原有電機接線進行了改進（如圖三）。當(dāng)工藝操作人員對電機進行倒泵操作時，變頻器仍能起到控制作用。

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

    4、改進后的效果

　　這一改進方案只是將原來送給調(diào)節(jié)閥的信號引入電氣配電室內(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，而且維護量大大減少，重要的是將變頻器應(yīng)用到PH值自動控制上以后，控制質(zhì)量大大改善。當(dāng)給定一個固定值時，測量值穩(wěn)定在一條直線上，而當(dāng)人為加入一干擾信號時，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)改進前用調(diào)節(jié)閥控制使用兩個月就因為內(nèi)漏無法控制，PH值往往在3~7之間波動。改進后PH值的波動范圍大大減小，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，還具有保護功能，如電機的過流、過壓、欠壓和缺相等保護，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

　　我們通過對丙烯腈裝置PH值自控系統(tǒng)的改進，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，變頻器在很多自動化控制中都能起到很好的作用，只要能通過泵的流量進行控制的對象系統(tǒng)就可以。例如，在城市供排水系統(tǒng)中，需要保持整個供排水管網(wǎng)的壓力在一個范圍內(nèi)（一般不得低于某一個值），而壓力可以通過調(diào)整供排水泵的流量加以調(diào)節(jié)（因為壓力降低是由于用戶用水造成的，只要補充用戶用掉的水量即可使管網(wǎng)壓力維持在某一個值上），這樣就可以利用變頻器作為執(zhí)行機構(gòu)構(gòu)成一個自控系統(tǒng)。