AI-808在催化剂厂完善新型催化剂生产工艺改造中的应用

    摘要：本文主要介绍AI-808和变频技术在催化剂厂完善新型催化剂生产工艺改造中的应用，并说明系统*优控制及*优控制参数的计算。系统运行情况较好，值得推广使用。

 

 

1、引言

    齐鲁石化催化剂厂在完善新型催化剂生产工艺改造前的生产工艺过程是：先从输送管道向搅拌罐投入一定量的高岭土，再投入一定量的分散剂，经过2.2小时反应后，再依次加入其他7种物料，这样做存在以下问题：(1)由于反应时间较长，严重影响产品的生产效率。(2)由于计量设备落后，人为影响因素较重，投入分散剂量不能很好控制，投入过多，生产成本大大提高，造成浪费，投入过少，影响产品质量，产品不合格率提高，造成大量的废品。 (3)由于物料的特殊化学性质，腐蚀性及粉尘污染较严重，严重影响工人的身体健康。
    近几年来，工业过程自动化程度越来越高及人们对环保意识的增强，变频调节技术以其优异的性能，在国内外得以广泛应用，特别是随着中国加入WTO以后，石化行业的竞争更加日趋激烈，并对产品的质量提出更高的要求。针对原生产工艺过程中存在的问题，经有关领导商量决定对催化剂生产工艺进行改造，保留其它7台储料罐不变，主要对高岭土、铝石及分散剂打浆进行改造，改造方案为：(1)高岭土打浆与储备2套；(2)铝石打浆与储备1套；(3)分散剂打浆与储备1套。文中重点介绍变频调速的双闭环控制及绿色设计的应用。

2、调速控制单元的组成及工作原理

    变频调速控制单元主要由DCS、PLC、配料皮带秤、星型给料机、变频器、AI-808调节器、流量计、电气转换阀等组成。其工艺流程见图1所示：
2、2调速控制单元的工作原理
    变频调速控制回路构成双闭环回路，见图2：*路闭环回路主要由电子皮带秤、电脑积算器、变频器、AI-808调节器、星型给料机、皮带输送机等组成。变频器选用台达VFD015A43B，它主要用于控制星型给料机给料，配料皮带秤检测流经输送机上的物料，并将信号传送给电脑积算器，由电脑积算器发4～20mA的模拟信号给调节器，调节器发出两路4～20mA的模拟信号，一路传送给DCS系统，将其乘以系数K，作为第二个闭环回路的目标值；另一路传送给变频器，通过调节器进行调节变频器的V/F值，来调节星型给料机的转速，从而保证流经皮带输送机的高岭土比较均匀，目的是产生较稳定和准确的流量；第二路闭环控制是根据*路传送的量来调节分散剂的量，使分散剂的量跟随高岭土的量发生变化，一方面保证调节阀正常工作，另一方面又能保证高岭土和分散剂按一定比例混合，保证配比的准确性，从而保证混合料的质量，提高系统的可靠性。
2、3 AI-808调节器
    AI-808调节器的特点： 国产较先进的仪表，内部采用了高性能的ASIC芯片和模块化硬件设计，在输入、输出信号上均采用了数字校正技术，以消除稳定性较差的可调电阻所带来的误差；通过自动调零技术的应用可长期使用而不会产生零点漂移，测量数字精确稳定；具有多种输入、输出规格和报警方式设置。不仅具备手动/自动无扰动切换操作功能，还具备手动自整定和显示输出值等，以及用作伺服放大器直接控制阀门位置的比例输出，电源可在85-264VAC（50-60HZ）宽范围内波动，在强干扰的环境下也能保证测量的精度和工作的稳定性。
    目前国内外生产调节器的产家较多，我们通过比较，选用厦门宇电公司的AI-808调节器，主要是基于以下几点原因：（1）产品的性价比高；（2）产品的可靠性高，稳定性好；（3）售后服务及时；（4）800免费电话。实践也已经证明了我们当初的选择是正确的。
2、4*优控制及控制系数的计算与设置
    生产过程是个复杂的动态过程，生产过程中的某一时刻的某一环节似乎是不可控的，因而造成生产被动或增加劳动强度。*优控制不仅要实现生产过程相对静态时的*优，而且要求从一个工况转变为另一工况时也要自动起到*优，即达到动态*优控制。所谓动态*优控制就是要找出起控制作用的参数的一个或一组参数，使要控制的目标参数的函数在满足约束条件下*优。
    要想达到*优控制，关键是要确定合适的控制系数，那么怎样对PID调节器的控制系数进行计算与设置呢？
    在自动控制系统中，首先应把流量大小转化成计量的统一标准信号，建立信号之间的联系，该系统中是将流量信号统一转化成标准电流信号，即4～20mA模拟电流，该电流的大小与流量大小成正比，这样，显然应先把生产工艺上流量比值K折算成DCS内部的比值系数K＇，才能进行比值设定，由图2可知：
I1=Q1/Q1max×I ⑴
I2=Q2/Q2max×I ⑵
式中：I1为高岭土流量对应的电流； I2为分散剂流量对应的电流
Q1为高岭土对应的流量； Q2为分散剂对应的流量
Q1max为高岭土设置的*大流量；Q2max为分散剂设置的*大流量
I为标准电流信号（20mADC）
设：K＇= I1＇/I1 ⑶
K＇为比值器的控制系数，要使系统达到*优控制，即系统处于动态平衡状态，须使
I1＇=I2 ⑷
又设：K=Q2/Q1 ⑸
K为生产工艺要求的比值，由⑴～⑸式可得：智能温控仪 厦门宇电http://www.xmyudian.com
K＇=K×Q1max/Q2max ⑹
由⑹式可知：K＇与测量仪表的设置量程值有关，而与生产负荷Q1、Q2的大小无关。其次，根据生产过程中的情况进行计算来确定控制系数，例如该系统中高岭土的输送能力为6t/h，分散剂的输送量为1.2t/h。可得：K＇=K×1.2/6=K/5=0.2K。当K=0.2时，K＇=0.04；当K=0.5时，K＇=0.1；当K=1时， K＇=0.2，K＇值是根据生产工艺需要，通过上位机对DCS系统内部2#PID进行设置。
2、5控制趋势曲线
    要达到系统工艺改造的目的，必须要求分散剂能够很好地跟随高岭土的变化而变化，同时要求高岭土的给料量能稳定在一定的范围内。尽管现场影响因素较多，但通过广大人员的密切配合，*终将系统调试成功，系统控制趋势曲线见图3示：

3、绿色设计与制造

 

4、工艺改造中存在问题及解决

 

5、当前应用效果

 

6、结束语

图一：工艺流程图

    该系统自2002年7月在齐鲁石化已经成功运行近4年时间，运行可靠，操作方便，具有很强的抗干扰性，大大提高了企业生产效率，得到齐鲁石化公司领导的好评，也成为我公司的样板工程，一方面归功于设计及器件选择合理，用户对设备的很好应用，另一方面与AI-808调节器的可靠的质量是分不开的。

作者简介：张兄华 高级工程师，主要从事自动化控制和过程控制，现在省部级以上杂志发表科技论文30余篇。本人先后在合钢、新钢等焦化厂，催化剂厂等化工行业及其它行业多次使用过AI-808调节器，现场使用效果良好。智能温控仪 厦门宇电http://www.xmyudian.com