張建喜

摘要：對控制系統進行優(yōu)化主要從以下兩方面著手：一是對控制流程進行優(yōu)化，二是對PID算法進行改進。通過將操作點進行投自動，實現系統自控率和運行穩(wěn)定性的提高，以改善裝置自動控制效果；通過先進控制思想實現對PID參數的整定和控制器形式的優(yōu)化，以加快相應速度、增強抗干擾性、改善裝置平穩(wěn)效果。

關鍵詞：PID；聚氯乙烯；生產過程；控制優(yōu)化

前言：以某化工公司為例，聚氯乙烯的生產過程采用DCS控制，改造了部分裝置的自動程序，但仍存在諸多問題，例如控制回路眾多且自動化程度低，重復的人工操作，頻繁的裝置操作等。下文對聚氯乙烯生產過程控制的優(yōu)化進行探討，以期解決聚氯乙烯工業(yè)生產存在的問題。

一、 控制流程優(yōu)化

聚氯乙烯的工業(yè)生產過程包括一系列的程序和流程，諸如混合脫水、廢酸解析、精餾等。本文以混合脫水和精餾的優(yōu)化為例，對聚氯乙烯生產系統優(yōu)化過程及方法進行探索。

1、 混合脫水的優(yōu)化

工業(yè)生產聚氯乙烯的流程中，混合脫水工序大致如下：由V—2103來的混合氣體，經過一級石墨和二級石墨冷卻器、酸霧過濾器、熱水和蒸汽預熱器等工序實現脫水處理。脫水的過程受控制器TIC-2104調節(jié)閥的控制運行溫度范圍影響較大。主要從以下兩個方面進行優(yōu)化：（1）對PID參數進行調整，將TIC-2104處在可控制的范圍之內，在混合脫水中，適當提高TIC-2104的設定值，以實現對控制器TIC-2104充分利用。（2）將混脫設備放酸改為自控。增加一個液位調節(jié)閥實現混合器、石墨冷卻器、除霧器中凝酸在新增積酸罐中的集中放置。利用積酸罐液位連鎖，將凝酸罐內的廢酸排放至濃酸罐中。

2、 精餾的優(yōu)化

工業(yè)生產中聚氯乙烯的精餾流程工序大致如下：當氯乙烯氣體液化為液體時，將液體送至低沸塔，通過一級精餾實現對低沸物，諸如乙炔、氧氣、氮氣等的清除，再將經過一級精餾的液體送至高沸塔進行二級蒸餾，實現對高沸物諸如二氯乙烷的去除。經過精餾之后，精氯乙烯氣體就會留在塔頂，成品冷凝器對其進行冷凝之后將之送到一期單體貯罐或者二期球罐。通過以下措施進行精餾的優(yōu)化：（1）尾冷切換自動化。尾冷切換的微機操作系統中有3個氯乙烯的尾氣冷凝器，切換物料的過程中，要確保逐臺設備的平衡切換需要3個調節(jié)閥。物料切換的關斷需要4個兩位閥。在微機操作中實現對水切換，每臺尾氣冷凝器需要3個兩位閥、1個調節(jié)閥，才能切換不同溫度的水。調節(jié)閥可以對溫度進行調節(jié)。在對尾冷切換自動化進行優(yōu)化后的流程中，氯乙烯物料切換的閥門數據和水切換的閥門數據都會發(fā)生相應的變化，可以實現只對物料切換的微機操作。（2）精餾排水自動化。將調節(jié)閥和遠傳熱電偶增加在水分離器的排水管上，通過熱電偶和調節(jié)閥的連鎖，實現精餾排水的自動化。

二、技術路線

控制系統的硬件采用的是CEN-TUMCS3000系統，該系統是由YOKOGAWA公司研發(fā)推廣的。該系統具有DCS系統即集散控制系統的優(yōu)點，能實現實時可靠的控制。該系統采用了雙網控制，雙網即V-net網和Ether-net網，該系統對于V-net網采用的控制方式是冗余控制。

該系統選擇內?？刂坪皖A測控制相結合的算法，并實現了和PID的結合，對PID控制器形式的優(yōu)化主要是采用內模-PID技術和預測-PID技術。

現行的PID控制方案采用單一的PID控制形式，而不考慮各種因素的影響，諸如壓力、液位、流量和溫度，也不考慮加熱爐或者分餾塔的具體特點，因而實際的控制效果并不理想。新方案在選用PID控制形式時，考慮到了不同對象的具體特點，因而實現了較好的控制效果。例如可以采用如下的PID形式調節(jié)流量：

通過這種形式調節(jié)流量，濾除了流量調節(jié)閥對流量抖動的干擾，能實現對控制效果的改善。通過在DCS上調整組態(tài)能實現對PID控制形式的改變。

三、PID參數整定

隨著技術的發(fā)展，APC技術即先進控制技術得到了廣泛的應用，各種APC算法應運而生。諸如廣義預測控制法、模型算法控制、動態(tài)矩陣控制法以及預測函數控制法等。同時，各種軟件產品諸如SIMC、PMPCT、DMCPlus等相伴而生。運用這些算法和軟件，能提高生產過程的可靠性和安全性，能實現生產效益的提高。但是對這些算法和軟件的運用有賴于精確的數學模型。但是在聚氯乙烯的工業(yè)生產實際中，常常很難獲得精確的數學模型，加上對象的特性時刻處于變化之中，導致使用效果不理想。

通過采用先進控制思想實現對PID控制器的參數和形式的優(yōu)化，不僅實現了對PID魯棒性的保留，而且增強了先進控制的優(yōu)勢。當前實施先進控制的形式如圖2所示：

圖2 當前實施先進控制的形式

圖2左上顯示的是常規(guī)的PID控制形式，圖2右上和左下顯示的是實施先進控制的形式。圖2右下顯示的是PID和先進控制相結合的具體實現情況。

如下公式表示了普通PID和內模先進控制之間的關系：

這樣可以將PID控制器C由內?？刂艷c推導出，從而得到PID參數，實現對內模-PID的優(yōu)化。

結語

對聚氯乙烯生產過程控制的優(yōu)化，要優(yōu)化PID算法和系統的控制流程，從而實現優(yōu)化聚氯乙烯裝置控制系統的目的。提高系統自控率和運行穩(wěn)定性，要將操作點進行投自動，整定PID參數和優(yōu)化控制器形式，要采用先進控制思想。

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