CN102981525A - 一种醋酸乙烯合成反应器中温控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种醋酸乙烯合成反应器中温控制系统，它包括离线辨识、在线控制部分和醋酸乙烯合成工段；所述离线辨识部分是通过采集的离线数据，进行神经数理模型的建立与辨识；而在线控制部分是将已经辨识且确认有效的神经网络控制模型，和BP控制算法用高级语言编写成为计算机语言程序，结合软件操作控制现场的设备，以达到智能控制的可靠和高效。本发明大大提高了合成过程中温的控制精度，从而可有效地提高醋酸乙烯的时空收率，延长触媒使用寿命，降低生产成本。
Description
技术领域
本发明属化工工艺控制技术领域，具体涉及一种醋酸乙烯合成反应器中温控制系统。
背景技术
目前，乙炔法装置制醋酸乙烯，其优点是技术简单、催化剂价廉易得、活性尚好、选择性高、建厂费用低。目前乙炔法醋酸乙烯生产过程通常采用传统控制方法，回路中多为简单PID控制及其改进型，由于被控过程的滞后较大且过程的非线性严重，很难达到理想的控制效果，故其原料转化率低，副反应比重大，醋酸乙烯生产率较低，且环境污染严重，生产设备不易大型化。为此，也有一些企业采用串级控制，利用串级控制系统存在二次回路改善过程动态特性，提高系统工作频率，减小容量滞后对过程的影响，加快响应速度，但是对于大滞后，串级控制系统的优越性不能够发挥，现有醋酸乙烯合成反应器中温控制技术存在着不确定性、非线性、时滞等问题。
近年来，伴随着先进的智能控制技术（自适应控制、模糊控制、神经网络控制，专家控制等）的广泛研究和日渐成熟，采用神经网络控制技术成为国内醋酸乙烯制造产业技术升级改造的一个发展趋势。神经网络控制应用于醋酸乙烯合成反应器操作控制,避免了传统的数学建模中复杂的机理分析和推导过程，并具有自适应及快速的优点，能较好的解决系统中存在的不确定性、非线性、时滞等问题。
发明内容
本发明为解决现有技术中的问题，提供一种醋酸乙烯合成反应器中温控制系统，它具有自适应强、快速、并行处理和容错性等优点。
本发明采用以下技术方案予以实现：
一种醋酸乙烯合成反应器中温控制系统，它包括离线辨识部分、在线控制部分和醋酸乙烯合成工段；
所述离线辨识部分包括离线数据单元和神经网络辨识单元。
所述离线数据单元为数据工具浏览、报警数据浏览、操作记录数据浏览和趋势数据浏览的历史数据记录，并对历史数据备份管理。
所述神经网络辨识单元是对已建立的初始神经网络模型结合参数数据进行训练辨识，从而确定最优的神经网络模型。
所述在线控制部分包括BP神经网络控制单元、执行机构单元、数据采集单元。
所述BP神经网络控制单元，是将编写的计算机程序通过计算机按照软件操作合成过程的执行机构（即调节器、控制器、传感器等）调节控制合成反应器装置。
所述醋酸乙烯合成工段中的信号传送给所述的BP神经网络控制单元。
所述执行机构单元为现场的控制设备，并实现对各个信号参数的调节控制和信号的传送，包括将信号传送给醋酸乙烯合成工段。
所述数据采集单元，是利用数据采集卡采集醋酸乙烯合成工段过程中的各参数数据，并备份数据以备离线辨识采用。
所述醋酸乙烯合成工段中设有温度控制器。
所述温度控制器包括流化床反应器FQ-1、第一换热器RJ-1、第二换热器RJ-2、主控制器TC-1、副控制器TC-2、逆调节阀FA-1和正调节阀FA-2；
所述逆调节阀FA-1的输入端接反应器入口的混合气体管道，所述逆调节阀FA-1的另两个端口分别接第一换热器RJ-1和副控制器TC-2，所述副控制器TC-2的一端经主控制器TC-1和流化床反应器FQ-1依次连接；所述副控制器TC-2的第三端与流化床反应器FQ-1的输入端连接；所述第一换热器RJ-1的另一端与第二换热器RJ-2串接，第二换热器RJ-2的另一端与流化床反应器FQ-1的输入端连接；所述副控制器TC-2还与正调节阀FA-2连接，所述正调节阀FA-2的另一端与流化床反应器FQ-1的输入端连接。
优选的，所述第一换热器RJ-1为蒸汽换热器，所述第二换热器RJ-2为油换热器。
所述正调节阀和逆调节阀的开度分别为70%。
本发明与现有技术相比具有的有益效果为：
控制性能好，自适应强，由于并行处理的能力使得速度快，能及时有效控制反应器中温度，为醋酸乙烯的合成生产提供一个优良的条件。
附图说明
图1是本发明的原理示意图。
图2是本发明中温度控制器的电路图。
图中各部件说明：
FQ-1是流化床反应器；RJ-1是第一换热器；RJ-2是第二换热器；TC-1是主控制器；TC-2为副控制器；FA-1为逆调节阀；FA-2为正调节阀
具体实施方式
下面参照附图对本发明具体实施方式进行详细说明。
参见图1、图2。
本发明一种醋酸乙烯合成反应器中温控制系统，它包括离线辨识部分、在线控制部分和醋酸乙烯合成工段；
所述离线辨识部分包括离线数据单元和神经网络辨识单元。
所述离线数据单元为数据工具浏览、报警数据浏览、操作记录数据浏览和趋势数据浏览的历史数据记录，并对历史数据备份管理。
所述神经网络辨识单元是对已建立的初始神经网络模型结合参数数据进行训练辨识，从而确定最优的神经网络模型。
所述在线控制部分包括BP神经网络控制单元、执行机构单元、数据采集单元。
所述BP神经网络控制单元，是将编写的计算机程序通过计算机按照软件操作合成过程的执行机构（即调节器、控制器、传感器等）调节控制合成反应器装置。
所述醋酸乙烯合成工段中的信号传送给所述的BP神经网络控制单元。
所述执行机构单元为现场的控制设备，如调节器、控制阀、变送器等，并实现对各个信号参数的调节控制和信号的传送，包括将信号传送给醋酸乙烯合成工段。
所述数据采集单元，是利用数据采集卡采集醋酸乙烯合成工段过程中的各参数数据，并备份数据以备离线辨识采用。
所述醋酸乙烯合成工段中设有温度控制器。
所述温度控制器包括流化床反应器FQ-1、第一换热器RJ-1、第二换热器RJ-2、主控制器TC-1、副控制器TC-2、逆调节阀FA-1和正调节阀FA-2；
所述逆调节阀FA-1的输入端接反应器入口的混合气体管道，所述逆调节阀FA-1的另两个端口分别接第一换热器RJ-1和副控制器TC-2，所述副控制器TC-2的一端经主控制器TC-1和流化床反应器FQ-1依次连接；所述副控制器TC-2的第三端与流化床反应器FQ-1的输入端连接；所述第一换热器RJ-1的另一端与第二换热器RJ-2串接，第二换热器RJ-2的另一端与流化床反应器FQ-1的输入端连接；所述副控制器TC-2还与正调节阀FA-2连接，所述正调节阀FA-2的另一端与流化床反应器FQ-1的输入端连接。
优选的，所述第一换热器RJ-1为蒸汽换热器，所述第二换热器RJ-2为油换热器。
本发明方案具体实施过程分为两个部分：
1、离线辨识部分：
a、由数据采集单元（操作记录数据浏览工具）采集合成工段各个传感器的实时数据记录下来作为离线数据单元以备离线辨识采用：有乙炔的流量、醋酸乙烯的流量，合成反应器的入口温度、反应器的入口压力、反应器的出口压力、反应器的中温、反应器循环油的初始温度以及循环油的撤出温度等。
b、神经网络辨识单元，首先，根据对合成反应的机理和各参数之间的关系分析，对采集的数据进行整理，确定乙炔醋酸的摩尔比、反应器的内部压力、反应器入口温度，反应器循环油温作为输入量；以反应器中温作为输出量，并将数据进行标准化域的变换处理。其次，依据确定的输入输出量，并通过公式：
来确定隐含层节点个数，其中i指输入参量的个数，y指输出参量的个数，α∈[1,10]。建立起4个输入、12个隐含层，1个输出的初始神经网络模型。最后，对建立的神经网络模型应用BP算法，进行学习训练辨识，确定最佳的神经网络模型。
2、在线控制部分
a、对确定的最佳的神经网络模型和控制算法采用其SCX语言编写成可执行的计算机程序，应用到DCS控制平台。
b、编写的计算机程序按照控制要求，通过总线（数据总线、地址总线、控制总线）将控制指令传输并控制合成过程中的执行机构（即调节器、控制器、传感器等）调节控制合成反应器装置，完成醋酸乙烯合成工段的参数信号的指标控制。
c、利用数据采集卡采集醋酸乙烯合成过程的各参数数据，传输到离线数据单元，并备份数据以备离线辨识采用。
在醋酸乙烯合成工段中，主要是通过控制反应器的入口温度来调节，而入口温度的调节是通过正逆控制阀调节混合气冷热两路的流量配比来实现的，并结合其影响中温波动的因素采用神经网络控制来消除其扰动，并维持系统的稳定性。因此，在醋酸乙烯合成工段中设置了温度控制器。
所述温度控制器的工作过程：
反应过程中，乙炔-醋酸经过混合器混合之后，被分为冷路和热路两路进行输送。冷路是指未加热的一路；热路是指对混合气进行加热，首先通过第一换热器RJ-1（可为蒸汽换热器），对混合气进行第一次预热，然后通过第二换热器RJ-2（可为一个油换热器），进行二次预热，最后在流化床反应器FQ-1的入口前汇合，通过调节可达到反应要求的入口温度。
为了容易调节流化床反应器FQ-1的入口温度，达到调节反应器中温度的目的，在冷热路上各加一调节阀（即逆调节阀FA-1和正调节阀FA-2），用调节阀来调节冷热路混合比例。
本发明的技术方案中，设计使用了一串级控制器，即主控制器TC-1的输出做为副控制器TC-2的设定。主控制器TC-1的输出去指挥正逆阀动作，当中温稍有波动时，正逆阀就会立即动作，自动调节流化床反应器FQ-1入口气体的温度，从而消除反应器内的温度波动。
正逆调节阀由一个信号指挥，一个开，另一个就关，两开度加起来定为100％。目前，可以根据实际工程情况，为降低正逆调节阀阻力，把总开度之和定为140%，即正调节阀开70%，逆调节阀也开70%。
Claims (5)
1.一种醋酸乙烯合成反应器中温控制系统，其特征是，它包括离线辨识部分、在线控制部分和醋酸乙烯合成工段；
所述离线辨识部分包括离线数据单元和神经网络辨识单元；
所述离线数据单元为数据工具浏览、报警数据浏览、操作记录数据浏览和趋势数据浏览的历史数据记录，并对历史数据备份管理；
所述神经网络辨识单元是对已建立的初始神经网络模型结合参数数据进行训练辨识，从而确定最优的神经网络模型；
所述在线控制部分包括BP神经网络控制单元、执行机构单元、数据采集单元；
所述BP神经网络控制单元，是将编写的计算机程序通过计算机按照软件操作合成过程的执行机构调节控制合成反应器装置；
所述醋酸乙烯合成工段中的信号传送给所述的BP神经网络控制单元。
所述执行机构单元为现场的控制设备，并实现对各个信号参数的调节控制和信号的传送，包括将信号传送给醋酸乙烯合成工段；
所述数据采集单元，是利用数据采集卡采集醋酸乙烯合成工段过程中的各参数数据，并备份数据以备离线辨识采用。
2.如权利要求1所述的醋酸乙烯合成反应器中温控制系统，其特征是，
所述醋酸乙烯合成工段中设有温度控制器。
3.如权利要求2所述的醋酸乙烯合成反应器中温控制系统，其特征是，
所述温度控制器包括流化床反应器FQ-1、第一换热器RJ-1、第二换热器RJ-2、主控制器TC-1、副控制器TC-2、逆调节阀FA-1和正调节阀FA-2；
所述逆调节阀FA-1的输入端接反应器入口的混合气体管道，所述逆调节阀FA-1的另两个端口分别接第一换热器RJ-1和副控制器TC-2，所述副控制器TC-2的一端经主控制器TC-1和流化床反应器FQ-1依次连接；所述副控制器TC-2的第三端与流化床反应器FQ-1的输入端连接；所述第一换热器RJ-1的另一端与第二换热器RJ-2串接，第二换热器RJ-2的另一端与流化床反应器FQ-1的输入端连接；所述副控制器TC-2还与正调节阀FA-2连接，所述正调节阀FA-2的另一端与流化床反应器FQ-1的输入端连接。
4.如权利要求3所述的醋酸乙烯合成反应器中温控制系统，其特征是，
所述第一换热器RJ-1为蒸汽换热器；
所述第二换热器RJ-2为油换热器。
5.如权利要求3所述的醋酸乙烯合成反应器中温控制系统，其特征是，
所述正调节阀和逆调节阀的开度分别为70%。
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