CN103116371B - 一种用于反应釜的温度控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于反应釜的温度控制方法。现有的反应釜没有自动调节温度的功能，也没有自主反馈给控制系统的能力，因此系统无法很好地控制反应釜温度，确保高效合格的生产产品。本发明通过实际温度值，自动设定PID控制状态自动和手动的切换，特点在于将实际温度分层，达到不同状态不同的PID控制方式，具有不一样的PID控制参数和调节特性。本发明实现了数据采集、过程辨识、反馈机制、调节优化等功能，有益效果是体现在反应釜实际温度控制的精准化，人员操作的便捷和产品生产的合格，达到一定的智能化。
Description
技术领域
本发明属于工业控制技术领域，具体涉及一种用于反应釜的温度控制方法。
背景技术
目前，间歇式反应釜的温度控制是工业过程中一个重要环节，如何保证生产出符合市场标准的合格产品，是企业关心的重点问题。传统反应釜的温度控制主要是靠人工干预，需要大量的手动操作，存在效率低下，人工成本高，且对系统异常反应处理不及时的问题。反应釜没有自动调节温度的功能，也没有自主反馈给控制系统的能力，因此系统无法很好地控制反应釜温度，确保高效合格的生产产品。虽然近年来国内间歇式反应釜的温度控制，出现了很多先进的控制方法和技术，起到了一定的效果，但是还是存在着控制反应速度不够灵敏、控制装置成本高和工业运用不普遍等问题。
发明内容
本发明的目标是针对现有的技术的不足之处，提供一种混合控制方法，具体是结合工艺，针对温度的不同阶段实现分段PID控制。该方法弥补了传统控制方式的不足，保证控制具有较高的精度和稳定性的同时，也保证形式简单并满足实际工业过程的需要。
为了解决反应釜的温度控制不力的问题，本发明提供一种用于反应釜的温度控制方法，可保障产品生产过程中温度阶梯上升和阶梯下降的精准度，以及在维持稳定温度状态上具有很强的可靠性，减少了其上下波动的频率。这种控制方法还解决了无反馈信息给控制系统的问题，表现在通过实际温度值，自动设定PID控制状态自动和手动的切换，并且特点在于将实际温度分层，达到不同状态不同的PID控制方式，具有不一样的PID控制参数和调节特性。另外，本发明有助于提高工人的自动化操作水平。
本发明解决反应釜的温度控制存在的问题所采用的技术方案是：一种用于反应釜的温度控制方法，基于模型PID控制回路，设计不同的PID控制器，最后通过整定PID参数，将PID控制与过程对象整体实施反馈控制。其内容主要是反应釜温度控制的具体实现。这种控制方法的主要创新体现在，根据实际温度自动设置PID控制状态自动或者手动，选择不同参数的PID控制方案，实现分层调节，提高可控性和精准度。此外，本发明根据反应釜温度控制的要求，将工艺操作流程细分控制，并且增加温度上升和下降需要等待的合理时间，以及各个阀门所需的合理开度。
所述的PID控制器是指偏差的比例（Proportion）、积分（Integral）和微分（Differential）通过线性组合构成控制量，用这一控制量对被控对象进行控制的控制器。
所述的PID控制状态是指各个阀门的控制状态，这里是对于反应釜的温度控制来说，根据实际情况阀门控制具体适合的PID参数和调节特性，以此达到温度的正确控制。其中阀门包括溢流阀、排尽阀、进水阀和蒸汽阀。
所述的工艺流程细分控制，是在符合反应釜温度的工艺标准下，运用阀门PID不同参数具有不同调节曲线的特性，将温度分层控制，实现温度调节的智能化。
本发明实现了数据采集、过程辨识、反馈机制、调节优化等功能，有益效果是体现在反应釜实际温度控制的精准化，人员操作的便捷和产品生产的合格，达到一定的智能化。
附图说明
图1是本发明的温控反应釜设备装置图；
图2是本发明的反应釜的温度控制的实现流程图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：如图1和图2所示，本实施例提供了一种用于反应釜的温度控制的方法，包括温控反应釜装置设备和反应釜的温度控制的具体实现过程两个部分。
温控反应釜设备装置，主要有包括主体部件反应釜，重要阀门溢流阀、进水阀、排尽阀和蒸汽阀，以及辅助阀门下料阀和放料阀。重要阀门在整个系统的控制过程中，起到了关键的作用，用来控制反应釜的温度变化。其中蒸汽阀构成温度控制回路的控制变量，其他阀门辅助实现反应釜的温度控制。
本发明反应釜的温度控制方法具体实现步骤如下：
(1)采用工业上运用稳定可靠的PID控制方法，基本原理是：
PID算法简单、鲁棒性好以及可靠性高，应用于反应釜温度控制非常的适合。本发明基于计算机系统，采用数字PID控制方案。数字PID控制器的差分方程为：
式中 称为比例项
称为积分项
称为微分项
数字PID的有：技术成熟，结构灵活，不仅可以用常规的PID调节，还可以根据系统的要求，采用各种PID的变种，如PI、PD控制、不完全微分控制、积分分离式PID控制、带死区的PID控制、变速积分PID控制等优点。
(2)设计经典响应曲线法过程模型的PID控制器，具体方法是：
a.将过程模型的PID控制器停留在手动操作状态，操作拨盘使其输出有阶跃变化，由记录仪表记录过程模型的输出值，将过程模型输出值的响应曲线转换成无量纲形式，具体是：。
其中，是过程模型的PID控制器的输出有阶跃变化时的过程模型输出的稳态值。
b.选取满足的两个计算点和，依据下式计算PID控制器所需要的参数、：
其中，为过程模型的PID控制器输出的阶跃变化幅度。
c.计算过程模型的PID控制器的参数，具体是：
其中，，分别为PID控制器的比例参数，积分参数，微分参数。
(3)反应釜温度控制实现过程如下：
第一阶段：开启系统装置，初始化运行正常后，将反应釜温度控制PID控制状态置为手动，然后手动打开溢流阀，设置开度为15%。再手动打开排尽阀，设置开度为15%。根据控制要求，溢流延时2分钟后，手动关闭溢流阀和排尽阀，并将手动值为30%；接着溢流再延时2分钟后，把阀门设置手动值为100%。
第二阶段：维持阀的状态一段时间，观察反应釜温度压力情况，若发现当温度大于TMP1且压力小于P1，设置PID控制状态为自动，其设定值置为TMP1；若发现温度大于TMP2且压力大于P2，同样设置PID控制状态为自动，其设定值置为TMP2；除这两种情况之外，控制策略让运行状态等待，直到出现上述两个条件的其一，才进入下一步控制。满足条件之后，系统计时开始使PID设定值在15分钟内增加到SP1，并维持不变。
第三阶段：维持PID控制状态一段时间，观察反应釜温度情况，若发现当温度大于TMP3，则马上开启循环进水阀和溢流阀。溢流延时2分钟后，关闭进水阀，打开排尽阀。溢流再延时2分钟后，关闭溢流阀和排尽阀。若发现温度仍大于TMP3，则返回第三阶段开始控制状态，循环操作，直到温度小于TMP3，才进入下一个阶段。
第四阶段：反应釜温度小于TMP3维持一段时间，观察反应釜温度情况，若发现由于降温低于SP1，则此时PID自动打开蒸汽阀，同时打开溢流阀和排尽阀。溢流延时2分钟后，关闭进水阀和排尽阀。当温度达到SP1后，先后分别间隔10分钟储料罐已准备好的物料，并在规定的时间内均匀地加完。当加料完成，且恒温时间到后，系统温度控制结束，此时可以考虑放料了。
Claims (1)
1.一种用于反应釜的温度控制方法，其特征在于该方法具体步骤是：
步骤(1)确定数字PID控制方案；数字PID控制方案由数字PID控制器差分方程确定；
步骤(2)设计经典响应曲线法过程模型的PID控制器，具体方法是：
a.将过程模型的PID控制器停留在手动操作状态，操作拨盘使其输出有阶跃变化，由记录仪表记录过程模型的输出值，将过程模型输出值yL(k)的响应曲线转换成无量纲形式，具体是：
其中，yL(∞)是过程模型的PID控制器的输出有阶跃变化时的过程模型输出yL(k)的稳态值；
b.选取满足的两个计算点k1和k2，依据下式计算PID控制器所需要的参数K、T和τ：
K＝yL(∞)/q
T＝2(k1-k2)
τ＝2k1-k2
其中，q为过程模型的PID控制器输出的阶跃变化幅度；
c.计算过程模型的PID控制器的参数，具体是：
Kc＝1.2T/Kτ
Ti＝2τ
Td＝0.5τ
其中Kc，Ti，Td分别为PID控制器的比例参数，积分参数，微分参数；
步骤(3)反应釜温度控制实现过程如下：
第一阶段：开启系统装置，初始化运行正常后，将反应釜温度控制PID控制状态置为手动，然后手动打开溢流阀，设置开度为15％；再手动打开排尽阀，设置开度为15％；根据控制要求，溢流延时2分钟后，手动关闭溢流阀和排尽阀，并将手动值设为30％；接着溢流再延时2分钟后，把阀门设置手动值为100％；
第二阶段：维持阀的状态一段时间，观察反应釜温度压力情况，若发现当温度大于TMP1且压力小于P1，设置PID控制状态为自动，其设定值置为TMP1；若发现温度大于TMP2且压力大于P2，同样设置PID控制状态为自动，其设定值置为TMP2；除这两种情况之外，控制策略让运行状态等待，直到出现上述两个条件的其一，才进入下一步控制；满足条件之后，系统计时开始使PID设定值在15分钟内增加到SP1，并维持不变；其中TMP1、TMP2和SP1均为设定温度，P1和P2为设定的压力；
第三阶段：维持PID控制状态一段时间，观察反应釜温度情况，若发现当温度大于TMP3，则马上开启循环进水阀和溢流阀；溢流延时2分钟后，关闭进水阀，打开排尽阀；溢流再延时2分钟后，关闭溢流阀和排尽阀；若发现温度仍大于TMP3，则返回第三阶段开始控制状态，循环操作，直到温度小于TMP3，才进入下一个阶段；其中TMP3为设定温度；
第四阶段：反应釜温度小于TMP3维持一段时间，观察反应釜温度情况，若发现由于降温低于SP1，则此时PID自动打开蒸汽阀，同时打开溢流阀和排尽阀；溢流延时2分钟后，关闭进水阀和排尽阀；当温度达到SP1后，先后分别间隔10分钟储料罐已准备好的物料，并在规定的时间内均匀地加完；当加料完成，且恒温时间到后，系统温度控制结束，此时可以考虑放料了。
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