SNAPI/O在化工干燥系统中的应用

　[摘要]：针对皮化产品干燥过程工艺控制的具体特点，介绍了美国OPTO 22公司SNAP I/O分布式控制系统的结构、功能、控制关键及系统实际运行的效果。这种方法同样适用于采用同种干燥工艺的其它产品的生产过程。
　　
　　[关键词]：喷浆顺流干燥 增量型PID MIMO系统解耦算法
　　
　　一、 工艺过程简介
　　
　　由配料岗位生产的料液放入储罐中待用，料液必要的理化指标经检验合格后即可投入生产。干燥介质（空气）在换热器中经热风炉烟道气加热至所需温度后，由塔顶经布风板进入干燥塔内。具有一定温度及浓度的料液由计量泵加压后经塔项孔板喷出，在干燥塔内上部空间形成具有一定分布密度的料幕区。料粒与热空气自上而下，顺流进行热量及水份交换，大部分干物料由塔底泄出，部分细粉料随空气由引风机从塔底出风抽入旋风除尘器中，定期由旋风下料器排出。（图1所示）




　　针对以上情况，在系统具体实现上，我们在各个相对独立的控制环节分别采取了以下措施：
　　1） 热风炉炉温自动控制；
　　首先计算塔顶温度与其设定值的偏差Et1及塔底温度与其设定值的偏差Et2的加权和，并将其作为炉温设定值（初值由人工给定）的修正增量对炉温设定值进行在线实时修正。
　　对炉温的具体控制，同步采取了两种手段：
　　一是根据炉温的偏差对送煤机进行时间比例（TPO）控制；同时也利用炉温偏差对热风炉送风机进行增量型PI控制。其目的在于尽量减小热风炉热惯性的影响并最大可能地保证煤的完全燃烧。增设烟道气负压及换热器出口温在线检测，对换热器及炉尾引风机运行状况进行监视。
　　2） 干燥状态自动控制系统：
　　即是指利用热风量、炉温及干燥引风机对干燥过程的各工艺参数进行自动控制，工艺参数包括热风是量、热风温度、进塔/出塔空气负压、出塔斯社尾气温度等。如前所述，在运行过程中，需根据一些不可控因素的变化对工艺参数的设定值作相应调整。
　　具体实施时，利用矩阵分析方法对某些工艺参数进行多重解耦控制，从而达到尽量减小控制回路间串扰的目的，见下框图（图3）；


附：解耦前工艺参数影响关系：
　　 如图所示，对于象大气温度、湿度以及料液温度、浓度这样渐变的，但又不可忽视的不可控干扰，利用来实时在线修正工艺参数设定值，但系统具有前馈校正的特性，从而改善由于热风系统存在大的纯滞后特性而对控制品质造成的不良影响。
　　
　　3） 所有PID环节都采用增量型算法，即：
　　U（K）=A*E（K）-B*E（K-1）+C*E（K-2）
　　A=Kc（1+T0/T1+Td/To）
　　B=Kc(1+2*Td/To)
　　C=Kc(Td/To)
　　 E(k)=Qr(k)-Q(K)
　　式中：
　　 U(K——为第K次采样周期时系统的控制作用；
　　 E(K)——为第K次采样周期的偏差；
　　 Qr(K)——为第K次采样周期的给定值；
　　 Q(K)——为第K次采样的实测参数值；
　　 Kc——比例环节主导时间常数；
　　 T0——受控环节主导时间常数；
　　 T1/Td——分别主积分/微分时间
　　
　　
　　五 系统实际运行情况：
　　
　　1 工艺参数的控制质量指标：
　　1） 炉温的稳定度为：一般情况下，偏差　　2） 负压的调整精度为：偏差　　3） 进/出塔气体温度的稳定度为：偏差　　4） 在大气湿度不变的前提下，风量的波动　　5） 投入自动时不需要象常规PID那样要求有严格的前提条件；工艺设备不正常（主要指隔膜泵压力不稳）时，系统自动切入手动操作模式。
　　2 各项经济技术指标考核结果：
　　本系统自去2000年9九月份投运后，各项指标均达到合同要求。在能耗（煤、电）基本不变的前提下，单产量度增加了18%以上，由原来的313Kg/h（合同规定）增加到370Kg/h以上；产品水分波动范围由原来的7.5%-12%缩小到0.5%以内，不溶物含量也由原来的0.3%-0.55%减小到0.2%以内，从而使铬含量的稳定度大大提高。另外在生产过程中，由于原料量（隔膜泵开度）保持不变，系统处于均衡生产状态下，从而减小了故障停车时间，原来几乎每个班要撤换或清洗一次孔板，同时由于滴料等原因造成的结块现象严重，几乎每出2桶粉料就有1桶块料。投入本系统后，只要隔膜泵不出故障（比如卡弹），可作到24小时甚至更长时间的不间断生产，每个班所出的块料不到1桶（原来为7-8桶）。
　　热风炉处于微负压运行状态，且炉温也平衡下来，不再出现以前那种忽高忽低、波动范围达20-30℃的情况，而且炉膛送风机一般不会工作在最大负荷下，因此热风炉及其辅设的故障率也大大地降低了。
　　在去年上半年我们到该厂考察期间，经常遇到热风炉故障（比如：正压燃烧或温度过高造成炉墙开裂，水冷管爆裂等，以及送煤机、鼓风机及炉尾引风机烧毁等）。自投入本系统至元旦节前，由于热风炉故障引起的停车共计2次，其中 一次为煤斗提升装置机械故障所致。而且还未出现过烧毁电机、炉墙开裂这样较严重的事故。