氢化反应的控制系统设计分析论文

2020-07-31实用文

氢化反应的控制系统设计分析论文

  摘要:氢化反应是加工生产中常见的化学现象,为了保障氢化反应的顺利进行,应该优化设计控制系统,提供可行的控制基础,管控氢化反应。控制系统的设计与应用,不仅规范了氢化反应的过程,更是提供了优质的环境,消除外界影响因素的干扰。因此,本文以氢化反应为研究对象,分析控制系统的设计。

  关键词:氢化反应;控制系统;设计

  氢化反应的控制系统设计中,以计算机控制为核心,确保氢化反应中的温度、压力等数据,能够维持在最佳的状态。控制系统的实践设计中,需要以氢化反应的实际情况为主,既要提高氢化反应的转化效率,又要体现控制系统的安全性和可靠性,保证氢化反应控制系统的优质运行,体现系统设计的作用。

  1氢化反应控制系统的设计目标

  结合氢化反应对控制系统的需求,分析控制系统设计时应该遵循的目标,规范控制系统的设计过程,实现控制系统的优质性。例举氢化反应控制系统的设计目标,如:

  (1)控制系统能够实时观测氢化反应的状态,及时收集氢化反应的状态信息,反馈出某一阶段氢化反应的状态,促使控制人员能够掌握氢化反应的整个状态,便于提供处理的方法;

  (2)综合控制氢化反应中的各项参数,维护控制系统的运行状态,体现氢化反应控制系统的可靠性;

  (3)氢化反应中,如果使用催化剂,需要在控制系统内设计好催化剂的比值,避免催化剂超出规定的范围而影响整个反应的速度;

  (4)控制系统设计完成后,要具备监督氢化反应的功能,实现远程监督与控制的设计目标;

  (5)控制系统具有存储的目标,在氢化反应完成后,主动存储系统内的参数数值,有效处理氢化反应中的数据,满足控制人员的查询和调用;

  (6)控制系统监测目标的设计,其可监测氢化反应的整体过程,一旦发现实际反应与标准值不同,就需要执行报警功能,控制系统内还要显示错误的信息,方便人员查询,辅助快速恢复氢化反应的正常状态。

  2氢化反应控制系统的硬件设计

  硬件设计是氢化反应控制系统的基础支持,为氢化反应提供控制的场所。本文以DNT氢化反应为例,将硬件设计分为结构与系统两个部分,对其做如下分析。

  2.1硬件结构设计

  氢化反应控制系统的硬件设计,以计算机为控制中心,计算机控制属于控制系统的软件结构,保障硬件结构设计的合理性。按照DNT的氢化反应,分析控制系统硬件结构的设计。该反应硬件结构的设计如图1。根据氢化反应控制系统的硬件实况,分析主要硬件的功能,如:(1)反应器设计,选用板式换热器,设计成圆形结构,换热器连接了控制系统的内部管路,能够将DNT、氢气以及催化剂,导入到换热器的底部,规范自下向上的反应顺序,保障氢化反应的有序性,避免引起安全问题;(2)温度传感器(TT+TC),将其设置在控制系统的内部,用于监测氢化反应的实际温度,TT检测温度,同时利用温度传感器,将温度数据传输到控制其TC段,TC可以控制板式换热器的水流量,通过水流量控制DNT反应的温度,实现温度控制的目的,体现温度传感器与控制器硬件的结构设计与作用;(3)压力控制器,其可表示为PC控制,规划DNT中的氢气流量,根据反应的实况,及时补充反应中的氢气,而且还能掌握DNT控制系统内的压力,维持安全、稳定的内部反应,体现压力控制器硬件的支持功能;(4)变频调速器硬件,专门用于控制计量泵内的流量数据,因为DNT反应中使用的是FT1、FT2催化剂,两者需控制在特定的比例,所以变频调速器可以准确的控制计量泵,保证催化剂的混合比例,按照比例实现混合、催化;(5)液位控制器(LT),是控制出料量的硬件结构,关系到DNT氢化反应中的温度与质量控制,硬件结构内,液位控制器会根据温度指标判断是否出料,当温度达到规定的工艺指标时,才能进行出料设置,如果液位低于规定指标,就要停止出料操作。

  2.2控制系统设计

  DNT氢化反应控制系统的硬件结构,主要分为智能测控和检测控制两个部分。智能测控模块的原理是:PC机通过RS-485总线,连接DNT氢化反应硬件系统中的温度测控模块、流量测控模块、压力测控模块、变频器等设备,与氢化反应的现场进行交互,主要交互变速器、执行器、传感器内的信息,便于实现系统测控[1]。智能测控设计,比较注重模块的功能,引入PID模块和PC机,实现智能测控模块的相关功能。例如:DNT氢化反应控制系统的智能测控模块中,通过PC机控制每个功能模块,如:采集区域、PID设备等,PC机可以根据DNT氢化反应的现场情况,发送温度、流量等现场参数,同时采集现场的反应参数,发送到上位机中,交由PID处理。智能测控模块的设计,完善了现场采集与控制执行,全部过程中的参数都可经过RS-485,传输到PC机,构成智能测控中的数据通讯系统。智能测控模块中,还能显示出DNT氢化反应电路系统的参数信息,促使工作人员可以全面掌握系统反应的实时状态。检测模块的控制,属于硬件设计的要点部分,用于检测DNT、催化剂的使用,达到规范化的控制标准。由于DNT、催化剂在氢化反应控制系统内,无法直接进行数据检测,避免影响检测值的精准显示,所以需要设计检测控制。例如:DNT氢化反应硬件系统内,检测控制模块内,配置了液体脉动阻尼器,控制DTN、催化剂的流量脉动,将其控制在最小的脉动状态,借助软件的滤波处理,能够检测到最小的`波动流量,提高流量检测的准确性,进而为DNT、催化剂的使用提供流量标准。以镍基催化剂为例,分析检测控制在氢化反应系统中的设计与应用。检测控制中,将计量泵接入PC机,控制镍基比值,而且利用变频器,检测DNT的实际流量,促使DNT达到定值流量的状态,而镍基可以根据DNT的流量,实现比例控制,通过变频器调节比例信息,达到规定的比例设计。

  3氢化反应控制系统的软件设计

  以氢化反应釜为例,分析控制系统内的软件设计。反应釜控制方面的软件系统,可以分为三个部分,分别是:软件编程、HMI界面和进料量控制,具体分析如下。

  3.1软件编程

  反应釜内的控制系统,软件编程上采用PLC语言设计,既能提高软件编程控制的能力,又能实现自动化。反应釜的编程程序内,考虑到氢化反应的需求,设计了自动、手动两项编程,可以在反应釜的控制面板调节[2]。以PLC为核心的软件编程,其在功能上分为三类,分别是:(1)自动功能,反应釜会根据控制面板中的参数,自动执行氢化反应,在规定的时间内完成生产,保证控制程序、电气回路的自动化;(2)手动功能,操作人员自行输入控制参数,在控制面板直接启动相关的编程,节约了编程控制的时间;(3)停止功能,当操作人员发现反应釜内有错误的信息时,按下停止按钮,反应釜内的程序会强制停止。软件编程除了正常的功能以外,还包括警报、故障等编程设计,按照氢化反应的规范标准,编程反应釜的运行程序,要求氢化反应按照规范编程运行,一旦与软件编程不符,表明反应釜内出现异常。

  3.2HMI界面

  HMI界面,是氢化反应釜的控制界面,提供了氢化反应控制的所有程序和按钮。HMI界面围绕组态王编程展开,配合CPHostLink通讯连接,在界面上实现自动与手动的转化控制,方便操作人员选择。HMI界面根据氢化反应釜内的硬件运行,提供动态的变化数据,氢化反应的每一项步骤,都可反馈到控制界面内,有利于在线控制。HMI界面,属于软件设计的一部分,但是其在运行中显示的是硬件运行的信息,有效控制HMI系统调试。例如:HMI界面的报警设置,控制界面自主记录反应釜的故障信息,迅速执行报警处理,界面在显示故障的同时,PLC会立即动作,进入停机状态。

  3.3进料量控制

  进料量控制结构的软件设计,配合氢化反应的需求,保证反应釜内物料配比的精准性[3]。因为反应釜内的配料比,需要考虑温度、液压等因素的干扰,所以需要根据软件编程,控制进料量。软件编程流程如下图2,由软件编程读取氢化反应中的压力、温度等参数,温度值<上限,进入下限检测,温度值>下限,执行液位测量,必须确保温度保持在特定的范围内,再检测反应液位,确定液位与上限数值的关系,即:反应液位<上限,计算氢化反应中物流A、B的进料量,最终由变频器给定,输出进料量的控制结果。

  4氢化反应控制系统的实验设计

  氢化反应控制系统可以应用在多个行业中,如:化工生产、药品生产,控制系统的设计,是一项重要的工作。为了配合氢化反应控制系统的设计,提出实验设计的思想,用于规范控制系统的设计,消除其在实践运行中的风险,进而保证氢化反应控制系统的准确性。氢化反应控制系统的实验设计中,主要探讨了控制系统设计模块之间的关系,促使各个控制模块处于良好的工作状态,达到统一化的配合性。例如:设计氢化反应控制系统在药品实验中的应用,评估控制系统设计的效益,氢化反应控制系统能够提供全过程的监控作用,而且还能实现远程操作,有效降低了现场的人员数量,一方面降低人为参与的误差,另一方面保护操作人员的安全性,实验中,氢化反应控制系统能够稳定的实现药品配置,保障药品内氢化反应的稳定性,避免影响氢化反应控制的质量,通过控制实验可以证明,氢化反应控制系统设计的有效性,也能发现系统设计的不足,进而提出改进措施,全面维护控制系统的质量,提供稳定的氢化反应。

  5结束语

  氢化反应控制系统的设计,有利于提高氢化反应的效率和水平,落实各项控制信息,提供优质的温度、流量等参数控制,为氢化反应营造可靠的运行空间。氢化反应的控制系统,遵循自动化设计的目标,全面规范软件与硬件设计,充分利用实验设计的方式,改善氢化反应的控制过程,实现标准、高效的氢化反应,表明控制系统设计的重要性。

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