线性化分段控制的作用.pdf

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1、化工自动化及仪表第39卷线性化分段控制的作用荆、志达(河北维尔康制药有限公司仪表计量室，石家庄050031)摘要以制药过程中的结晶过程为例，采用时间分段法合理地利用传统的控制方式实现一些特殊工艺条件下的过程控制。实践证明该方法能够方便、快捷地实现降温结晶。关键词结晶饱和度分段式控制比例度积分时间中图分类号TH868文献标识码A文章编号1000-3932(2012)04-0460-03自控系统在化工生产和制药行业中发挥着重要的作用，它不但能够节省劳动力、节约能源而且更加有利于提高产品的质量和合格率。传统的PID、串级、均匀、比值及

2、前馈等控制方式可以满足大部分领域的过程控制要求，尤其是常规PID以算法简单及可靠性高等优点在工业生产中得到了广泛的应用⋯，但在某些特殊工艺环境下很难实现良好的控制效果。有时把工艺控制过程在时间或空间上分成若干段，每段中的被控量或关键变量可以认为是线性的或规则的，从而采用以上方式进行运算控制。笔者以河北维尔康制药有限公司某工序的结晶过程为例作进一步的分析和讨论。1结晶工艺过程在反应罐中加入定量的物料(即某种药品的饱和水溶液)，对其加入适量的热乙醇使溶液的饱和度逐渐降低(这是由物料的物理性质决定的)从而有物料的晶体析出。当5h后热乙

3、醇对物料的饱和度基本无影响时，便可通过加入循环的冷盐水(一9。C)给罐中的物料降温使其析出更多的晶体，直到罐温降到0℃时溶液中的有效药品都分离为结晶物。整个结晶过程为物理反应，第一阶段因乙醇温度高所以析出晶体时产生的热量基本等于罐壁的散失热量，该过程中的物料基本保持恒温。虽然两段结晶过程工艺简单，但在过程中加入乙醇和冷盐水的速度要适当，否则会产生次品。2硬件结构考虑到结晶岗位和该车间其他岗位日后进行工艺或自动化改造的特点和目标，系统采用浙大中控SUPCONJX．300XDCS。其中主控卡、数据转发卡和计算机网卡均采用冗余配置，以

4、防止由于硬件故障而影响到整个系统的实时监控和操作，其余I／0模块是否采用冗余配置可根据实际情况而定，冗余设计是提高系统可靠性的有效手段嵋1。为保障通信的快速性和可靠性，DCS系统SCnetII网络结构中的传输电缆双绞线的长度不能超过100m。结晶部分用到的硬件仪表为Ptl00电阻体、浮子流量计、宝德阀门及调节阀等，宝德阀门控制浮子流量计测量的乙醇流量大小；调节阀调节冷盐水流量，控制罐温的高低。因为乙醇属易燃易爆品，所以要考虑这些仪表的防爆等级要求。3控制策略和实施通过以上的工艺分析可以看出，整个结晶工艺过程并不复杂，物料的加入及

5、周围环境也相对稳定，但是在整个过程中乙醇和冷盐水的加入量要随着反应时间的变化而变化，用传统的控制方式很难实现，用模糊控制又太繁琐。考虑到车间工人原来通过数显表和手动控制阀门的方式进行现场操作的经验，对物料的特性及工艺作进一部分析，最终决定采用分段式控制实现以上的工艺过程。3．1乙醇结晶当加完物料后自动进入乙醇结晶系统，此系统过程将持续5h。通过试验将该过程时间等分为5段，每段间隔为1h。在每段间隔内乙醇的需求流量是一定的，此时便可采用PID模式控制乙醇流量的大小。当运行到1—5段中的任一段时，收稿日期：2012-01．16(修改

6、稿)第4期孙志达．线性化分段控制的作用461PID控制的设定值SP就取该段的流量设定值进行运算，设定值见表l。袁1分段法控制的设定值在主控卡的程序为：T1一T6每段时间间隔JCl—JC6每段间隔流量设定值sJ—SPPID的SP设定值JJF—TIME乙醇结晶计时JJF—KG自控结晶开始对其采用ST语言编程如下：({1段})IFJJF—TIME>=0ANDJJF—TIME=T1ANDJJF—TIME

7、=JT5ANDJJF—KG=TlqUETHENSJ—SP：=JC6；(女修改PIDSP值})END—IF；以上的程序和分析方法符合工艺控制要求，但在过程调试中乙醇流量忽高忽低很难稳定下来，这样就会影响到整个过程控制的效果。由过程控制理论得知PID用于流量、压力控制时一般无需微分，只需比例和积分调节就能满足过程要求，因此当系统不稳定时就需调节系统的比例度，当比例度增加到500％时，系统才能稳定下

8、来，积分时间也需调节到适合，否则将引起系统波动。比例度和积分时间的参数大小是否合适在这里是十分重要的，否则以前的工作将毫无意义，无法实现正确合理的自动控制。3．2降温结晶乙醇结晶过程结束后，停止加入乙醇并开始加入冷盐水降温以降低溶液的饱和度使其析出更多的晶体。由