聚合反應溫度控制策略分析

姚會利

摘要：某企業在針對聚合反應工藝實施改進措施后，使得在聚合反應過程中原有的溫控系統已經不能很好的滿足高精度、平穩升溫的溫度控制需求。為了進一步的滿足實際生產工藝需求，具必須要針對聚合反應溫度的控制策略進行深入的研究，探索出了幾種有效的溫度控制策略，在實際應用過程中也到了具體反應需求。

關鍵詞：聚合反應；溫控系統；控制策略

引言

企業在實際進行丁晴生產的過程中，最終的聚合反應效果會在很大程度上受到溫度控制精度、引發劑活性、生產原料配比、生產攪拌均勻性等先關因素的嚴重影響。但是，聚合溫度是其中最主要的一種影響因素。如果在實際生產作業過程中聚合反應溫度過高就會導致出現局部過熱分解、暴聚等現象，從而對產品質量造成嚴重影響。

1 聚合反應溫度控制策略

聚合反應在整個過程中會釋放出發量熱量，在實際的反應過程中必須要充分利用夾帶套中的冷卻水來帶走多余的熱量，這樣才能實現對反應溫度的進一步控制，在本次項目運行過程中聚合反應的溫控工藝流程見下圖1.

目前，大部分聚合反應釜容器都是體積比較大的密閉性容器。在實際進行聚合反應的過程中，由于聚合物的分布不均勻，產生的溫度梯度也相對比較大，因此在實際進行溫度測量的時候非常容易出現虛假測量的現象，而且實際控制對象的非線性相對比較強，會產生較大的時滯性，因此，實際建立數學模型比較困難，利用PID進行單回路溫度控制效果并不明顯，充分利用普通的溫度控制方案可以在充分保證夾套內水流動情況的前提來實現滿足現實反映的溫度要求，但是如果實際閥門的開度比較小或者閥門始終處在關閉的狀態下，就會因為夾套內部水流動較小，從而使得實際的溫度控制根本無法滿足實際反映的需求；如果在實際反應過程中因為溫度的設定值出現了階梯性的變化，就會導致反應釜內部熱量快速升高，這種情況下，原本關閉的閥門開度會出現非常明顯的增加，導致大量低溫度快速進入夾套，導致帶走了大量的熱量，從而使得反應釜內的達到階梯溫度設定值后又會馬上出現快速的回落。而利用單一的PID溫度控制策略會并不能實現溫度平穩過度，非常容易導致出現溫度超調的現象[1]。

為了有效解決聚合反應過程中溫度控制的問題，進一步提升聚合反應溫度控制效果，主要從以下幾個方面進行了改進：

（1）針對整個管路中的供水以及回水管路中間位置設置一個止逆閥旁通回路，并針對夾套循環回路設置了循環水泵。這樣就能充分結合反應釜反應釜的溫度偏差來進行循環水中冷熱水量的調節，也能充分保證在夾套中通過的水量的充足、穩定，這樣不管調節閥的開度大小，都能實現聚合反應過程中反應釜流量以及冷媒抑制反應過程中的升溫有效控制，進一步強化了冷卻水的循環控溫效果。

（2）在聚合反應進行的過程中，主要采取的溫度控制方式為億反應釜溫為主環以夾套出水溫度為副環的控制方式。在充分結合夾套實際的回水溫度后就可以實現冷水量的提前調節，不僅能夠完全根據反應釜實際產生的偏差來合理的調節循環水中的冷水和熱水量，這樣就能實現反應釜溫度控制慣性的最大程度控制，由此就能進一步提升實際的溫度控制效果。

（3）在普通的PID控制基礎上，合理的增加了專家控制策略。專家控制的雙模態復合結果如下圖2所示，在整個系統中專門針對專家控制器以及PID控制器分布設置了不同的獨立通道，并分別針對不同的通道設置了兩個軟開關。充分利用反應釜內部的溫度以及壓力變化情況并對不同階段溫度控制進行充分考慮，這樣就能實現專家控制與串級PID控制的實施切換[2]。

充分利用雙模態分段專家控制以及PID控制算法主要有一下一些優點：首先，當溫度偏差超過某一個特定的閾值時，就會可以將其切換到專家控制模式下，進一步提升了整個系統的相應速度，也有效提升了系統的阻尼性能，這樣既能有效避免在相應過程中出現嚴重超調的現象。而如果利用PID在針對小范圍進行調節的時候具有良好的魯棒性，避免了在調節過程中出現超調或者穩態誤差等現象。

2 專家控制策略

專家控制的基本原則主要是通過對實際操作者的控制過程中手動控制策略的基礎上總結歸納出來的，與此同時，對設計者被控制過程中的一些專業信息也要進行充分考慮。專家控制器主要可以分為以下幾個部分：

首先是信息處理模塊，該模塊主要是進行控制過程中相關信息的提取和加工，為后續的控制決策以及學習提供可靠的數據支持。

其次是知識庫，其主要的作用是針對整個工業控制領域的相關知識進行存儲，本次項目中主要使用的是經驗數據庫作為專家庫。

再次是推理機，主要是采用自然語言的形式來對具體的規則量進行表達，而通過對操作人員實際的操作經驗以及相關操作習慣進行總結后形成了語言變量。

最后是控制規則集，通過推理機得出的控制量并不能直接被用來進行執行機構的控制，必須要將控制量經過相應的轉化活才能被執行機構精確的識別。目前加權平均法、中位數法是比較常用的判決方法。

3 結束語

在針對該項目出現的聚合溫度控制問題，實施了三種控制措施后使得聚合溫控得到有效改善，并他通過設計專家控制策略，進一步降低了操作人員勞動強度，提升了產品的質量，獲得了較好的經濟效益。

參考文獻

[1]曹偉. 基于迭代學習控制的PVC反應釜溫度控制的魯棒性研究[D].哈爾濱工程大學，2009.

[2]徐鋒. 基于PROFIBUS現場總線的聚合溫度控制系統研究與開發[D].河海大學，2007.

（作者單位：浙江東暉藥業有限公司）