1、引言

　　在化工自動化控制中，一般單回路控制系統由測量（采集）單元——變送單元——調節單元——執行單元幾部分構成，而執行單元一般選用調節閥來擔任。我廠丙烯腈裝置中急冷塔的PH值工藝要求控制在一定的范圍內，而且要求平穩。它在整個裝置的控制中起到非常重要的作用，只要急冷塔的PH值控制平穩，整個丙烯腈裝置大循環系統的PH值就能夠穩定在工藝要求的范圍內。其穩定與否直接影響整個裝置的平穩和高產運行，甚至能否正常運行。工藝上通過把 H2SO4加入到急冷塔上段循環水中，中和反應中剩余的氨來達到控制急冷塔上段PH值的目的。因此控制H2SO4的加入量以中合反應尾氣中氨含量的變化就很重要。其工藝流程簡圖如下：

    2、PH值控制系統改進前的狀況

　　原設計中，采用通道式PH計作為測量變送單元，DCS集散型控制系統作為自動調節單元，調節閥作為執行單元組成自動調節系統來控制H2SO4的加入量。原設計采用山武-霍尼韋爾公司生產的、全部采用316L不銹鋼為閥座、閥芯材質的進口調節閥，目的是針對硫酸的腐蝕性而設計的，但實際應用中，調節閥由于氣蝕、硫酸中雜質對閥芯、閥座的沖刷以及硫酸對閥芯、閥座的腐蝕等作用，使用兩個月內漏量明顯增大，不能滿足工藝生產要求，為此特制的四氟材質的閥芯、閥座仍未能使用兩個月以上。用國產調節閥替代更需頻繁更換，給工藝操作和儀表維修帶來很大困難。最后工藝改用計量泵作為控制H2SO4加入量的手段手動調節H2SO4流量。但每次都必須到現場根據經驗進行手動調整，需要調整很長時間才能勉強維持生產，而且不能適時調節，PH值的控制波動較大。常常因此影響正常生產，給精制部分的操作帶來困難，使得精制回收率下降，影響了裝置的產量和質量。這已經成為我廠自控系統的一個老大難問題。

　　3、PH值自動控制系統的改進

　　為解決上述問題，我們考慮能否甩掉調節閥，避免硫酸的腐蝕導致自控系統不能長周期運行。我們通過研究變頻器的原理發現，變頻器能根據輸入信號的變化改變電機電源的頻率，例如，當輸入4mA時輸出10Hz（該數值可以根據實際情況確定，但不允許為0。因為當PID調節器的輸出為4mA，變頻器的輸出為0，可是當PID調節器的輸出大于4mA時，雖然變頻器的輸出跟隨變化，但機泵并不會立即啟動起來），當輸入20mA時輸出50Hz。而電機電源頻率的改變可以改變電機的轉速，電機的轉速改變了，通過機泵的介質流量也隨之發生相應的改變。我們能否利用變頻器的這一特性控制計量泵的轉速，從而代替調節閥作為執行單元控制H2SO4加入量，進而達到PH值自動控制的目的呢？經過實驗，我們很好地解決了由于硫酸對調節閥的腐蝕造成的PH值控制系統不能滿足生產要求的問題。自動調節系統方塊圖如下：

    其控制過程分析如下：當通道式PH計的測量值與給定值存在偏差時，DCS通過PID調節作用后輸出一標準4~20mA信號，此信號送入變頻器，變頻器依據該信號改變到硫酸計量泵電機的電源頻率，調整計量泵的轉速，進入急冷塔上段循環水的H2SO4加入量也就發生了相應變化，PH值自動控制的目的達到。

　　但是，隨之帶來一個問題：電機不是調節閥只有一個，而是兩個，一個運行，另一個備用。當正在運行的電機出現故障時，PH值控制系統也就癱瘓了。那么怎樣解決這個問題呢？為此，在不增加投資的情況下，我們利用現有的電機控制系統，對其進行改進，實現了一臺變頻器控制二臺電機的目的。具體接線上，我們對原有電機接線進行了改進（如圖三）。當工藝操作人員對電機進行倒泵操作時，變頻器仍能起到控制作用。

　　其原理如下：C1為D1電機的交流接觸器，C2為D2電機的交流接觸器，當需要電機D1啟動時，合上電源開關HK，按下啟動開關QA1，接觸器 C1得電吸合，輔助觸頭自鎖，D1啟動。如果需要電機D1停下來、D2啟動，則只需先按下D1電機的停車按鈕TA1，使C1線路斷開，D1停轉；然后按下電機D2的啟動開關QA2，則接觸器C2得電吸合，主觸頭C2閉合，輔助觸頭自鎖，電機D2啟動。（這里的啟動按鈕QA1、QA2，停車按鈕TA1、 TA2即為現場電機跟前的防爆開關）

    4、改進后的效果

　　這一改進方案只是將原來送給調節閥的信號引入電氣配電室內接至變頻器上，變頻器再接至現場計量泵的供電線路上，需要增加的設備只是變頻器卻可以省掉調節閥、電氣轉換器/定位器，而且維護量大大減少，最重要的是將變頻器應用到PH值自動控制上以后，控制質量大大改善。當給定一個固定值時，測量值穩定在一條直線上，而當人為加入一干擾信號時，只要DCS中的PID參數調整適當，能很快調整至給定位置并保持平穩。PH值控制系統改進前用調節閥控制使用兩個月就因為內漏無法控制，PH值往往在3~7之間波動。改進后PH值的波動范圍大大減小，控制曲線近似于一條直線，效果非常理想。而且，變頻器除了很好地替代調節閥，構成了PH值自動控制系統外，還具有良好的正弦波輸出、轉矩特性和快速響應等特性，還具有保護功能，如電機的過流、過壓、欠壓和缺相等保護，并能在操作面板上顯示故障代碼，故維修方便；變頻器操作簡單，可由鍵盤操作，也可通過鍵盤任意設定頻率，并可從操作面板上查看轉速、電壓、電流、轉矩等參數。而且安裝在室內，不會受到環境因素的干擾，從投用至今已經兩年多，沒出現任何故障。

　　5、結束語

　　我們通過對丙烯腈裝置PH值自控系統的改進，很好地解決了過程中含有腐蝕介質，需要頻繁更換調節閥等自控問題。過去認為，變頻器的應用較多用于節能、軟啟動等場合，而且業已取得了明顯的效果。但現在看來，變頻器在很多自動化控制中都能起到很好的作用，只要能通過泵的流量進行控制的對象系統就可以。例如，在城市供排水系統中，需要保持整個供排水管網的壓力在一個范圍內（一般不得低于某一個值），而壓力可以通過調整供排水泵的流量加以調節（因為壓力降低是由于用戶用水造成的，只要補充用戶用掉的水量即可使管網壓力維持在某一個值上），這樣就可以利用變頻器作為執行機構構成一個自控系統。