1、引言
在化工自動化（huà）控製中，一般單回路控製係（xì）統由（yóu）測量（采集）單元——變送單元——調節單（dān）元——執（zhí）行單元幾部（bù）分（fèn）構成，而（ér）執行單元一般選用調節閥來擔任。我廠丙烯（xī）腈裝置中急冷塔的PH值工藝要（yào）求控製在一定的範圍內，而且要求平穩（wěn）。它在整個裝置（zhì）的控製中起到非常重要的作用（yòng），隻要急冷塔的PH值控製（zhì）平穩，整個丙烯腈裝置大（dà）循（xún）環係統的PH值就能夠穩定（dìng）在工藝要求的（de）範圍內。其穩定與否直接影（yǐng）響整個裝置的平穩和高產運行，甚（shèn）至能（néng）否正常運行。工（gōng）藝上通過把H2SO4加（jiā）入到急冷塔上段循環水中，中和反應中剩餘的氨（ān）來達到控製急冷塔上段PH值（zhí）的目的。因（yīn）此控製H2SO4的加入量以中合反應尾氣（qì）中氨含量的變化就很重（chóng）要。其（qí）工藝流程簡圖如下：
2、PH值控製係統（tǒng）改進前的狀況（kuàng）
原設計中（zhōng），采用通道式PH計作為（wéi）測量（liàng）變送單元，DCS集散型控（kòng）製係（xì）統作為自動（dòng）調節單元，調節閥作（zuò）為執行單元組成自動調節係統來控製H2SO4的（de）加入量。原設計采用山武-霍尼韋爾公司（sī）生產的、全部采用（yòng）316L不鏽（xiù）鋼為閥座、閥芯材質的進口（kǒu）調節閥，目的是針對硫酸的腐蝕性而設計的，但實際應用中，調節閥由於氣蝕、硫酸（suān）中（zhōng）雜質對閥芯、閥座的衝刷以及硫酸（suān）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（yào）求，為此特製的四氟材質的閥芯、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（gōng）藝操作和儀表維修帶來很大困難。*後工藝改（gǎi）用計量泵（bèng）作為控製H2SO4加入量的手段手動調節H2SO4流量。但每次都必須（xū）到現（xiàn）場根（gēn）據經驗進（jìn）行手動（dòng）調整，需要（yào）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（kòng）製波動較大。常常因此影響正常生產，給精製部分的操（cāo）作帶來困難，使得精製回收率下降，影響（xiǎng）了裝置的產量和質量。這（zhè）已（yǐ）經（jīng）成為我廠自控係統的一個老大難問題。
3、PH值自動控製係（xì）統的改進
為解決上述問題，我們考慮能（néng）否甩掉調節閥，避免硫酸的腐蝕（shí）導致自（zì）控係統不能長周期運行。我們通過研究變頻器的原理發（fā）現，變（biàn）頻（pín）器能根據（jù）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（chū）10Hz（該數（shù）值可以根據實際情況確（què）定，但不允許為0。因為當PID調節器的輸出為4mA，變頻器的輸（shū）出為0，可是當PID調節器的輸出（chū）大於4mA時，雖然變頻器的輸（shū）出跟隨變化，但機泵並不會（huì）立即啟動（dòng）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（diàn）機的轉速改（gǎi）變了（le），通過機泵的介質流量（liàng）也隨之（zhī）發生相應的改（gǎi）變。我們（men）能否利用變頻（pín）器的這一（yī）特性控製計量泵的轉速，從而代替調節閥作為執行單元控製H2SO4加入量，進而達到（dào）PH值（zhí）自動控製的目的呢？經過實驗，我（wǒ）們很好地（dì）解（jiě）決了由於硫酸對（duì）調節閥的腐蝕造成的PH值控製係統不能滿足（zú）生產要求的問題（tí）。自動調節係統方塊圖如下：
其控製過程分析如下：當通道式PH計的測量值與給定值存（cún）在（zài）偏差時（shí），DCS通過PID調（diào）節作用（yòng）後輸出一標準4~20mA信號，此信號送入變頻器，變（biàn）頻器依（yī）據該信號改變到硫酸計量泵（bèng）電機的電源頻率，調整計量泵的轉（zhuǎn）速，進入急冷塔上段循環水的H2SO4加入（rù）量也就發生了相應變（biàn）化，PH值自動控製的目的達到。
但是，隨之（zhī）帶來一個問題：電機不是調節閥隻有一個（gè），而是兩個，一個運行，另一個備用（yòng）。當正在運行（háng）的電機出現故障時，PH值控製係統也就癱瘓了。那麽怎樣解決這個問（wèn）題（tí）呢？為此，在不增加投資的情況下，我們利用現有的電機控製係統，對（duì）其（qí）進行改進，實（shí）現（xiàn）了一台變頻器控製二台電機的目（mù）的。具體接線上，我們對原有電機（jī）接線進行（háng）了改進（如圖三）。當工藝操作人員對電機進行倒泵操作時，變頻器仍能起到控製作用。
其原理如下：C1為D1電（diàn）機的交流接觸器，C2為D2電機的交流接觸器，當需要電機（jī）D1啟動時，合上電源開關HK，按下啟動開（kāi）關QA1，接觸器C1得電吸合，輔助觸頭自鎖（suǒ），D1啟動。如果需（xū）要電機D1停下來、D2啟（qǐ）動，則隻需先按下D1電機的停車按鈕TA1，使C1線路斷（duàn）開，D1停轉；然後按下電機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。（這裏的啟動按鈕QA1、QA2，停車按鈕（niǔ）TA1、TA2即為現場電機跟（gēn）前的防爆開關）
4、改進後的效果
這一改進方案隻是將原來送給調（diào）節閥的信號引入電氣配電室內接至變頻器上（shàng），變頻器（qì）再（zài）接（jiē）至現場（chǎng）計量泵的供電（diàn）線路上，需要增加的設備隻（zhī）是變頻器卻可以省掉（diào）調節閥、電氣轉換器/定位器，而且維護量大大減少，*重要的是將變頻器應用到PH值自（zì）動控製（zhì）上以後，控製質量大大改善。當給定一個固定值時，測量值穩定在一條直線上，而當人為加入一幹擾信號時，隻要DCS中（zhōng）的PID參數調整適（shì）當，能很快調整至給定位（wèi）置並保持平穩。PH值控製係統改進前用調節閥控製使用兩個月就因為內漏無法控（kòng）製，PH值往往在3~7之間波動。改進後PH值（zhí）的波動範圍大大減小，控製曲線（xiàn）近似於一條直線，效果（guǒ）非常理想。而且，變頻器除了很好地替代調節閥（fá），構成了PH值自動控製係統外，還具有良好的（de）正弦波（bō）輸（shū）出、轉矩（jǔ）特性和快速響應等特性，還具有保護功能，如電機的過流（liú）、過壓、欠壓和缺相等保護，並能在操作麵板上顯示故障代碼，故維修（xiū）方便；變頻器操作簡單，可由（yóu）鍵盤操作，也可通過鍵盤任意設定頻（pín）率，並可從（cóng）操（cāo）作麵板上查看轉（zhuǎn）速、電壓、電流、轉矩等參數。而（ér）且安裝在室內（nèi），不會受到環（huán）境因素（sù）的幹擾，從投用至今（jīn）已經兩年多（duō），沒出現任（rèn）何（hé）故障。
5、結束（shù）語
我們通過對丙烯腈裝置PH值自控係統的改進，很好地解（jiě）決了過程中含有腐蝕介質，需要（yào）頻繁更換調節閥等自控（kòng）問題。過去認為，變頻器的（de）應用較多用於（yú）節能、軟啟動等場合，而且業已取得了明顯的效果。但現（xiàn）在看來，變頻器在很多自動化控（kòng）製中都能起到很好的作用，隻要能（néng）通（tōng）過泵的流量進行控製的對象係（xì）統就可以。例如，在城市供排水係統中，需要保持整（zhěng）個（gè）供排水管網的壓力在一個範圍內（一般不得低於某一個值），而壓力可以通過調整供排水泵的流量加以調節（因為壓力降低是由於用戶用水造成的，隻要補充（chōng）用戶用掉（diào）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（qì）作為執行機構構成一個自控（kòng）係統。