氫化反應的控制系統設計分析論文
氫化反應的控制系統設計分析論文
摘要：氫化反應是加工生產中常見的化學現象，為了保障氫化反應的順利進行，應該最佳化設計控制系統，提供可行的控制基礎，管控氫化反應。控制系統的設計與應用，不僅規範了氫化反應的過程，更是提供了優質的環境，消除外界影響因素的干擾。因此，本文以氫化反應為研究物件，分析控制系統的設計。
關鍵詞：氫化反應；控制系統；設計
氫化反應的控制系統設計中，以計算機控制為核心，確保氫化反應中的溫度、壓力等資料，能夠維持在最佳的狀態。控制系統的實踐設計中，需要以氫化反應的實際情況為主，既要提高氫化反應的轉化效率，又要體現控制系統的安全性和可靠性，保證氫化反應控制系統的優質執行，體現系統設計的作用。
1氫化反應控制系統的設計目標
結合氫化反應對控制系統的需求，分析控制系統設計時應該遵循的目標，規範控制系統的設計過程，實現控制系統的優質性。例舉氫化反應控制系統的設計目標，如：
(1)控制系統能夠實時觀測氫化反應的狀態，及時收集氫化反應的狀態資訊，反饋出某一階段氫化反應的狀態，促使控制人員能夠掌握氫化反應的整個狀態，便於提供處理的方法；
(2)綜合控制氫化反應中的各項引數，維護控制系統的執行狀態，體現氫化反應控制系統的可靠性；
(3)氫化反應中，如果使用催化劑，需要在控制系統內設計好催化劑的比值，避免催化劑超出規定的範圍而影響整個反應的速度；
(4)控制系統設計完成後，要具備監督氫化反應的功能，實現遠端監督與控制的設計目標；
(5)控制系統具有儲存的目標，在氫化反應完成後，主動儲存系統內的引數數值，有效處理氫化反應中的資料，滿足控制人員的查詢和呼叫；
(6)控制系統監測目標的設計，其可監測氫化反應的整體過程，一旦發現實際反應與標準值不同，就需要執行報警功能，控制系統內還要顯示錯誤的資訊，方便人員查詢，輔助快速恢復氫化反應的正常狀態。
2氫化反應控制系統的硬體設計
硬體設計是氫化反應控制系統的基礎支援，為氫化反應提供控制的場所。本文以DNT氫化反應為例，將硬體設計分為結構與系統兩個部分，對其做如下分析。
2.1硬體結構設計
氫化反應控制系統的硬體設計，以計算機為控制中心，計算機控制屬於控制系統的軟體結構，保障硬體結構設計的合理性。按照DNT的氫化反應，分析控制系統硬體結構的設計。該反應硬體結構的設計如圖1。根據氫化反應控制系統的硬體實況，分析主要硬體的功能，如：(1)反應器設計，選用板式換熱器，設計成圓形結構，換熱器連線了控制系統的內部管路，能夠將DNT、氫氣以及催化劑，匯入到換熱器的底部，規範自下向上的反應順序，保障氫化反應的有序性，避免引起安全問題；(2)溫度感測器(TT+TC)，將其設定在控制系統的內部，用於監測氫化反應的實際溫度，TT檢測溫度，同時利用溫度感測器，將溫度資料傳輸到控制其TC段，TC可以控制板式換熱器的水流量，透過水流量控制DNT反應的溫度，實現溫度控制的目的，體現溫度感測器與控制器硬體的結構設計與作用；(3)壓力控制器，其可表示為PC控制，規劃DNT中的氫氣流量，根據反應的實況，及時補充反應中的`氫氣，而且還能掌握DNT控制系統內的壓力，維持安全、穩定的內部反應，體現壓力控制器硬體的支援功能；(4)變頻調速器硬體，專門用於控制計量泵內的流量資料，因為DNT反應中使用的是FT1、FT2催化劑，兩者需控制在特定的比例，所以變頻調速器可以準確的控制計量泵，保證催化劑的混合比例，按照比例實現混合、催化；(5)液位控制器(LT)，是控制出料量的硬體結構，關係到DNT氫化反應中的溫度與質量控制，硬體結構內，液位控制器會根據溫度指標判斷是否出料，當溫度達到規定的工藝指標時，才能進行出料設定，如果液位低於規定指標，就要停止出料操作。
2.2控制系統設計
DNT氫化反應控制系統的硬體結構，主要分為智慧測控和檢測控制兩個部分。智慧測控模組的原理是：PC機透過RS-485匯流排，連線DNT氫化反應硬體系統中的溫度測控模組、流量測控模組、壓力測控模組、變頻器等裝置，與氫化反應的現場進行互動，主要互動變速器、執行器、感測器內的資訊，便於實現系統測控[1]。智慧測控設計，比較注重模組的功能，引入PID模組和PC機，實現智慧測控模組的相關功能。例如：DNT氫化反應控制系統的智慧測控模組中，透過PC機控制每個功能模組，如：採集區域、PID裝置等，PC機可以根據DNT氫化反應的現場情況，傳送溫度、流量等現場引數，同時採集現場的反應引數，傳送到上位機中，交由PID處理。智慧測控模組的設計，完善了現場採集與控制執行，全部過程中的引數都可經過RS-485，傳輸到PC機，構成智慧測控中的資料通訊系統。智慧測控模組中，還能顯示出DNT氫化反應電路系統的引數資訊，促使工作人員可以全面掌握系統反應的實時狀態。檢測模組的控制，屬於硬體設計的要點部分，用於檢測DNT、催化劑的使用，達到規範化的控制標準。由於DNT、催化劑在氫化反應控制系統內，無法直接進行資料檢測，避免影響檢測值的精準顯示，所以需要設計檢測控制。例如：DNT氫化反應硬體系統內，檢測控制模組內，配置了液體脈動阻尼器，控制DTN、催化劑的流量脈動，將其控制在最小的脈動狀態，藉助軟體的濾波處理，能夠檢測到最小的波動流量，提高流量檢測的準確性，進而為DNT、催化劑的使用提供流量標準。以鎳基催化劑為例，分析檢測控制在氫化反應系統中的設計與應用。檢測控制中，將計量泵接入PC機，控制鎳基比值，而且利用變頻器，檢測DNT的實際流量，促使DNT達到定值流量的狀態，而鎳基可以根據DNT的流量，實現比例控制，透過變頻器調節比例資訊，達到規定的比例設計。
3氫化反應控制系統的軟體設計
以氫化反應釜為例，分析控制系統內的軟體設計。反應釜控制方面的軟體系統，可以分為三個部分，分別是：軟體程式設計、HMI介面和進料量控制，具體分析如下。
3.1軟體程式設計
反應釜內的控制系統，軟體程式設計上採用PLC語言設計，既能提高軟體程式設計控制的能力，又能實現自動化。反應釜的程式設計程式內，考慮到氫化反應的需求，設計了自動、手動兩項程式設計，可以在反應釜的控制面板調節[2]。以PLC為核心的軟體程式設計，其在功能上分為三類，分別是：(1)自動功能，反應釜會根據控制面板中的引數，自動執行氫化反應，在規定的時間內完成生產，保證控制程式、電氣迴路的自動化；(2)手動功能，操作人員自行輸入控制引數，在控制面板直接啟動相關的程式設計，節約了程式設計控制的時間；(3)停止功能，當操作人員發現反應釜內有錯誤的資訊時，按下停止按鈕，反應釜內的程式會強制停止。軟體程式設計除了正常的功能以外，還包括警報、故障等程式設計設計，按照氫化反應的規範標準，程式設計反應釜的執行程式，要求氫化反應按照規範程式設計執行，一旦與軟體程式設計不符，表明反應釜內出現異常。
3.2HMI介面
HMI介面，是氫化反應釜的控制介面，提供了氫化反應控制的所有程式和按鈕。HMI介面圍繞組態王程式設計展開，配合CPHostLink通訊連線，在介面上實現自動與手動的轉化控制，方便操作人員選擇。HMI介面根據氫化反應釜內的硬體執行，提供動態的變化資料，氫化反應的每一項步驟，都可反饋到控制介面內，有利於線上控制。HMI介面，屬於軟體設計的一部分，但是其在執行中顯示的是硬體執行的資訊，有效控制HMI系統除錯。例如：HMI介面的報警設定，控制介面自主記錄反應釜的故障資訊，迅速執行報警處理，介面在顯示故障的同時，PLC會立即動作，進入停機狀態。
3.3進料量控制
進料量控制結構的軟體設計，配合氫化反應的需求，保證反應釜內物料配比的精準性[3]。因為反應釜內的配料比，需要考慮溫度、液壓等因素的干擾，所以需要根據軟體程式設計，控制進料量。軟體程式設計流程如下圖2，由軟體程式設計讀取氫化反應中的壓力、溫度等引數，溫度值＜上限，進入下限檢測，溫度值＞下限，執行液位測量，必須確保溫度保持在特定的範圍內，再檢測反應液位，確定液位與上限數值的關係，即：反應液位＜上限，計算氫化反應中物流A、B的進料量，最終由變頻器給定，輸出進料量的控制結果。
4氫化反應控制系統的實驗設計
氫化反應控制系統可以應用在多個行業中，如：化工生產、藥品生產，控制系統的設計，是一項重要的工作。為了配合氫化反應控制系統的設計，提出實驗設計的思想，用於規範控制系統的設計，消除其在實踐執行中的風險，進而保證氫化反應控制系統的準確性。氫化反應控制系統的實驗設計中，主要探討了控制系統設計模組之間的關係，促使各個控制模組處於良好的工作狀態，達到統一化的配合性。例如：設計氫化反應控制系統在藥品實驗中的應用，評估控制系統設計的效益，氫化反應控制系統能夠提供全過程的監控作用，而且還能實現遠端操作，有效降低了現場的人員數量，一方面降低人為參與的誤差，另一方面保護操作人員的安全性，實驗中，氫化反應控制系統能夠穩定的實現藥品配置，保障藥品內氫化反應的穩定性，避免影響氫化反應控制的質量，透過控制實驗可以證明，氫化反應控制系統設計的有效性，也能發現系統設計的不足，進而提出改進措施，全面維護控制系統的質量，提供穩定的氫化反應。
5結束語
氫化反應控制系統的設計，有利於提高氫化反應的效率和水平，落實各項控制資訊，提供優質的溫度、流量等引數控制，為氫化反應營造可靠的執行空間。氫化反應的控制系統，遵循自動化設計的目標，全面規範軟體與硬體設計，充分利用實驗設計的方式，改善氫化反應的控制過程，實現標準、高效的氫化反應，表明控制系統設計的重要性。