1．服务对象： 杭州电化集团公司杭电化总厂聚氯乙稀分厂 2．工艺简介：
氯化聚乙烯的氯化过程工艺流程如上图所示：
从原料送入聚合釜到出氯化产品，即氯化自控过程可分为四个不同阶段：投料、排气、升温、保温。各阶段的主要工作和控制特点为： l 投料：定量加入参加聚合反应的物料（主要是聚乙烯），进行充分搅拌，通过往夹套中通入蒸气使釜温上升； l 排气：当釜内温度达到  时，通入氯气  kg，以达到排空气的目的； l 升温：当釜温到达  时，正式开始通氯，关闭蒸气阀。本过程共分若干个阶段，对应于每一阶段都有设定的温度～时间～累计量对应关系，且互不相同，其控制质量好坏直接影响到产品质量。该阶段的控制难点为：在升温阶段为吸热过程，调节釜内温度的唯一手段是通氯量，如采用传统的PID控制，则很容易造成大的超调、转折点难以平滑过渡等问题。另外，在控制温度跟踪变化曲线时存在振荡和精度低的缺点； l 保温：此阶段的主要目的是保持釜内温度衡定在一定温度附近，是保证产品质量的关键阶段，因此控制方法需对反应有很高的灵敏度，以保证釜内温度的变化不超出很小的允许范围。 然后，将经过以上各步骤后的出料再经过脱酸、中和、干燥等工序即可得到最终的氯化聚乙稀产品。 3．原操作情况及存在问题： 氯化聚乙烯(  )是一种重要的化工产品，由聚乙烯氯化而成。由于其氯化反应生产过程为间歇式分阶段递进模式，要求按照设定的温度～时间～累计量关系进行反应，同时各阶段的生产过程中装置特性有较大变化，因此控制难度很大。以往厂里都是采用常规仪表人工手动操作，控制繁琐而且效果差，致使  产品质量不稳定。采用传统的  控制策略，仍存在着超调、过渡区域波动大、控制精度不高等问题。 4．控制目标： ² 控制釜温到40℃后的升温速度为40～70℃?M25±5分； ² 在升温到恒温的过渡阶段达到平稳、不超调； ² 恒温恒压控制时保证釜温和釜压平稳、波动小，釜温75±1℃、釜压3.5±0.1mPa； ² 保持装置在允许的安全和约束范围内正常运行。 5．先进控制方案： 该装置的自动控制系统采用的是浙江浙大中控技术有限公司的SUPCON JX-300X DCS系统，过程模型辨识及PFC控制器的设计均分别采用浙江中控软件技术有限公司的工程化软件APC-Glide及APC-PFC完成。过程的PFC串级控制系统结构与常规PID控制系统的结构十分相似： 其中：  ：聚合反应釜内设定温度；  ：外环计算的进料流量设定值；  ：进料流量实际值；  ：反应釜釜内实际温度。 串级控制的内环由预测函数控制模块1和进料流量阀门组成，控制目标是通过调节进料阀门使得实际的进料流量温度达到理想釜温所需的进料流量设定值。外环由预测函数控制模块2和内环输出及反应釜组成，控制目标是通过调节进料流量设定值使得釜温跟踪理想物料反应温度。 6．先进控制系统软硬件连接 预测函数算法的控制模块用JX-300应用模块中的SCL控制语言编程下载到现场DCS监控机运行实现。 7．先进控制实施步骤： （1） 装置预调研、功能分析：主要对CPE过程工艺和常规控制状况深入了解，合理选择MV（操作变量）, CV（受控变量）和DV（干扰变量）。 （2） 过程实验：测试信号应用于过程操作变量以便得到估计模型参数所必需的数据。一般做实验时为得到有效的数据，需连续加数个阶跃信号，以实现充分激励。 （3） 过程模型辨识：将由过程实验得到的数据通过APC-Glide软件包模型辨识软件预处理、辨识得到氯化釜的过程模型。 （4） 控制器设计：根据用户指标和要求，在控制器结构中定义控制目标、变量约束和动态最优化，结合得到的过程模型，直接通过SCL语言编写PFC控制器。 （5） 离线仿真：仿真测试所设计的控制器。离线测试使得在实际过程应用更容易和安全。 （6） 在线仿真：将设计好的PFC控制器转到DCS操作站，并将PID控制器替代，进行实时在线仿真。 （7） 场投运及调整：在不同运行条件下检测控制结构，将实现的控制器应用到过程中，对生产过程进行在线实时控制。 8．先进控制效果： （1）文字性描述 首先，生产过程控制平稳，尤其是设定温度不断变化的情况下，依然能够保持快速而良好的跟踪性能；其次，经产品测试表明，由于氯化过程稳定，  产品质量有了明显的提高，而且较以往也更加稳定；第三，控制方便、灵活，由于该控制方案在设计时充分考虑了各种可能的因素，在物料性质、工艺条件改变时，依然可以根据实际情况对控制系统的系数（如时间、阶段温度、阶段累计量等）进行修改，并丝毫不影响控制效果；第四，该控制方法在投运之后，改变了聚乙烯氯化反应生产过程的操作模式。过去采用  计算机控制时，经常发生釜温跟踪静差过大、输出超调过大等现象，需要有操作工现场不断的手工干预控制过程，尤其在生产开始和结束阶段，操作更加复杂；现在，  控制方案误差保持在1kg之内(实际过程允许误差1～3kg)，控制精度达到  ，基本上克服了超调，并且几乎不需要人工干预控制过程，不仅大大减少了操作工的劳动强度，而且使生产效率和产品质量有了极大的提高。 （2）规控制与先控的效果对比图 9．经济效益及社会效益分析 自从2001年采用预测函数控制工程软件设计的控制系统投运以来，运行情况良好，产品稳定，质量有了较大提高，为工厂经济效益的增长作出了很大贡献。累计年经济效益可达到100万元： （1） 生产过程控制平稳，尤其是设定温度不断变化的情况下，依然保持快速而良好的跟踪性能，主要控制变量的均方差减小50％以上； （2） 经产品测试表明，如果氯化过程稳定，CPE产品质量将有明显提高，而且亦更加稳定； （3） 采用PID计算机控制，经常发生釜温跟踪静差过大、输出超调过大等现象，需要有操作工现场不断的手工干预控制过程，尤其在生产开始和结束阶段，操作更加复杂；先进控制系统投运后，控制误差应保持在1kg（0.35%）之内(实际过程允许误差1～3kg)，基本上克服超调，并且几乎不需要人工干预控制过程； | 
