氢化反应的控制系统设计分析论文
摘要：氢化反应是加工生产中常见的化学现象，为了保障氢化反应的顺利进行，应该优化设计控制系统，提供可行的控制基础，管控氢化反应。控制系统的设计与应用，不仅规范了氢化反应的过程，更是提供了优质的环境，消除外界影响因素的干扰。因此，本文以氢化反应为研究对象，分析控制系统的设计。
关键词：氢化反应；控制系统；设计
氢化反应的控制系统设计中，以计算机控制为核心，确保氢化反应中的温度、压力等数据，能够维持在最佳的状态。控制系统的实践设计中，需要以氢化反应的实际情况为主，既要提高氢化反应的转化效率，又要体现控制系统的安全性和可靠性，保证氢化反应控制系统的优质运行，体现系统设计的作用。
1氢化反应控制系统的设计目标
结合氢化反应对控制系统的需求，分析控制系统设计时应该遵循的目标，规范控制系统的设计过程，实现控制系统的优质性。例举氢化反应控制系统的设计目标，如：
(1)控制系统能够实时观测氢化反应的状态，及时收集氢化反应的状态信息，反馈出某一阶段氢化反应的状态，促使控制人员能够掌握氢化反应的整个状态，便于提供处理的方法；
(2)综合控制氢化反应中的各项参数，维护控制系统的运行状态，体现氢化反应控制系统的可靠性；
(3)氢化反应中，如果使用催化剂，需要在控制系统内设计好催化剂的比值，避免催化剂超出规定的范围而影响整个反应的速度；
(4)控制系统设计完成后，要具备监督氢化反应的功能，实现远程监督与控制的设计目标；
(5)控制系统具有存储的目标，在氢化反应完成后，主动存储系统内的参数数值，有效处理氢化反应中的数据，满足控制人员的查询和调用；
(6)控制系统监测目标的设计，其可监测氢化反应的整体过程，一旦发现实际反应与标准值不同，就需要执行报警功能，控制系统内还要显示错误的信息，方便人员查询，辅助快速恢复氢化反应的正常状态。
2氢化反应控制系统的硬件设计
硬件设计是氢化反应控制系统的基础支持，为氢化反应提供控制的场所。本文以DNT氢化反应为例，将硬件设计分为结构与系统两个部分，对其做如下分析。
2.1硬件结构设计
氢化反应控制系统的硬件设计，以计算机为控制中心，计算机控制属于控制系统的软件结构，保障硬件结构设计的合理性。按照DNT的氢化反应，分析控制系统硬件结构的设计。该反应硬件结构的设计如图1。根据氢化反应控制系统的硬件实况，分析主要硬件的功能，如：(1)反应器设计，选用板式换热器，设计成圆形结构，换热器连接了控制系统的内部管路，能够将DNT、氢气以及催化剂，导入到换热器的底部，规范自下向上的反应顺序，保障氢化反应的有序性，避免引起安全问题；(2)温度传感器(TT+TC)，将其设置在控制系统的内部，用于监测氢化反应的实际温度，TT检测温度，同时利用温度传感器，将温度数据传输到控制其TC段，TC可以控制板式换热器的水流量，通过水流量控制DNT反应的温度，实现温度控制的目的，体现温度传感器与控制器硬件的结构设计与作用；(3)压力控制器，其可表示为PC控制，规划DNT中的氢气流量，根据反应的实况，及时补充反应中的氢气，而且还能掌握DNT控制系统内的压力，维持安全、稳定的内部反应，体现压力控制器硬件的支持功能；(4)变频调速器硬件，专门用于控制计量泵内的流量数据，因为DNT反应中使用的是FT1、FT2催化剂，两者需控制在特定的比例，所以变频调速器可以准确的控制计量泵，保证催化剂的混合比例，按照比例实现混合、催化；(5)液位控制器(LT)，是控制出料量的硬件结构，关系到DNT氢化反应中的温度与质量控制，硬件结构内，液位控制器会根据温度指标判断是否出料，当温度达到规定的工艺指标时，才能进行出料设置，如果液位低于规定指标，就要停止出料操作。
2.2控制系统设计
DNT氢化反应控制系统的硬件结构，主要分为智能测控和检测控制两个部分。智能测控模块的原理是：PC机通过RS-485总线，连接DNT氢化反应硬件系统中的温度测控模块、流量测控模块、压力测控模块、变频器等设备，与氢化反应的现场进行交互，主要交互变速器、执行器、传感器内的信息，便于实现系统测控[1]。智能测控设计，比较注重模块的功能，引入PID模块和PC机，实现智能测控模块的相关功能。例如：DNT氢化反应控制系统的智能测控模块中，通过PC机控制每个功能模块，如：采集区域、PID设备等，PC机可以根据DNT氢化反应的现场情况，发送温度、流量等现场参数，同时采集现场的反应参数，发送到上位机中，交由PID处理。智能测控模块的设计，完善了现场采集与控制执行，全部过程中的参数都可经过RS-485，传输到PC机，构成智能测控中的数据通讯系统。智能测控模块中，还能显示出DNT氢化反应电路系统的参数信息，促使工作人员可以全面掌握系统反应的实时状态。检测模块的控制，属于硬件设计的要点部分，用于检测DNT、催化剂的使用，达到规范化的控制标准。由于DNT、催化剂在氢化反应控制系统内，无法直接进行数据检测，避免影响检测值的精准显示，所以需要设计检测控制。例如：DNT氢化反应硬件系统内，检测控制模块内，配置了液体脉动阻尼器，控制DTN、催化剂的流量脉动，将其控制在最小的脉动状态，借助软件的滤波处理，能够检测到最小的`波动流量，提高流量检测的准确性，进而为DNT、催化剂的使用提供流量标准。以镍基催化剂为例，分析检测控制在氢化反应系统中的设计与应用。检测控制中，将计量泵接入PC机，控制镍基比值，而且利用变频器，检测DNT的实际流量，促使DNT达到定值流量的状态，而镍基可以根据DNT的流量，实现比例控制，通过变频器调节比例信息，达到规定的比例设计。
3氢化反应控制系统的软件设计
以氢化反应釜为例，分析控制系统内的软件设计。反应釜控制方面的软件系统，可以分为三个部分，分别是：软件编程、HMI界面和进料量控制，具体分析如下。
3.1软件编程
反应釜内的控制系统，软件编程上采用PLC语言设计，既能提高软件编程控制的能力，又能实现自动化。反应釜的编程程序内，考虑到氢化反应的需求，设计了自动、手动两项编程，可以在反应釜的控制面板调节[2]。以PLC为核心的软件编程，其在功能上分为三类，分别是：(1)自动功能，反应釜会根据控制面板中的参数，自动执行氢化反应，在规定的时间内完成生产，保证控制程序、电气回路的自动化；(2)手动功能，操作人员自行输入控制参数，在控制面板直接启动相关的编程，节约了编程控制的时间；(3)停止功能，当操作人员发现反应釜内有错误的信息时，按下停止按钮，反应釜内的程序会强制停止。软件编程除了正常的功能以外，还包括警报、故障等编程设计，按照氢化反应的规范标准，编程反应釜的运行程序，要求氢化反应按照规范编程运行，一旦与软件编程不符，表明反应釜内出现异常。
3.2HMI界面
HMI界面，是氢化反应釜的控制界面，提供了氢化反应控制的所有程序和按钮。HMI界面围绕组态王编程展开，配合CPHostLink通讯连接，在界面上实现自动与手动的转化控制，方便操作人员选择。HMI界面根据氢化反应釜内的硬件运行，提供动态的变化数据，氢化反应的每一项步骤，都可反馈到控制界面内，有利于在线控制。HMI界面，属于软件设计的一部分，但是其在运行中显示的是硬件运行的信息，有效控制HMI系统调试。例如：HMI界面的报警设置，控制界面自主记录反应釜的故障信息，迅速执行报警处理，界面在显示故障的同时，PLC会立即动作，进入停机状态。
3.3进料量控制
进料量控制结构的软件设计，配合氢化反应的需求，保证反应釜内物料配比的精准性[3]。因为反应釜内的配料比，需要考虑温度、液压等因素的干扰，所以需要根据软件编程，控制进料量。软件编程流程如下图2，由软件编程读取氢化反应中的压力、温度等参数，温度值＜上限，进入下限检测，温度值＞下限，执行液位测量，必须确保温度保持在特定的范围内，再检测反应液位，确定液位与上限数值的关系，即：反应液位＜上限，计算氢化反应中物流A、B的进料量，最终由变频器给定，输出进料量的控制结果。
4氢化反应控制系统的实验设计
氢化反应控制系统可以应用在多个行业中，如：化工生产、药品生产，控制系统的设计，是一项重要的工作。为了配合氢化反应控制系统的设计，提出实验设计的思想，用于规范控制系统的设计，消除其在实践运行中的风险，进而保证氢化反应控制系统的准确性。氢化反应控制系统的实验设计中，主要探讨了控制系统设计模块之间的关系，促使各个控制模块处于良好的工作状态，达到统一化的配合性。例如：设计氢化反应控制系统在药品实验中的应用，评估控制系统设计的效益，氢化反应控制系统能够提供全过程的监控作用，而且还能实现远程操作，有效降低了现场的人员数量，一方面降低人为参与的误差，另一方面保护操作人员的安全性，实验中，氢化反应控制系统能够稳定的实现药品配置，保障药品内氢化反应的稳定性，避免影响氢化反应控制的质量，通过控制实验可以证明，氢化反应控制系统设计的有效性，也能发现系统设计的不足，进而提出改进措施，全面维护控制系统的质量，提供稳定的氢化反应。
5结束语
氢化反应控制系统的设计，有利于提高氢化反应的效率和水平，落实各项控制信息，提供优质的温度、流量等参数控制，为氢化反应营造可靠的运行空间。氢化反应的控制系统，遵循自动化设计的目标，全面规范软件与硬件设计，充分利用实验设计的方式，改善氢化反应的控制过程，实现标准、高效的氢化反应，表明控制系统设计的重要性。
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