1 工藝情況

氨堿法制堿過程所產生的堿渣，俗稱白泥。在低氯白泥工藝流程中，由于流體介質（白泥）的特殊性，白泥顆粒大小的不均勻及凝聚度的不一，離心機設備容易在運行中造“堵”，對設備運行及安全都非常不利。臥式螺旋離心機系統是白泥脫水工序核心設備，該離心機的參數主要有液壓扭矩、脫水機轉速、液壓站頻率及電流等，其中液壓扭矩是核心參數，通過觀察液壓扭矩的大小，可以有效的判定離心機運行的狀況。扭矩的過程優化控制及聯鎖保護控制的實現，是保證離心機系統穩定運行，提高過程自動化水平的關鍵。

2 常規控制

通常的工作狀態下，臥式螺旋沉降離心機轉速達到1500r/min，此參數受離心機變頻器控制，頻率控制在30～35Hz。原始白泥經過液壓站控制輸送到脫水機，液壓站是白泥進入離心機的動力源，液壓站由液壓站變頻器控制，頻率控制在18～26Hz。原始白泥經過白泥切斷閥（此閥屬于開關閥，時間行程大概5～8s），輸送到白泥調節閥（此閥可以自由調節開度0～100%，控制進離心機的實際流量大小），再進入離心機，泥水分離。泥再由液壓站轉鼓推出。液壓扭矩是離心機系統運行狀態的核心參數，當扭矩過高時，說明白泥顆粒大或者凝固大，當前液壓推力不足，白泥進入離心機后容易堵，需調整液壓站推力，或者減少白泥進料，甚至關閉切斷閥。當扭矩過低時，需加大白泥進料。

根據設計要求，控制系統實現了扭矩的開環控制，正常情況下：

液壓站頻率控制在18～26Hz區間，屬定值控制，可調，開環；

離心機頻率控制在30～35Hz區間，屬定值控制，可調，開環；

白泥進料切斷閥點動開關，處于打開狀態；

白泥進料調節閥調節閥門開度，0～100%可調，開環；

液壓扭矩控制在50～80Nm區間。

常規控制模式下，系統的調節存在很多人為因素及環境變化因素干擾，調節人員需時刻留意系統扭矩、流量、頻率等參數的變化，調節操作頻率，系統需長時間達成穩態，故采用先進控制對該系統進行閉環控制有利于系統的穩定。

3 先進控制策略

此項目采用先進控制策略，核心是專家智能控制和多變量魯棒預測控制。預測控制算法三個特征：預測模型、滾動優化和反饋校正。其采用的算法步驟大致是：在當前時刻，采用過程動態模型來預測未來一定時域內每個采樣點的過程輸出，并用當前時刻的預測誤差修正模型的預報值。然后，基于輸出期望設定值與預測值的偏差按某個優化目標函數計算出當前及未來一定時域的控制量。為了柔化控制量和防止超調，需設定值按某種參考軌跡達到其目標值。每次計算后，僅輸出當前控制量并施加給實際過程。至下一時刻，根據新的測量數據重新按上述步驟計算控制量。因此，此計算方式是一個不斷滾動的局部優化過程。

4 先進控制模型設計

4.1 過程優化控制

根據工藝控制的實際情況，操作人員需時刻留意扭矩的變化情況。當扭矩接近上限值時或呈增長勢態時，需手動適當的調整（減小）進料流量，關小閥門；根據操作人員的操作習慣，把整個脫水工序考慮成一個整體，對該整體模型進行被控變量及操縱變量細化，實現其整體優化控制，設計一個高度自動化集成的白泥進料扭矩流量頻率閉環控制系統。

設計思路：此控制系統主要控制對象是液壓扭矩，操縱對象是進料流量及液壓頻率，有效的控制進料流量及液壓頻率以達到有效控制液壓扭矩的目的，形成扭矩——流量、頻率閉環控制。

控制邏輯：當扭矩超高時（大于XH1），把白泥進料調節閥閥門開度控制引入閉環控制，把扭矩超限時，適當的減小進料閥門開度來降低白泥流量，達到降低扭矩的效果。同時，當扭矩上升超過XH1的時候，液壓站變頻器自動以X2 Hz/s的速度加速（極值50Hz），直至滿50Hz。加速過程中，當扭矩恢復到X0以下時，液壓站變頻選擇設定值輸出。

程序算法：

（1）在優化控制模式下，當液壓扭矩＞XH1時，記錄此刻閥門開度。該開度為后期扭矩回歸正常時，閥門自動緩慢打開上限保護開度；

（2）液壓扭矩＞XH1時，閥門以每秒0.2%（可設調整）的開度關閥，與此同時，液壓站以每秒0.5Hz的速度加大頻率輸出；關閥下限保護為20%，避免扭矩偶爾過大，可有效控制回歸正常的時候，把進料閥關死，導致沒有流量空轉；

（3）當液壓扭矩回歸正常，扭矩＜XH1時，液壓站頻率回到設定值，閥門延時1min（可設調整），以每秒0.2%（可設調整）的開度開閥，當打開了3%（原開度基礎上—+3%）時，閥門延時1min（可調整），再以0.2%的開度開閥，如此循環。循環的目的是避免短時間內快速打開進料閥導致扭矩又突然上升，避免扭矩動蕩，開閥上限保護為步驟2中記錄的閥門開度。

4.2 聯鎖保護控制

扭矩出現超高時，觸發聯鎖控制：

（1）扭矩超過XH2時，液壓站選擇設定值輸出，定時5s關閉加藥泵和進料切斷閥，輸出報警。

（2）扭矩超過XH3時，系統降速，輸出報警。降速過程中，當扭矩小于X0不再降速，升回到設定值，若一直超過XH3時，降速到0，系統停車。

液壓扭矩的聯鎖控制一定程度上保證了離心機系統的可靠性、安全性，系統運行可以得到有效控制。

5 運行效果及分析總結

液壓扭矩在扭矩——流量、頻率閉環控制和聯鎖控制的雙重保護下，得到有效的控制。

前段閥門自動關小，關小到一定時，又上升呈恢復狀，說明關小到一半時，扭矩降低到正常范圍，閥門恢復打開，這時扭矩又超限，閥門繼續關小至保護值。扭矩恢復之后，閥門緩緩升到原記錄值。1小時20分鐘內閥門自動減小開度2次，說明該時間段內，扭矩2次出現超限現象。

1小時20分鐘時間內，扭矩2次從高拉到低位，符合調節閥動作曲線。

6 結語

此先進控制系統在現場生產中已投用，適應了生產的需要，實現了扭矩的有效控制，離心機系統更加安全穩定可靠，操作人員的工作強度大大降低，流程自動化水平得到大大提高。