带搅拌预缩聚反应釜液位自动检测与控制的方法和装置.pdf

本发明揭示了一种对带搅拌预缩聚反应釜釜内液位进行自动检测与控制的方法和装置。其要旨是：在反应釜上方设置激光测距仪，在搅拌轴露出反应釜的轴壁上固定设置一检测块，并且在反应釜外部一固定位置设置检测开关，使检测开关监测检测块信号时，搅拌轴上的搅拌桨处于不遮挡激光测距仪所发射激光的位置，以这种状态下激光测距仪测得的距离信号来推算反应釜实际液位，通过PLC控制器内的PID模块与预设液位值进行比较，比较后的数据用于控制出料泵变频器频率，进而调整出料泵电机转速。该方案解决了反应釜内搅拌桨遮挡对激光测量干扰的难题，测得的物料液位精度可达±3mm；装置结构简单、运行可靠，适用于各类聚合物预缩聚反应釜的液位检测和控制。

权利要求书
1.  带搅拌预缩聚反应釜液位自动检测与控制的方法，其特征在于包括下述步骤：
⑴在反应釜上方设置激光测距仪，在露出反应釜外部的搅拌轴上固定设置一检测块，该检测块随着搅拌轴的转动而转动，另在反应釜外部一固定位置设置一检测开关，使其监测到所述检测块信号时，搅拌轴上的搅拌桨处于不遮挡激光测距仪所发射激光的位置；
⑵激光测距仪将其测试到的距离值信号实时发送至PLC系统，当所述检测开关检测到检测块信号时，根据此时激光测距仪测得的测试值获得反应釜内实际液位高度；
⑶将检测到的实际液位高度与预设液位值，通过PLC控制器内的PID模块进行比较，比较后的数据用于控制出料泵变频器频率进而控制出料泵转速，当实际液位高度大于预设液位值时，提高出料泵转速，反之则降低出料泵转速，从而使反应釜液位得到控制。

2.  根据权利要求1所述的带搅拌预缩聚反应釜液位自动检测与控制的方法，其特征在于：反应釜内实际液位高度,等于激光测距仪安装位置到反应釜釜底的垂直距离与激光测距仪测试值之差。

3.  液位自动检测与控制的装置，用于带搅拌预缩聚反应釜液位的自动检测与控制，其特征在于：包括检测机构和控制机构，
所述检测机构包括：卧式设置在反应釜内的搅拌轴（1）、设置在所述搅拌轴（1）上的搅拌桨（2）、在反应釜开口处上方位置设置的激光测距仪（3）、固定设置在露出反应釜外部的搅拌轴（1）外壁上的检测块（4），以及与所述检测块（4）相对应、固定设置在反应釜外部一固定位置的检测开关（5）；
所述控制机构包括：接收激光测距仪（3）和检测开关（5）所发射信号的PLC控制器（6）、与所述PLC控制器（6）输出端连接的出料泵变频器（7），以及出料电机（8）。

4.  根据权利要求3所述的液位自动检测与控制的装置，其特征在于：所述搅拌桨（2）为包括至少一个圆周的爪式搅拌桨叶片组合。

5.  根据权利要求4所述的液位自动检测与控制的装置，其特征在于：所述爪式搅拌桨每个圆周的叶片数量为1个～5个。

6.  根据权利要求3所述的液位自动检测与控制的装置，其特征在于：所述控制机构还包括与所述PLC控制器（6）进行数据交换的上位控制系统（9）。

7.  根据权利要求3所述的液位自动检测与控制的装置，其特征在于：所述控制机构还包括与所述PLC控制器（6）输出端连接的报警器。

说明书带搅拌预缩聚反应釜液位自动检测与控制的方法和装置
技术领域
本发明涉及对反应釜内液位进行自动检测、进而根据所检测的液位自动控制出料速度、稳定液位的方法，以及实施上述方法的液位自动检测和控制装置，适用于聚合物生产线上带搅拌的预缩聚反应釜，属于聚合物生产与控制技术领域。
背景技术
大多聚合物生产过程中，需要经过由酯化反应到终缩聚反应过程中的预缩聚反应，其将酯化反应得到的酯化产物最终完成酯化反应、并在一定的真空条件下进行缩聚反应生成预聚体，从而保证终缩聚反应能产出合格产品。因此聚合物装置生产线当中的预缩聚反应是关键工艺流程之一，工艺要求在反应过程中，对预缩聚反应釜内的物料液位进行检测，根据所检测到的物料液位控制出料泵的速度来进行出料，使得预缩聚反应釜中的物料液位始终保持稳定，满足连续化生产之要求。
现有液位测量技术国内外已有多种报道，如激光测量。中国专利201120390433.4，大吨位倾动炉激光液位控制装置，利用激光测距仪测量铝液的液位，属于无遮挡检测；现代电子技术2009.08，“锅炉液位的相位激光测量系统”，采用光纤作为信号传输媒介，利用相位激光测距原理对锅炉液位进行检测，也属于无遮挡检测；中国专利201120390433.4，一种激光液位检测装置，该专利只适用于一般容器的液位测量。上述激光测量技术在预缩聚反应釜中也广为使用，但在实际使用过程中，对预缩聚反应釜中物料的液位测量和控制仍存在下述不足：①由于反应釜中搅拌桨的遮挡，采用激光测量会被搅拌桨干扰，影响测量的精确性；②同样由于搅拌桨的存在，从反应釜上方难以有效直接检测液位，通过人为观察来确定物料液位及手动调节出料泵机转速来控制出料，易导致精确性不足、费时费力、效率低下等缺点；③预缩聚反应釜中的物料一般是粘稠易粘连状态，若不采用激光测量而采用法兰液位变送器检测物料液位，其膜头容易粘积物料，进而影响检测数据的可靠性。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的之一是提供一种对带搅拌预缩聚反应釜釜内液位进行检测与控制的方法，以准确检测釜内液位，并根据所测液位自动控制出料速度，保持釜内反应物料量相对稳定，实现预缩聚反应釜自动控制；本发明目的之二是提供一种实施上述方法的液位自动检测与控制的装置，提高带搅拌预缩聚反应釜的自动化控制水平。
本发明的技术解决方案是，一种带搅拌预缩聚反应釜液位自动检测与控制的方法，包括下述步骤：
⑴在反应釜上方设置激光测距仪，在露出反应釜外部的搅拌轴上固定设置一检测块，该检测块随着搅拌轴的转动而转动，另在反应釜外部一固定位置设置一检测开关，使其监测到所述检测块信号时，搅拌轴上的搅拌桨处于不遮挡激光测距仪所发射激光的位置；
⑵激光测距仪将其测试到的距离值信号实时发送至PLC系统，当所述检测开关检测到检测块信号时，根据此时激光测距仪测得的测试值获得反应釜内实际液位高度；
⑶将检测到的实际液位高度与预设液位值，通过PLC控制器内的PID模块进行比较，比较后的数据用于控制出料泵变频器频率进而控制出料泵转速，当实际液位高度大于预设液位值时，提高出料泵转速，反之则降低出料泵转速，从而使反应釜液位得到控制。
进一步地，本发明带搅拌预缩聚反应釜内液位自动检测与控制的方法当中，所测预缩聚反应釜内实际液位的高度，等于激光测距仪到反应釜底的垂直距离与激光测距仪测试值之差。
本发明还提供液位自动检测与控制装置，用于对带有搅拌器的预缩聚反应釜釜内液位的自动检测与控制，装置包括检测机构和控制机构：所述检测机构包括卧式设置在反应釜内的搅拌轴、设置在所述搅拌轴上的搅拌桨、在反应釜开口处上方位置设置的激光测距仪、固定设置在露出反应釜外部的搅拌轴外壁上的检测块，以及与所述检测块相对应、固定设置在反应釜外部一固定位置的检测开关；所述控制机构包括接收激光测距仪和检测开关所发射信号的PLC控制器、与所述PLC控制器输出端连接的出料泵变频器，以及出料电机。
优选地，上述液位自动检测与控制装置当中，所述搅拌桨为包括至少一个圆周的爪式搅拌桨叶片组合，爪式搅拌桨每个圆周的叶片数量为1个～5个；所述控制机构还包括与PLC控制器进行数据交换的上位控制系统，以及与PLC控制器输出端连接的报警器。
本发明的运用和实施，其有益效果主要体现在：
①通过本发明方法的设计，结合激光测距仪和外置检测开关自动检测出实际液位，解决反应釜内搅拌桨遮挡对激光测量干扰的难题，该方法测得的物料液位精度可达±3mm；
②通过自动将实际液位值与预设液位值比较后控制出料泵电机转速，从而实现反应釜自动液位检测和控制，自动化控制水平高、精确性好、省时省力；
③本发明所述装置结构简单，设计合理，操作方便，适用于各类聚合物预缩聚反应釜的液位检测和控制，减轻了工人劳动强度，满足连续化工艺生产的自动化控制要求，生产效率得以提高。
附图说明
图1是本发明检测机构的俯视图；
图2是本发明检测机构一种状态下的结构示意图；
图3是本发明检测机构另一状态下的结构示意图；
图4是本发明控制机构的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实例对本发明技术方案进行详细说明，所举的实例仅是对本发明的方法和装置作概括性例示，目的在于更好地理解本发明，但所举实例对本发明的保护范围不构成任何限制。所举实例当中涉及到的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；涉及到的材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
根据本发明技术方案，对于带搅拌器的预缩聚反应釜的釜内液位，其自动检测与控制的方法包括以下步骤：
⑴在反应釜上方设置激光测距仪，在反应釜外部、搅拌轴上固定设置检测块，与检测块相对应，固定设置一检测开关，使所述检测开关监测到所述检测块信号时，搅拌轴上的搅拌桨处于不遮挡激光测距仪所发射激光的位置，即固定设置在搅拌轴上的检测块随着搅拌轴的转动而转动，而检测开关不随搅拌轴的转动而转动，检测块随着搅拌轴转动一周与检测开关重叠，使检测开关检测到搅拌块的信号，所述搅拌抽最好是卧式放置在反应釜内。
⑵激光测距仪将其测试到的距离值信号实时发送至PLC系统，当检测开关检测到检测块信号时，根据此时激光测距仪测试的距离得到反应釜内实际液位高度，从图2和图3可知，所述反应釜内实际液位高度等于激光测距仪安装位置到反应釜底的垂直距离与激光测距仪测试值之差。
⑶将检测到的实际液位高度与预设液位值通过PLC控制器内的PID模块进行比较，将比较后的数据用于控制出料泵变频器频率来改变出料泵电机速率。当实际液位高度大于预设液位值时，提高出料泵转速，反之则降低出料泵转速，从而使反应釜液位得到有效控制。
具体地，本发明还揭示了一种液位自动检测与控制的装置，用于带搅拌预缩聚反应釜自动液位检测与控制。如图1～图4所示，该装置包括检测机构和控制机构，所述检测机构包括卧式设置在反应釜内的搅拌轴1，设置在所述搅拌轴1上的搅拌桨2，在反应釜开口处上方位置设置的激光测距仪3，固定设置在露出反应釜外部的搅拌轴1外壁上的检测块4，以及与所述检测块4相对应、设置在反应釜外部一固定位置的检测开关5。所述控制机构，如图4所示，包括接收激光测距仪3和所述检测开关5所发射信号的PLC控制器6，以及与所述PLC控制器6输出端连接的出料泵变频器7和出料电机8。更具体地，所述搅拌桨2为包括至少一个圆周的爪式搅拌桨叶片组合，所述爪式搅拌桨每个圆周的叶片数量为1个～5个；所述控制机构还包括与所述PLC控制器6进行数据交换的上位控制系统9，以及与所述PLC控制器6输出端连接的报警器。
以对位芳纶生产线的带有搅拌器的预缩聚反应釜为例，继续参照图1～图4，激光测距仪3所发射的激光通过设置在反应釜上方视窗口10的激光测距仪照射点位11进入到带搅拌预缩聚反应釜内，搅拌轴1转速可调整至5rpm～120rpm之间，搅拌轴1位于反应釜内部的部分安装有搅拌桨2，所述搅拌桨2为包括至少一个圆周的爪式搅拌桨叶片组合，所述爪式搅拌桨每个圆周的叶片数量为1个～5个，如图1所示，本实施例搅拌桨2包含3个圆周的爪式搅拌桨叶片组合。激光测距仪3可安装在反应釜上方视窗口10的正上方，搅拌桨2在旋转一周过程中有多个时段会遮挡到激光束照射到实际液面，图2为最大有遮挡位置，图3为最佳无遮挡位置，可使激光测距仪3发射的激光到达物料液面12，从而检测到实际液位高度。
该预缩聚反应釜实际运行时，由于搅拌桨2旋转过程中会常常遮挡到由激光测距仪3发射的激光束，通过激光测距仪3将其测到的检测信号实时送入PLC控制器6，检测开关5的信号也送至PLC控制器6，PLC控制器6对实时检测到的信号进行筛选，当检测开关5检测到检测快4的位置信号时，将此时激光测距仪3检测到的激光测距仪信号作为实际液位信号，据此将筛选出的实际液位与设定液位比较进行，通过PLC控制器6内的PID功能模块运算控制出料泵变频器7的频率，从而控制出料泵电机8的速度，保证上述带搅拌预缩聚反应釜中物料液位的稳定，并且可筛选出的实际液位信号通过换算将实际液位值发送至上位监控系统9内的DCS显示记录屏上显示其数值，或是通过设定液位值的报警范围，当实际液位值在该报警范围内，即与PLC控制器6输出端连接的报警器报警，提示带搅拌预缩聚反应釜内的物料液位处于不正常范围。
综上所述，本发明通过激光测距仪和外置检测开关自动检测反应釜内实际液位，解决了反应釜内搅拌桨遮挡对激光测量干扰的难题，所测液位精度可达±3mm。以此为基础，可以将实际液位值与预设液位值进行比较，自动控制出料泵电机转速，从而实现反应釜釜内液位的自动检测和控制，其自动化控制水平高、精确性好、省时省力。本发明所述装置结构简单，设计合理，操作方便，适用于各类聚合物预缩聚反应釜的液位检测和控制，减轻了工人劳动强度，满足连续化工艺生产的自动化控制要求，生产效率得以提高。
当然，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以作出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的涵盖范围。