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［關(guān)鍵詞］： PVA生產(chǎn) DCS PlantScape 控制組態(tài) 系統(tǒng)改進(jìn)
1 概述
我國(guó)自1963年首次引進(jìn)的聚乙烯醇（PVA）生產(chǎn)工藝以來，迄今已發(fā)展為生產(chǎn)企業(yè)13家。我公司采用電石乙炔法生產(chǎn)PVA的主要工藝過程分為兩大部分：一部分是醋酸乙烯（VAC）的合成與精制：由電石加水發(fā)生乙炔氣，乙炔經(jīng)過清凈處理后和醋酸進(jìn)行合成反應(yīng)，生成醋酸乙烯（VAC），然后進(jìn)行VAC精制；另一部分是聚乙烯醇（PVA）的制造：醋酸乙烯（VAC）通過聚合反應(yīng)生成聚醋酸乙烯（PVAC）樹脂，然后對(duì)PVAC進(jìn)行醇解、粉碎干燥得到PVA成品。其他輔助工藝包括醋酸和甲醇的回收等。聚乙烯醇（PVA）生產(chǎn)主要工藝流程：
1) 乙炔的發(fā)生
4) PVAC醇解成PVA
我國(guó)的PVA工業(yè)是六十年代由日本引進(jìn)的技術(shù)，在長(zhǎng)期的計(jì)劃經(jīng)濟(jì)模式中，企業(yè)在較長(zhǎng)時(shí)期只是簡(jiǎn)單追求完成產(chǎn)量產(chǎn)值，而忽視了對(duì)工藝生產(chǎn)自動(dòng)化控制優(yōu)化和對(duì)控制技術(shù)的提高。其實(shí)，PVA生產(chǎn)過程中所有工藝參數(shù)的檢測(cè)和自動(dòng)化控制技術(shù)是實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、安全、高效、優(yōu)質(zhì)和低耗生產(chǎn)的基本條件和重要保證，也是提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的有效手段。 因此，各企業(yè)迫切需要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程和經(jīng)營(yíng)過程的整體優(yōu)化。
近年來，隨著集散控制系統(tǒng)（DCS）先進(jìn)控制技術(shù)的不斷應(yīng)用廣泛，從而全面替代了以往采用的傳統(tǒng)模擬式儀表控制技術(shù)。DCS系統(tǒng)帶來了先進(jìn)的過程控制和經(jīng)營(yíng)策略，在各個(gè)層次上實(shí)現(xiàn)了在線優(yōu)化，推行管控一體化系統(tǒng)，從而提升了企業(yè)工藝生產(chǎn)及經(jīng)營(yíng)整體水平。我公司先后投入巨資進(jìn)行自動(dòng)控制技術(shù)改造。2002年醋酸乙烯（VAC）合成擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目成功的引進(jìn)了一套美國(guó)Honeywell 公司PlantScape Prosess／C200 控制系統(tǒng)。DCS系統(tǒng)的應(yīng)用在進(jìn)一步擴(kuò)大PVA生產(chǎn)規(guī)模，增加高粘度PVA品種（PVA2499、2599等），豐富PVA產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中發(fā)揮了關(guān)鍵的作用,從而滿足了新的市場(chǎng)需求，增強(qiáng)了企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
21 應(yīng)用情況[1] [2]
我公司于2002年10月投產(chǎn)的合成工序新列采用的使其R320版本，采用基于Windows NT的服務(wù)器／客戶機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
3.1 系統(tǒng)配置
該系統(tǒng)硬件包括2臺(tái)服務(wù)器（冗余配置）、3臺(tái)工作站，一對(duì)冗余配置C200控制器和輸入輸出卡件和冗余電源系統(tǒng)。其系統(tǒng)配置如圖1示：
圖7：冗余服務(wù)器
3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[2]
PlantScape Process采用四層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從下之上分別為：I/O Network（輸入輸出網(wǎng)）、Supervisory Network（監(jiān)控網(wǎng) ）、Plant Information Network（工廠信息網(wǎng)）和Bussiness Network（商務(wù)網(wǎng)），上兩層采用TCP/IP協(xié)議，下兩層采用ControlNet，我們采用了下面的三層網(wǎng)絡(luò)，下兩層網(wǎng)絡(luò)采用冗余配置，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1示：
圖8：PlantScape Process系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
圖9：控制器機(jī)柜
C200控制器運(yùn)行在50msCEE執(zhí)行環(huán)境上，通過RM的光纜通信實(shí)現(xiàn)兩個(gè)C200的數(shù)據(jù)庫(kù)同步和透明切換冗余。服務(wù)器采用主從服務(wù)器結(jié)構(gòu)，從服務(wù)器在主服務(wù)器故障時(shí)自動(dòng)切換為主服務(wù)器工作，提供與控制器的／RTU的通信、數(shù)據(jù)采集等功能，主從服務(wù)器要保證數(shù)據(jù)庫(kù)的完全同步。
3.3 合成中溫串級(jí)控制系統(tǒng)組態(tài)
我公司沸騰床法醋酸乙烯合成反應(yīng)中，反應(yīng)器的中溫控制是個(gè)關(guān)鍵性的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。它不僅影響到反應(yīng)器的生產(chǎn)能力和醋酸乙烯（VAC）的質(zhì)量，還直接影響到催化劑的活性、選擇性和使用壽命。合成反應(yīng)過高，副反應(yīng)增加，VAC中的副產(chǎn)物增加，不但增加了VAC精餾的能耗和難度，而且直接影響PVA的聚合度等重要質(zhì)量指標(biāo)。所以，在工藝上對(duì)中溫的波動(dòng)范圍要求很嚴(yán)，一般規(guī)定在 ±0.5℃的范圍內(nèi)變化。
3.3.1 系統(tǒng)控制方案
據(jù)此調(diào)節(jié)對(duì)象的特點(diǎn)：大容量、大滯后，并在在該系統(tǒng)的控制通道中，包括了兩個(gè)換熱器和一個(gè)合成反應(yīng)器，而這兩個(gè)換熱器具有明顯的非線性，所以使整個(gè)過程特性隨著負(fù)荷的變化而變化，具有較大的非線性，因此我們采用了如圖 1 的串級(jí)控制，選取反應(yīng)器中溫為主參數(shù)，反應(yīng)器入口溫度為副參數(shù)。在副回路中包括了過程特性隨負(fù)荷變化而變化的那一部分。實(shí)踐證明，該系統(tǒng)的衰減率基本保持不變，組參數(shù)保持平穩(wěn)，抗干憂性能好，自適應(yīng)能力強(qiáng)，達(dá)到生產(chǎn)工藝要求。該系統(tǒng)中增加PRC166以達(dá)到節(jié)約加熱蒸汽消耗的目的，其調(diào)節(jié)方案如圖1所示。
圖10 合成中溫串級(jí)控制系統(tǒng)
3.3.2 串級(jí)系統(tǒng)控制組態(tài)
利用Control Builder內(nèi)置的FB(功能塊)可以很方便完成該串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制組態(tài),由于每個(gè)CM（Control Module控制模塊）在參數(shù)設(shè)置時(shí)只能設(shè)置一個(gè)PID塊作為該CM的操作面板，因此在組態(tài)時(shí)創(chuàng)建了兩個(gè)CM——TRCA101和TRCA103，兩個(gè)CM通過參數(shù)連接器（Parameter Connector）組成串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，兩CM組態(tài)如圖3示：
圖11合成中溫串級(jí)控制組態(tài)圖
在使用Control Builder進(jìn)行控制組態(tài)時(shí)必須注意以下幾點(diǎn)：
a) 由于系統(tǒng)顯示文件的名稱原因，對(duì)于數(shù)據(jù)采集塊和PID控制塊的名稱必須分別為DACA和PIDA，否則會(huì)出現(xiàn)調(diào)用錯(cuò)誤。
b) 為了在TRCA103的操作面板上顯示的SP（設(shè)定值）范圍為該點(diǎn)的測(cè)量值范圍，需要對(duì)TRCA101中PIDA塊進(jìn)行設(shè)置，在PIDA參數(shù)設(shè)置窗口Output標(biāo)簽下，將CVEU Range Hi和CVEU Rang Low分別設(shè)為180和0。
c) 為了避免TRCA103在串級(jí)－自動(dòng)－手動(dòng)操作方式切換時(shí)出現(xiàn)擾動(dòng)，在TRCA103對(duì)SP設(shè)置為PV跟蹤。
d) C200控制器分為40個(gè)控制相位，在點(diǎn)分配到C200控制相位時(shí)注意相位的平均分配，以平衡控制器的負(fù)荷，保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定和高效。
3. 系統(tǒng)維護(hù)
該系統(tǒng)于2002年10月順利成功投入使用，系統(tǒng)整體運(yùn)行整體良好，但由于工程設(shè)計(jì)缺陷和系統(tǒng)局限問題，在實(shí)際使用中出現(xiàn)一些問題。
3.1 電磁干擾問題
由于操作控制室設(shè)置原儀表操作室，樓下就是電氣配電室，其產(chǎn)生的電磁干擾對(duì)系統(tǒng)的正常運(yùn)行有一點(diǎn)的影響，雖然對(duì)該操作室進(jìn)行了電磁屏蔽，但開車時(shí)仍然發(fā)現(xiàn)由于電磁干擾造成工作站的CRT顯示器畫面抖動(dòng)問題，特別是在大型設(shè)備如鼓風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)和停止瞬間，顯示器畫面無法進(jìn)行監(jiān)控，這嚴(yán)重影響了操作人員的正常系統(tǒng)監(jiān)控工作和視力健康。后我們將CRT顯示器更換為液晶顯示器解決了該問題。
3.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)備份問題
對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的定期備份是系統(tǒng)維護(hù)很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，由于移動(dòng)硬盤容量、速度、價(jià)格和易用性等各個(gè)方面均比磁帶機(jī)優(yōu)越，故使用移動(dòng)硬盤進(jìn)行備份介質(zhì)最好。但在實(shí)際工作中遇到了問題，由于此次我們采用的是PlantScape Process的R320版本，服務(wù)器和操作站都運(yùn)行在Windows NT4.0（英文版）操作平臺(tái)上，而Windows NT系統(tǒng)不能識(shí)別USB設(shè)備，因此不能使用移動(dòng)硬盤對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行備份。難道只能使用磁帶機(jī)進(jìn)行備份工作？
經(jīng)過摸索，我找到了一條解決的方法，通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)PlantScape Client客戶端軟件Station可以穩(wěn)定地運(yùn)行在Windows 2000平臺(tái)上，甚至在WindowXP平臺(tái)上也能正常運(yùn)行，于是可以通過網(wǎng)絡(luò)將服務(wù)器上需要備份的數(shù)據(jù)庫(kù)和系統(tǒng)文件復(fù)制到裝有Windows2000的操作站上，然后使用移動(dòng)硬盤在該操作站上進(jìn)行系統(tǒng)備份。
具體的操作如下：
1) 在Station3中安裝了Windows2000(中文專業(yè)版)操作系統(tǒng)。系統(tǒng)分區(qū)采用NTFS格式，并保留了一個(gè)FAT32分區(qū)便于故障處理和恢復(fù)。
2) 安裝PlantScape Client軟件，在安裝時(shí)會(huì)出現(xiàn)問題：在Win2000下該軟件不能安裝完全，安裝過程中會(huì)彈出錯(cuò)誤提示。
3) 通過網(wǎng)絡(luò)訪問Station4，將Station4中的C:\Honwelly文件復(fù)制到Station3中同目錄下，覆蓋已安裝的文件后，Station3即可正常運(yùn)行Station進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)控。（注：Station軟件必須先進(jìn)行安裝，再?gòu)?fù)制覆蓋，否則不能啟動(dòng)Station。因?yàn)榘惭b時(shí)有Dll文件和注冊(cè)表文件需要安裝。）
通過該方法，我們不但很好的實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)備份問題，而且對(duì)操作站的維護(hù)變的很方便，例如我們使用Gost方法制作鏡像備用硬盤；利用系統(tǒng)自帶的磁盤碎片整理程序定期進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化工作；不用外掛中文翻譯平臺(tái)等等。最后一點(diǎn)要提醒的是對(duì)服務(wù)器不能使用該方法，否則會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)故障。
3.3 系統(tǒng)維護(hù)
這套Honeywell系統(tǒng)在運(yùn)行的幾年中運(yùn)行很穩(wěn)定，但是在運(yùn)行中也出現(xiàn)過一些故障，其中主要的因素有下面這些：
1) 系統(tǒng)管理的不規(guī)范。工藝操作人員的非法操作造成工作站故障。
2) 由于控制機(jī)房設(shè)計(jì)不完善，機(jī)房的溫濕度和空氣清潔度都達(dá)不到DCS機(jī)房的設(shè)計(jì)要求，因此造成過多起IO卡件和電源故障。因此加強(qiáng)系統(tǒng)的清掃顯得尤為重要。
4. 結(jié)束語
總之，在工業(yè)過程生產(chǎn)自動(dòng)化控制技術(shù)日新月異、飛速發(fā)展的今天，DCS集散控制系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)成為當(dāng)今儀表控制發(fā)展的主流。由DCS控制系統(tǒng)進(jìn)行的工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)化控制，它以嶄新的體系結(jié)構(gòu)、技術(shù)面貌及獨(dú)具風(fēng)格的控制方式，使得技術(shù)信息的儲(chǔ)存量更大、更全，尤其是可優(yōu)化的控制組態(tài)、快速準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)處理，并隨著軟硬件技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)更多更高級(jí)控制功能，從而使得企業(yè)生產(chǎn)更加規(guī)范化和科學(xué)化。
DCS集散控制系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)成為當(dāng)今儀表控制發(fā)展的主流，熟悉和掌握DCS系統(tǒng)也將是今后自控技術(shù)人員需要努力的方向。以上我結(jié)合使用經(jīng)驗(yàn)談了一些對(duì)PlantScape Process系統(tǒng)的粗淺的認(rèn)識(shí)和看法，以供同行參考與指正。
參考文獻(xiàn)
1 《合成III列DCS系統(tǒng)應(yīng)用》 洪寶慶 《維綸通訊》2003年第三期
2 《Knowledge Builder》Honeywell
作者簡(jiǎn)介：
洪寶慶，男，1976年生，儀表工程師。1996年畢業(yè)于江西師范大學(xué)，2002年?yáng)|南大學(xué)自動(dòng)控制系結(jié)業(yè)，現(xiàn)工作于江西化纖化工有限責(zé)任公司，從事自控技術(shù)管理工作。
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)