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項 飛（1981－）
男，內蒙古赤峰人，工學學士，（中國紡織工業設計院，北京 100037）2003年畢業于北京化工大學自動化專業，現任中國紡織工業設計院助理工程師，從事工程設計工作，在職攻讀北京化工大學工程碩士。
摘要：介紹了橫河公司的Centum-CS3000控制系統在年產20萬噸聚酯裝置中的應用，并列舉一些典型控制回路以探討該控制系統的用法。
關鍵詞：組態；聚酯裝置；Centum-CS3000控制系統
Keywords:Configuration; PET Plant; Centum-CS3000 Control System
1 前言
某20萬噸/年聚酯裝置于2007年七月下旬順利開車投產，整套裝置共有80余個控制回路，90余個測量回路，180余個報警聯鎖回路，I/O點數近900點。該生產裝置的自動控制系統采用日本橫河的Centum-CS3000分散型控制系統，從組態工作至系統投用，表現出良好的性能，既提高了組態工作的效率，又很好的完成了工藝流程控制的要求。本文即對此控制系統在PET裝置上應用的硬件配置及典型控制回路的組態進行介紹。
2 系統構成
Centum系統是日本橫河公司于1975年推出的世界上第一套分散型控制系統，自Centum系統問世以來，就以其可靠性高、技術先進、功能強大、使用方便等特點而深受世界各地用戶的信賴。本裝置應用的CS3000就是CS系列中最新的產品。Centum-CS3000是一個功能齊全的控制系統，綜合了各種控制、管理、自動化以及實時控制數據和其它信息數據；其組態方便簡單；模塊采用表面安裝技術，可帶電插拔，并且具有1500VAC/分抗擊性能，系統接地電阻100歐姆等多項高可靠性尖端技術，使系統具有極高的抗干擾和耐環境等特點，非常適用于石油、化工行業的運行環境。
Centum-CS3000控制系統在聚酯（PET）裝置上應用的配置情況如圖1。
圖1 Centum-CS3000控制系統在聚酯裝置應用配置圖
（1）FCS控制站：用于過程I/O信號輸入輸出及處理，完成連續的模擬量控制、邏輯/順序控制及各種復雜運算等實時功能。為進一步保證工廠運行安全可靠，橫河獨家采用了可靠性極高的4CPU的“Pair&Spare”、“Fail Safe”結構設計，實現完全的容錯冗余。
（2）HIS工程師站：采用中文版Windows XP作為操作系統的通用PC機，安裝組態、測試軟件包，可進行工程組態和系統維護、軟件測試、FCS仿真。當裝置投用后，可以切換工程師站為操作員站來使用，實現對過程數據、設備狀態和控制系統的在線監視和操作。
（3）HIS操作員站：硬件配置與工程師站相同，僅軟件配置不同。
（4）通信網絡：系統采用兩層網絡結構，上層網V.net/IP是人機接口與過程控制站通信的監視網絡，采用遵循IEEEE802.4工業標準協議的冗余實時控制網，通訊速率高達1Gbps；下層網為I/O網，連接著控制器與I/O卡件，采用與監視網絡相同的網絡。
3 裝置典型控制回路組態
3.1 第一酯化反應器12-R01回流乙二醇（EG）摩爾比控制
第一酯化反應器中通過一定的摩爾比（EG/PTA）發生酯化反應，而為了減少新鮮EG的消耗量，通常采用加入乙二醇分離塔回收的EG以達到這個目的，加入的EG流量與第一酯化反應器入口漿料流量成一定的比例加入，構成比值控制回路，其流程如圖2所示。
圖2 漿料配置罐與第一酯化反應工藝管道及儀表流程圖
CS3000系統提供了比率功能塊（RATIO），可通過它實現比值控制，組態構成如圖3所示。
圖3 第一酯化反應回流乙二醇流量比值控制組態
組態中使用了變量輸入監視功能塊（PVI）、常規PID控制功能塊（PID），實現基本的模擬量監視及控制功能，這兩個功能塊也是使用較多的功能塊。此外還用到了比率功能塊（RATIO）和計算功能塊（CALCU）等。組態中FF12002計算實際的回流比，YK12002用于設定回流比。SUM11023用于FI11023累計量的計算，這里需要說明的是在CS3000系統中，PVI、PID等功能塊具有累計功能，具體實現是通過在組態中把“Totalizer”一項中時間一項設置為“Hour”，而此處根據工藝要求，只在12-R01進料時累積，回流狀態時不累積，所以在組態時通過計算功能塊實現了這項功能，具體做法是在CALCU功能塊中編程，當12-R01進料狀態（即XV12010.PV=1）時，其結果（CPV）等于FI11023的累計量，而當12-R01進料狀態（即XV12010.PV=0）時，使FI11023的累計值（SUM）等于SUM11023的結果（CPV）的值，SUM11023編程如下：
PROGRAM
IF (XV12010.PV>0) THEN
CPV=FI11023.SUM
END IF
IF (XV12010.PV<1) THEN
FI11023.SUM=CPV
END IF
END
3.2 第一酯化反應器12-R01液位與漿料泵11-P01.1/2轉速串級控制
如圖2流程所示，第一酯化反應器12-R01設置了兩臺液位變送器（LT-12009、LT-12019），正常生產時可供液位控制選擇之用。液位與漿料泵轉速之和控制功能塊SIC11022構成串級回路，SIC11022的輸入值SF11022為轉速和，輸出再分別與兩臺漿料泵的各自速度控制功能塊作串級設定，從而達到液位與轉速的優化控制，組態構成如圖4所示
圖4 第一酯化反應器液位與漿料泵轉速串級控制組態
組態中除3.1所述的常規PID控制功能塊（PID）和計算功能塊（CALCU）等，還使用了選擇功能塊（SS-H），裝置投運后，操作人員可通過修改其SW值進而選擇用于回路控制的液位變送器；此外還使用了串級控制信號分布功能塊（FOUT），用以把SIC11022的輸出信號分別給兩臺漿料泵各自轉速控制作設定。裝置投產后，實踐證明此復雜控制回路運行平穩可靠，實現了工藝操作的要求。
3.3 終縮聚反應器液位與熔體出料泵轉速、時產量設定、日產量設定選擇控制
圖5 終縮聚反應器液位與熔體出料泵轉速、時產量設定、
日產量設定選擇控制組態
組態構成如圖5，此回路初期組態類似于3.2所述的液位與轉速串級控制，然而筆者在現場時，在與操作人員的交談中得知，由于不同人員的操作習慣，他們希望這個回路可以有多種選擇，熔體泵轉速和控制功能塊SIC16009的主回路設定除原設計的液位控制外，還可在時產量設定和日產量設定之間進行選擇。由于熔體出料泵是兩臺容積泵，可根據其轉速容易的轉化為流量，于是在組態中通過幾個計算功能塊分別實現轉速與流量之間的轉換。由于不同轉速下出料泵的泵效會有所不同，組態中使用了數據輸入功能塊（DSET）用以輸入泵效，以及產量設定FY16HOUT、FY16DOUT，操作人員根據實際的運轉數據可總結出不同轉速下的泵效，把泵效使用在轉速與流量之間的轉換上，更加精確了這個過程。裝置投產一段時間后，根據操作人員的反映，通過裝置開車過程已經總結了對應不同產量的泵效值，在隨后的生產中，此回路更加方便了操作人員的操作，尤其是裝置提產降產過程，更加體現了出料泵轉速控制的靈活性及精確性。
4 裝置邏輯聯鎖組態
在Centum-CS3000控制系統中，為用戶提供了兩種邏輯聯鎖的組態方式，分別是順控表方式（ST16）和邏輯圖方式（LC64）。筆者結合聚酯裝置的邏輯聯鎖特點，并考慮到便于系統維護人員的維護，所有的邏輯聯鎖均采用了順控表的方式完成，下面以第一酯化反應器12-R01進料回流聯鎖為例予以說明。
邏輯聯鎖如圖6所示，當發生如下任一情況時，12-R01漿料入口三通閥處于回流狀態：（1）當兩臺漿料泵11-P01.1/2均停止；（2）12-R01兩臺液位變送器任一臺發生液位高高報警（LAHH-12009、LAHH-12019）；（3）12-R01氣相出口管線壓力高高報警（PAHH-12013）；（4）工藝塔塔釜壓力高高報警（PAHH-13063）。
圖6 第一酯化反應器進料回流聯鎖
順控表組態如表1，當此順控表功能塊投運后設置為自動狀態（AUT）時，即可實現上述功能。
表1 第一酯化反應器12-R01回流邏輯聯鎖組態
5 結論
Centum-CS3000控制系統在聚酯裝置中的應用，充分體現了其優越的性能，自裝置開車至今，運行穩定可靠，為該公司帶來了較好的經濟效益。
參考文獻：
[1] 王勇 . Centum-CS系統在石化生產裝置上的應用 [J]. 石油化工自動化 . 2006,1:66-67
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號