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［關(guān)鍵詞］： PVA生產(chǎn) DCS PlantScape 控制組態(tài) 系統改進(jìn)
1 概述
我國自1963年首次引進(jìn)的聚乙烯醇（PVA）生產(chǎn)工藝以來(lái)，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(guò)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(guò)清凈處理后和醋酸進(jìn)行合成反應，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(guò)聚合反應生成聚醋酸乙烯（PVAC）樹(shù)脂，然后對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
我國的PVA工業(yè)是六十年代由日本引進(jìn)的技術(shù)，在長(cháng)期的計劃經(jīng)濟模式中，企業(yè)在較長(cháng)時(shí)期只是簡(jiǎn)單追求完成產(chǎn)量產(chǎn)值，而忽視了對工藝生產(chǎn)自動(dòng)化控制優(yōu)化和對控制技術(shù)的提高。其實(shí)，PVA生產(chǎn)過(guò)程中所有工藝參數的檢測和自動(dòng)化控制技術(shù)是實(shí)現穩定、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)競爭力的有效手段。 因此，各企業(yè)迫切需要實(shí)現生產(chǎn)過(guò)程和經(jīng)營(yíng)過(guò)程的整體優(yōu)化。
近年來(lái)，隨著(zhù)集散控制系統（DCS）先進(jìn)控制技術(shù)的不斷應用廣泛，從而全面替代了以往采用的傳統模擬式儀表控制技術(shù)。DCS系統帶來(lái)了先進(jìn)的過(guò)程控制和經(jīng)營(yíng)策略，在各個(gè)層次上實(shí)現了在線(xiàn)優(yōu)化，推行管控一體化系統，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）合成擴產(chǎn)項目成功的引進(jìn)了一套美國Honeywell 公司PlantScape Prosess／C200 控制系統。DCS系統的應用在進(jìn)一步擴大PVA生產(chǎn)規模，增加高粘度PVA品種（PVA2499、2599等），豐富PVA產(chǎn)品結構中發(fā)揮了關(guān)鍵的作用,從而滿(mǎn)足了新的市場(chǎng)需求，增強了企業(yè)的市場(chǎng)競爭力。
21 應用情況[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(hù)機系統結構。
3.1 系統配置
該系統硬件包括2臺服務(wù)器（冗余配置）、3臺工作站，一對冗余配置C200控制器和輸入輸出卡件和冗余電源系統。其系統配置如圖1示：
圖7：冗余服務(wù)器
3.2 系統結構[2]
PlantScape Process采用四層網(wǎng)絡(luò )結構，從下之上分別為：I/O Network（輸入輸出網(wǎng)）、Supervisory Network（監控網(wǎng) ）、Plant Information Network（工廠(chǎng)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，其系統結構如圖1示：
圖8：PlantScape Process系統結構示意圖
圖9：控制器機柜
C200控制器運行在50msCEE執行環(huán)境上，通過(guò)RM的光纜通信實(shí)現兩個(gè)C200的數據庫同步和透明切換冗余。服務(wù)器采用主從服務(wù)器結構，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、數據采集等功能，主從服務(wù)器要保證數據庫的完全同步。
3.3 合成中溫串級控制系統組態(tài)
我公司沸騰床法醋酸乙烯合成反應中，反應器的中溫控制是個(gè)關(guān)鍵性的調節系統。它不僅影響到反應器的生產(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。合成反應過(guò)高，副反應增加，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。所以，在工藝上對中溫的波動(dòng)范圍要求很?chē)?，一般規定?±0.5℃的范圍內變化。
3.3.1 系統控制方案
據此調節對象的特點(diǎn)：大容量、大滯后，并在在該系統的控制通道中，包括了兩個(gè)換熱器和一個(gè)合成反應器，而這兩個(gè)換熱器具有明顯的非線(xiàn)性，所以使整個(gè)過(guò)程特性隨著(zhù)負荷的變化而變化，具有較大的非線(xiàn)性，因此我們采用了如圖 1 的串級控制，選取反應器中溫為主參數，反應器入口溫度為副參數。在副回路中包括了過(guò)程特性隨負荷變化而變化的那一部分。實(shí)踐證明，該系統的衰減率基本保持不變，組參數保持平穩，抗干憂(yōu)性能好，自適應能力強，達到生產(chǎn)工藝要求。該系統中增加PRC166以達到節約加熱蒸汽消耗的目的，其調節方案如圖1所示。
圖10 合成中溫串級控制系統
3.3.2 串級系統控制組態(tài)
利用Control Builder內置的FB(功能塊)可以很方便完成該串級調節系統的控制組態(tài),由于每個(gè)CM（Control Module控制模塊）在參數設置時(shí)只能設置一個(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(guò)參數連接器（Parameter Connector）組成串級調節系統，兩CM組態(tài)如圖3示：
圖11合成中溫串級控制組態(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) 由于系統顯示文件的名稱(chēng)原因，對于數據采集塊和PID控制塊的名稱(chēng)必須分別為DACA和PIDA，否則會(huì )出現調用錯誤。
b) 為了在TRCA103的操作面板上顯示的SP（設定值）范圍為該點(diǎn)的測量值范圍，需要對TRCA101中PIDA塊進(jìn)行設置，在PIDA參數設置窗口Output標簽下，將CVEU Range Hi和CVEU Rang Low分別設為180和0。
c) 為了避免TRCA103在串級－自動(dòng)－手動(dòng)操作方式切換時(shí)出現擾動(dòng)，在TRCA103對SP設置為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，以平衡控制器的負荷，保證系統運行的穩定和高效。
3. 系統維護
該系統于2002年10月順利成功投入使用，系統整體運行整體良好，但由于工程設計缺陷和系統局限問(wèn)題，在實(shí)際使用中出現一些問(wèn)題。
3.1 電磁干擾問(wèn)題
由于操作控制室設置原儀表操作室，樓下就是電氣配電室，其產(chǎn)生的電磁干擾對系統的正常運行有一點(diǎn)的影響，雖然對該操作室進(jìn)行了電磁屏蔽，但開(kāi)車(chē)時(shí)仍然發(fā)現由于電磁干擾造成工作站的CRT顯示器畫(huà)面抖動(dòng)問(wèn)題，特別是在大型設備如鼓風(fēng)機的啟動(dòng)和停止瞬間，顯示器畫(huà)面無(wú)法進(jìn)行監控，這嚴重影響了操作人員的正常系統監控工作和視力健康。后我們將CRT顯示器更換為液晶顯示器解決了該問(wèn)題。
3.2 系統數據庫備份問(wèn)題
對系統數據庫的定期備份是系統維護很重要的一個(gè)環(huán)節，由于移動(dòng)硬盤(pán)容量、速度、價(jià)格和易用性等各個(gè)方面均比磁帶機優(yōu)越，故使用移動(dòng)硬盤(pán)進(jìn)行備份介質(zhì)最好。但在實(shí)際工作中遇到了問(wèn)題，由于此次我們采用的是PlantScape Process的R320版本，服務(wù)器和操作站都運行在Windows NT4.0（英文版）操作平臺上，而Windows NT系統不能識別USB設備，因此不能使用移動(dòng)硬盤(pán)對系統進(jìn)行備份。難道只能使用磁帶機進(jìn)行備份工作？
經(jīng)過(guò)摸索，我找到了一條解決的方法，通過(guò)試驗發(fā)現PlantScape Client客戶(hù)端軟件Station可以穩定地運行在Windows 2000平臺上，甚至在WindowXP平臺上也能正常運行，于是可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )將服務(wù)器上需要備份的數據庫和系統文件復制到裝有Windows2000的操作站上，然后使用移動(dòng)硬盤(pán)在該操作站上進(jìn)行系統備份。
具體的操作如下：
1) 在Station3中安裝了Windows2000(中文專(zhuān)業(yè)版)操作系統。系統分區采用NTFS格式，并保留了一個(gè)FAT32分區便于故障處理和恢復。
2) 安裝PlantScape Client軟件，在安裝時(shí)會(huì )出現問(wèn)題：在Win2000下該軟件不能安裝完全，安裝過(guò)程中會(huì )彈出錯誤提示。
3) 通過(guò)網(wǎng)絡(luò )訪(fǎng)問(wèn)Station4，將Station4中的C:\Honwelly文件復制到Station3中同目錄下，覆蓋已安裝的文件后，Station3即可正常運行Station進(jìn)行系統監控。（注：Station軟件必須先進(jìn)行安裝，再復制覆蓋，否則不能啟動(dòng)Station。因為安裝時(shí)有Dll文件和注冊表文件需要安裝。）
通過(guò)該方法，我們不但很好的實(shí)現了系統數據庫備份問(wèn)題，而且對操作站的維護變的很方便，例如我們使用Gost方法制作鏡像備用硬盤(pán)；利用系統自帶的磁盤(pán)碎片整理程序定期進(jìn)行系統優(yōu)化工作；不用外掛中文翻譯平臺等等。最后一點(diǎn)要提醒的是對服務(wù)器不能使用該方法，否則會(huì )出現系統故障。
3.3 系統維護
這套Honeywell系統在運行的幾年中運行很穩定，但是在運行中也出現過(guò)一些故障，其中主要的因素有下面這些：
1) 系統管理的不規范。工藝操作人員的非法操作造成工作站故障。
2) 由于控制機房設計不完善，機房的溫濕度和空氣清潔度都達不到DCS機房的設計要求，因此造成過(guò)多起IO卡件和電源故障。因此加強系統的清掃顯得尤為重要。
4. 結束語(yǔ)
總之，在工業(yè)過(guò)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集散控制系統的應用已經(jīng)成為當今儀表控制發(fā)展的主流。由DCS控制系統進(jìn)行的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化控制，它以嶄新的體系結構、技術(shù)面貌及獨具風(fēng)格的控制方式，使得技術(shù)信息的儲存量更大、更全，尤其是可優(yōu)化的控制組態(tài)、快速準確的數據處理，并隨著(zhù)軟硬件技術(shù)的發(fā)展與應用，可以實(shí)現更多更高級控制功能，從而使得企業(yè)生產(chǎn)更加規范化和科學(xué)化。
DCS集散控制系統的應用已經(jīng)成為當今儀表控制發(fā)展的主流，熟悉和掌握DCS系統也將是今后自控技術(shù)人員需要努力的方向。以上我結合使用經(jīng)驗談了一些對PlantScape Process系統的粗淺的認識和看法，以供同行參考與指正。
參考文獻
1 《合成III列DCS系統應用》 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)控制系結業(yè)，現工作于江西化纖化工有限責任公司，從事自控技術(shù)管理工作。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號