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OPTO 22系统在半连续聚酯装置中的应用及开发

--卢旭坤

供稿:美国OPTO 22公司上海代表处 2006/6/2 16:04:00

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摘要:阐叙了OPTO 22系统在半连续聚酯装置中的应用及开发情况,主要包括OPTO 22 系统的硬件配置,重要控制回路的应用及在实践中对OPTO 22系统的开发。
关键词:OPTO 22分布式控制系统;顺序控制;连锁控制;框图编程

由扬州惠通聚酯技术有限公司承建的泰国SUNFLAG 公司13,000 t/a 半连续聚酯装置于2002年5月顺利开车结束,该装置采用一套美国OPTO 22公司的分布式控制系统,该系统采用ARCNET 工业标准网络和多中央处理单元的硬件结构,配备了2 台工业级计算机作为操作站(亦可同时作为工程师站使用),两台主控制器承担数据交换与顺序控制能,六台中央处理单元分担通讯功能及进行PID运算等低层处理,系统控制中模拟量和数字量各占一半,软件亦采用OPTO 22公司的OPTO FACTORY 3.0E,集成了组态(OPTO CONTROL)、图形(OPTO DISPLAY)、数据交换等工业控制系统必备的软件。

一、半连续聚酯工艺流程介绍(见图 G-01)

图
图 G-01

本工艺是以PTA和EG为主要原料,采用直接酯化间歇缩聚的生产工艺。直接酯化法是将釜V-201内预先留有一定量的BHET的低聚体,先将一定摩尔比的PTA与EG浆液,以一定流量连续不断地加入酯化釜V-201,反应是在清晰点下进行。酯化反应结束后,将物料移入缩聚釜V-401中进行缩聚反应。

二、关键工序的控制

1.浆料的配制控制
由于浆料来自该公司的CP(连续聚酯)线,不受本装置控制,而且与本工艺的摩尔比(mol)不一样,这就存在了一个矛盾,加上该装置有间歇生产的特点(酯化到缩聚需要导料),浆料的控制与EG(乙二醇)的添加必须衔接好,这样在实际控制中,设定EG的计量与浆料的总量为一PID控制回路,浆料的速度由CP控制(因CP线需要根据生产调整参数),浆料的流向由控制系统根据总量控制,相关控制采用顺序与联锁结合,浆料的制备与EG的制备完全实现了全自动。

2.酯化内温TI-201与柱顶温TI-202的控制
在聚酯的生产过程中,酯化内温TI-201与柱顶温TI-202的控制一直是比较难处理的,加上一些辅助工艺的先天不足,许多厂家往往采用人盯的办法,但就是达不到理想效果,这次在该装置充分利用OPTO 22 系统的优点,将顺序控制、联锁控制和复杂回路算法完美的结合在一起,程序会根据当前的状态(一些重要的参数诸如内温、水接收量、液位等)得知酯化反应到第几步,然后执行最新的控制方案,这样既使工艺参数趋向稳定,又提高了产品的质量。下图G-02是执行新程序前的该工序的历史趋势图(示意图),G-03是执行新程序后的该工序的历史趋势图,从两图中可以明显发现采用复杂控制的效果。
图G-02
图G-02


图G03
图G03


3.物料移釜的控制
物料移釜的控制主要包含三大部分:
①判断酯化与缩聚的进程;
②压力的控制;
③物料阀的控制顺序及重要细节。
既然移釜采用自动物料阀,我个人认为必须把它用好,而不是仅仅降低工人的劳动强度,应该充分利用自动化的优点。通过采用全自动导料控制,节约了氮气的用量,节省了反应时间,避免了误操作。在该进程中,先判断工艺的操作状况,而后作出判断下一步的执行动作,此阀门的开启与关闭均累计时间,并能保证物料管内的物料排尽,从而大大减少切片里的小黑点,压力的控制保证了生产上的安全,同时也确保物料能够充分的移釜,对生产控制起稳定作用。

4.缩聚系统的控制
以前缩聚的控制有很多人为因素,每批次的反应时间不一致,真空带料严重,而且冷凝器部位也出现堵料现象,我认为除了在设备上做些文章外,控制的重要性也不能忽视。这次泰国工程中采取了全自动控制,程序过程如下:缩聚开始进行时,先常压一定时间,而后进入低真空程控子程序PC401,在此过程中,同时进行温度TI-401的控制,保证温度能够满足工艺要求,本程序采用四次自动换档控制缩聚的进行,换档会根据温度、功率、真空等参数进行计算寻找换档的时机,通过监测100多批的切片质量指标,可以得出此程控是十分可行的。

5.主工艺总程序的控制
通过多次实践以及进口装置采用常规仪表进行控制的经验,结合OPTO 22控制系统的特点,该主控制如下图G-04:
图G-04
图G-04


在图G-04中,小图框表示步骤,实际控制时该处会显示颜色,“STEP”表示具体步骤数字显示,“M”表示MAN,“A”表示AUTO,该图表示第一酯化反应分为11步,第一酯化反应分为10步,缩聚反应分为15步,当程序执行到某步时,该处会显示绿色,在“M”状态时,步骤控制可参照现实人为修改,并且在其中自动和手动控制可以同时进行,完全符合工艺操作的要求,关键步骤相应有针对多种状况的不同的联锁控制。

三、OPTO 22控制系统的特点

1.可靠性高
该OPTO 22系统中的SNAP元件都提供4000V光电隔离,主控制器的MTBF(hour)(平均无故障时间比率)是65,500,完全能够满足现在的工业现场。

2.可维护性高
该OPTO 22系统中的模件全部都是5V直流供电,系统采用模块化的设计,模块和接线端子是分开的,更换模块方便,数字点模块都有LED状态指示,动作和故障都能直观检测到,控制器本身有诊断功能,故障信息存在固定的寄存器中。系统组态采用OPTOCONTROL软件,使用流程图的方式进行编程,控制指令采用现成的英文指令,这种组态方式不但易懂,而且容易修改,更方便了用户维护。

3.智能化
对于SNAP I/O系统,它得所有I/O点都可以完成智能化的功能,这是它与PLC和DCS的主要区别。对数字点来说,可以进行计数、状态求和、脉冲输出、时间比例输出、看门狗等等;对模拟点来说,可以进行PID运算、数字滤波、累计、求和、看门狗等等;单元处理器上还具备事件响应功能、中断控制功能。

4.实用性强
对于一套现场控制系统,详细的控制方案是十分必要的,但是组态的方便更是首要。一套OPTO 22系统可以同时运行32个实用程序,所有程序都是并行处理,所有的回路调节都不占用主机资源,并且如果有好的局部控制方案,可以编制成子程序,并且该程序可以移植到其它组态中,而不需加以更改,这对于工程技术人员来说是十分重要的,可以将多余的时间用于其他方面。

四、结束语

以上仅仅是我个人关于OPTO 22系统在泰国工程的半连续聚酯中的应用简述,该系统具有操作简便、维护方便等特点,再加上与隔离栅及可靠的电源配套使用情况下,完全能够适合类似场合,该控制方案是长期的经验积累而成,也能够衍生为多场合使用,而且我认为此套方案在公用工程不太稳定的情况下更能发挥作用。



 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

选择OPTO 22公司
SNAP PAC系统的
六大理由

 
 
1       简单易操作
SNAP PAC系统由四个部分统一整合而成:软件、控制器、智能处理器和I/O。系统建立、调试程序,以及故障维护都更简便,大大减少了系统开发及投入运行的时间。
 
2       更低的长期成本
SNAP PAC系统的成本低于许多PLC系统,并且由于软件是免费的,您不需要投入高昂的费用,便可投入使用该系统。我们为您提供免费的培训以及技术支持,因此对于设备的整个使用期来测试,系统成本会大幅降低。
 
3       适用于多类自动应用的SNAP PAC系统
SNAP PAC系统功能强大。一套系统,便可用于多个自动化项目中,帮助您完成过程控制、离散自动化、能耗管理、数据采集,甚至远程集中监控。
分布式智能,帮助您随时随地方便地添加I/O。拥有了有线/无线控制器及I/O,您就可根据实际所需,将有线网络转换到无线网络,或者立即实现两个网络的通讯。
灵活的硬件让您无需浪费更多的投资,节省了金钱及时间。
 
4       高级编程工具
SNAP PAC系统的编程方式采用直观的流程图,也可运用更高级的脚本语言,或者结合两者一起使用。这两种方法所包括的指令,用于标准的过程控制以及离散自动化的功能块、浮点型数字、串行处理、排列、子程序、指针变量等,其他的高级工具用于复杂的应用。
5       连接到第三方软件及设备
SNAP PAC控制器及智能处理器,支持OPCModbus/TCPEtherNet/IP。可简易地将数据导入到SQL数据库系统,并直接从硬件发送邮件。该系统也可以简单地使用ModbusDNPBACnetCAN或任意基于串口的设备、仪器,进行通讯。
 
6       业界最好的I/O
凭借着业内最佳的保障:多数SNAP I/O模块终身保用。每个模块出厂前都经过独立测试,而不是抽样测试。SNAP PAC系统可以配置从几个I/O点到数千个I/O点。您可按需,根据信号类型,选择高可靠性的模拟量、数字量、串口模块。电压、电流、交流、直流、热电偶、RTD、电源检测器、RS-232RS-485Profibus运动控制、应变测试等等,都可与SNAP PAC系统一同连接。
 
 
 
 
关于SNAP PAC系统
SNAP PAC系统是Opto 22公司出品,软硬件集成的系统,用于工业控制、远程监控、数据采集等应用。简化了对自动化系统了解、选择和采购的复杂过程,SNAP PAC系统由以下四部分组成:
 
PAC Project 软件套件----简单易用的基于流程图的编程方式、HMI人机界面)、可选的OPC客户端以及数据库连接软件。
 
SNAP PAC控制器----独立式和基于机架式的工业控制器;有线/无线模块可选。
 
SNAP PAC智能处理器----智能I/O处理器,用于分布式控制。也可选择有线/无线模块。
 
SNAP I/O----模拟量、数字量、串口量、特殊功能I/O模块,可与现场设备、仪器、传感器相连接。所有I/O模块可交替与标准的以及有线/无线智能处理器一同工作。
 
这四个简单,又具有很大灵活性的系统组成部件,可处理任何情况,从最基本的设备监控到完整的工厂自动化。
 
 
 
 
通讯网络及协议
SNAP PAC系统自带Ethernet网络协议,因此您无需担心成本,以及额外添加网络通讯卡的麻烦。系统中的分布式I/O可运行在以太网或串行网络,也可同时运行于两个网络。另外,您可以与大量的串行设备通讯,例如条形码阅读器、RFID阅读器、串口显示器、modem等。
 
由于SNAP PAC系统运行于标准的Ethernet网络,可直接与计算机、基于Ethernet的设备相互通讯,使用标准的协议包括TCP/IPUDP/IP、邮件传输协议SMTP、网络管理协议SNMPModbus/TCP、及用于Allen-Bradley PLC系统的EtherNet/IP等。
 
 
 
 
关于OPTO 22
Opto 22公司研发并制造应用于工业自动化、能耗管理、远程监控、数据采集的软硬件设备。Opto 22的产品是标准化的,用于商业网络及计算机技术中,以简单易用、创新、高品质、高可靠性而闻名世界。Opto 22的输入/输出以及控制系统,允许客户从所有的设备、电子仪器仪表监测、控制、采集数据,这些都是项目运行的关键。Opto 22产品适用于自动化终端用户、OEM,信息技术及操作人员已经为全球10,000套设备安装了该产品。公司始建与1974年,总部位于美国加州的TemeculaOpto 22的产品通过全球网络的分销商及系统集成商出售。预知更多信息,请联系Opto 22上海代表处,电话:021-58358249,邮箱:optochina@opto22.com。网址:www.opto22.com.cn


更多内容请访问 美国OPTO 22公司上海代表处(http://c.gongkong.com/?cid=39966)

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