和利时MACS系统在中石化四川维纶厂的应用

维尼纶作为化纤产品，以聚乙烯醇作为主要原料。经过多年的发展，其产品结构逐渐转向低温水溶和高强高模为重点，低附加值的常规产品比重在逐渐减少。从目前国内维纶行业新上马的维纶生产线来看，全部是高强高模产品。其主要应用方向是取代玻璃钢中的玻璃纤维，解决废弃玻璃钢带来的环保问题，这点在国外尤其受到重视。高强高模产品的外销市场很大。此外，高强高模产品也用来生产汽车轮胎。维纶行业国际上主要竞争对手是日本企业，相比之下人家的自主开发能力更强。因此，对老旧维纶生产线的改造就成为国内维纶厂家迫在眉睫的问题。 　　川维维纶厂于1976年投产，产品为维纶长丝、短丝、低温水溶和高强高模产品。原有控制系统主要为横河I系列仪表。在高强高模生产线上采用了KMS系列可编程调节器。开关量控制采用三菱FX-2N小型PLC，完成电机启停控制、信号报警功能。维纶纺丝车间生产线有两个重要控制参数：一个是走丝速度；已经使用变频器控制，基本上能满足工艺要求；另一个是烘箱温度，由于设备特点纯滞后和容量滞后都很大。凡采用I系列仪表的生产线都不能投自动，完全凭操作工的经验手动控制，成品率受到很大影响。维纶厂原液车间的自控以开关量为主。主要工艺过程是对聚乙烯醇和纺丝车间废丝进行加压加热溶解，为纺丝车间提供聚乙烯醇原液。     川维维纶厂的DCS改造是分两期进行的。     一期改造工程首先对纺丝车间的控制系统进行改造，总物理点数在1280点，其中模拟量900点；通信站容量为开关量1000点。     2001年7月，纺丝车间的控制系统DCS改造全部完成，系统正式投运。 一期工程的技术特点表现在以下两方面：     在控制方案上，必须实现对大滞后温度对象的高精度控制，才能保证高强高模维纶产品的成品率。如果采用预估补偿方案理论上非常合适，但存在系统负荷开销大、老旧调功器频繁维修更换等不利因素，最终还是沿用了单回路PID调节。在整定参数时使用了临界比例度法，经过实际投运证明控制精度满足了工艺要求。在保证连续开车、原料合格的工况下，实现了高强高模维纶产品100%的合格率。这说明我们的PID算法块针对大时滞对象在单回路的简单方案下就具有很好的控制效果。     在信号检测上，维纶纺丝车间生产线有其自身特点。对调功器输出电流的监视，用户原来采用积分型电流表。如果直接将原信号作为模拟量引入DCS，信号波动非常大，已经不具有使用价值。我们通过对调功器输出电流的分析，发现它输出的是具有过零触发特征的正弦波脉冲，单位时间内脉冲的数量正比于调功器的模拟量输入。根据这一特点，我们使用了FM162八通道脉冲输入模块，在数据库组态中选择了脉冲频率型数据，在控制方案中使用了2级10平均值滤波，数据显示效果令用户非常满意。维纶走丝速度的检测使用了国产磁阻式探头和德国FESTO的接近开关。对于磁阻式探头，信号输出电压与检测齿轮转速成正比，转速低时输出信号也较弱，电压波动范围较大。我们使用FM162直接将其引入系统，外围电路未经任何处理就满足了使用要求。FESTO的接近开关内含晶体管、发光二级管，需要外加供电回路，我们仅在FM162模块的底座端子上每通道增加一支电阻就解决了问题。说明FM162模块对多种应用需求有很好的适应性。     一期改造完成后，由于用户方面从总厂领导、分厂领导、车间主任直到操作工一级对MACSII系统的实际使用效果都非常满意，川维领导决定于2003年进行维纶二期DCS改造。     二期改造工程针对维纶厂原液车间的常规仪表控制系统，并结合现场仪表改造同步进行。以开关量的顺序控制为主， DCS的开关量I/O共1920点，模拟量I/O共136点。     在控制方案方面，用户对原设计继电器联锁图进行了改进，使用MACSII的梯形图实现原液车间的顺序控制。共使用梯形图77页完成原液车间的所有顺序控制。所有梯形图方案页全部通过DCS实现，这也和多数石化项目的特性相似。改变了石化装置开关量控制必须使用PLC的观念。     改造过程中同时拆除原液车间40米长的仪表盘，所有室内二次仪表全部拆除。原控制室只保留一台操作站用于监视，所有室内操作工进入一期工程的纺丝车间控制室，实现集中操作。     对现场电磁阀的DO输出全部使用FM171模块直接驱动，SMC电磁阀的额定电流小于50毫安。电磁阀的DC24V供电和保险由用户提供。     2002年11月，二期工程经调试后正式投入运行。这是川维总厂第一套使用光纤的DCS系统。该系统真正体现了DCS的应用特点：分散控制，集中显示、操作管理。     至此，川维维纶厂只剩下整理工段80点没有进入DCS，这正是用户下一期工程要改造的部分。整个项目使用MACSII系统的一个域，共有模拟量I/O点1036点、开关量I/O点2300点、经通信站上传开关量1000点。作为使用和利时DCS系统最大的石化企业项目，系统投运后一直安全稳定运转，打破了国产DCS不能做大型石化工程项目的传统观念。     从经济效益上看，用户使用和利时DCS系统的总体投资比国外同类系统少。备品备件占用资金更比国外系统少得多。由于提高了自控水平，使成品率大大提高，工人劳动强度大大降低，保证了连续开车，产品成本大幅下降。从而使用户在市场竞争中处于优势地位。2002年，四川维尼纶厂取得了中石化系统效益排名第二的可喜成绩。外商参观维纶厂时，得知现场已经全面使用DCS进行控制，很感慨地说：“你们很先进！”。