浙大中自SunyPCC800小型集散控制系统在聚乙烯醇（PVA）生产中的应用

1. 引言 聚乙烯醇（PVA）外观为白色粉末，是一种用途相当广泛的水溶性高分子聚合物，性能介于塑料和橡胶之间，可分为纤维和非纤维两大用途。由于PVA具有独特的强力粘接性、皮膜柔韧性、平滑性、耐油性、耐溶剂性、保护胶体性、气体阻绝性、耐磨性以及经特殊处理具有的耐水性，因此除了作纤维原料外，还被大量用于生产涂料、粘合剂、纸品加工剂、乳化剂、分散剂、薄膜等产品，应用范围遍及纺织、食品、医药、建筑、木材加工、造纸、印刷、农业、钢铁、高分子化工等行业。 近年来，我国PVA消费一直保持6～10％增长势头，市场前景看好。为了增加产品品种，丰富产品结构，提高市场竞争力，我公司于今年新上一套设计能力15000t/a的电石乙炔高碱法PVA生产装置，主要由聚合、醇解和回收三个工段组成。控制系统选用了浙大中自公司研发生产的SunyPCC800小型集散控制系统。 2. 系统概述 SunyPCC800是浙大中自在广泛的用户调查、专家访谈、市场调研与行业分析的基础上，吸收浙江大学工业自动化国家工程研究中心、浙江大学工业控制技术国家重点实验室、浙江大学工业控制技术研究所数十年的科研成果，基于浙大中自长期的科技攻关与技术创新实力，并结合其丰富的系统集成与工程应用经验，经过不断分析总结、开发创新、测试改进与考核完善，成功推出小型集散控制系统。 该产品采用尖端的电子技术、仪表控制技术、现代控制理论，吸取迄今为止的各种控制系统的长处，是集成综合了智能仪表、多功能回路控制器、顺序控制器、可编程控制器功能的小型集散控制系统。具有先进控制策略、图形操作界面和在线实时组态工具，实现工业过程的实时监视、记录、操作、管理及其连续控制、逻辑控制、顺序控制的综合，是一种实现各行业复杂多样工业自动化构想的新型计算机控制系统，特别适合于企业组建控制系统和对控制设备的技术改造。 3. 系统配置 3.1. 硬件配置 3.1.1. 操作站/工程师站 SunyPCC800系统的操作站和工程师站在硬件和软件上没有本质区别，也就是说两者可以通用。如果说有不同的话，也就是两者所用的软件加密狗不同。 3.1.2. 控制站 控制站是SunyPCC800小型集散控制系统的核心部分，控制站具备电源、控制和通讯双重冗余功能，在任一部分故障的情况下能够实现无扰切换，以提高系统的稳定性和可靠性，保证生产的连续性。 根据我公司PVA生产线的I/O设计数量，生成如下表所示的控制站硬件配置。由于SunyPCC800系统具有万能调理模板可混插各种I/O模块的特点，这给工程设计带来了极大的灵活性，用户可以根据I/O点的重要性合理安排I/O模块的分布。 3.1.3. 系统结构 除上述软硬件外，本系统还配置了不间断电源(220V/5KVA、30min）和用于打印报表的黑白激光打印机（HP LJ1010）。系统结构如图所示： 4. 软件组态 SunyPCC800系统的软件组态主要包括实时数据库（SunyRDB）、算法编辑（SunyIEC）和人机界面（SunyMaker）三个部分。 4.1. 实时数据库 实时数据库是整个系统的核心，所有的控制算法、界面等都是围绕这个核心进行工作的。SunyRDB的功能主要包括控制模板设置、I/O采集设置和实时数据库建立。 实时数据库主要分为物理I/O和逻辑I/O，所谓物理I/O是由系统经硬件采集而得到的数据，如所有I/O模板与现场设备之间传送的信息。而逻辑I/O则是系统经一定运算获自动生成的数据，如流量累积值。 4.2. 算法 SunyIEC是SunyTech工业控制应用软件平台的重要组成部分，用于对控制方案进行编程。SunyIEC提供了功能块图（FBD）、梯形图（LD）、顺序功能图（FBD）、结构化文本（ST）和指令表（IL）五种符合IEC61131-3标准的控制语言，并具有多种仿真手段，可大大提高工程进度。 4.2.1. 醇解加料比值控制 醇解加料比值控制是醇解工段最重要的控制系统之一，该控制回路的应用效果直接影响装置生产的稳定性和产品的质量。以树脂流量为主参数，通过比值运算，分别使树脂流量和碱流量控制在一定范围并呈固定的比例关系。用FBD控制语言可非常方便地实现该方案。如图所示： 4.2.2. 进混合机树脂温度分程调节 通过树脂预热器的调温作用使进混合机树脂的温度保持在一定的范围内。向树脂预热器引入温水和冷水两条管线，当树脂温度高于给定值时通冷水，当树脂温度低于给定值时则通温水。为此，我们构建了下图所示的分程调节回路。 在组态中我们将PID功能块的输出连接到两个TPROC功能块上并将两个TPROC功能块的上下限分别设为0/50和50/100，然后经限幅功能块输出到两个调节阀。这样做的好处是两个调节阀定位器的输入均为4～20mA，而不必分别调整为4～12mA和12～20mA。 4.3. 人机界面 通过SunyMaker完成人机界面的设计，包括流程显示、报警、报表以及历史趋势等功能。该软件内置图库包含上百种图元。六种填充模式，二十四种过渡色方式，任意设置颜色，使用户能够根据自己的喜好制作流程画面。任何图元均可以作为显示或操作对象，类似Excel的报表设计，五类十四种内置控件和一百七十余个通用控件，给编程者以极大的想象空间，使原本枯燥的工程组态成为一种愉快的享受。 5. 改进 装置试车期间，我们发现进混合机树脂温度分程调节回路在自动时调节品质不够理想。经过分析，我们认为，造成这种现象的原因是换热器热传递速率慢从而产生较大的滞后所致。考虑到长期运行后，换热器内部可能会因结垢带来更大的滞后，单回路调节的品质势必更加差强人意。为此，我们确定了下图所示的串级分程调节方案：增加进水流量作为中间变量，以温度调节为主回路、流量调节为副回路。 SunyIEC提供了一个非常方便的串级调节功能块CASPID，该功能块具备串级-单回路无扰切换功能，用户只需将主、副回路的有关参数连接正确即可。在线下装功能使得控制方案的变更不需要装置停车即可完成。采用串级调节方案后，回路调节品质明显提高。下图为调节回路变更后的给定值与测量值实时曲线（15分钟）。 6. 小结 SunyPCC800小型集散控制系统的硬件为完全的模块化结构，安装、维护简单易行，而万能输入功能一方面减少了备件库存，另一方面使我们在现场仪表改造换型时不必另外购买I/O卡件（只需通过SunyCFG软件进行修改并更改接线）。所有I/O模块均具有光电隔离功能，这对于存在大量干扰的工业现场显得尤为重要。 SunyTech工业控制应用软件平台为全中文界面，符合IEC61131-3标准，丰富的图库可让用户制作漂亮的流程画面和符合中国国情的报表。其内置的OPC功能使我们可以很方便的将系统与第三方设备相连，为上层生产管理的实现提供了必要条件。 装置于今年国庆前顺利地一次开车成功。经过短时间的优化运行，目前，装置已能够生产400～3000多种不同聚合度与86～99、97不同醇解度的聚乙烯醇产品。