国产DCS在连续聚酯生产线中的应用

摘 要 由于DCS融入了最新的现场总线、嵌入式软件、先进控制、CRT以及网络技术等，使得DCS系统能够整体解决小至一台大型设备、大至一个化工厂整个生产过程的全方位控制。
连续聚酯生产线DCS系统最重要的一点就是要求系统稳定。自连续聚酯装置设备国产化以来，为了确保装置稳定运行，DCS系统一直采用进口装置，如美国Honeywell、Foxboro等公司的系统。我公司与扬州惠通化工技术有限公司联合开发，将国产化DCS系统运用到连续装置中，选用了浙大中控JX-300X系统。

1 控制系统的构成
浙大中控JX-300X DCS系统主要由1个工程师站、2个操作站、2个控制站组成，并通过4个HUB建立双重冗余工业以太网。系统结构总配置如图1所示。工程师站和操作站选用DELL主机，主频为2.66GHz；内存256MB；硬盘40GB，并配有1台宽行打印机和1台喷墨打印机。控制站由2个互备的主控卡、12块冗余的数据转发卡、6块电源、10块电源指示卡、95块I/O模块及6个机笼标准套件组成。



图1 系统结构总配置图

2 系统功能
（1）工程师站
浙大中控JX-300X工程师站主要用于系统维护、系统设置及扩展。在连续聚酯生产装置中，主要完成程序开发、系统诊断、控制器的组态和位号的定义、开发控制策略的功能块图、顺序控制块图、对系统软件的组态、编译及下载，并完成对系统运行的监控。
（2）操作站
浙大中控JX-300X操作站主要完成对连续聚酯装置系统运行的监控。系统实时监控分为报警一览、系统总貌、控制分组、调整画面、趋势图、流程图、数据一览等，通过友好的人机界面实现对现场的监控。
（3）控制站
在连续聚酯装置中，该DCS系统控制站主要用于过程控制、逻辑控制及数据采集。①数据采集站实现对模拟量和开关量信号的基本监视功能，一个数据采集站最多可处理384点模拟量信号（AI/AO）或1024点开关量信号（DI/DO），通过AI、DI模块完成所有控制系统所需模拟量和开关量的采集。满足连续聚酯生产线上控制点的需求。②逻辑控制站采用电动机控制和继电器类型的离散逻辑功能；特点是信号处理和控制响应快，控制周期最小可达50ms；逻辑控制站侧重于完成联锁逻辑功能，回路控制功能受到相应的限制；逻辑控制站最大负荷：64个模拟量输入、1024个开关量；通过图形编程软件完成系统顺序控制、联锁/解锁控制及产量及累积量的计算。③过程控制站简称控制站，是传统意义上集散控制系统控制站，采用浙大中控JX-300X DCS使其提供常规回路控制的所有功能和顺序控制方案，控制周期最小可达0.1s；过程控制站最大负荷：128个控制回路（AO）、256个模拟量输入（AI）、1024个开关量；提供各种温度、压力、流量的PID单回路及串级回路控制，包括真空与黏度串级控制等。

3 主要工艺参数的检测与控制
（1）工艺参数的检测
此系统通过电缆实现对现场各种温度、压力、流量及液位参数的实时检测及现场电动机的反馈信号检测。并根据工艺要求模拟量点设置上、下限报警，开关量点故障信号报警，并通过操作站的声屏报警，实时提醒操作员进行必要处理。
（2）联锁控制
为了使生产稳定及保护设备，我们在连续聚酯生产线上普遍运用了很多联锁控制。在此系统中，通过自定义控制方案的图形编程软件的LD段落来实现此功能，使现场的泵及阀门在特定的条件下起/停并报警。为了能更好地使用联锁功能，还设置了起/停联锁按钮，使得装置在非正常情况下也能解锁，实现工业控制，如图2所示。此联锁用于当塔釜压力过高（PAHH-04310A）时，将触发A21，停止向塔釜加粗EG。A21_INTER、ALM_A21为自定义一字节变量，分别用于起/停联锁及报警。



图2 起/停控制电路
（3）计算模块
在生产过程中，还需知道产量、累积量及一些主要参数的添加量。为此，在自定义控制方案的图形编程软件的FBD段落中定义，如图3所示。本装置中终缩聚科位通过控制器LIC-05312控制预聚物泵转速SC-05240以调节进料量来调整，其中LI-05312是由反应釜前后料位（LT-05310及LT-05311）通过图3所示计算公式计算而得。



图3 计算模块示意图
（4）顺序控制
在生产中，浆料配制系统采用程序控制。首先向浆料配制罐中的一个加入定量的EG（EG通过质量流量计计量），起动浆料配制罐搅拌器，根据设定的摩尔比加入相应的精对苯二甲酸（PTA），同时按比例加入配制好的催化剂溶液（CPC），搅拌一定时间后等待使用。通过图形编程软件的SFC段落可实现此功能。
（5）系统调节
本系统中大量使用的是单回路PID控制，控制参数包括：比例度P，积分时间I，微分时间D，控制周期Ts。除此之外，还采用了串级回路。即当需要一个控制器的输出来改变另一个控制器的给定值时，这样连接起来的两个控制器就被称做是串级的。两个控制器都有各自的测量输入，但只有主控制器具有自己独立的给定值，副控制器的输出信号送到被控制过程中。本系统中主要的串级回路有酯──液位通过质量流量计控制给浆泵转速、反应釜的内温调节及黏度与真空的串级控制。这些回路有些滞后性很大，因此在常规串级回路基础上，又通过一些语言让其实现串级控制。

4 与进口DCS控制系统的比较
（1）控制系统
进口控制系统采用的是美国Foxboro的UNIX集散控制系统，它不利于与厂内局域网特别是Internet网连接，难以实现数据共享；国产控制系统采用浙大中控JX-300X控制系统，由于其使用的Windows 2000操作系统，故易于与厂内局域网及Internet网连接，共享数据。
（2）操作界面
进口控制系统为纯英文界面，对操作人员藏文水平要求较高，而操作难度加大；国产控制系统为纯中文界面，操作人员只需经短期的培训即能掌握该界面的操作。
（3）操作性
进口控制系统控制画面操作步骤较为繁琐，在点中所需控制画面后，再点中下方方框输入数据；而采用的国产控制在流程图上可同时打开5个控制画面，并可直接在上面输入所需数据，操作简便。
（4）回路控制
进口控制系统的PID回路控制稳定。国产控制系统PID回路在常规回路下也很稳定，但在一些较为复杂的回路中，不如进口控制系统，此点还需要在国产控制系统运用过程中进一步摸索、改进。