張 杰,馬 翔
開封龍宇化工有限公司,河南開封 475200
PKS(Process Knowledge System)系統(tǒng)是Honeywell公司最近推出的新一代控制系統(tǒng),它繼承了傳統(tǒng)DOS的優(yōu)點,同時又融合新的技術(shù)突破,是一套比其公司TPS及PlantScape系統(tǒng)更趨完善的控制系統(tǒng)。Honeywell EPKS C300系統(tǒng)成功在4萬噸/年聚甲醛項目中得到應(yīng)用。
POM生產(chǎn)工藝主要包括甲醛反應(yīng)及除醇濃縮、三聚甲醛反應(yīng)濃縮及萃取精制、二氧五環(huán)反應(yīng)濃縮及萃取精制、聚合、離心過濾干燥、擠出及桶槽式干燥、風(fēng)送及包裝等,整個生產(chǎn)流程是個密閉的系統(tǒng),即可有效利用原料,又降低操作人員接觸各種有毒介質(zhì)的可能性,提高裝置操作的安全性。
該系統(tǒng)采用服務(wù)器/客戶端架構(gòu),具有容錯以太網(wǎng),服務(wù)器冗余、控制器冗余、I/O通道冗余、人機界面友好、支持第三方設(shè)備、組態(tài)方便等特點,適應(yīng)了在POM裝置的高端要求。
1)防腐保護
為了提供額外的防腐保護,能滿足這些惡劣現(xiàn)場環(huán)境的硬化產(chǎn)品,在 I/O 電路板加上防腐涂層是標(biāo)準(zhǔn)做法,使得它們可以放置到(G3)腐蝕環(huán)境中。Honeywell 的 I/O 系統(tǒng)組件中的所有卡件,均帶有防腐涂層。
2)合理的空間布置
C300控制器和C系列I/O卡件占用很小的機柜空間,可混合使用不同的I/O接口,支持兩個IOLINK接口,每個C300最多支持64個冗余I/O 模件,C300所有的RAM內(nèi)存具有ECC功能,帶有啟動診斷與運行診斷程序。
3)先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
C300控制防火墻,在已有可靠的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基礎(chǔ)上,增加另外一層高安全防護以實現(xiàn)拒絕接收所有控制器不需要的信息,如果通訊速度變慢,將對那些不重要的信息流進(jìn)行控制。
EPKS R301是針對EPKS C300所有采用的軟件系統(tǒng),它提供了C300卡件運行的軟件平臺。Experion 的企業(yè)模型提供了完善的數(shù)據(jù)以支持操作員和工程師。Experion 的控制策略用Control Builder 生成。Control Builder 是一個圖形化、面向?qū)ο蟮墓ぞ?,工作在控制?zhí)行環(huán)境(CEE)下,支持Experion 的過程控制器、應(yīng)用控制器及仿真控制器。
硬件配置
DCS控制系統(tǒng)配置:模擬量輸入點(AI)1552個,模擬量輸出點(AO)432個。熱電阻輸入點(LLMUX)144個,開關(guān)量輸入點(DI)1120個,開關(guān)量輸出點(DO)點608個。控制回路286個。配置相應(yīng)的硬件:操作站19個,其中15個為單屏Flex station。4個為單屏console station,控制機柜6個,輔助柜10個,電源柜4個,采用了4對C300控制器(均為冗余)。整體架構(gòu)如圖1所示:
圖 1
控制站采集信號并進(jìn)行運算輸出,具有故障自診斷功能。控制系統(tǒng)中全部的AO卡件和部分重要的AI、DO卡件采用冗余模式,當(dāng)出現(xiàn)卡件故障時候,卡件能實現(xiàn)無擾動切換,為系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供了硬件基礎(chǔ)。操作站提供人機操作界面,接收控制器傳到服務(wù)器的數(shù)據(jù),供工藝人員監(jiān)視操作。
2.3.1 POM控制特點
POM屬于精細(xì)化工,控制過程參數(shù)稍有偏差都會是物料發(fā)生自聚,結(jié)晶。所以對控制要求比較嚴(yán)格,自動化水平的提高不僅僅降低工人的勞動強度,還可以提高產(chǎn)量,降低損耗,減少事故,提高效益。POM控制程序中所建立的CM點總共有800多個。CM點包括簡單的單回路控制、串級控制、分程控制、選擇控制、比值控制、聯(lián)鎖控制等。
2.3.2 典型控制方案
1)反應(yīng)器頂部冷凝器的控制
從反應(yīng)器的反應(yīng)出料氣體在進(jìn)入冷凝器時,有約一半量的高溫氣體由濃縮塔德中部進(jìn)料,這可降低再沸器的熱能使用,另一半量的高溫氣體進(jìn)入反應(yīng)器頂部冷凝器冷凝,冷凝液排至緩沖槽,頂部冷凝器設(shè)有串級控制系統(tǒng),以頂部冷凝器出料溫度為主環(huán),80度熱水流量控制為副環(huán)。
2)氮氣密封
在進(jìn)入捏合機的三種原料二氧五環(huán)儲槽、三聚甲醛儲槽、MEAL儲槽上均設(shè)有分程調(diào)節(jié),分別控制氮封和排氣,是儲槽保持一定壓力的氮封以防止氧化。
3)甲醛反應(yīng)物料控制
在進(jìn)甲醛反應(yīng)的幾種物料中,空氣的量與甲醇的量視反應(yīng)情況維持在適當(dāng)?shù)谋嚷剩羝凉窈筮M(jìn)入氣體混合器,其流量與甲醇有一定的流量比,四種進(jìn)料量維持一個特定的比率,在銀觸媒的催化作用下將產(chǎn)生激烈的氧化放熱反應(yīng),這里就用到了典型的比值調(diào)節(jié),使其反應(yīng)維持安全高效率的進(jìn)行。
Honeywell公司的EPKS C300 DCS控制系統(tǒng),融入Honeywell公司數(shù)十年在過程控制、企業(yè)資產(chǎn)管理等方面的經(jīng)驗,融合了最新的控制和現(xiàn)場總線技術(shù),應(yīng)用EPKS C300的POM項目已與2010年12月建成并投產(chǎn),運行穩(wěn)定,比POM更早期的甲醇項目也應(yīng)用了EPKS系統(tǒng),取得了良好的效果。
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