王中華

WANG Zhong-hua

（南京工業(yè)大學(xué) 電子信息與工程學(xué)院，南京 211816）

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，環(huán)氧乙烷衍生的精細(xì)化工產(chǎn)品的市場(chǎng)需求量越來(lái)越大，生產(chǎn)的企業(yè)也越來(lái)越多。實(shí)時(shí)有效的生產(chǎn)控制對(duì)保證生產(chǎn)安全、提高生產(chǎn)效率、避免事故的發(fā)生等方面有著十分重要的意義。

本文以某石化企業(yè)的環(huán)氧乙烷衍生精細(xì)化工生產(chǎn)項(xiàng)目為背景，在分析了生產(chǎn)系統(tǒng)的實(shí)際需求的基礎(chǔ)上，使用先進(jìn)的集散控制系統(tǒng)Experion PKS實(shí)現(xiàn)了整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)運(yùn)行。

1 生產(chǎn)工藝

環(huán)氧乙烷衍生生產(chǎn)工藝流程的主要過(guò)程包括初始檢查，導(dǎo)熱油循環(huán)，鏈起始劑加入，預(yù)真空，反應(yīng)，熟化，冷卻、脫氣和排凈，生產(chǎn)工藝流程圖如圖1所示。

圖1 生產(chǎn)工藝流程圖

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

環(huán)氧乙烷衍生生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)工藝復(fù)雜并有一定的毒性，存在一定的危險(xiǎn)性，所以整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的安全和穩(wěn)定至關(guān)重要，為了確保穩(wěn)定安全的同時(shí)又要確保生產(chǎn)系統(tǒng)的效率，本系統(tǒng)采用Honeywell公司的PKS集散控制系統(tǒng)，即新一代過(guò)程知識(shí)系統(tǒng)（Process Knowledge Solution，Experion PKS），它是Honeywell公司集30年來(lái)在過(guò)程控制、資源管理和行業(yè)知識(shí)等多方面的經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合六西格瑪?shù)姆椒ㄕ摌?gòu)成的一個(gè)統(tǒng)一的過(guò)程知識(shí)體系[1]。

環(huán)氧乙烷衍生精細(xì)化工生產(chǎn)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2所示。從圖中可以看出，系統(tǒng)主要分為四個(gè)部分：服務(wù)器、操作站（客戶(hù)端）、控制系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。服務(wù)器為冗余服務(wù)器，確保了在一臺(tái)服務(wù)器出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)另一臺(tái)能保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。服務(wù)器與操作站組成服務(wù)器/客戶(hù)端結(jié)構(gòu)，在此系統(tǒng)中是指，系統(tǒng)中的生產(chǎn)數(shù)據(jù)、歷史記錄和報(bào)警記錄都是動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)在服務(wù)器中的，而操作站主要用于對(duì)工藝流程的監(jiān)控，查看歷史趨勢(shì)和報(bào)警記錄等。控制器采用冗余的C300控制器，輸入/輸出卡件也是采用冗余的C系列I/O卡件，這樣確保了系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定，提升了系統(tǒng)的安全等級(jí)。

3 預(yù)真空順序控制實(shí)現(xiàn)

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

真空過(guò)程在環(huán)氧乙烷衍生精細(xì)化工生產(chǎn)系統(tǒng)中起著重要的作用，在反應(yīng)多個(gè)過(guò)程中需要處于真空狀態(tài)，不然將直接影響環(huán)氧乙烷衍生產(chǎn)品的質(zhì)量，甚至導(dǎo)致產(chǎn)品不合格，更有可能引起事故。為了確保生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定，確保真空過(guò)程能夠正常運(yùn)行，在對(duì)整個(gè)真空過(guò)程中設(shè)計(jì)了兩套真空裝置，兩套裝置可以同時(shí)使用，也可以在一套真空裝置出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，及時(shí)的使用另一套裝置來(lái)做補(bǔ)充。真空過(guò)程工藝流程圖如圖3所示。如圖3所示，真空過(guò)程的主要組成部分是兩臺(tái)真空泵P0106和P0108，提供抽真空的動(dòng)力。PV165和PV172是兩臺(tái)調(diào)節(jié)閥，通過(guò)PID控制回路PIC165和PIC172設(shè)定需要抽取真空壓力值。HV151A，HV151B，HV151C三個(gè)電磁閥控制使用哪一套真空裝置，如果HV151A打開(kāi)，HV151C關(guān)閉則說(shuō)明使用的是P0106真空裝置，如果HV151A關(guān)閉，HV151B打開(kāi)，HV151C打開(kāi)則說(shuō)明使用的是P0108真空裝置。

圖3 真空過(guò)程工藝流程圖

預(yù)真空順序控制的實(shí)現(xiàn)主要使用的是PKS系統(tǒng)提供的順序控制模塊（Sequential Control Module，SCM），主要由四個(gè)部分組成，分別為T(mén)ransition（條件塊）、Step（步驟塊）、SYNC（同步塊）和Handler(處理程序塊)[2]。預(yù)真空順序控制流程圖如圖4所示：

從流程圖中可以看出預(yù)真空的流程為：1）判斷預(yù)真空標(biāo)識(shí)位確定使用真空過(guò)程中那一套真空裝置；2）檢查真空泵的運(yùn)行狀態(tài)，如果停止則繼續(xù)，否則提示手動(dòng)停止真空泵，等待直至真空泵停止為止；3）手動(dòng)全開(kāi)真空泵前的調(diào)節(jié)閥；4）啟動(dòng)真空泵；5）打開(kāi)閥HV124、HV125，同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器；6）等待HV124、HV125的開(kāi)回訊反饋。如果定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間到，而HV124、HV125的開(kāi)回訊反饋信息還沒(méi)有返回，說(shuō)明HV124、HV125閥的狀態(tài)異常，需要檢查；7）檢查處理過(guò)后，選擇繼續(xù)或者停止。如果選擇繼續(xù)，則真空泵的調(diào)節(jié)閥置于自動(dòng)狀態(tài)，設(shè)定需要的壓力預(yù)置值；8）最后等待反應(yīng)器壓力達(dá)到所需要的預(yù)真空壓力。

圖4 預(yù)真空順序控制流程

以上分析介紹了預(yù)真空順序控制流程，我們主要介紹一下PKS系統(tǒng)中Interrupt異常處理程序如何實(shí)現(xiàn)。如圖5所示，從圖中可以看出程序首先判斷了HV124，HV125的狀態(tài)，當(dāng)不全為開(kāi)時(shí)，說(shuō)明閥的狀態(tài)異常，置異常標(biāo)識(shí)位STATUS和選擇標(biāo)識(shí)位TIP為1，系統(tǒng)將報(bào)警，并且提示選擇。當(dāng)選擇停止時(shí)，選擇和異常標(biāo)識(shí)位復(fù)位，通過(guò)停止標(biāo)識(shí)位將主程序停止；當(dāng)選擇重新檢查時(shí)，選擇標(biāo)識(shí)位復(fù)位，重新檢查閥的狀態(tài)，如果閥的狀態(tài)沒(méi)有異常，則異常標(biāo)識(shí)位復(fù)位，異常處理程序結(jié)束，如果閥的狀態(tài)仍為異常，則選擇標(biāo)識(shí)位仍將被置位，再次提示選擇。

圖5 異常處理實(shí)現(xiàn)

4 生產(chǎn)報(bào)表功能

PKS系統(tǒng)提供了豐富多樣的并且功能強(qiáng)大的報(bào)表，可以滿(mǎn)足各種生產(chǎn)系統(tǒng)的報(bào)表需求。根據(jù)生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)報(bào)表需求，使用PKS系統(tǒng)提供的Free Format Report實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)報(bào)表，然而PKS系統(tǒng)的報(bào)表不能自動(dòng)保存，生產(chǎn)系統(tǒng)又要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)報(bào)表的歷史查詢(xún)，因此需要編程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)保存[3]。

下面以配方參數(shù)表信息和整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)中反應(yīng)過(guò)程中的溫度最大值和最小值為例，說(shuō)明自由格式報(bào)表的實(shí)現(xiàn)。

1）首先在PKS系統(tǒng)中創(chuàng)建一個(gè)報(bào)表，選擇報(bào)表類(lèi)型為Free Format，命名為報(bào)表，報(bào)表可以指定打印機(jī)，還可以設(shè)定周期性生成報(bào)表，但是根據(jù)生產(chǎn)需求，本系統(tǒng)生產(chǎn)報(bào)表需要條件觸發(fā)生成。

2）設(shè)定自由格式報(bào)表的格式，新建一個(gè).txt文件，使用文本編輯器，編輯完成后將文件名和后綴一起修改為rpt1即可。設(shè)定報(bào)表格式的部分程序如下：

程序的前半部分主要實(shí)現(xiàn)的是對(duì)報(bào)表中所需的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，報(bào)表的實(shí)現(xiàn)部分從“B：”開(kāi)始，讀取的數(shù)據(jù)已經(jīng)以數(shù)字進(jìn)行編號(hào)，再次使用時(shí)只需要使用數(shù)字編號(hào)代替，但是數(shù)字編號(hào)一點(diǎn)要使用一組單引號(hào)包括在內(nèi)，才能讀取到數(shù)據(jù)。

3）編寫(xiě)完自定義格式報(bào)表的格式后，在報(bào)表設(shè)置的Content屬性頁(yè)面中指定所要生成的報(bào)表的格式為rpt1。

4）觸發(fā)生成報(bào)表，當(dāng)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程完成后，有一個(gè)標(biāo)識(shí)位進(jìn)行標(biāo)識(shí)，就以標(biāo)識(shí)位作為觸發(fā)條件，PKS系統(tǒng)支持Point Scripts，支持點(diǎn)觸發(fā)的事件。創(chuàng)建標(biāo)識(shí)點(diǎn)的觸發(fā)事件，編輯腳本如下：

5）生產(chǎn)報(bào)表的自動(dòng)保存，生成的系統(tǒng)報(bào)表保存在系統(tǒng)指定目錄下，每生成一次報(bào)表則更新一次目錄里的報(bào)表，所以在指定目錄下相應(yīng)的報(bào)表只有一個(gè)。要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)報(bào)表的保存只需在生成報(bào)表之后，將指定目錄下生產(chǎn)的報(bào)表保存到另一個(gè)自定義的目錄下，并且按生產(chǎn)批號(hào)修改名稱(chēng)，生產(chǎn)報(bào)表保存的實(shí)現(xiàn)使生產(chǎn)報(bào)表的歷史查詢(xún)得以實(shí)現(xiàn)。生產(chǎn)報(bào)表保存中必須要避免一種情況的發(fā)生，就是由于操作人員的輸入失誤使此次生產(chǎn)批號(hào)與以往的生產(chǎn)批次同名，會(huì)引起程序的錯(cuò)誤。根據(jù)需求，正確的做法是放棄這次生產(chǎn)報(bào)表的保存。生產(chǎn)報(bào)表的保存的程序代碼如下：

6）生產(chǎn)報(bào)表的歷史查詢(xún)，生產(chǎn)報(bào)表生成的格式與PKS系統(tǒng)的流程圖的格式是相同的，因此只需將自定義的目錄加入到系統(tǒng)目錄下，就可以像流程圖一樣按名稱(chēng)調(diào)用。

7）生產(chǎn)報(bào)表實(shí)際效果圖如圖6所示。

圖6 生產(chǎn)報(bào)表

5 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了基于PKS系統(tǒng)的環(huán)氧乙烷衍生精細(xì)化工生產(chǎn)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，主要介紹了該系統(tǒng)中，預(yù)真空順序控制和生產(chǎn)報(bào)表功能的實(shí)現(xiàn)。該環(huán)氧乙烷衍生精細(xì)化工生產(chǎn)系統(tǒng)已在某石化企業(yè)上線(xiàn)，應(yīng)用效果達(dá)到預(yù)期要求，工作穩(wěn)定可靠。

[1]Experion PKS系統(tǒng)中文參考手冊(cè)[Z].霍尼韋爾（中國(guó)）自動(dòng)化學(xué)院.

[2]曹林虹.Honeywell 公司的TPS 與PKS 系統(tǒng)在空分設(shè)備中的應(yīng)用[J].深冷技術(shù),2006,4:12-14.

[3]韓睿群,李軍.Honeywell Experion PKS 系統(tǒng)在增塑劑生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用[J].天津化工,2008,22(3):60-61.