艾秀承

(中國(guó)石化儀征化纖有限責(zé)任公司，江蘇 儀征 211900)

儀征化纖公司瓶級(jí)切片固相縮聚的生產(chǎn)工藝是以瓶級(jí)聚酯基礎(chǔ)切片為原料，經(jīng)預(yù)結(jié)晶、結(jié)晶工序使無定型切片具有一定的結(jié)晶度，然后經(jīng)過預(yù)熱工序加熱切片，進(jìn)一步降低切片發(fā)生結(jié)塊的可能，同時(shí)還承擔(dān)一定程度的增粘任務(wù)，最后在固相縮聚反應(yīng)工序中，通入干燥的氮?dú)鈱⒎磻?yīng)所生成的小分子帶走，促使反應(yīng)不斷向大分子的方向進(jìn)行，進(jìn)一步降低切片中水分、乙醛和粉屑含量，提高切片黏度，從而使切片質(zhì)量達(dá)到要求。固相縮聚析出的小分子，由氮?dú)鈳С?，?jīng)催化氧化燃燒除去碳?xì)浠衔铮俳?jīng)過干燥工序除去水分后在系統(tǒng)中循環(huán)使用。氮?dú)飧稍锕ば蛴傻獨(dú)飧稍锲魍瓿?，是固相縮聚工藝中的重要部分，氮?dú)獾钠焚|(zhì)直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。本文介紹基于DCS順序控制實(shí)現(xiàn)了氮?dú)飧稍锕ば蜃詣?dòng)化連續(xù)運(yùn)行的功能，減少了人工勞動(dòng)強(qiáng)度，保障了產(chǎn)品的質(zhì)量。

1 氮?dú)飧稍锕ば虻默F(xiàn)狀

氮?dú)飧稍锕ば蜃畛踉O(shè)計(jì)為干燥器配套PLC的工作模式，PLC對(duì)干燥器進(jìn)行連續(xù)、自動(dòng)控制，所有的周期、報(bào)警值均存在PLC內(nèi)，在PLC的觸摸屏上可修改設(shè)定值等。但現(xiàn)場(chǎng)PLC獨(dú)立控制也存在一些弊端，例如： 干燥器的運(yùn)行狀態(tài)和故障信息在現(xiàn)場(chǎng)的控制器面板上顯示，因PLC獨(dú)立于主裝置的DCS運(yùn)行，所以中心控制室無法及時(shí)了解所有的運(yùn)行信息，需要操作工頻繁巡檢，確保干燥器正常運(yùn)行，大幅增加了勞動(dòng)成本；PLC的控制器、電源和網(wǎng)絡(luò)等無冗余功能，單點(diǎn)故障會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)停止運(yùn)行，可靠性相對(duì)較低；干燥系統(tǒng)中的設(shè)備出現(xiàn)問題后，需重新運(yùn)行步序程序，浪費(fèi)了已經(jīng)運(yùn)行的時(shí)間；PLC編程采用梯形圖語言，不同廠商的PLC產(chǎn)品其梯形圖的符號(hào)和編程規(guī)則均不一致，程序的可移植性差[1]，對(duì)于維護(hù)人員的要求更高。因此，考慮到實(shí)際生產(chǎn)的便利性和設(shè)備系統(tǒng)的可維護(hù)性，用DCS的控制站或邏輯控制站來取代PLC完成順序控制或安全聯(lián)鎖是完全可行的，也是合理的[2]。筆者采用了HOlliAS-MACS K系列DCS整合氮?dú)飧稍颬LC，在不改變干燥器原先工作模式的前提下改進(jìn)技術(shù)，為解決生產(chǎn)過程控制和管理提供了一種切實(shí)可行的技術(shù)方案。

2 氮?dú)飧稍锲骱?jiǎn)介

2.1 氮?dú)飧稍锲鞯墓ぷ髟?/h3>

氮?dú)飧稍锲鞣譃?臺(tái)設(shè)備，1臺(tái)在線運(yùn)行，1臺(tái)再生后備用，其工作模式為物理吸附過程。采用分子篩作為干燥劑，不斷吸附循環(huán)氮?dú)庵兴挠晒滔嗫s聚反應(yīng)和催化反應(yīng)生成的水分，使反應(yīng)所需的氮?dú)獾玫礁稍?。分子篩因吸附水分后除濕效率逐漸降低并最終形成飽和狀態(tài)，此時(shí)在線氮?dú)飧稍锲髑袚Q到備用進(jìn)入再生階段，同時(shí)備用干燥器切換至在線工作模式，周而復(fù)始。

再生階段時(shí)由加熱器將氮?dú)饧訜岬揭欢囟?，并由風(fēng)機(jī)將加熱后的氮?dú)獠粩嗟赝ㄟ^需要再生的氮?dú)飧稍锲?，使分子篩中所吸附的水分不斷被汽化從而被帶出，再通過冷卻器將水分冷凝下來，從而逐漸將分子篩所吸附的水分完全帶出完成再生的過程。

2.2 氮?dú)飧稍锲鞯慕Y(jié)構(gòu)

氮?dú)飧稍锲鞯慕Y(jié)構(gòu)如圖1所示，由以下幾部分組成： 干燥器(V01/V02)、風(fēng)機(jī)、加熱器、冷卻器、排水系統(tǒng)等，主要的控制閥和儀表如下： 氣動(dòng)蝶閥(V1～V12)、氣動(dòng)球閥(V15)、電磁閥(V13/V14)、露點(diǎn)分析儀(MIR)及其他儀表，如鉑電阻溫度計(jì)、溫度開關(guān)和壓力開關(guān)。

圖1 氮?dú)飧稍锲鹘Y(jié)構(gòu)示意

2.3 氮?dú)飧稍锲鞯墓ぷ髂Ｊ?/h3>

以干燥器V01在線運(yùn)行，干燥器V02再生運(yùn)行過程為例說明干燥器1個(gè)干燥周期的工作模式，見表1所列。

表1 干燥器的工作模式

3 DCS的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

3.1 結(jié) 構(gòu)

該系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)控制站、工程師站、操作員站、歷史站、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)等部分組成。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)從上至下由管理網(wǎng)(MNET)、系統(tǒng)網(wǎng)(SNET)、控制網(wǎng)(CNET)三層構(gòu)成，如圖2所示。

圖2 DCS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意

3.2 特 點(diǎn)

HOLLiAS-MACS K系列DCS的特點(diǎn)如下：

1)全冗余。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、控制網(wǎng)絡(luò)、控制器、電源模塊、I/O模塊均可冗余配置，無單點(diǎn)故障。

2)多重隔離。系統(tǒng)總線和模塊之間采用光電隔離，采用系統(tǒng)電源和現(xiàn)場(chǎng)電源雙隔離供電，網(wǎng)絡(luò)具有物理層和協(xié)議層雙重隔離，全系列模塊的各個(gè)通道之間完全故障隔離。

3)環(huán)境適應(yīng)性。系統(tǒng)基于惡劣的工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)，符合EMC規(guī)范，抗干擾性符合IEC61000標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)防腐蝕能力滿足ISA S71.04標(biāo)準(zhǔn)G3等級(jí)要求。

4)高安全性。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用確定性實(shí)時(shí)以太網(wǎng)通信協(xié)議，標(biāo)配帶防火墻的交換機(jī)，保證網(wǎng)絡(luò)安全；控制器CPU采用PowerPC構(gòu)架工業(yè)級(jí)芯片，基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，內(nèi)置防網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴組件。

5)綜合診斷。智能CPU單元可完成自診斷，所有類型的故障，如通信、斷線、短路、超量程，都可以被檢測(cè)并及時(shí)上報(bào)給操作員站。

6)系統(tǒng)支持P-P(點(diǎn)對(duì)點(diǎn))和C/S(客戶端/服務(wù)器)結(jié)構(gòu)，也可以選擇混合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)。

7)具備硬件熱插拔、在線下裝功能，沒有任何導(dǎo)致非停車或干擾生產(chǎn)的過程。

8)用自主開發(fā)的算法組態(tài)軟件AutoThink代替了集成的第三方軟件，用于控制器算法編程。主控單元操作系統(tǒng)采用了自主開發(fā)的HEROS，提高了軟硬件的兼容性。

9)簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。操作員站和主控單元間可直接通信，無需經(jīng)過服務(wù)器。

10)支持多個(gè)工程師站同時(shí)組態(tài)。

4 順序控制方案設(shè)計(jì)

4.1 SFC順序功能圖

順序控制是按照生產(chǎn)工藝預(yù)先規(guī)定的順序，在各個(gè)輸入信號(hào)的作用下, 根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時(shí)間的順序, 在生產(chǎn)過程中各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)有秩序地進(jìn)行操作[3]。

按順序切換的條件可分為時(shí)間順序、邏輯順序和條件順序等三類[4]。從氮?dú)飧稍锲鞯墓ぷ髂Ｊ娇梢钥闯?，階段轉(zhuǎn)換是以時(shí)間或者某條件滿足作為條件，結(jié)合工藝控制要求，氮?dú)飧稍锕ば蝽樞蚩刂乒δ苁疽馊鐖D3所示。

4.2 氮?dú)飧稍锘竟δ艿捻樞蚩刂平M態(tài)

4.2.1順序控制組態(tài)方法

該系統(tǒng)V6.5.2版本的“工程總控”程序用來執(zhí)行程序組態(tài)的任務(wù)，進(jìn)入“控制站”節(jié)點(diǎn)下對(duì)應(yīng)的控制站子節(jié)點(diǎn)，在算法組態(tài)軟件AutoThink中加載該站的工程。在AutoThink中工程名下的“用戶程序”上使用“添加POU”新增一個(gè)程序組織單元(POU)，進(jìn)行命名后選擇“順序功能圖SFC”語言，調(diào)度周期選擇1 s，即按照1 s的間隔周期掃描程序，方便程序運(yùn)行時(shí)間的統(tǒng)計(jì)和引用。設(shè)置后即可進(jìn)入SFC編輯器畫面如圖4所示。

圖3 氮?dú)飧稍锕ば蝽樞蚩刂乒δ苁疽?/p>

圖4 SFC編輯器畫面示意

由圖4可知，上面的InitStep代表1個(gè)前驅(qū)步，Trans1代表1個(gè)轉(zhuǎn)換，下面的InitStep代表1個(gè)后繼步。1個(gè)步代表1種狀態(tài)，1個(gè)步要么是活動(dòng)的，要么是不活動(dòng)的。任何時(shí)刻，POU的狀態(tài)由一些活動(dòng)步的設(shè)置及其內(nèi)部變量的值來定義。SFC的POU有且僅有1個(gè)初始步(如圖4中最上方的雙線方框InitStep)，初始步開始是活動(dòng)狀態(tài)。轉(zhuǎn)換表示控制從一個(gè)或多個(gè)前驅(qū)步沿相應(yīng)的有向連接轉(zhuǎn)換到一個(gè)或多個(gè)后繼步所依據(jù)的條件，轉(zhuǎn)換方向是從前驅(qū)步底部到后繼步頂端。

4.2.2順序控制組態(tài)

按照氮?dú)飧稍锕ば蚧竟δ艿目刂祈樞颍琒FC順控程序組態(tài)如圖5所示。

圖5 SFC順控程序組態(tài)示意

1)創(chuàng)建執(zhí)行程序所需的變量，SFC程序變量見表2所列。

表2 SFC程序變量

2)在Init中，執(zhí)行初始化。將DRY_COUNT，DRY_TIME清零，DRY_SP1～DRY_SP7置于OFF；當(dāng)在工藝流程圖畫面上將干燥程序啟停開關(guān)DRY_AM置于ON后，執(zhí)行DRY_SP1置ON，啟動(dòng)順控程序。

3)初始步Init到Step1的轉(zhuǎn)換條件設(shè)置為DRY_SP1。因此當(dāng)初始步中DRY_SP1為ON時(shí)，步Step1被激活，干燥器步序開始運(yùn)行。

4)Step1用于執(zhí)行干燥器V01/V02并聯(lián)運(yùn)行的程序組態(tài)，首先添加入口動(dòng)作。入口動(dòng)作指當(dāng)前步剛進(jìn)入激活狀態(tài)時(shí)執(zhí)行的動(dòng)作，只執(zhí)行一次。完成添加入口動(dòng)作的操作后，會(huì)在當(dāng)前步的左下角出現(xiàn)E標(biāo)識(shí)。執(zhí)行關(guān)閉閥V15，V5，V7，V6，V8，打開V1，V3，V2，V4的動(dòng)作組態(tài)。

5)對(duì)Step1添加步動(dòng)作。首先判斷DRY_PAUSE是否為暫停，若非暫停，執(zhí)行DRY_TIME和DRY_COUNT每個(gè)調(diào)度周期計(jì)時(shí)累加1 s；當(dāng)步序時(shí)間大于設(shè)定時(shí)間TIMER1時(shí)，執(zhí)行DRY_COUNT清零，DRY_SP1置OFF，DRY_SP2置ON的動(dòng)作組態(tài)。

6)Step1后創(chuàng)建選擇分支，當(dāng)啟停開關(guān)DRY_AM置于OFF后，程序回到初始步Init，等待下次啟動(dòng)；或者當(dāng)DRY_SP2為ON時(shí)，Step2被激活，執(zhí)行干燥器V02減壓運(yùn)行階段的程序。

7)以此類推，按照干燥器的工作模式，繼續(xù)對(duì)其他階段的順控基本功能進(jìn)行組態(tài)。

4.3 氮?dú)飧稍锕ば虺绦騼?yōu)化完善

相對(duì)于PLC控制方案，在DCS中完成氮?dú)飧稍锏幕竟δ芎?，?duì)整個(gè)工序做以下幾點(diǎn)功能優(yōu)化：

1)在備用階段增加時(shí)間模式及露點(diǎn)模式供工藝選擇。時(shí)間模式下，總計(jì)時(shí)超過經(jīng)驗(yàn)設(shè)定值時(shí)直接切換干燥器；而露點(diǎn)模式下，干燥出口露點(diǎn)儀MIR達(dá)到報(bào)警值后才切換干燥器。前者可提供一個(gè)穩(wěn)定的切換周期，方便中控崗位進(jìn)行控制；后者可以在干燥器工況良好的前提下，盡可能地延長(zhǎng)切換周期，節(jié)約能源。

2)增加步序超時(shí)報(bào)警功能。在減壓運(yùn)行、加熱、冷卻加熱器、冷卻干燥器、備用狀態(tài)的步序中，當(dāng)步序計(jì)時(shí)超過正常工況的經(jīng)驗(yàn)設(shè)定值時(shí)，會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的超時(shí)報(bào)警，提醒中控室人員注意并及時(shí)檢查干燥器工況是否正常。

3)新增閥位報(bào)警功能。V1～V12為帶位置反饋開關(guān)的雙電控蝶閥，當(dāng)DCS給閥門的指令與其反饋不一致，或者閥門開關(guān)狀態(tài)與當(dāng)前步序要求不一致時(shí)，會(huì)有報(bào)警提示，提醒中控室人員及時(shí)排查。

4)新增暫停功能。如果閥門、壓力、溫度儀表或者動(dòng)設(shè)備出現(xiàn)不影響干燥器運(yùn)行的問題，中控室人員可以按下暫停按鈕，此時(shí)步序時(shí)間和總運(yùn)行時(shí)間都將暫停計(jì)時(shí)，待處理好相應(yīng)故障后，可繼續(xù)執(zhí)行相應(yīng)的步程序，計(jì)時(shí)功能恢復(fù)，不會(huì)出現(xiàn)程序計(jì)時(shí)紊亂的問題。

5 結(jié)束語

該氮?dú)飧稍锏淖詣?dòng)化設(shè)計(jì)已調(diào)試并成功投運(yùn)，在滿足原先設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，做出了人性化的功能優(yōu)化?；诟呖煽啃浴⒏哽`活性的系統(tǒng)硬件和軟件，同時(shí)用步進(jìn)順序控制指令編程，程序和實(shí)際工程對(duì)應(yīng)關(guān)系明確，調(diào)試和修改方便[5]，使整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化水平有了很大的提高，能夠自動(dòng)、連續(xù)、安全、穩(wěn)定運(yùn)行，便于儀表人員維護(hù)，方便了工藝操作。中控室操作人員能及時(shí)查看氮?dú)飧稍锕ば虻膶?shí)時(shí)工況和異常報(bào)警，提高對(duì)故障的響應(yīng)速度，保障了裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行和產(chǎn)品的工藝質(zhì)量。