AX系統(tǒng)在臺(tái)塑集團(tuán)30萬噸PVC上的應(yīng)用

富士電機(jī)于1975年10月發(fā)布DCS系統(tǒng)，是世界上最早研發(fā)出DCS系統(tǒng)的廠家之一。AX-2000集散控制系統(tǒng)是富士的第五代產(chǎn)品系統(tǒng)，是開放的新一代綜合控制系統(tǒng)，智能可靠的Process I／O 單元同時(shí)也被橫河的CS3000系統(tǒng)所采用。AX-2000系統(tǒng)具有良好的控制性能、實(shí)時(shí)靈活的通訊能力、直觀清晰的人機(jī)接口，系統(tǒng)擴(kuò)展方便，獲得用戶較高評(píng)價(jià)。目前AX-2000系統(tǒng)廣泛應(yīng)用與鋼鐵、化工、紙業(yè)、學(xué)校、醫(yī)院、汽電共生、發(fā)電廠等過程。

臺(tái)塑企業(yè)自1954年起，即投入PVC相關(guān)過程的生產(chǎn)，歷經(jīng)五十余年之努力，目前ＰＶＣ粉年產(chǎn)能已達(dá)二佰八十七萬噸，不僅是臺(tái)灣最大生產(chǎn)廠商，且是世界上最大的ＰＶＣ粉生產(chǎn)廠商之一。為爭(zhēng)取大陸內(nèi)銷市場(chǎng)，臺(tái)塑企業(yè)積極進(jìn)行大陸布局，并于大陸寧波經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)規(guī)劃一石化專區(qū)，且獲準(zhǔn)投資包括年產(chǎn)能30萬公噸PVC廠，已于2005年1月完工生產(chǎn)。PVC廠的自動(dòng)化控制采用了AX-2000系統(tǒng)，本系統(tǒng)有效融合了高可靠性的技術(shù)和符合當(dāng)代自動(dòng)化發(fā)展要求的通用技術(shù)，既能發(fā)揮開放性系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)又能有效避免開放性系統(tǒng)缺點(diǎn)。

聚氯乙烯 (PVC -- Poly vinyl chloride)，為五大泛用樹脂之一 (PE、PP、PS、ABS)，自1934年左右被廣泛使用，至今已70余年；PVC是通用型樹脂，具價(jià)格低廉、易加工、重量輕、強(qiáng)度高、耐化學(xué)藥品性良好等優(yōu)點(diǎn)，可經(jīng)由不同的配料與加工程序制造成各種不同形貌且功能各異之產(chǎn)品，故用途非常廣泛。PVC的是由VCM (Vinyal Chloride Monomer) 聚合而成，而VCM的來源為EDC (Ethylene DiChloride 二氯乙烷)，EDC則來自乙烯 (Ethylene) 及鹽 (Salt)， 工業(yè)上對(duì)于VCM之聚合，依照反應(yīng)系統(tǒng)而區(qū)分為四種：

1. 懸浮聚合 (Suspension Polymerization )

以少量分散劑加入水中，再加入VCM后保持?jǐn)嚢?，使VCM形成細(xì)小的微滴分散于水中，使用之啟發(fā)劑為單體可溶性者，使聚合反應(yīng)在單體微滴內(nèi)進(jìn)行，反應(yīng)后再經(jīng)過過濾、干燥等過程。以此方法所得聚合物不純物含量少，反應(yīng)溫度控制容易，為PVC制造的主流。

2. 乳化聚合 (Dispersion Polymerization)

因VCM不溶于水中，因此需加入乳化劑，使整個(gè)反應(yīng)形成乳化狀態(tài)，乳化劑一般為陰離子或非離子之界面活性劑，而使用水溶性之啟發(fā)劑，此類水溶性啟發(fā)劑一般為過硫酸鹽或過氧化氫，聚合后形成乳濁液經(jīng)噴霧干燥后可得粒徑0.5~5u之乳化粉。

3. 塊狀聚合 (Bulk Polymerization)

即不加入聚合介質(zhì)，而直接使單體可溶性的啟發(fā)劑在反應(yīng)槽中行聚合反應(yīng)，生成聚合體成松脆之塊狀物，因此必須予以粉碎，由于不加入任何添加劑，故純度高，透明性優(yōu)良。

4. 溶液聚合 (Solution Polymerization)

以VCM、有機(jī)溶劑、啟發(fā)劑形成均勻的反應(yīng)系再實(shí)施聚合反應(yīng)，如此一部份反應(yīng)熱可藉溶劑來傳遞，因此溫度調(diào)節(jié)較容易，然而由于溶劑連鎖移動(dòng) (Chain transfer) 的現(xiàn)象，使得分子聚合度降低，聚合速度也較慢，此外溶劑本身回收成本高；一般利用于制造涂料與接著劑用途。

下圖為懸浮聚合典型的生產(chǎn)流程方塊圖，其中原料加料、聚合釜及卸料槽為批次過程控制，脫除塔、干燥機(jī)及SILO為連續(xù)式控制，若采用傳統(tǒng)儀表控制系統(tǒng)，將很難達(dá)到全廠集成之功能，而DCS控制系統(tǒng)，可完全解決此問題，以先進(jìn)的硬件控制系統(tǒng)，搭配強(qiáng)大的軟件功能，可完全實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制需求。

臺(tái)塑寧波PVC廠的生產(chǎn)規(guī)模大致如下:

. 聚合釜8槽

. 卸料槽4槽

. 脫除塔4塔

. 干燥機(jī)3列

. PVC粉SILO 31槽

針對(duì)此生產(chǎn)規(guī)模，規(guī)劃之DCS系統(tǒng)提供過程控制盤26盤 (含12控制站) ，配電盤4盤，繼電器盤21盤，中繼盤15盤，訊息庫站1站，工程師站1站，歷史訊息站1站，SQL訊息庫1站，打印機(jī)2臺(tái)，人機(jī)接口設(shè)備: 中控室操作站8站，現(xiàn)場(chǎng)操作站3站，遠(yuǎn)程操作站4站，緊急操作盤3盤，氣體偵測(cè)監(jiān)視站1站。

依據(jù)過程控制的需求，DCS系統(tǒng)總共采用了12個(gè)二重化的控制站，總共安裝了622個(gè)I/O模塊，各類型I/O點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)如下:

由上表可以看出總使用點(diǎn)數(shù)達(dá)11256點(diǎn)，依照過程分區(qū)將這些監(jiān)控點(diǎn)分配到12個(gè)控制站，分站原則如下:

該系統(tǒng)采用中央監(jiān)視和分散控制的原理。

數(shù)據(jù)庫站(ADS－PC2000)——對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行一元化管理。

操作站(AOS－PC2000)——用于設(shè)備監(jiān)控。

控制站(ACS－PC2000)——用于設(shè)備控制?？刂普就ㄟ^有效結(jié)合EI(電氣和儀表)兩種機(jī)能結(jié)構(gòu)。能自由提取在監(jiān)視控制系統(tǒng)中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，想得到的數(shù)據(jù)可隨時(shí)被取出。

控制局域網(wǎng)(FL—net相對(duì)應(yīng))，用于連接控制站，數(shù)據(jù)庫站，操作站，形成網(wǎng)絡(luò)，使得數(shù)據(jù)得以傳輸。

另外，系統(tǒng)與商用軟件包相連也很簡(jiǎn)單，能實(shí)現(xiàn)信息的高效率使用。

4.1 副原料調(diào)配

4.2 PVC品別配方管理

4.3 加料自動(dòng)控制

4.4 連鎖控制

4.4 加料畫面監(jiān)視

4.5 聚合釜程序監(jiān)控

4.6 聚合釜溫度控制

4.7 聚合釜攪拌機(jī)

4.8 聚合釜清洗

4.9 抑制劑中止

4.10 卸料槽過程控制

4.11 VCM回收

4.12 脫除塔過程控制

4.13 離心機(jī)連鎖

4.14 旋風(fēng)干燥機(jī)

4.15 流動(dòng)床干燥機(jī)

4.16 粉體輸送控制

經(jīng)過干燥后的 PVC 粉會(huì)被輸送至 SILO 儲(chǔ)存，每一列干燥機(jī)透過鼓風(fēng)機(jī)可以輸送至不同的 SILO，利用程控，操作人員只需要選取干燥機(jī)及目的 SILO，其間的三向閥將由程控自動(dòng)轉(zhuǎn)向，除了可以簡(jiǎn)化操作，亦可避免人為的錯(cuò)誤發(fā)生，尤其當(dāng)路徑數(shù)量龐大時(shí)，更能減輕操作人員的負(fù)擔(dān)，由于輸送軟件已規(guī)格化，新增路徑的操作相當(dāng)簡(jiǎn)單，路徑最多可達(dá)1024條。

4.17 公用設(shè)備監(jiān)視

除了主生產(chǎn)流程的控制，針對(duì)公用設(shè)備、套裝設(shè)備或獨(dú)立小系統(tǒng)，均可提供控制、監(jiān)視或集成的功能:

. RS-232/422/485 Modbus通訊接口支持。

. ETHERNET Modbus通訊接口支持。

. 冷凍機(jī)遙控啟停節(jié)能。

. VCM壓縮機(jī)訊息通訊監(jiān)視。

. 空氣壓縮機(jī)訊息通訊監(jiān)視。

. 紅黑渣分析儀訊息通訊監(jiān)視。

. 冷卻水塔砂濾槽再生過程控制。

. 冷卻水塔風(fēng)車自動(dòng)啟停節(jié)能。

. 廢水處理過程控制。

. 廢氣廢液燃燒爐監(jiān)視控制。

. 廠區(qū)照明自動(dòng)控制。

. 供電回路電表訊息通訊讀取及統(tǒng)計(jì)。

. 公用流體用量監(jiān)視及統(tǒng)計(jì)。

. 全廠區(qū)破裂盤狀態(tài)集成監(jiān)視。

整個(gè)工程在2004年10月開始進(jìn)行回路測(cè)試及各分區(qū)設(shè)備試運(yùn)轉(zhuǎn)，經(jīng)過各單位人員的合作及努力，終于在2005年1月份產(chǎn)出首批PVC粉， AX系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定正常，系統(tǒng)各項(xiàng)功能均投入使用中。