摘 要：從系統(tǒng)硬件、系統(tǒng)軟件、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)3個(gè)方面介紹了橫河公司的CENTUM—CS3000控制系統(tǒng)的組成。以酯化釜回流EG的流量控制、酯化釜液位控制系統(tǒng)和酯化釜攪拌電機(jī)聯(lián)鎖為例，論述了該控制系統(tǒng)在生產(chǎn)中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：PET；控制系統(tǒng)；橫河DCS
Application of Yokogawa DCS to PET esterification autoclave
ZHANG Jian
（Changzhou Zhaolong Synthetic Material Co．Ltd．，Changzhou 213023，China）
Abstract：The composition of Yokogawa Company CENTUM—C5300 control system was introduced from system hard—ware，system software and system network．Taking reflux EG flow control，liquid level control and stirring motor interlockingof esterification autoclave as examples，the application of the control system to production was discussed．
Key words：PET；control system ；Yokogawa DCS
2005年，我公司與中科院固體物理研究所合作，共同完成了國(guó)家863計(jì)劃的一個(gè)項(xiàng)目，即“聚酯／無(wú)機(jī)納米粒子高性能復(fù)合材料”的中試研制任務(wù)，并獲得了2項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利。2006年l2月，建成了國(guó)內(nèi)第一套新型連續(xù)式高性能4萬(wàn)t／a無(wú)機(jī)納米聚酯生產(chǎn)線，并順利開(kāi)車投產(chǎn)。該生產(chǎn)裝置的控制系統(tǒng)采用的是性價(jià)比較高的日本橫河CENTUM CS3000分散型控制系統(tǒng)。整套裝置有6o余個(gè)控制回路，140余個(gè)測(cè)試回路，80余個(gè)報(bào)警聯(lián)鎖回路，I／O點(diǎn)數(shù)近500個(gè)。
1 系統(tǒng)組成
1．1 系統(tǒng)硬件
1．1．1 操作站
CS3000的人機(jī)接口站（Human Interface Sta—tion）簡(jiǎn)稱HIS，它采用通用PC機(jī)作為人機(jī)接口站，以Windows2000作為操作系統(tǒng)，具有開(kāi)放的操作環(huán)境，同時(shí)將DCS的功能與PC機(jī)完美緊密地結(jié)合起來(lái)，不但具有操作、監(jiān)視功能，而且還具有進(jìn)行系統(tǒng)生成和維護(hù)功能。在HIS的屏幕上，操作員可以觀察到所有掛在通信總線上的各個(gè)設(shè)備狀況，甚至可以觀察到控制站上的某一個(gè)I／O點(diǎn)的狀態(tài)。屏幕的掃描時(shí)間為1s，HIS可以顯示各種畫(huà)面，如流程圖、控制組、趨勢(shì)等。它也可以監(jiān)視設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)指令窗口發(fā)送指令、記錄報(bào)警及其他事項(xiàng)和確認(rèn)報(bào)警。我公司選用了4臺(tái)DELL PC機(jī)作為HIS，1臺(tái)用于工程師站，3臺(tái)用于操作員站。
1．1．2 控制站
現(xiàn)場(chǎng)控制站（Field Control Station）簡(jiǎn)稱FCS，F(xiàn)CS為CS3000提供過(guò)程控制功能，如反饋控制、順序控制、批量控制及其他復(fù)雜控制等。它接受來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的各種信號(hào)并根據(jù)工程設(shè)定條件和操作員站發(fā)出的指令完成對(duì)工業(yè)控制對(duì)象的過(guò)程控制，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程被控制在最優(yōu)化狀態(tài)下進(jìn)行。
我公司控制站選用的是AFFSOD，一般控制站由4部分組成，見(jiàn)圖1。
?。?）電源模塊（Power supply module）：接收來(lái)自電源分配卡的電源，經(jīng)變壓、整流后為各卡件或系統(tǒng)供電；（2）過(guò)程控制卡（PIocessor module）：實(shí)施各種控制運(yùn)算；（3）Vnet通訊網(wǎng)絡(luò)連接器（Vnet coupler unit）：進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊，實(shí)現(xiàn)各站之間的數(shù)據(jù)交換；（4）I／O模塊（Iuput／Output module）：它接收來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的各種過(guò)程信號(hào)，完成各信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換、量程轉(zhuǎn)換等。
1．1．3 I／0卡件
CENTUM—CS3000的I／O卡件采用集成度高、散熱量低的固態(tài)電路以及表面封裝方便，防塵、抗干擾能力強(qiáng)的卡件，并且要求卡件的編址不受插槽位置的影響，在機(jī)柜內(nèi)的任何插槽位置上均能執(zhí)行其功能?？щ姴灏尾粫?huì)引起本卡件的故障，也不會(huì)影響其他卡件的正常工作?？灏味加袑?dǎo)軌和聯(lián)鎖裝置，防止損壞或引起故障?？ㄓ眯詮?qiáng)，種類規(guī)格少，有效地減少了備品備件的費(fèi)用支出。我公司I／O卡件類型如表1所示。
1．2 系統(tǒng)軟件
CS3000系統(tǒng)中的HIS分為工程師站和操作員站，兩者的區(qū)別主要在于CS3000系統(tǒng)軟件部分不同，操作員站只具有操作、監(jiān)視功能，而工程師站除了有操作、監(jiān)視功能外，還具有系統(tǒng)組態(tài)功能。軟件配置如表2所示：
1．3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)
CS3000網(wǎng)絡(luò)連接有V網(wǎng)（Vnet）和以太網(wǎng)（Ethernet）。V網(wǎng)是連接系統(tǒng)內(nèi)各部件的實(shí)時(shí)控制網(wǎng)，即用于連接HIS和FCS之問(wèn)的通訊；以太網(wǎng)是系統(tǒng)內(nèi)各HIS間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的網(wǎng)絡(luò)，即用于操作站和工程師站間的通訊，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成見(jiàn)圖2。
2 主要控制系統(tǒng)的應(yīng)用
本公司設(shè)計(jì)單系列生產(chǎn)能力為150t／d，采用PTA法四釜流程連續(xù)生產(chǎn)裝置，以PTA裝置的精對(duì)苯二甲酸和乙二醇為原料，經(jīng)過(guò)漿料調(diào)配、酯化、預(yù)縮聚、終縮聚等工藝，生產(chǎn)熔體和聚酯切片。主要控制系統(tǒng)在應(yīng)用中的組態(tài)以酯化釜為例。
2．1 酯化釜回流EG 的流量控制
在酯化釜中，按照一定的量比[n（EG）／n（TPA）]發(fā)生酯化反應(yīng)，_二般為了減少新鮮EG的消耗量，通常是加入經(jīng)過(guò)工藝塔回收的EG，加人的回流EG量與酯化釜的進(jìn)料量成一定的比例關(guān)系，構(gòu)成了串級(jí)控制回路，工藝流程如圖3所示。
利用CS3000的組態(tài)平臺(tái)，組態(tài)如圖4所示。
組態(tài)詳細(xì)介紹
BDSET是個(gè)數(shù)據(jù)輸人功能塊（BDSET-1L），用于輸入量比 參數(shù)和回流量比-，參數(shù)，這2個(gè)參數(shù)會(huì)在下面的CK-03計(jì)算模塊中被引用。
CK-03是個(gè)計(jì)算模塊（CALCU），根據(jù)酯化釜進(jìn)料流量20FRC-01．PV，量比M和回流量比J按照一定的關(guān)系式計(jì)算出進(jìn)酯化釜的回流EG量。程序?yàn)?BR> PROGRAM
AUAS N 20FRC-01．PV
AUAS J BDSET．DT01 ! 回流量比設(shè)定
AUAS M BDSET．DT02 ! 量比設(shè)定
CPV=＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ! 計(jì)算結(jié)果為回流EG量
END
21FRC-03是個(gè)常規(guī)PID控制模塊，實(shí)現(xiàn)回流EG流量的PID控制。CK-03和21FRC-03構(gòu)成了串級(jí)控制回路，可以達(dá)到酯化釜的回流EG量和酯化釜的進(jìn)料量自動(dòng)匹配，自動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)量變化時(shí)，仍然能自動(dòng)平穩(wěn)調(diào)節(jié)。
2．2 酯化釜液位控制系統(tǒng)
酯化釜液位復(fù)雜控制系統(tǒng)是酯化反應(yīng)中重要控制系統(tǒng)之一，利用CS3000系統(tǒng)的控制組態(tài)平臺(tái)，酯化釜液位20LRC-O1，進(jìn)酯化釜的管道漿料流量20FRC-01與2臺(tái)漿料泵的轉(zhuǎn)速16SRC-01A／16SRC-01B構(gòu)成了多級(jí)復(fù)雜控制回路，實(shí)現(xiàn)了對(duì)酯化釜液位的穩(wěn)定調(diào)節(jié)，系統(tǒng)組態(tài)如圖5所示。
組態(tài)中使用了常規(guī)PID控制功能塊（PID），用以實(shí)現(xiàn)基本控制功能，而串級(jí)控制信號(hào)分布功能塊（FOUT），用以把20FRC～I(xiàn)的輸出信號(hào)分別給2臺(tái)漿料泵各自轉(zhuǎn)速控制作設(shè)定。裝置投運(yùn)后，操作人員可以根據(jù)工藝生產(chǎn)實(shí)際情況，通過(guò)修改各個(gè)功能塊的工作方式，靈活調(diào)節(jié)復(fù)雜控制回路，有如下3種調(diào)節(jié)方法。
?。?）20-FRC-01和16-SRC-01A／B串級(jí)控制：設(shè)置16-SRC-01A／B的工作方式為CAS，20．FRC-01的工作方式為AUT，20．LRC-01的工作方式為MAN，即由進(jìn)酯化釜的漿料流量和漿料泵構(gòu)成串級(jí)控制回路，液位作為監(jiān)視參數(shù)。
（2）20一LRC-01，20一FRC-01和16一SRC-01A／B多級(jí)復(fù)雜控制：設(shè)置16．SRC～I(xiàn)A／B的工作方式為CAS，20．FRC-01的工作方式為CAS，20．LRC-01的工作方式為AUT，構(gòu)成多級(jí)復(fù)雜控制回路，來(lái)調(diào)節(jié)酯化釜的液位。
?。?）手動(dòng)控制方式：20．FRC-01，20一LRC-01和16一SRC-01A／B的工作方式均為MAN，調(diào)節(jié)P一161A／B的頻率控制漿料流量，從而穩(wěn)定調(diào)節(jié)酯化釜液位。裝置投產(chǎn)后，實(shí)踐證明此復(fù)雜控制回路運(yùn)行平穩(wěn)可靠，實(shí)現(xiàn)了工藝操作的要求。
3 邏輯聯(lián)鎖組態(tài)
在CENTUM．CS3000控制系統(tǒng)中，為用戶提供了2種邏輯聯(lián)鎖的組態(tài)方式，分別是順控表方式（ST16）和邏輯圖方式（LC64）。DCS維護(hù)工程師可以根據(jù)自己的習(xí)慣來(lái)選擇采用什么方式來(lái)組態(tài)，這里介紹邏輯圖組態(tài)方式（LC64），現(xiàn)以酯化釜攪拌電機(jī)聯(lián)鎖為例，順控邏輯如圖6所示。
聯(lián)鎖條件：
a．聯(lián)鎖按鈕SW 狀態(tài)為ENABLED，即聯(lián)鎖程序啟用；聯(lián)鎖按鈕SW狀態(tài)為DISABLED，即聯(lián)鎖程序禁用。
b．酯化釜液位20LRC-01低報(bào)。
聯(lián)鎖動(dòng)作：酯化釜攪拌電機(jī)停止。
聯(lián)鎖組態(tài)如下：
建立邏輯圖（LC64）INTERLOCK，在邏輯圖中的聯(lián)鎖組態(tài)如圖7所示。
其中：SW為內(nèi)部定義的開(kāi)關(guān)量，用于聯(lián)鎖程序啟用的按鈕；
20LRC-01．ALRM．LO代表酯化釜液位低報(bào)警；P-O1．MODE．AUT和P-01．CSV．0為聯(lián)鎖程序的執(zhí)行動(dòng)作，即酯化釜攪拌電機(jī)停止。
4 結(jié)語(yǔ)
該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)1a多的運(yùn)行，充分體現(xiàn)了其優(yōu)越的性能。運(yùn)行結(jié)果表明其工作穩(wěn)定可靠，操作界面友好，組態(tài)靈活，維護(hù)方便。
（轉(zhuǎn)載）
