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［關鍵詞］： PVA生產 DCS PlantScape 控制組態(tài) 系統(tǒng)改進
1 概述
我國自1963年首次引進的聚乙烯醇（PVA）生產工藝以來，迄今已發(fā)展為生產企業(yè)13家。我公司采用電石乙炔法生產PVA的主要工藝過程分為兩大部分：一部分是醋酸乙烯（VAC）的合成與精制：由電石加水發(fā)生乙炔氣，乙炔經過清凈處理后和醋酸進行合成反應，生成醋酸乙烯（VAC），然后進行VAC精制；另一部分是聚乙烯醇（PVA）的制造：醋酸乙烯（VAC）通過聚合反應生成聚醋酸乙烯（PVAC）樹脂，然后對PVAC進行醇解、粉碎干燥得到PVA成品。其他輔助工藝包括醋酸和甲醇的回收等。聚乙烯醇（PVA）生產主要工藝流程：
1) 乙炔的發(fā)生
4) PVAC醇解成PVA
我國的PVA工業(yè)是六十年代由日本引進的技術，在長期的計劃經濟模式中，企業(yè)在較長時期只是簡單追求完成產量產值，而忽視了對工藝生產自動化控制優(yōu)化和對控制技術的提高。其實，PVA生產過程中所有工藝參數(shù)的檢測和自動化控制技術是實現(xiàn)穩(wěn)定、安全、高效、優(yōu)質和低耗生產的基本條件和重要保證，也是提高企業(yè)競爭力的有效手段。 因此，各企業(yè)迫切需要實現(xiàn)生產過程和經營過程的整體優(yōu)化。
近年來，隨著集散控制系統(tǒng)（DCS）先進控制技術的不斷應用廣泛，從而全面替代了以往采用的傳統(tǒng)模擬式儀表控制技術。DCS系統(tǒng)帶來了先進的過程控制和經營策略，在各個層次上實現(xiàn)了在線優(yōu)化，推行管控一體化系統(tǒng)，從而提升了企業(yè)工藝生產及經營整體水平。我公司先后投入巨資進行自動控制技術改造。2002年醋酸乙烯（VAC）合成擴產項目成功的引進了一套美國Honeywell 公司PlantScape Prosess／C200 控制系統(tǒng)。DCS系統(tǒng)的應用在進一步擴大PVA生產規(guī)模，增加高粘度PVA品種（PVA2499、2599等），豐富PVA產品結構中發(fā)揮了關鍵的作用,從而滿足了新的市場需求，增強了企業(yè)的市場競爭力。
21 應用情況[1] [2]
我公司于2002年10月投產的合成工序新列采用的使其R320版本，采用基于Windows NT的服務器／客戶機系統(tǒng)結構。
3.1 系統(tǒng)配置
該系統(tǒng)硬件包括2臺服務器（冗余配置）、3臺工作站，一對冗余配置C200控制器和輸入輸出卡件和冗余電源系統(tǒng)。其系統(tǒng)配置如圖1示：
圖7：冗余服務器
3.2 系統(tǒng)結構[2]
PlantScape Process采用四層網(wǎng)絡結構，從下之上分別為：I/O Network（輸入輸出網(wǎng)）、Supervisory Network（監(jiān)控網(wǎng) ）、Plant Information Network（工廠信息網(wǎng)）和Bussiness Network（商務網(wǎng)），上兩層采用TCP/IP協(xié)議，下兩層采用ControlNet，我們采用了下面的三層網(wǎng)絡，下兩層網(wǎng)絡采用冗余配置，其系統(tǒng)結構如圖1示：
圖8：PlantScape Process系統(tǒng)結構示意圖
圖9：控制器機柜
C200控制器運行在50msCEE執(zhí)行環(huán)境上，通過RM的光纜通信實現(xiàn)兩個C200的數(shù)據(jù)庫同步和透明切換冗余。服務器采用主從服務器結構，從服務器在主服務器故障時自動切換為主服務器工作，提供與控制器的／RTU的通信、數(shù)據(jù)采集等功能，主從服務器要保證數(shù)據(jù)庫的完全同步。
3.3 合成中溫串級控制系統(tǒng)組態(tài)
我公司沸騰床法醋酸乙烯合成反應中，反應器的中溫控制是個關鍵性的調節(jié)系統(tǒng)。它不僅影響到反應器的生產能力和醋酸乙烯（VAC）的質量，還直接影響到催化劑的活性、選擇性和使用壽命。合成反應過高，副反應增加，VAC中的副產物增加，不但增加了VAC精餾的能耗和難度，而且直接影響PVA的聚合度等重要質量指標。所以，在工藝上對中溫的波動范圍要求很嚴，一般規(guī)定在 ±0.5℃的范圍內變化。
3.3.1 系統(tǒng)控制方案
據(jù)此調節(jié)對象的特點：大容量、大滯后，并在在該系統(tǒng)的控制通道中，包括了兩個換熱器和一個合成反應器，而這兩個換熱器具有明顯的非線性，所以使整個過程特性隨著負荷的變化而變化，具有較大的非線性，因此我們采用了如圖 1 的串級控制，選取反應器中溫為主參數(shù)，反應器入口溫度為副參數(shù)。在副回路中包括了過程特性隨負荷變化而變化的那一部分。實踐證明，該系統(tǒng)的衰減率基本保持不變，組參數(shù)保持平穩(wěn)，抗干憂性能好，自適應能力強，達到生產工藝要求。該系統(tǒng)中增加PRC166以達到節(jié)約加熱蒸汽消耗的目的，其調節(jié)方案如圖1所示。
圖10 合成中溫串級控制系統(tǒng)
3.3.2 串級系統(tǒng)控制組態(tài)
利用Control Builder內置的FB(功能塊)可以很方便完成該串級調節(jié)系統(tǒng)的控制組態(tài),由于每個CM（Control Module控制模塊）在參數(shù)設置時只能設置一個PID塊作為該CM的操作面板，因此在組態(tài)時創(chuàng)建了兩個CM——TRCA101和TRCA103，兩個CM通過參數(shù)連接器（Parameter Connector）組成串級調節(jié)系統(tǒng)，兩CM組態(tài)如圖3示：
圖11合成中溫串級控制組態(tài)圖
在使用Control Builder進行控制組態(tài)時必須注意以下幾點：
a) 由于系統(tǒng)顯示文件的名稱原因，對于數(shù)據(jù)采集塊和PID控制塊的名稱必須分別為DACA和PIDA，否則會出現(xiàn)調用錯誤。
b) 為了在TRCA103的操作面板上顯示的SP（設定值）范圍為該點的測量值范圍，需要對TRCA101中PIDA塊進行設置，在PIDA參數(shù)設置窗口Output標簽下，將CVEU Range Hi和CVEU Rang Low分別設為180和0。
c) 為了避免TRCA103在串級－自動－手動操作方式切換時出現(xiàn)擾動，在TRCA103對SP設置為PV跟蹤。
d) C200控制器分為40個控制相位，在點分配到C200控制相位時注意相位的平均分配，以平衡控制器的負荷，保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定和高效。
3. 系統(tǒng)維護
該系統(tǒng)于2002年10月順利成功投入使用，系統(tǒng)整體運行整體良好，但由于工程設計缺陷和系統(tǒng)局限問題，在實際使用中出現(xiàn)一些問題。
3.1 電磁干擾問題
由于操作控制室設置原儀表操作室，樓下就是電氣配電室，其產生的電磁干擾對系統(tǒng)的正常運行有一點的影響，雖然對該操作室進行了電磁屏蔽，但開車時仍然發(fā)現(xiàn)由于電磁干擾造成工作站的CRT顯示器畫面抖動問題，特別是在大型設備如鼓風機的啟動和停止瞬間，顯示器畫面無法進行監(jiān)控，這嚴重影響了操作人員的正常系統(tǒng)監(jiān)控工作和視力健康。后我們將CRT顯示器更換為液晶顯示器解決了該問題。
3.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫備份問題
對系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的定期備份是系統(tǒng)維護很重要的一個環(huán)節(jié)，由于移動硬盤容量、速度、價格和易用性等各個方面均比磁帶機優(yōu)越，故使用移動硬盤進行備份介質最好。但在實際工作中遇到了問題，由于此次我們采用的是PlantScape Process的R320版本，服務器和操作站都運行在Windows NT4.0（英文版）操作平臺上，而Windows NT系統(tǒng)不能識別USB設備，因此不能使用移動硬盤對系統(tǒng)進行備份。難道只能使用磁帶機進行備份工作？
經過摸索，我找到了一條解決的方法，通過試驗發(fā)現(xiàn)PlantScape Client客戶端軟件Station可以穩(wěn)定地運行在Windows 2000平臺上，甚至在WindowXP平臺上也能正常運行，于是可以通過網(wǎng)絡將服務器上需要備份的數(shù)據(jù)庫和系統(tǒng)文件復制到裝有Windows2000的操作站上，然后使用移動硬盤在該操作站上進行系統(tǒng)備份。
具體的操作如下：
1) 在Station3中安裝了Windows2000(中文專業(yè)版)操作系統(tǒng)。系統(tǒng)分區(qū)采用NTFS格式，并保留了一個FAT32分區(qū)便于故障處理和恢復。
2) 安裝PlantScape Client軟件，在安裝時會出現(xiàn)問題：在Win2000下該軟件不能安裝完全，安裝過程中會彈出錯誤提示。
3) 通過網(wǎng)絡訪問Station4，將Station4中的C:\Honwelly文件復制到Station3中同目錄下，覆蓋已安裝的文件后，Station3即可正常運行Station進行系統(tǒng)監(jiān)控。（注：Station軟件必須先進行安裝，再復制覆蓋，否則不能啟動Station。因為安裝時有Dll文件和注冊表文件需要安裝。）
通過該方法，我們不但很好的實現(xiàn)了系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫備份問題，而且對操作站的維護變的很方便，例如我們使用Gost方法制作鏡像備用硬盤；利用系統(tǒng)自帶的磁盤碎片整理程序定期進行系統(tǒng)優(yōu)化工作；不用外掛中文翻譯平臺等等。最后一點要提醒的是對服務器不能使用該方法，否則會出現(xiàn)系統(tǒng)故障。
3.3 系統(tǒng)維護
這套Honeywell系統(tǒng)在運行的幾年中運行很穩(wěn)定，但是在運行中也出現(xiàn)過一些故障，其中主要的因素有下面這些：
1) 系統(tǒng)管理的不規(guī)范。工藝操作人員的非法操作造成工作站故障。
2) 由于控制機房設計不完善，機房的溫濕度和空氣清潔度都達不到DCS機房的設計要求，因此造成過多起IO卡件和電源故障。因此加強系統(tǒng)的清掃顯得尤為重要。
4. 結束語
總之，在工業(yè)過程生產自動化控制技術日新月異、飛速發(fā)展的今天，DCS集散控制系統(tǒng)的應用已經成為當今儀表控制發(fā)展的主流。由DCS控制系統(tǒng)進行的工業(yè)生產過程自動化控制，它以嶄新的體系結構、技術面貌及獨具風格的控制方式，使得技術信息的儲存量更大、更全，尤其是可優(yōu)化的控制組態(tài)、快速準確的數(shù)據(jù)處理，并隨著軟硬件技術的發(fā)展與應用，可以實現(xiàn)更多更高級控制功能，從而使得企業(yè)生產更加規(guī)范化和科學化。
DCS集散控制系統(tǒng)的應用已經成為當今儀表控制發(fā)展的主流，熟悉和掌握DCS系統(tǒng)也將是今后自控技術人員需要努力的方向。以上我結合使用經驗談了一些對PlantScape Process系統(tǒng)的粗淺的認識和看法，以供同行參考與指正。
參考文獻
1 《合成III列DCS系統(tǒng)應用》 洪寶慶 《維綸通訊》2003年第三期
2 《Knowledge Builder》Honeywell
作者簡介：
洪寶慶，男，1976年生，儀表工程師。1996年畢業(yè)于江西師范大學，2002年東南大學自動控制系結業(yè)，現(xiàn)工作于江西化纖化工有限責任公司，從事自控技術管理工作。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號