高 巍

(遼寧北方戴納索合成橡膠有限公司，遼寧 盤錦 124000)

DeltaV系統(tǒng)在溶聚丁苯橡膠裝置上的應(yīng)用

高 巍

(遼寧北方戴納索合成橡膠有限公司，遼寧 盤錦 124000)

簡述溶聚丁苯橡膠的生產(chǎn)工藝流程，介紹DeltaV系統(tǒng)在遼寧北方戴納索合成橡膠有限公司年產(chǎn)10萬噸溶聚丁苯橡膠裝置上的應(yīng)用，重點(diǎn)描述了基于DeltaV的控制系統(tǒng)的硬件組成和各站的功能，系統(tǒng)的軟件組態(tài)，苯乙烯儲罐的分程控制和聚合反應(yīng)釜批量控制程序的組態(tài)。

DeltaV系統(tǒng) 溶聚丁苯橡膠 軟件組態(tài) 批量控制

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，國內(nèi)市場對丁苯橡膠的需求量越來越大，尤其是溶聚丁苯橡膠憑借著其耐磨、耐寒、生熱低、回彈性高、收縮性低、灰分少及純度高等優(yōu)點(diǎn)更加受到用戶的青睞[1]。當(dāng)前，國內(nèi)大多數(shù)橡膠企業(yè)在批量生產(chǎn)方面的自動化程度不高，這直接影響了產(chǎn)品質(zhì)量的提高，進(jìn)而影響了企業(yè)的市場競爭力。

DeltaV系統(tǒng)是在傳統(tǒng)DCS系統(tǒng)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上結(jié)合現(xiàn)場總線技術(shù)，并基于用戶需求的新一代過程控制系統(tǒng)[2]。它有著開放的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和OPC標(biāo)準(zhǔn)，具有基金會現(xiàn)場總線(FF)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即插即用、系統(tǒng)自動識別硬件卡件，所有卡件均可帶電插拔，操作維護(hù)不需要停車，實(shí)現(xiàn)了真正的在線擴(kuò)展[3]。DeltaV系統(tǒng)由冗余的控制網(wǎng)絡(luò)、各類工作站和控制部分構(gòu)成。DeltaV系統(tǒng)最多支持120個(gè)節(jié)點(diǎn)，100個(gè)(不冗余)或100對(冗余)控制器，60個(gè)工作站，80個(gè)遠(yuǎn)程工作站，適合各類生產(chǎn)規(guī)模的工廠使用，硬件配置十分靈活。

為了滿足國內(nèi)市場對溶聚丁苯橡膠產(chǎn)品的需求，遼寧北方戴納索合成橡膠有限公司新建了一套年產(chǎn)10萬噸的溶聚丁苯橡膠生產(chǎn)裝置，采用DeltaV系統(tǒng)作為集散控制系統(tǒng)的控制平臺，并采用DeltaV Batch技術(shù)對橡膠的配方進(jìn)行批量控制和管理。筆者重點(diǎn)介紹該套裝置的硬件結(jié)構(gòu)和軟件組態(tài)的實(shí)現(xiàn)。

1 溶聚丁苯橡膠生產(chǎn)工藝①

遼寧北方戴納索合成橡膠有限公司的年產(chǎn)10萬噸溶聚丁苯橡膠裝置由兩條間歇聚合工藝生產(chǎn)線組成。工廠使用的工藝生產(chǎn)技術(shù)是由Dynasol公司提供的陰離子間歇聚合技術(shù)。

溶聚丁苯橡膠的主要原料是丁二烯和苯乙烯，使用環(huán)己烷和正己烷為溶劑，正丁基鋰為催化劑。其工藝流程是：首先將原料丁二烯和苯乙烯進(jìn)行精制后加入到聚合釜中，再加入配置好的催化劑、無規(guī)劑等在聚合釜中進(jìn)行聚合反應(yīng)[4]。由于聚合反應(yīng)是放熱反應(yīng)，并且在聚合過程中物料粘度急劇上升，因此傳熱和攪拌是聚合反應(yīng)的關(guān)鍵，可以通過調(diào)節(jié)催化劑的用量配比控制門尼粘度和轉(zhuǎn)化率。聚合反應(yīng)結(jié)束后，生成的膠液進(jìn)入閃蒸罐去除未反應(yīng)的單體和部分溶劑，膠液濃度提高后再進(jìn)入摻混罐，通過摻混獲得希望的門尼粘度。摻混好的膠液會進(jìn)入汽提釜，在熱水中進(jìn)行凝聚和溶劑脫除工作。回收的溶劑經(jīng)分層罐除去大量水分后，返回溶劑精制工序。凝聚后的膠粒進(jìn)入到橡膠后處理生產(chǎn)線進(jìn)行干燥處理，干燥后的膠粒再經(jīng)過壓塊、稱重和包裝后成為成品。

2 控制系統(tǒng)的硬件組成

該裝置的DeltaV系統(tǒng)(圖1)由一個(gè)工程師站(PLUS Station)、一個(gè)批量執(zhí)行應(yīng)用站(BE Station)、一個(gè)設(shè)備管理應(yīng)用站(AMS Station)、一個(gè)歷史應(yīng)用站(History Station)、6個(gè)操作員站和10對冗余控制器組成，信號類型包括模擬量輸入/輸出、數(shù)字量輸入/輸出及頻率信號輸入等。

圖1 溶聚丁苯橡膠生產(chǎn)裝置的DeltaV控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)框圖

DeltaV工程師站包含DeltaV系統(tǒng)的全部數(shù)據(jù)庫，對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行集中控制和管理。包括配置系統(tǒng)組態(tài)、控制和維護(hù)系統(tǒng)在內(nèi)的所有軟件工具。DeltaV系統(tǒng)用戶的管理工作也在這里完成，通過工程師站可以設(shè)置登錄系統(tǒng)的賬戶和安全口令。在應(yīng)急情況下，工程師站可以通過參數(shù)設(shè)置代替其他應(yīng)用站或操作站使用。

DeltaV批量執(zhí)行應(yīng)用站主要負(fù)責(zé)DeltaV系統(tǒng)內(nèi)批量配方程序的分配和執(zhí)行，并自動采集存儲與批量控制相關(guān)的數(shù)據(jù)記錄。DeltaV的批量控制程序是基于ISA88標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)的，為生產(chǎn)配方的快速變更提供了很高的靈活性。本套裝置生產(chǎn)的所有聚合反應(yīng)配方均采用DeltaV的批量控制程序進(jìn)行組態(tài)和執(zhí)行，實(shí)際使用效果良好，完全能滿足工藝生產(chǎn)的需要。

DeltaV設(shè)備管理應(yīng)用站的主要設(shè)備管理工作都由AMS(Asset Management Solutions)軟件實(shí)現(xiàn)。AMS支持HART、Foundation Field bus和Wireless HART設(shè)備。通過設(shè)備管理應(yīng)用站，可以與現(xiàn)場各類儀表進(jìn)行在線通信和診斷，幫助維護(hù)人員及時(shí)了解現(xiàn)場儀表設(shè)備的工作狀態(tài)；同時(shí)通過現(xiàn)場設(shè)備發(fā)送的報(bào)警信息發(fā)現(xiàn)潛在的不安全因素，并采取相應(yīng)的處理方案，避免非計(jì)劃停車，提高裝置的連續(xù)運(yùn)行率。

2003年，廈門吉宏成立；2006年，廊坊分公司成立；2009年，呼和浩特公司成立；2013年，孝感公司成立，吉宏紙品公司成立；2014年，灤縣公司成立；2016年，公司上市……縱觀廈門吉宏的成長歷程，發(fā)展的腳步雖大卻很穩(wěn)健，這正是得益于領(lǐng)路人莊浩的決策。用她自己的話說，她是一個(gè)保守的人，只有看準(zhǔn)了項(xiàng)目，在有一定把握之后，才會拍板決定。但其出手果斷，一旦決定就迅速執(zhí)行。當(dāng)然，其也偶有判斷失誤之時(shí)，但稍感苗頭不對，便會立即停止該項(xiàng)目。

DeltaV歷史應(yīng)用站的主要功能是對現(xiàn)場的工藝參數(shù)值、報(bào)警事件等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并儲存到歷史數(shù)據(jù)庫，為操作人員提供數(shù)據(jù)歷史趨勢、報(bào)警記錄的查詢功能。不僅如此，DeltaV系統(tǒng)的歷史應(yīng)用站還具有OPC功能，通過OPC技術(shù)，DeltaV可以與其他支持OPC技術(shù)的系統(tǒng)之間進(jìn)行方便的數(shù)據(jù)交換，為企業(yè)的信息化發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

DeltaV操作員站提供了友好的用戶界面和簡易的訪問特性，使操作員無論是查看工藝流程還是各類報(bào)警信息都一目了然。操作員站的主要功能包括：

a. 對工藝裝置的生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)視和控制；

b. 通過點(diǎn)擊和修改流程畫面中的參數(shù)，直觀地對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和操作；

c. 按照不同的報(bào)警優(yōu)先級為操作人員提供報(bào)警信息；

d. 提供歷史趨勢和報(bào)警事件記錄的查詢。

本套裝置選擇了DeltaV S系列高性能冗余控制器以及與它配套的I/O卡件來完成生產(chǎn)過程中的基本控制、復(fù)雜控制和聯(lián)鎖功能控制。控制器和重要的I/O卡件均使用了冗余配置。所有的控制器和工作站之間都采用了冗余控制網(wǎng)絡(luò)，它們之間通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和屏蔽雙絞線連接。

3 DeltaV系統(tǒng)的組態(tài)軟件

DeltaV瀏覽器是組態(tài)系統(tǒng)的重要導(dǎo)航工具，它采用類似Windows瀏覽器的外觀，用一個(gè)視窗來展現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)，可以定義控制系統(tǒng)的組成、查看整體機(jī)構(gòu)并完成系統(tǒng)布局。當(dāng)系統(tǒng)中插入各種DeltaV卡件或現(xiàn)場智能設(shè)備時(shí)，DeltaV瀏覽器可以進(jìn)行快速的自動識別，從而簡化組態(tài)定義過程。

DeltaV控制工作室能夠提供IEC61131圖形化控制策略，生產(chǎn)過程中的所有控制策略都可以使用標(biāo)準(zhǔn)圖形完成，同時(shí)它還支持VB語言編程，從而滿足用戶所需的各種特殊控制策略的實(shí)現(xiàn)?？刂乒ぷ魇抑信渲昧丝刂颇K庫、標(biāo)準(zhǔn)圖形符號庫，拖放式、圖形化的組態(tài)方法大幅簡化了維護(hù)和編程工作量。

DeltaV圖形工作室使用的是Intellution公司iFIX軟件的核心技術(shù)，并且內(nèi)部集成了微軟的VBA開發(fā)環(huán)境，系統(tǒng)調(diào)試十分方便快捷。組態(tài)人員在繪制流程圖頁面時(shí)，可以自由調(diào)用圖形庫中的管線、閥門等各類素材，對應(yīng)的動態(tài)鏈接也可以在圖形屬性中按使用要求進(jìn)行設(shè)置。

系統(tǒng)維護(hù)診斷工具對整個(gè)控制系統(tǒng)和現(xiàn)場儀表的維護(hù)、查錯(cuò)提供了有效的策略，通過它可以快速查看全部控制網(wǎng)絡(luò)的通信狀態(tài)，控制器和I/O卡件的運(yùn)行/冗余狀態(tài)和智能化儀表的狀態(tài)信息。

4 典型控制策略組態(tài)

4.1苯乙烯儲罐的分程控制

分程控制是一種典型的復(fù)雜控制回路，現(xiàn)以本套裝置中苯乙烯儲罐的壓力分程控制回路PIC-1055為例，介紹DeltaV系統(tǒng)在分程控制上的組態(tài)和應(yīng)用。

PIC-1055壓力分程控制回路流程如圖2所示，106-V是經(jīng)過干燥后的苯乙烯原料儲罐，工藝對儲罐的壓力控制要求是30kPa(設(shè)定值)，當(dāng)實(shí)際壓力低于設(shè)定值時(shí)，控制器打開氮?dú)庹{(diào)節(jié)閥PV-1055A向儲罐補(bǔ)充氮?dú)?；?dāng)實(shí)際壓力高于設(shè)定值時(shí)，控制器打開通往火炬系統(tǒng)的調(diào)節(jié)閥PV-1055B降低儲罐內(nèi)的壓力。

圖2 PIC-1055壓力分程控制回路流程

首先在DeltaV瀏覽器中創(chuàng)建PIC-1055的control module，然后再使用圖形工作室工具對PIC-1055的控制模塊進(jìn)行編輯。PIC-1055分程控制器的具體內(nèi)部組態(tài)連接如圖3所示，其中AI1、AO1、AO2為模擬量輸入/輸出模塊，將壓力測量信號PI-1055連接到AI1上，將調(diào)節(jié)閥PV-1055A和PV-1055B的輸出信號分別連接到AO1和AO2上；PID1是整個(gè)回路的PID控制器模塊；SPLTR1是分程功能塊，其輸入連接PID模塊的輸出，其輸出分別連接AO1和AO2。

圖3 PIC-1055分程控制器內(nèi)部組態(tài)連接示意圖

DeltaV系統(tǒng)的SPLTR分程模塊原理如圖4所示。通過設(shè)定SPLTR分程模塊中的IN_ARRAY和OUT_ARRAY兩個(gè)參數(shù)列表，可以根據(jù)生產(chǎn)工藝要求來調(diào)整分程控制器輸入信號與輸出信號之間的對應(yīng)關(guān)系，從而完成分程控制回路的組態(tài)工作[6]。

圖4 SPLTR分程模塊原理

4.2聚合反應(yīng)釜批量控制程序的組態(tài)

批量控制是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中的一個(gè)重要組成部分，特別是在精細(xì)化工行業(yè)的生產(chǎn)中被廣泛采用。在DeltaV的批量控制中，主要通過引入程序功能圖PFC來描述整個(gè)配方的實(shí)現(xiàn)過程，PFC是批量過程控制專門研發(fā)的一種流程圖式功能圖，它由步驟、跳轉(zhuǎn)和有向連接線3個(gè)重要要素組成，并且具有嵌套功能。

程序功能圖中的每一個(gè)步驟都對應(yīng)著一個(gè)子程序功能圖或階段配方程序；每一個(gè)跳轉(zhuǎn)都必須與相應(yīng)的跳轉(zhuǎn)條件對應(yīng)[7]。在批量配方程序執(zhí)行期間，運(yùn)行到每一步時(shí)，其對應(yīng)的子程序或階段配方程序就被調(diào)用觸發(fā)執(zhí)行，執(zhí)行結(jié)束后再返回到配方的主程序中按照跳轉(zhuǎn)條件執(zhí)行下一步程序。批量配方程序功能圖(PFC)的執(zhí)行過程如圖5所示。

圖5 DeltaV批量配方程序的執(zhí)行過程

本套裝置中的聚合反應(yīng)程序組態(tài)全部采用DeltaV批量控制策略完成。使用DeltaV系統(tǒng)的配方工作時(shí)，按照生產(chǎn)工藝的要求繪制了聚合反應(yīng)的批量配方程序(圖6)，并根據(jù)批量生產(chǎn)過程中的每一個(gè)步驟編輯了對應(yīng)的子程序和設(shè)備執(zhí)行程序，最終實(shí)現(xiàn)了溶聚丁苯橡膠的批量生產(chǎn)。

圖6 聚合反應(yīng)的批量配方程序

5 結(jié)束語

遼寧北方戴納索合成橡膠有限公司的年產(chǎn)10萬噸溶聚丁苯橡膠裝置在公司各類專業(yè)技術(shù)人員的共同努力下，已經(jīng)正式投入了生產(chǎn)運(yùn)行。DeltaV系統(tǒng)在項(xiàng)目中的成功使用，大幅提高了整個(gè)生產(chǎn)線的自動化程度，保證了工藝系統(tǒng)高效、連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行，可為國內(nèi)同行提供很好的借鑒經(jīng)驗(yàn)。

[1] 夏斌,萬曉軍,李長途,等.溶聚丁苯橡膠發(fā)展概況[J].彈性體,2011,21(5):79～84.

[2] 王梅，石紅瑞，董翠微.DeltaV現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在芳烴抽提中的應(yīng)用[J].石油化工自動化,2005,41(2):63～65.

[3] 徐善軍,張莉,趙承杰.DELTAV系統(tǒng)在聚氯乙烯生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].數(shù)字化工,2005,(7):50.

[4] 杜勇.DeltaV控制系統(tǒng)在蘭州石化10萬噸/年丁苯裝置中的應(yīng)用[D].天津:天津大學(xué),2009.

[5] 馬國英.淺析PLUS站的維護(hù)在EMERSONDELTAVDCS系統(tǒng)維護(hù)中的重要性[J].甘肅科技,2015,31(16):47～49.

[6] 雷軍霞,王赟.分程控制在DeltaV系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].化工自動化及儀表,2013,40(8):1068～1069.

[7] 賀國鋒,石紅瑞,郭亮.基于DeltaV系統(tǒng)的批量控制的階段的實(shí)現(xiàn)[J].工業(yè)儀表與自動化裝置,2008,(2):14～17.

ApplicationofDeltaVSysteminSSBRDevice

GAO Wei

(LiaoningNorthDynasolSyntheticRubbersCo.,Ltd.,Panjin124000,China)

The technological process of solution polymerized styrene-butadiene rubber(SSBR) was outlined, including DeltaV system’s application in a 100kt/a SSBR unit and the system’s hardware structure and software configuration and each station’s functions, the split control over styrene tanks and the batch control configuration for poly-reactors.

DeltaV system, SSBR, software configuration, batch control

TH862

B

1000-3932(2016)10-1028-05

2016-01-11(修改稿)