張曉平

(中石化催化劑齊魯分公司,山東 淄博 255300)

CS3000系統(tǒng)順控技術(shù)在催化劑制備中的應用

張曉平

(中石化催化劑齊魯分公司,山東 淄博 255300)

利用順控技術(shù)通過對CS3000軟件中各功能塊進行分析、選擇、組合形成一整套順控技術(shù)方案，并在催化劑制備的成膠生產(chǎn)工藝中進行了測試應用。結(jié)果表明：本套順控技術(shù)方案投用后成膠崗位完全實現(xiàn)了自動控制，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

DCS系統(tǒng) CS3000系統(tǒng) 催化劑成膠 順控技術(shù) 自控聯(lián)鎖

DCS(Distributed Control System)系統(tǒng)是一種計算機控制系統(tǒng)，它的基本思想是集中操作、分散控制、分級管理，具有配置靈活和組態(tài)方便的優(yōu)點[1]。中石化催化劑齊魯分公司于1988年開始使用DCS系統(tǒng)。隨著工業(yè)自動化控制的發(fā)展進程，中石化催化劑齊魯分公司采用了多個日本橫河公司的DCS系統(tǒng)，陸續(xù)經(jīng)歷了YEPARK MARK Ⅱ、UXL系統(tǒng)和現(xiàn)在的CENTUM CS3000系統(tǒng)。橫河公司的UXL系統(tǒng)在催化劑制備的成膠工藝環(huán)節(jié)中，通過手動收、放料自動停來實現(xiàn)成膠工藝的控制目的。UXL系統(tǒng)在軟件內(nèi)部順控組態(tài)方面，選擇的順控元素和控制方式單一、自動化控制程度不高，沒有延時功能容易引起放料不徹底，所有閥門之間沒有互相制約條件，可以隨時打開各個閥門，容易引起誤操作，因此將其更換為CS3000系統(tǒng)。CS3000系統(tǒng)利用其順控技術(shù)結(jié)合各種功能塊形成順控組態(tài)方案，其軟件模塊更加豐富，選擇更多樣，能夠發(fā)揮較大的作用[2]，既可以實現(xiàn)自動收放料，又可以加入延時功能，按照所需條件來控制閥門，控制方式靈活，不僅整個聯(lián)鎖控制可以手自動啟停，而且每個單點儀表也可以手自動自由切換，裝置停車時方便檢修各單點儀表，可維護性高。

1 CS3000系統(tǒng)

CS3000系統(tǒng)是日本橫河公司在工業(yè)控制領(lǐng)域的第6代產(chǎn)品，在軟件方面比以前的系統(tǒng)有了較大提高。它引入了基金會現(xiàn)場總線技術(shù)，不僅對于工廠的控制部分，而且為工廠管理的綜合化和高效化提供了整體解決方案，并配備了一系列組態(tài)軟件[3]。CS3000系統(tǒng)功能強大、安全可靠、運行平穩(wěn)，可實現(xiàn)較高的經(jīng)濟效益[4]。另外，該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、處理，控制輸出，網(wǎng)絡傳播都比較簡捷快速。

CS3000系統(tǒng)主要由操作站HIS、工程師站ENG和現(xiàn)場控制站FCS組成。操作站HIS提供操作人員操作和監(jiān)視動態(tài)過程數(shù)據(jù)、控制參數(shù)及報警等信息的人機界面，通過操作站可以掌握并控制現(xiàn)場的生產(chǎn)過程，它由通用PC機加上橫河公司提供的網(wǎng)卡、操作員鍵盤等構(gòu)成。工程師站ENG是工程師用來進行項目組態(tài)和維護的，可進行在線、離線下裝操作?，F(xiàn)場控制站FCS完成過程數(shù)據(jù)的采集、運算和控制信號輸出及子系統(tǒng)通信等功能。

以中石化催化劑齊魯分公司催二車間CS3000系統(tǒng)為例，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 CS3000系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 CS3000系統(tǒng)順控技術(shù)應用

中石化催化劑齊魯分公司催二車間的計量成膠收放料工藝條件要求較多，雖然現(xiàn)有的CS3000系統(tǒng)組態(tài)軟件版本低、內(nèi)存小，但是利用其順控技術(shù)實現(xiàn)了成膠自動控制。組態(tài)過程雖不直觀，但邏輯性強、自動化程度高、安全便捷。

2.1催化劑成膠崗位的工藝流程

催化劑成膠崗位的工藝流程如圖2所示。

圖2 成膠崗位工藝流程

成膠崗位主要負責催化劑膠體的成膠，根據(jù)配方要求，共有8種物料(水玻璃、鹽酸及酸性水等)分別向8個計量罐(R12-107、R12-105及R12-104等)中收料，收完一定數(shù)量的物料，再把物料按一定的時間、順序等條件放到8個成膠釜(F-101/1、F-101/2及F-101/3等)中進行混合和攪拌，最終形成合格的催化劑膠體。

2.2工藝過程控制點、聯(lián)鎖條件和邏輯關(guān)系

計量罐液位控制點有8個：鹽酸液位LI-101、酸性水液位LI-102及水玻璃液位LI-103等。

1） 原灰的重金屬浸出濃度不僅與其含量有關(guān)，還與原灰的pH相關(guān)。pH越小，所消耗的螯合劑越多，可通過添加石灰等堿性物質(zhì)調(diào)整pH進行預處理。

計量罐收料閥有8個：鹽酸收料閥VS-101、酸性水收料閥VS-102及水玻璃收料閥VS-103等。

成膠釜放料閥有64個：F-101/1釜、F-101/2釜、F-101/3釜、F-101/4釜、F-101/5釜、F-101/6釜、F-101/7釜、F-101/8釜，每個釜各8個放料閥，位號為VF-101、VF-201、VF-301、VF-401及VF-501等。

自動控制聯(lián)鎖條件。8個計量罐液位高限自動停相應的收料閥，如：鹽酸液位LI-101到達高限停VS-101。8個計量罐液位低限自動停各個釜的放料閥，如：鹽酸液位LI-101到達低限停VF-101、VF-201、VF-301、VF-401、VF-501、VF-601、VF-701、VF-801之中的任何一個(幾號釜放料停幾號釜的放料閥)。若物料粘稠，如鹽酸在液位到達低限后，需延遲一定的時間，再自動停相應的放料閥。

各個收放料閥門之間的邏輯關(guān)系。一種物料的計量罐收料時，打開收料閥，此物料的8個成膠釜的放料閥必須全部關(guān)閉，并且不能手動打開8個放料閥中的任何一個。一種物料放到成膠釜中即放料時，打開其中的一個成膠釜放料閥，此物料的收料閥必須關(guān)閉，并且不能手動打開其他成膠釜的任何一個放料閥，也就是不能同時打開兩個放料閥。

2.3工藝過程控制分析和聯(lián)鎖條件、邏輯關(guān)系的實現(xiàn)

8個液位控制點屬于模擬量輸入(AI)點，8個收料閥和64個放料閥共72點屬于數(shù)字輸出(DO)點。

8個液位模擬量輸入AI點到達高限自動停相應的收料閥，在此以物料鹽酸為例說明，即LI-101到達高限時，自動停VS-101。當LI-101在正常液位范圍內(nèi)時，VS-101狀態(tài)為開，即為1，當LI-101到達高限時，VS-101狀態(tài)為關(guān)，即由1→0。在CS3000軟件中，順序控制功能塊有邏輯圖LC-64、順控表ST16，按照以上分析，在此選用順控表ST16功能塊來實現(xiàn)上述聯(lián)鎖，定義順控表名為ST011，處理時序選用TC類型，只有條件狀態(tài)改變時，才能執(zhí)行動作，啟動聯(lián)鎖，實現(xiàn)收放料聯(lián)鎖條件。

對所有的收放料閥門都加了一個手操器來控制它，并命名為(仍以物料鹽酸為例說明)：MS101(內(nèi)部鏈接VS-101)、MF101(內(nèi)部鏈接VF-101)、MF201(內(nèi)部鏈接VF-201)、MF301(內(nèi)部鏈接VF-301)、MF401(內(nèi)部鏈接VF-401)、MF501(內(nèi)部鏈接VF-501)、MF601(內(nèi)部鏈接VF-601)、MF701(內(nèi)部鏈接VF-701)、MF801(內(nèi)部鏈接VF-801)。手操器的定義如圖3所示。其他物料的收放料閥門手操器定義同鹽酸相似，依此類推，不再一一介紹。

圖3 手操器的定義

圖3中還加了一個開關(guān)儀表SK-101，通過開關(guān)儀表來啟停聯(lián)鎖，使收放每一種物料既可以手動也可以自動，便于維護單點設備。停車時能夠停聯(lián)鎖，使每個閥門處于手動狀態(tài)，利于維護檢修現(xiàn)場儀表。

在放料過程中，若物料粘稠(仍以鹽酸物料為例說明)，需在LI-101到達低限時，自動開啟延時模塊，延時結(jié)束再自動停各個釜的放料閥。在CS3000系統(tǒng)軟件中，有許多的延時模塊，如：OND開延時、OFFD關(guān)延時等[6]，在此不一一舉例。分析此放料延時過程為：打開放料閥VF-101，液位LI-101開始下降，LI-101到達低限時，即LI-101.ARLM.LO由0→1，啟動延時模塊，經(jīng)過延時時間STM后，計時結(jié)束時再自動停放料閥VF-101。

分析OND開延時模塊原理，模塊輸入RV值由0→1時，開始啟動延時，經(jīng)過時間STM后，輸出CPV值由0→1，此時CPV值為1，其原理如圖4所示。

按照此處放料延時條件，液位到達低限LI-101.ARLM.LO為1，即0→1時，開始計時，經(jīng)過時間STM后，延時模塊CPV值輸出為1，即0→1，計時結(jié)束。經(jīng)以上分析OND模塊可以實現(xiàn)此處放料延時功能。

圖4 OND開延時模塊原理

以上收料聯(lián)鎖、放料聯(lián)鎖和放料延時可以在同一個順控表ST011中實現(xiàn)，但是由于此系統(tǒng)軟件版本低、內(nèi)存小，因此又加了一個同類型的順控表ST012來同時實現(xiàn)上述所有聯(lián)鎖條件。

經(jīng)過聯(lián)鎖測試，上述收料、放料和延時的順控表動作完全符合聯(lián)鎖條件要求。順控表的組態(tài)如圖5、6所示。

圖5 ST011順控表組態(tài)

圖6 ST012順控表組態(tài)

SK-101開關(guān)儀表打開時，啟動順控表ST011和ST012。當收料閥VS-101在開的狀態(tài)和液位LI-101到達高限兩條件同時成立時，收料完畢，收料閥VS-101即MS101打到自動狀態(tài)(MODE AUT)，實現(xiàn)閥門關(guān)閉后(MS101.CSV為0)再打到手動狀態(tài)(MODE MAN)；等待條件允許后，隨時手動打開收料閥再進行下一次收料；當放料閥VF-101在開的狀態(tài)和延時模塊DELAY01計時結(jié)束兩條件同時成立時，放料完畢，放料閥VF-101即MF101打到自動狀態(tài)(MODE AUT)，實現(xiàn)閥門關(guān)閉后(MF101.CSV為0)再打到手動狀態(tài)(MODE MAN)；等待條件允許后，隨時手動打開放料閥再進行下一次放料。其他7個放料過程同理。至此已實現(xiàn)手動收料自動停和手動放料延時結(jié)束自動停的工藝過程控制要求。

一種物料(仍以物料鹽酸為例說明)收料時，打開收料閥，所有放料閥全部關(guān)閉且不能手動打開任何一個；一種物料放料時，打開放料閥，收料閥和其他的放料閥全部關(guān)閉且不能手動打開。綜合分析，即一種物料的收料閥和所有放料閥不能同時打開兩個，一次只能打開一個并且其他的必須全部關(guān)閉。按照以上分析，在定義名為ST013的新順控表中來實現(xiàn)此處的邏輯關(guān)系，如圖7所示。

SK-101開關(guān)儀表打開時，啟動順控表ST013。當鹽酸計量罐收料時，收料閥VS-101在開的狀態(tài)，此時收鹽酸的8個成膠釜放料閥都打到旁路開狀態(tài)(8個參數(shù)BPSW都為4)，即8個放料閥手動開關(guān)都不起作用，避免在收鹽酸的同時誤打開放料閥而引起計量不準確；當鹽酸計量罐不收料時，收料閥VS-101在關(guān)的狀態(tài)，此時收鹽酸的8個成膠釜放料閥都打到旁路關(guān)狀態(tài)(8個參數(shù)BPSW都為0)，即每一個成膠釜都可以隨時手動放料準備收鹽酸。

圖7 ST013順控表組態(tài)

當鹽酸放料時，即F-101/1成膠釜收鹽酸，放料閥VF-101在開的狀態(tài)，此時收料閥VS-101和其他的7個成膠釜放料閥都打到旁路開狀態(tài)(8個參數(shù)BPSW都為4)，即收料閥VS-101和其他的7個成膠釜放料閥手動開關(guān)都不起作用，避免在F-101/1成膠釜收鹽酸時誤打開收料閥和其他的放料閥而引起計量不準確；當鹽酸不放料時，即F-101/1成膠釜不收鹽酸，放料閥VF-101在關(guān)的狀態(tài)，此時收料閥VS-101和其他的7個成膠釜放料閥都打到旁路關(guān)狀態(tài)(8個參數(shù)BPSW都為0)，即收料閥VS-101和其他的7個成膠釜放料閥都可以隨時手動開關(guān)準備收放料。

至此，鹽酸的整個收放料自動控制過程已全部組態(tài)結(jié)束，它是按照一種物料的收料和到8個釜的放料以及延時作為一個單元來進行順控編程的。其他7種物料的自控聯(lián)鎖實現(xiàn)與鹽酸類似，也按照收料、放料和延時作為一個單元來進行獨立控制。

3 順控技術(shù)應用效果

上述自控實現(xiàn)是將聯(lián)鎖條件、延時控制和各個閥門之間的邏輯關(guān)系統(tǒng)一在順控表中展現(xiàn)出來，在順控表中有條不紊地按照程序步驟執(zhí)行。利用順控技術(shù)將各種條件和動作進行相互作用，通過周期掃描和狀態(tài)轉(zhuǎn)換來滿足控制過程，不僅整個聯(lián)鎖控制可以手自動啟停，而且每個單點儀表也可以手自動自由切換。該順控技術(shù)經(jīng)過中石化催化劑齊魯分公司多年來的應用，不僅滿足催二成膠工藝自動操作控制要求，而且也滿足相同催化劑成膠工藝的自動控制要求，完全實現(xiàn)自動控制，達到自控零故障，應用效果非常顯著。

4 結(jié)束語

橫河CS3000系統(tǒng)不僅具有DCS系統(tǒng)的基本特性，而且性能更加可靠且比較穩(wěn)定，具備整體解決方案的能力。利用其順控技術(shù)能較好解決催化劑成膠工藝環(huán)節(jié)的自動控制，方便崗位操作人員操作現(xiàn)場儀表、閥門或機械設備，消除了由于誤操作而引起不必要的緊急停車處理。該套順制技術(shù)方案，不僅提高了產(chǎn)品質(zhì)量和工作效率，降低了工人勞動強度，而且節(jié)省了大量的后期維護成本，在同類工藝中有較大的推廣應用價值。

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1000-3932(2016)11-1211-05

2016-05-09(修改稿)