李 峰 魯 兵 程 剛 張運(yùn)濤

（中國石油蘭州石化公司設(shè)備維修公司）

某催化劑廠微球裝置成膠工序的生產(chǎn)過程中工藝流程存在相似的工藝設(shè)備單元，對于這些相似的單元，控制方案也是相似的。但是因?yàn)槭袌龅男枨蟛煌⑶蜓b置所生產(chǎn)的催化裂化催化劑多達(dá)幾十種，這也就相應(yīng)出現(xiàn)了與之對應(yīng)的不同配方。由于不同物料加入的先后順序不同，加入量不同，所以不僅給DCS的工藝操作增加了工作量，而且也給DCS的程序組態(tài)帶來了較大困難。

微球裝置成膠工序采用批量控制，使用多個(gè)大容量成膠反應(yīng)釜，用于提高成膠效率。但由于最初的計(jì)量罐與成膠罐是一對一的關(guān)系，如果發(fā)展為多對一甚至多對多的關(guān)系，那么如果采用傳統(tǒng)的編程方法，勢必導(dǎo)致相同或類似的程序重復(fù)編寫，不僅耗費(fèi)人力、物力和時(shí)間，還降低了程序的可移植性。如果工藝發(fā)生變化，則有可能會大量修改程序，導(dǎo)致維護(hù)難度大，靈活性差。為此，筆者采用艾默生過程控制有限公司的DeltaV Batch System，來解決上述問題。

1 工藝流程

圖1 成膠工序生產(chǎn)工藝流程

催化劑廠微球裝置產(chǎn)品主要是以超穩(wěn)Y分子篩為活性組分的催化裂化催化劑。成膠工序生產(chǎn)工藝流程如圖1所示，計(jì)-1～計(jì)-5為5個(gè)計(jì)量罐，負(fù)責(zé)5種物料的計(jì)量。反-1/1～反-1/5為5個(gè)成膠罐，每個(gè)成膠罐都有各自的加料閥、出口閥和攪拌機(jī)。每個(gè)成膠罐的工藝過程都是相同的，物料經(jīng)過計(jì)量罐收料、放料以及成膠罐加料、攪拌等過程后，在一定溫度、堿度環(huán)境下均勻混合，使活性組分充分完全分散附著到載體上，從而得到反應(yīng)完全的催化劑成膠漿料。

2 控制方案

根據(jù)成膠工序生產(chǎn)工藝流程和DeltaV Batch System，使用批量控制來對工藝流程進(jìn)行程序化解讀，并結(jié)合工藝流程將DCS控制方案分解為兩部分：底層控制方案和上層程序。

2.1 底層控制方案

DeltaV系統(tǒng)將相同或者相似的工藝流程進(jìn)行綜合，提出能廣泛應(yīng)用的“通用模板”，這種“通用模板”在DeltaV Batch System中被稱為類。據(jù)此可以將圖1所示的工藝流程分解為3個(gè)單元類。單元類1：計(jì)-1～計(jì)-5以及每個(gè)計(jì)量罐的進(jìn)料閥和放料閥。單元類2：固體料斗。單元類3：反-1/1～反-1/5成膠罐以及每個(gè)成膠罐的進(jìn)料閥和放料閥。簡化的工藝流程如圖2所示。

根據(jù)圖2和分解的3個(gè)單元類可編寫出相應(yīng)的3個(gè)工藝階段（工藝階段計(jì)量罐、工藝階段固體料斗、工藝階段成膠罐），然后將這3個(gè)工藝階段作為模板再進(jìn)行擴(kuò)展（工藝階段計(jì)-1、工藝階段計(jì)-2、工藝階段計(jì)-3、工藝階段計(jì)-4、工藝階段計(jì)-5、工藝階段固體料斗、工藝階段反-1/1、工藝階段反-1/2、工藝階段反-1/3、工藝階段反-1/4、工藝階段反-1/5）。

圖2 簡化的工藝流程

由于各個(gè)設(shè)備的進(jìn)料閥和出料閥的標(biāo)識是不同的，所以在做模板時(shí)可將之先分別用統(tǒng)一標(biāo)識代號 Invalve（進(jìn)料閥）和 Outvalve（出料閥）代替，擴(kuò)展時(shí)再將Invalve和Outvalve關(guān)聯(lián)到相應(yīng)的具體設(shè)備上。

2.2 上層程序

程序即為產(chǎn)品配方，也即加料的過程，在程序中產(chǎn)品的加工是按配方規(guī)定的順序和操作參數(shù)進(jìn)行的。配方中的程序由上至下可以分為程序、單元程序、操作和工藝階段4個(gè)層次。其中，工藝階段是程控模型中最基本的構(gòu)建，它包含對現(xiàn)場元器件的各種操作?？梢圆捎脠D3所示的設(shè)計(jì)原則來組態(tài)程序。

圖3 程序控制模型

簡單來說，工藝階段就是需要對設(shè)備進(jìn)行單個(gè)操作過程；操作是將一個(gè)設(shè)備作為一個(gè)整體，其中包含這個(gè)設(shè)備所有操作過程，即包含多個(gè)工藝階段；單元程序則是一段工藝過程包含多個(gè)涉及的設(shè)備，即包含多個(gè)操作；程序就是指整個(gè)工藝流程，其中包含多個(gè)單元程序。

2.3 人機(jī)交互

人機(jī)交互是操作員通過操作程序完成一個(gè)工藝流程，即通過程序→單元程序→操作→工藝階段的層層調(diào)用方式來完成操作（圖4、5）。

圖4 人機(jī)交互操作界面

圖5 程序的層層調(diào)用

從圖5可以看出，程序就是將這些單元程序級別類似“積木”的模塊按照流程搭建而成，每個(gè)模塊都代表下一層的工藝過程直到工藝階段級的模塊為止。如果加料順序不同或工藝發(fā)生改變，只需在相應(yīng)的級別內(nèi)改變模塊的順序，即改變“積木”模塊的順序即可滿足生產(chǎn)要求。

3 存在的問題及解決方案

3.1 設(shè)備競爭

構(gòu)建過程中最普遍的問題就是設(shè)備競爭問題，所謂的競爭問題即指設(shè)備A和設(shè)備B同時(shí)需要設(shè)備C時(shí)，誰先使用的問題。例如：在正常生產(chǎn)中5個(gè)成膠罐都在成膠，當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上的成膠罐都需要加同一種物料時(shí)就會出現(xiàn)競爭問題。

3.2 解決方案

要解決競爭問題，需要先了解什么是設(shè)備仲裁。

所有在批量控制中組態(tài)的設(shè)備都具有唯一的設(shè)備ID，系統(tǒng)利用此ID分配設(shè)備，并滿足所有者的任何請求。在程序不同階段中，如何擁有和釋放帶有設(shè)備ID的設(shè)備單元，就需要對這些設(shè)備單元進(jìn)行判斷、分配，此時(shí)就產(chǎn)生了所謂的設(shè)備仲裁。

3.2.1 由批量軟件內(nèi)部程序進(jìn)行仲裁

由批量軟件內(nèi)部程序進(jìn)行仲裁的前提條件為：所需設(shè)備是獨(dú)立的設(shè)備單元和ID號。根據(jù)設(shè)備仲裁分配設(shè)備的原則：先申請后使用，先到先得。

例如：有設(shè)備A、C，設(shè)備A想對設(shè)備C進(jìn)行操作。設(shè)備A使用命令Request：=40nn（nn為設(shè)備C的ID號）向批量軟件內(nèi)部程序來確認(rèn)設(shè)備C是否能被操作；若能操作則Request=0，設(shè)備C被設(shè)備A申請到；若不能操作則Request≠0，設(shè)備C被其他設(shè)備使用；設(shè)備A排隊(duì)申請直到Request=0。使用完設(shè)備C后使用命令Request：=42nn來釋放設(shè)備C以便其他設(shè)備繼續(xù)申請操作設(shè)備C。

3.2.2 通過編寫程序語句判斷進(jìn)行仲裁

所需的設(shè)備雖然有ID號，但它附屬于其他設(shè)備，即由其他設(shè)備所占用，所以無法通過內(nèi)部程序申請使用該設(shè)備，只能通過編寫語句進(jìn)行判斷仲裁。

雖然無法通過批量內(nèi)部程序申請使用該設(shè)備，但是該設(shè)備的單元程序是有時(shí)間先后順序的，因此利用在程序中內(nèi)置計(jì)時(shí)器，將需要使用該設(shè)備而等待時(shí)間較長的優(yōu)先通過特定語句獲取操作該設(shè)備。例如：5個(gè)反應(yīng)釜要同時(shí)使用A物料時(shí)，可由請求使用A的時(shí)間來判斷，哪個(gè)反應(yīng)釜的等待時(shí)間最長，哪個(gè)釜優(yōu)先使用A物料。但是由于內(nèi)部程序計(jì)時(shí)原因，等待時(shí)間不能超過8h，如果超過8h，則需要對計(jì)時(shí)器復(fù)位重新計(jì)時(shí)。復(fù)位一次計(jì)數(shù)一次，同時(shí)通過復(fù)位次數(shù)和計(jì)時(shí)時(shí)間來判斷優(yōu)先使用順序。

4 結(jié)束語

在工業(yè)生產(chǎn)過程中，工藝流程是多樣化的，但分解為控制方案時(shí)可能會很類似，通過DeltaV Batch System的批量程序?qū)⑦@些類似的方案綜合簡化，簡易的調(diào)整就能改變工藝生產(chǎn)過程，達(dá)到生產(chǎn)不同產(chǎn)品的目的。