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    概述

    我國自1963年首次引進的聚乙烯醇（PVA）生產工藝以來，迄今已發展為生產企業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：

    乙炔的發生

               

    VAC合成與精制

               
                         

                                 圖1：合成工序

                   

                                圖2：精餾工序

    VAC聚合成PVAC

               
                 

                            圖3：聚合工序

    PVAC醇解成PVA

                   

                

                               圖4：醇解工序

                             

                                          圖5：回收工序

                

                              圖6：PVA成品

    我國的PVA工業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化和對控制技術的提高。其實，PVA生產過程中所有工藝參數的檢測和自動化控制技術是實現穩定、安全、高效、優質和低耗生產的基本條件和重要保證，也是提高企業競爭力的有效手段。 因此，各企業迫切需要實現生產過程和經營過程的整體優化。

    近年來，隨著集散控制系統（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模擬式儀表控制技術。DCS系統帶來了先進的過程控制和經營策略，在各個層次上實現了在線優化，推行管控一體化系統，從而提升了企業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。DCS系統的應用在進一步擴大PVA生產規模，增加高粘度PVA品種（PVA2499、2599等），豐富PVA產品結構中發揮了關鍵的作用,從而滿足了新的市場需求，增強了企業的市場競爭力。

                    

                                  圖7：改造前控制室

             

                             圖2：DCS改造后控制室

    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／客戶機系統結構。

    系統配置

    該系統硬件包括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。其系統配置如圖1示：

                   

                                圖7：冗余服務器

    表1：系統主要配置

                

    系統結構[2]

    PlantScape Process采用四層網絡結構，從下之上分別為：I/O Network（輸入輸出網）、Supervisory Network（監控網 ）、Plant Information Network（工廠信息網）和Bussiness Network（商務網），上兩層采用TCP/IP協議，下兩層采用ControlNet，我們采用了下面的三層網絡，下兩層網絡采用冗余配置，其系統結構如圖1示：

               

                      圖8：PlantScape Process系統結構示意圖

                              

                           圖9：控制器機柜

    C200控制器運行在50msCEE執行環境上，通過RM的光纜通信實現兩個C200的數據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、數據采集等功能，主從服務器要保證數據庫的完全同步。

    合成中溫串級控制系統組態

    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系統。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，一般規定在 ±0.5℃的范圍內變化。

    系統控制方案

    據此調節對象的特點：大容量、大滯后，并在在該系統的控制通道中，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，反應器入口溫度為副參數。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，該系統的衰減率基本保持不變，組參數保持平穩，抗干憂性能好，自適應能力強，達到生產工藝要求。該系統中增加PRC166以達到節約加熱蒸汽消耗的目的，其調節方案如圖1所示。

              

                                      圖10 合成中溫串級控制系統

    串級系統控制組態

    利用Control Builder內置的FB(功能塊)可以很方便完成該串級調節系統的控制組態,由于每個CM（Control Module控制模塊）在參數設置時只能設置一個PID塊作為該CM的操作面板，因此在組態時創建了兩個CM——TRCA101和TRCA103，兩個CM通過參數連接器（Parameter Connector）組成串級調節系統，兩CM組態如圖3示：

                    

                            圖11合成中溫串級控制組態圖

    在使用Control Builder進行控制組態時必須注意以下幾點：

    由于系統顯示文件的名稱原因，對于數據采集塊和PID控制塊的名稱必須分別為DACA和PIDA，否則會出現調用錯誤。
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參數設置窗口Output標簽下，將CVEU Range Hi和CVEU Rang Low分別設為180和0。

    為了避免TRCA103在串級－自動－手動操作方式切換時出現擾動，在TRCA103對SP設置為PV跟蹤。

    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，保證系統運行的穩定和高效。

    3. 系統維護

    該系統于2002年10月順利成功投入使用，系統整體運行整體良好，但由于工程設計缺陷和系統局限問題，在實際使用中出現一些問題。

    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，但開車時仍然發現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控，這嚴重影響了操作人員的正常系統監控工作和視力健康。后我們將CRT顯示器更換為液晶顯示器解決了該問題。

    系統數據庫備份問題

     對系統數據庫的定期備份是系統維護很重要的一個環節，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系統不能識別USB設備，因此不能使用移動硬盤對系統進行備份。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，通過試驗發現PlantScape Client客戶端軟件Station可以穩定地運行在Windows 2000平臺上，甚至在WindowXP平臺上也能正常運行，于是可以通過網絡將服務器上需要備份的數據庫和系統文件復制到裝有Windows2000的操作站上，然后使用移動硬盤在該操作站上進行系統備份。

    具體的操作如下：
    在Station3中安裝了Windows2000(中文專業版)操作系統。系統分區采用NTFS格式，并保留了一個FAT32分區便于故障處理和恢復。

    安裝PlantScape Client軟件，在安裝時會出現問題：在Win2000下該軟件不能安裝完全，安裝過程中會彈出錯誤提示。
通過網絡訪問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進行系統監控。

    （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了系統數據庫備份問題，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；利用系統自帶的磁盤碎片整理程序定期進行系統優化工作；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，否則會出現系統故障。

    系統維護

    這套Honeywell系統在運行的幾年中運行很穩定，但是在運行中也出現過一些故障，其中主要的因素有下面這些：
系統管理的不規范。工藝操作人員的非法操作造成工作站故障。

    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。因此加強系統的清掃顯得尤為重要。

    4. 結束語

    總之，在工業過程生產自動化控制技術日新月異、飛速發展的今天，DCS集散控制系統的應用已經成為當今儀表控制發展的主流。由DCS控制系統進行的工業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，尤其是可優化的控制組態、快速準確的數據處理，并隨著軟硬件技術的發展與應用，可以實現更多更高級控制功能，從而使得企業生產更加規范化和科學化。

    DCS集散控制系統的應用已經成為當今儀表控制發展的主流，熟悉和掌握DCS系統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系統的粗淺的認識和看法，以供同行參考與指正。