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1 引言
株洲化工廠聚氯乙烯（PVC）項目于1989年投產，該項目DCS采用的是橫河電機株式會社（以下簡稱為橫河）的YEWPACK系統。近十年間，DCS新系統不斷涌現，與之相比，YEWPACK的操作和監視過程顯得過于繁瑣，而且配件大多已停止生產，為此株洲化工廠決定改用最新的DCS系統，用橫河的CS1000系統更換了YEWPACK。與YEWPACK相比，CS1000系統具有操作便捷、組態方便、配置靈活、降低成本等優點。
PVC是廣泛應用的化工原料，主要生產過程有合成、VCM（氯乙烯）精制和聚合三個環節，這些環節控制和操作的好壞將直接影響PVC的質量及成本指標。在具體的生產過程中，首先將原料單體VCM和軟水同時進料，經混合攪拌后，按照一定的時間順序加入稱量好的分散劑、引發劑和緩沖劑；接下來將進入聚合釜溫度控制階段，此階段主要控制聚合釜內上下釜溫、聚合釜夾套溫度及聚合釜壓力；溫控結束后，將釜內懸浮液送至堿處理槽，經升溫生成堿處理生成物，將生成物送至離心機進行脫水和沖洗后再經干燥器干燥，即可得到成品。
2 DCS系統配置
根據工藝情況及裝置大小，DCS系統仍使用原來的控制室，將原來的DCS系統及一次儀表全部拆除并直接安裝新的控制站和操作站，原來的現場信號線通過端子柜進入新的控制站。新的DCS系統包括4個操作站（HIS）和5個控制站(PFCD)，系統配置如圖1所示。
(1) 操作站：即人機接口站，主要用于對現場狀態的監視和控制。4臺操作站中有1臺為工程師站，需要時可進行軟件組態，平時可作為普通操作站使用。所有操作站選用普通的DELL PC機，操作系統選用WINDOWS NT，這樣的配置可大大降低成本。
圖1 DCS系統配置圖
(2) 控制站：主要實現現場信號的采集及操作命令的輸出，完成調節控制、數據處理、邏輯聯鎖和設備控制等功能。為了增加系統的可靠性，控制站采用冗余配置，其中的處理器卡、電源卡及通訊卡均為一用一備，兩個處理器卡為熱備份，同時接受網絡數據，當處于控制狀態的處理器卡發生故障時，備用的處理器卡可自動進入工作狀態，不影響系統的運行。
(3) 網絡：操作站之間的網絡為以太網（采用同軸電纜），操作站與控制站之間的控制網為冗余的VL-NET，以此進一步提高系統的可靠性。
(4) I/O卡件：為了便于以后的擴展，卡件的設置預留15％的空余量。為了便于維護，卡件類型做到盡量的少，5個控制站使用了6種I/O卡件（分別為AAM10、AAM50、AMM32T、AMM42T、ADM12C、ADM52C），這樣的選擇也可減少備件的數量和費用。
3 軟件實施
因為該項目沒有設計人員，所以只能在讀懂原YEWPACK系統控制程序的前提下，在CS1000系統中實現相同的功能，株洲化工廠要求系統的更換在停產檢修的一周時間內完成，這樣對軟件的準確性要求較高。為此橫河技術人員和廠方反復討論了所有的控制程序，特別是關鍵的聚合環節，最終確定了控制方案，設計了A、B兩個聚合釜進料程序（包括VCM單體加料、分散劑加料、調節劑加料、引發劑加料）、釜溫控制程序等。由于控制的時序性強，進料量要求比較嚴格，為此筆者充分利用并選擇最合適的DCS內部功能塊來實現上述功能。
3.1 程序設計
PVC的生產過程是批量生產，順序控制程序很多，筆者選擇了簡單易懂的內部功能塊―順控表（ST16）來實現程序。因功能塊ST16的數量有限，在程序設計中充分利用了順控擴展功能塊ST16E，它雖然占用功能塊的數量，但它沒有獨立的模塊狀態（MODE），因而可以降低控制站的CPU負荷。整個裝置順控表的結構設計如圖2所示。
圖2 順控表結構圖
? 初始化程序：完成各個程序及儀表在開始運行程序前所處的狀態。
? 管理程序：完成各個執行程序之間的調配，這是控制軟件運行好壞的關鍵。
? 執行程序：具體的控制程序，如加料程序、升溫程序、攪拌程序等。
初始化程序僅在控制站上電時執行一次，管理程序的掃描是常開的（若條件成立即被執行）。為降低控制站的CPU負荷，具體的執行程序僅在被執行時打開掃描。
3.2 各種料量的稱量
批量生產中各種物料應按一定的配方加入才能保證生產出合格的產品，因此對各物料的加料量要求嚴格，為此選用了批量設定功能塊（BSETU-2），其回路連接如圖3所示。
圖3 回路連接圖
回路中IN端連接的是測量物料的DCS卡件地址，OUT端連接的是控制物料量的閥門地址。
對料量的控制是通過設定調整畫面中的各項參數來進行的，其調整畫面如圖4所示。圖中的BSET即為預定加料量的設定參數，SUM為實際的進料量，設好BSET后，啟動該功能塊（FQCS-105的MODE置AUT、同時參數SW置1），閥門會自動打開，物料隨即進入，當SUM=BSET時，閥門自動關閉，進料過程結束。
為保證進料的精確性，在BSETU-2功能塊的調整畫面中設有很多其它參數，在這里著重介紹三個常用的參數：LPV、ILST、PLST。其中LPV是泄漏量設定參數，用以解決閥門關閉后可能因封閉性不好造成少量物料繼續進入而導致加料量不準的問題，在物料計量時，當SUM=BSET－LPV時，閥門就關閉，靠泄漏量達到預定的加料量；ILST為閥門小開的料量設定值，當SUM<ILST時，閥門為小開（MV=ML），此時物料的進速較慢，當SUM≥ILST時，閥門全開（MV=MH）,物料進速較快； PLST為閥門預關的料量設定值，當SUM＝BSET－PLST時，閥門為預關值（MV=PRE），物料進速減慢。以上參數都需根據裝置的具體情況在實際操作中不斷調整，以保證進料的精確性。
圖4 FQCS-105的調整畫面
3.3 畫面設計
圖5 聚合釜工藝流程圖
CS1000的人機操作界面設有總貌、控制組、趨勢組、操作指導及流程圖畫面等, 通過簡單的填表式操作來組態畫面上的監控點并采用點擊式操作就可迅速完成圖形對象的組態。在流程圖組態中盡量做到畫面簡潔清晰，功能強大，使操作人員通過流程圖就能對所有過程進行監控。
(1) 總貌畫面
每頁有32個塊，每個塊可定義諸如流程圖、趨勢組、控制組、單塊儀表等的運行狀態，若發生報警，塊的顏色將變成紅色，操作人員只要雙擊該塊即可直接切換到相應的畫面來查詢具體的報警情況。
(2) 控制組畫面
每頁設有8塊可操作監視的功能塊，便于操作。
(3) 趨勢組畫面
每頁記錄8筆曲線，曲線保存時間的長短因采集間隔而異，該裝置的趨勢畫面針對不同點采用了10秒和5分這兩種采集間隔，相應的保存時間分別為8小時和10天。趨勢畫面便于日后的故障分析。
(4) 操作指導畫面
將預先設定好的操作指導信息經程序觸發在屏幕上彈出顯示，用以提示操作人員的一種畫面，通常是在故障發生時彈出提示操作人員排查故障，經操作人員確認后可退出此畫面。
(5) 流程圖畫面
共設有25幅工藝流程畫面，所有監控點的數據均可在圖中實時顯示，過程量報警可通過圖中數據的顏色變化來提示操作人員，現場液位的高低在圖中可通過液柱直觀體現，雙擊圖中控制點的工位名稱可直接調出儀表面板，便于快速操作。除工藝流程圖外，還設有兩幅操作畫面，分別為運轉操作畫面和配方數據畫面，前者用于釜號、產品型號及程序運行方式的選擇，后者用于配方加料數據的設定。圖5是聚合釜工藝流程圖例。
4 應用效果
株洲化工廠PVC裝置自應用橫河CS1000系統及自動密閉進料的應用軟件以來，系統運轉正常，控制準確可靠，操作簡捷方便，在提高了產品質量和生產效率的同時，為企業創造了明顯的經濟效益。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號