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案例頻道1 引言
我單位20萬噸/年固相縮聚裝置的生產工藝分預結晶、結晶、預熱、熱氮輸送、反應、冷卻、氮氣凈化、氮氣干燥、切片輸送、熱媒系統等十部分。考慮到實際生產的需要及性能價格比方面的原因，采用了國產和利時HolliAS-MACS控制系統，各種工藝參數的采集實現模塊化、智能化。該系統在固相縮聚裝置中成功得到應用，為解決生產過程控制和管理提供了一種切實可行的技術方案。
2 工藝簡介
基礎切片在常溫下進入預結晶器，通過將預結晶過的切片與剛剛加入的切片混起來，并在大量的往復循環空氣作用下形成涌動，空氣通過熱媒加熱器加熱到180℃，停留15分鐘左右經旋轉給料器進入結晶器，進一步提高結晶度，結晶度在40％達到平衡。結晶切片通過可調節溢流擋板，經旋轉給料器進入預熱器。切片由交叉 逆向流動的熱氮氣加熱到所需溫度。離開預熱器的切片靠熱氮氣輸送到反應器，用于輸送的氮氣經壓縮機加壓，并通過熱媒加熱器加熱到所需溫度，將出自預熱器的切片送至反應器，物料緩慢向下移動，同時發生縮聚反應，切片中夾帶的副產品被逆向流動的氮氣帶走。切片反應后，進入冷卻器，冷卻至60℃左右時由氣力輸送系統送至成品料倉。從反應器出來的氮氣與從預熱器出來的氮氣混合去氮氣凈化系統。氮氣凈化系統中，碳氫化合物通過催化反應器被氧化，反應溫度升為350℃，生產二氧化碳和水。經凈化后的氮氣經干燥重新返回到固相縮聚反應器。從熱媒站送來的一次熱媒，經泵加壓后作為二次熱媒送入子系統熱媒加熱器，每個熱媒器均采用三通閥控制二次熱媒的加熱溫度。
圖1 工藝流程圖
3.1系統硬件配置
為保證系統長期安全、穩定地運行，控制系統采用HolliAS-MACS系統，該系統充分應用了最新信號處理技術、高速網絡通信技術、可靠的軟件平臺和軟件設計技術以及現場總線技術，采用了高性能的微處理器和成熟的先進控制算法，具有高速可靠的數據輸入、輸出、運算、過程控制功能和聯鎖邏輯控制功能，能適應更廣泛更復雜的應用要求，是一個全數字化、結構靈活、功能完善的新型開放式集散控制系統。
本系統由一個工程師站、三個操作員站、兩個控制站組成，系統拓撲結構見圖2。整個系統包括I/O總點數為879點，其中模擬輸入206點，模擬輸出42點，數字輸入412點，數字輸出224點。其中通訊網絡和主控制卡、數據轉發卡及重要的模擬量輸入、輸出通道采用冗余配置，保證系統安全高效運行。
圖2 MACS控制系統配置圖
表1 系統I/0卡件配置表
3.2系統軟件設計
系統軟件分為兩層。控制組態軟件（CONMAKER），人機接口軟件（FACVIEW）。人機接口軟件具備豐富的全漢字圖形組態，可以實現復雜的圖形界面，并支持動畫技術、圖形縮放技術、多窗口技術，各種數據、曲線、棒圖，各種儀表盤的實時顯示。控制組態軟件可以實現各種批處理流程，PID回路、復雜回路、邏輯回路以及先進控制算法。組態后系統的畫面主要包括主控畫面、監控畫面、報警顯示畫面、趨勢顯示畫面。監控畫面有電機啟停按鈕、閥門切換開關，并動態的顯示閥門狀態、報警等；參數畫面可修改PID給定值、限副等參數。通過設置不同級別的安全口令及用戶操作權限，確保系統的安全和可靠。
3.2.1程序控制系統
固相縮聚中氮氣干燥系統是整個系統的重要部分，氮氣的露點高低直接影響切片的質量。正常干燥過程下，一用一備的兩臺干燥機的15個程控閥按照預先設定的步驟及切換時間開啟和關閉，實現并行、再生、卸壓、加熱、冷卻、加壓等七個步驟，當出現下列情況之一時，DCS系統會自動檢測并報警：（1）某程序控制閥的外部元件出現故障；（2）某干燥系統的控制輸出模件發生故障；（3）某內部壓力達到高低限。操作工可以根據屏幕上的報警提示，做出相應的處理。
如果此時處于自動程序切換方式，DCS程序會考慮在最合適的步序自動切換到備用機運行，使生產得以連續穩定地進行。每一步序的時間可人工設定，或選擇自適應控制方式，由DCS程序根據工況自動設置其時間。
3.2.2回路調節系統
溫度調節使用較為先進的單神經元控制器。單神經元控制器繼承了常規PID控制器的簡單、實用，易于在DCS系統中通過組態實現的優點，現場可調整參數少，易于現場調試，控制品優于常規PID控制器。
該系統使用熱媒加熱，每個熱媒器均采用三通閥控制二次熱媒的加熱溫度。常規PID 進行控制，一般溫度能控制在±0.7℃以內，有滯后現象，參數整定較困腦，而且經常需要操作人員的干預，手動穩定和控制熱媒閥的開度，不能長時間實現自動調節。投運單神經元控制器后，系統性能得到明顯改善。初步整定神經元學習率初值0.02-0.05 ，但調節過慢，學習率過小。將學習率初值整定到0.08，調節效果較為理想，熱媒溫度基本控制在±0.2℃以內。
3.2.3 網絡變量
兩個控制站要共用輸送系統中的一些變量，使用到網絡變量，實現數據的讀、寫功能。網絡變量是以全局網絡變量組做傳送的基本介質。換言之，網絡上實際傳送的數據是：完整的全局變量組。寫節點將本站內所有其他節點需要讀的變量，集中到全局網絡變量組中，發送出去。讀節點雖然必須從網絡上讀取此全局網絡變量組，但是程序中可以各取所需，根據需要讀取變量。
3.2.4 串級控制
預熱器料位與預結晶器下料旋轉閥轉速構成串級控制回路，從而保證系統進料與出料的穩定性。該旋轉閥為變頻控制，可根據設定調節轉速。旋轉閥轉速控制為副回路，預熱器料位控制為主回路。反應器下料旋轉閥與反應器重量構成串結回路。通過反應器內的切片重量控制下料速度，達到出料的穩定性。重量控制為主回路，反應器旋轉閥轉速為副回路。
4結束語
該系統投入運行以來，基本滿足了原先的設計要求，采用工控機作集中監控，使整個系統的自動化水平有了很大的提高，能夠自動、安全、穩定運行，便于了維護；友好的用戶界面，方便了工藝操作，深受操作人員的歡迎。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號