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案例頻道 前言
富士電機于1975年10月發布DCS系統，是世界上最早研發出DCS系統的廠家之一。AX-2000集散控制系統是富士的第五代產品系統，是開放的新一代綜合控制系統，智能可靠的Process I／O 單元同時也被橫河的CS3000系統所采用。AX-2000系統具有良好的控制性能、實時靈活的通訊能力、直觀清晰的人機接口，系統擴展方便，獲得用戶較高評價。目前AX-2000系統廣泛應用與鋼鐵、化工、紙業、學校、醫院、汽電共生、發電廠等過程。
臺塑企業自1954年起，即投入PVC相關過程的生產，歷經五十余年之努力，目前ＰＶＣ粉年產能已達二佰八十七萬噸，不僅是臺灣最大生產廠商，且是世界上最大的ＰＶＣ粉生產廠商之一。為爭取大陸內銷市場，臺塑企業積極進行大陸布局，并于大陸寧波經濟技術開發區規劃一石化專區，且獲準投資包括年產能30萬公噸PVC廠，已于2005年1月完工生產。PVC廠的自動化控制采用了AX-2000系統，本系統有效融合了高可靠性的技術和符合當代自動化發展要求的通用技術，既能發揮開放性系統優點又能有效避免開放性系統缺點。
系統生產工藝概述
1.1 概述
聚氯乙烯 (PVC -- Poly vinyl chloride)，為五大泛用樹脂之一 (PE、PP、PS、ABS)，自1934年左右被廣泛使用，至今已70余年；PVC是通用型樹脂，具價格低廉、易加工、重量輕、強度高、耐化學藥品性良好等優點，可經由不同的配料與加工程序制造成各種不同形貌且功能各異之產品，故用途非常廣泛。PVC的是由VCM (Vinyal Chloride Monomer) 聚合而成，而VCM的來源為EDC (Ethylene DiChloride 二氯乙烷)，EDC則來自乙烯 (Ethylene) 及鹽 (Salt)， 工業上對于VCM之聚合，依照反應系統而區分為四種：
1. 懸浮聚合 (Suspension Polymerization )
以少量分散劑加入水中，再加入VCM后保持攪拌，使VCM形成細小的微滴分散于水中，使用之啟發劑為單體可溶性者，使聚合反應在單體微滴內進行，反應后再經過過濾、干燥等過程。以此方法所得聚合物不純物含量少，反應溫度控制容易，為PVC制造的主流。
2. 乳化聚合 (Dispersion Polymerization)
因VCM不溶于水中，因此需加入乳化劑，使整個反應形成乳化狀態，乳化劑一般為陰離子或非離子之界面活性劑，而使用水溶性之啟發劑，此類水溶性啟發劑一般為過硫酸鹽或過氧化氫，聚合后形成乳濁液經噴霧干燥后可得粒徑0.5~5u之乳化粉。
3. 塊狀聚合 (Bulk Polymerization)
即不加入聚合介質，而直接使單體可溶性的啟發劑在反應槽中行聚合反應，生成聚合體成松脆之塊狀物，因此必須予以粉碎，由于不加入任何添加劑，故純度高，透明性優良。
4. 溶液聚合 (Solution Polymerization)
以VCM、有機溶劑、啟發劑形成均勻的反應系再實施聚合反應，如此一部份反應熱可藉溶劑來傳遞，因此溫度調節較容易，然而由于溶劑連鎖移動 (Chain transfer) 的現象，使得分子聚合度降低，聚合速度也較慢，此外溶劑本身回收成本高；一般利用于制造涂料與接著劑用途。
1.2 懸浮聚合工藝特點
下圖為懸浮聚合典型的生產流程方塊圖，其中原料加料、聚合釜及卸料槽為批次過程控制，脫除塔、干燥機及SILO為連續式控制，若采用傳統儀表控制系統，將很難達到全廠集成之功能，而DCS控制系統，可完全解決此問題，以先進的硬件控制系統，搭配強大的軟件功能，可完全實現復雜控制需求。
2、自動控制系統組成
圖1 控制系統示意圖
臺塑寧波PVC廠的生產規模大致如下:
. 聚合釜8槽
. 卸料槽4槽
. 脫除塔4塔
. 干燥機3列
. PVC粉SILO 31槽
針對此生產規模，規劃之DCS系統提供過程控制盤26盤 (含12控制站) ，配電盤4盤，繼電器盤21盤，中繼盤15盤，訊息庫站1站，工程師站1站，歷史訊息站1站，SQL訊息庫1站，打印機2臺，人機接口設備: 中控室操作站8站，現場操作站3站，遠程操作站4站，緊急操作盤3盤，氣體偵測監視站1站。
依據過程控制的需求，DCS系統總共采用了12個二重化的控制站，總共安裝了622個I/O模塊，各類型I/O點數統計如下:
|
項目 |
類 型 |
配置點數 |
使用點數 |
備用點數 |
|
1 |
AI (4~20 mA) |
1504 |
1139 |
365 |
|
2 |
RTD |
600 |
425 |
175 |
|
3 |
PI |
72 |
45 |
27 |
|
4 |
AO (4~20 mA) |
328 |
236 |
92 |
|
5 |
DI |
6048 |
5277 |
771 |
|
6 |
DO |
4640 |
4134 |
506 |
|
|
合計 |
13192 |
11256 |
1936 |
由上表可以看出總使用點數達11256點，依照過程分區將這些監控點分配到12個控制站，分站原則如下:
|
站別 |
過程分區 |
說明 |
|
101 |
原/副料區 |
VCM及所有副原料 |
|
102 |
公用區 |
DW及聚合區公用設備 |
|
103 |
回收區 |
回收及公用流體 |
|
104 |
聚合區 |
聚合A/C槽 |
|
105 |
聚合區 |
聚合B/D槽 |
|
106 |
聚合區 |
聚合E/G槽 |
|
107 |
聚合區 |
聚合F/H槽 |
|
109 |
卸料脫除區 |
卸料槽/脫除塔2列 |
|
10A |
卸料脫除區 |
卸料槽/脫除塔2列 |
|
10B |
干燥區 |
干燥機3列 |
|
10D |
SILO區 |
SILO |
|
10E |
廢水區 |
廢水處理及廢氣/液燃燒 |
3、系統各部分功能
該系統采用中央監視和分散控制的原理。
數據庫站(ADS－PC2000)——對數據庫進行一元化管理。
操作站(AOS－PC2000)——用于設備監控。
控制站(ACS－PC2000)——用于設備控制。控制站通過有效結合EI(電氣和儀表)兩種機能結構。能自由提取在監視控制系統中存儲數據，想得到的數據可隨時被取出。
控制局域網(FL—net相對應)，用于連接控制站，數據庫站，操作站，形成網絡，使得數據得以傳輸。
另外，系統與商用軟件包相連也很簡單，能實現信息的高效率使用。
4、系統控制功能
4.1 副原料調配
4.2 PVC品別配方管理
4.3 加料自動控制
4.4 連鎖控制
4.4 加料畫面監視
4.5 聚合釜程序監控
4.6 聚合釜溫度控制
4.7 聚合釜攪拌機
4.8 聚合釜清洗
4.9 抑制劑中止
4.10 卸料槽過程控制
4.11 VCM回收
4.12 脫除塔過程控制
4.13 離心機連鎖
4.14 旋風干燥機
4.15 流動床干燥機
4.16 粉體輸送控制
經過干燥后的 PVC 粉會被輸送至 SILO 儲存，每一列干燥機透過鼓風機可以輸送至不同的 SILO，利用程控，操作人員只需要選取干燥機及目的 SILO，其間的三向閥將由程控自動轉向，除了可以簡化操作，亦可避免人為的錯誤發生，尤其當路徑數量龐大時，更能減輕操作人員的負擔，由于輸送軟件已規格化，新增路徑的操作相當簡單，路徑最多可達1024條。
4.17 公用設備監視
除了主生產流程的控制，針對公用設備、套裝設備或獨立小系統，均可提供控制、監視或集成的功能:
. RS-232/422/485 Modbus通訊接口支持。
. ETHERNET Modbus通訊接口支持。
. 冷凍機遙控啟停節能。
. VCM壓縮機訊息通訊監視。
. 空氣壓縮機訊息通訊監視。
. 紅黑渣分析儀訊息通訊監視。
. 冷卻水塔砂濾槽再生過程控制。
. 冷卻水塔風車自動啟停節能。
. 廢水處理過程控制。
. 廢氣廢液燃燒爐監視控制。
. 廠區照明自動控制。
. 供電回路電表訊息通訊讀取及統計。
. 公用流體用量監視及統計。
. 全廠區破裂盤狀態集成監視。
5、系統應用的效果
整個工程在2004年10月開始進行回路測試及各分區設備試運轉，經過各單位人員的合作及努力，終于在2005年1月份產出首批PVC粉， AX系統運轉穩定正常，系統各項功能均投入使用中。
6、AX系統在臺塑PVC應用
|
廠區 |
產品 |
產能 (萬噸/年) |
DCS點數 |
|
仁武 |
均一粉, 降粘粉, 共聚合粉 |
45 |
14,500 |
|
仁武 |
塊狀粉 |
11.5 |
1,600 (公用及儲槽) |
|
高雄 |
乳化粉, 微懸浮乳化粉 |
4 |
1,179 (4聚合釜) |
|
麥寮 |
均一粉 |
42 |
12,984 |
|
麥寮 |
微懸浮乳化粉 |
7.4 |
9,568 |
|
林園 |
均一粉 |
24 |
7,682 |
|
寧波 |
均一粉 |
30 |
11,256 |
|
寧波 |
均一粉 |
-- |
452 (干燥D列) |
|
美國德州 |
乳化粉, 降粘粉, 共聚合粉 |
20 |
16,000 |
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號