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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(chǎn)工藝分預(yù)結(jié)晶、結(jié)晶、預(yù)熱、熱氮輸送、反應(yīng)、冷卻、氮氣凈化、氮氣干燥、切片輸送、熱媒系統(tǒng)等十部分。考慮到實際生產(chǎn)的需要及性能價格比方面的原因，采用了國產(chǎn)和利時HolliAS-MACS控制系統(tǒng)，各種工藝參數(shù)的采集實現(xiàn)模塊化、智能化。該系統(tǒng)在固相縮聚裝置中成功得到應(yīng)用，為解決生產(chǎn)過程控制和管理提供了一種切實可行的技術(shù)方案。
2 工藝簡介
基礎(chǔ)切片在常溫下進入預(yù)結(jié)晶器，通過將預(yù)結(jié)晶過的切片與剛剛加入的切片混起來，并在大量的往復(fù)循環(huán)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(jīng)旋轉(zhuǎn)給料器進入結(jié)晶器，進一步提高結(jié)晶度，結(jié)晶度在40％達到平衡。結(jié)晶切片通過可調(diào)節(jié)溢流擋板，經(jīng)旋轉(zhuǎn)給料器進入預(yù)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(yù)熱器的切片靠熱氮氣輸送到反應(yīng)器，用于輸送的氮氣經(jīng)壓縮機加壓，并通過熱媒加熱器加熱到所需溫度，將出自預(yù)熱器的切片送至反應(yīng)器，物料緩慢向下移動，同時發(fā)生縮聚反應(yīng)，切片中夾帶的副產(chǎn)品被逆向流動的氮氣帶走。切片反應(yīng)后，進入冷卻器，冷卻至60℃左右時由氣力輸送系統(tǒng)送至成品料倉。從反應(yīng)器出來的氮氣與從預(yù)熱器出來的氮氣混合去氮氣凈化系統(tǒng)。氮氣凈化系統(tǒng)中，碳氫化合物通過催化反應(yīng)器被氧化，反應(yīng)溫度升為350℃，生產(chǎn)二氧化碳和水。經(jīng)凈化后的氮氣經(jīng)干燥重新返回到固相縮聚反應(yīng)器。從熱媒站送來的一次熱媒，經(jīng)泵加壓后作為二次熱媒送入子系統(tǒng)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(tǒng)硬件配置
為保證系統(tǒng)長期安全、穩(wěn)定地運行，控制系統(tǒng)采用HolliAS-MACS系統(tǒng)，該系統(tǒng)充分應(yīng)用了最新信號處理技術(shù)、高速網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、可靠的軟件平臺和軟件設(shè)計技術(shù)以及現(xiàn)場總線技術(shù)，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(shù)據(jù)輸入、輸出、運算、過程控制功能和聯(lián)鎖邏輯控制功能，能適應(yīng)更廣泛更復(fù)雜的應(yīng)用要求，是一個全數(shù)字化、結(jié)構(gòu)靈活、功能完善的新型開放式集散控制系統(tǒng)。
本系統(tǒng)由一個工程師站、三個操作員站、兩個控制站組成，系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見圖2。整個系統(tǒng)包括I/O總點數(shù)為879點，其中模擬輸入206點，模擬輸出42點，數(shù)字輸入412點，數(shù)字輸出224點。其中通訊網(wǎng)絡(luò)和主控制卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡及重要的模擬量輸入、輸出通道采用冗余配置，保證系統(tǒng)安全高效運行。
圖2 MACS控制系統(tǒng)配置圖
表1 系統(tǒng)I/0卡件配置表
3.2系統(tǒng)軟件設(shè)計
系統(tǒng)軟件分為兩層?？刂平M態(tài)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(tài)，可以實現(xiàn)復(fù)雜的圖形界面，并支持動畫技術(shù)、圖形縮放技術(shù)、多窗口技術(shù)，各種數(shù)據(jù)、曲線、棒圖，各種儀表盤的實時顯示?？刂平M態(tài)軟件可以實現(xiàn)各種批處理流程，PID回路、復(fù)雜回路、邏輯回路以及先進控制算法。組態(tài)后系統(tǒng)的畫面主要包括主控畫面、監(jiān)控畫面、報警顯示畫面、趨勢顯示畫面。監(jiān)控畫面有電機啟停按鈕、閥門切換開關(guān)，并動態(tài)的顯示閥門狀態(tài)、報警等；參數(shù)畫面可修改PID給定值、限副等參數(shù)。通過設(shè)置不同級別的安全口令及用戶操作權(quán)限，確保系統(tǒng)的安全和可靠。
3.2.1程序控制系統(tǒng)
固相縮聚中氮氣干燥系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的重要部分，氮氣的露點高低直接影響切片的質(zhì)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(yù)先設(shè)定的步驟及切換時間開啟和關(guān)閉，實現(xiàn)并行、再生、卸壓、加熱、冷卻、加壓等七個步驟，當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時，DCS系統(tǒng)會自動檢測并報警：（1）某程序控制閥的外部元件出現(xiàn)故障；（2）某干燥系統(tǒng)的控制輸出模件發(fā)生故障；（3）某內(nèi)部壓力達到高低限。操作工可以根據(jù)屏幕上的報警提示，做出相應(yīng)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(chǎn)得以連續(xù)穩(wěn)定地進行。每一步序的時間可人工設(shè)定，或選擇自適應(yīng)控制方式，由DCS程序根據(jù)工況自動設(shè)置其時間。
3.2.2回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)
溫度調(diào)節(jié)使用較為先進的單神經(jīng)元控制器。單神經(jīng)元控制器繼承了常規(guī)PID控制器的簡單、實用，易于在DCS系統(tǒng)中通過組態(tài)實現(xiàn)的優(yōu)點，現(xiàn)場可調(diào)整參數(shù)少，易于現(xiàn)場調(diào)試，控制品優(yōu)于常規(guī)PID控制器。
該系統(tǒng)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(guī)PID 進行控制，一般溫度能控制在±0.7℃以內(nèi)，有滯后現(xiàn)象，參數(shù)整定較困腦，而且經(jīng)常需要操作人員的干預(yù)，手動穩(wěn)定和控制熱媒閥的開度，不能長時間實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)。投運單神經(jīng)元控制器后，系統(tǒng)性能得到明顯改善。初步整定神經(jīng)元學(xué)習(xí)率初值0.02-0.05 ，但調(diào)節(jié)過慢，學(xué)習(xí)率過小。將學(xué)習(xí)率初值整定到0.08，調(diào)節(jié)效果較為理想，熱媒溫度基本控制在±0.2℃以內(nèi)。
3.2.3 網(wǎng)絡(luò)變量
兩個控制站要共用輸送系統(tǒng)中的一些變量，使用到網(wǎng)絡(luò)變量，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀、寫功能。網(wǎng)絡(luò)變量是以全局網(wǎng)絡(luò)變量組做傳送的基本介質(zhì)。換言之，網(wǎng)絡(luò)上實際傳送的數(shù)據(jù)是：完整的全局變量組。寫節(jié)點將本站內(nèi)所有其他節(jié)點需要讀的變量，集中到全局網(wǎng)絡(luò)變量組中，發(fā)送出去。讀節(jié)點雖然必須從網(wǎng)絡(luò)上讀取此全局網(wǎng)絡(luò)變量組，但是程序中可以各取所需，根據(jù)需要讀取變量。
3.2.4 串級控制
預(yù)熱器料位與預(yù)結(jié)晶器下料旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)速構(gòu)成串級控制回路，從而保證系統(tǒng)進料與出料的穩(wěn)定性。該旋轉(zhuǎn)閥為變頻控制，可根據(jù)設(shè)定調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)速控制為副回路，預(yù)熱器料位控制為主回路。反應(yīng)器下料旋轉(zhuǎn)閥與反應(yīng)器重量構(gòu)成串結(jié)回路。通過反應(yīng)器內(nèi)的切片重量控制下料速度，達到出料的穩(wěn)定性。重量控制為主回路，反應(yīng)器旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)速為副回路。
4結(jié)束語
該系統(tǒng)投入運行以來，基本滿足了原先的設(shè)計要求，采用工控機作集中監(jiān)控，使整個系統(tǒng)的自動化水平有了很大的提高，能夠自動、安全、穩(wěn)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