霍尼韋爾Experion PKS在40萬噸/年離子膜燒堿順控中的應用

山東陽煤恒通化工股份有限公司 田夫濱

1 工藝特點及對DCS的要求

山東陽煤恒通化工股份有限公司40萬噸/年離子膜燒堿裝置成套引進日本旭化成公司世界領先節能零極距、自然循環NCZ電解槽及配套離子膜等設計工藝，工藝過程主要包括鹽水一次過濾、二次精制、電解、淡鹽水脫氯、氯氫處理及公用工程等工序；整套裝置要求自動化程度高，人員操作強度小，裝置運行穩定，離子膜要有較長的使用壽命。

DCS 系統要有較強的順序控制功能，對工藝聯鎖和邏輯控制的可靠性、安全性要求高，控制系統要有抗強磁場干擾的能力，尤其是鹽水精制工序所有閥門都是周期性開關，每一閥門的動作順序都有嚴格的邏輯控制，禁止誤動作，因此更好地滿足工藝要求成為DCS組態的難點。

2 Experion PKS 系統特點

PKS（process knowledge system）是過程知識系統的簡稱，是霍尼韋爾公司為當前和將來的自控解決方案提供的一個智能平臺。Experion PKS融合了世界范圍的控制技術和實踐經驗，通過提供圖形化的面向對象的組態工具和全套的過程控制算法庫，Experion PKS使用戶的控制工程能力顯著提高；硬件方面大量使用了可選的冗余容錯技術，能夠在線更換包括控制器在內的所有硬件；軟件方面支持單點下裝和在線修改。Experion PKS通過提供高水平的性能、靈活性、易用性以及使用壽命周期長等特點，為混合型控制系統建立了新的標準。

而其提供的SCM（Sequential Control Module）模塊堪稱其中的杰出代表，SCM是通過特殊處理器把條件（transition）模塊和結果執行（step）模塊組合到一起的集成塊。它通過控制模塊給現場的控制設備提供執行指令，并且為控制設備提供直接的互動界面，使得整個控制過程簡單易懂。它的控制過程簡單說就是通過條件查詢（transition）詢問條件是否滿足，如果條件滿足，則通過命令執行（step）的方式，驅動現場設備動作，即用一個控制模塊就完成了PLC 所擅長的順序控制功能，而不需要重新上一套PLC系統。

3 Experion PKS 網絡結構

鑒于PKS系統以上特點，本公司決定選用Honeywell 公司Experion PKS R400.1控制系統，下面就PKS在 40萬噸/年離子膜燒堿順控中的應用為例，重點介紹PKS順控模塊SCM的強大功能。離子膜燒堿整個項目分兩期完成，兩期共配備C300控制器四對，服務器兩對，CONSOLE操作站12 臺，I/O輸入輸出卡件共176個，網絡結構如圖1所示。

圖1 離子膜燒堿（40萬噸/年）網絡結構圖

4 PKS 順控SCM 組態方案

一次鹽水過濾及二次鹽水精制分別是兩套獨立的順控程序，二次鹽水精制過程相對復雜，我們重點介紹。二次鹽水工序共有三臺離子交換樹脂塔T-160A/B/C，正常工作時，兩臺串聯運行，一臺下線再生，24小時后第一臺串聯運行的塔下線再生，第二臺塔作為第一臺，再生完成的塔作為第二臺繼續串聯運行，下線塔中的樹脂吸附了大量的多價陽離子，需用鹽酸和燒堿再生；樹脂塔的切換和再生由程序控制每24小時進行一次，每一個塔運行48小時下線一次；樹脂塔的運行模式有自動和手動，自動模式下樹脂塔的切換和再生都是自動進行，手動模式下樹脂塔的切換和再生都是手動執行，但DCS程序參與閥位檢測。

樹脂塔的再生過程共分九個階段，依次是水洗I、反洗、鹽酸再生、水洗II、堿再生、水洗III、等待I、鹽水洗滌、等待II。下面以樹脂塔A為例，如圖2所示，重點介紹水洗I和鹽酸再生兩個階段。

圖2 樹脂塔再生過程

第一階段：水洗I，設定運行時間60分鐘。在水洗I階段，下線塔作為再生塔，塔中剩余的鹽水用純水置換，純水從塔頂進入，廢鹽水回收到廢鹽水槽中。點擊流程圖操作畫面，“選擇A塔”、“選擇水洗I”、“自動”按鈕，水洗I主程序“Invokemain”條件滿足（如圖2所示），Transition1進行閥門反饋檢查，如果閥檢通過，動作塊STEP1執行，啟動計時器T1，程序自動時STEP2執行，打開切斷閥KV160-1、KV163A、KV166A，延時60秒（在STEP2“Min Wait time”中設置），對打開的閥門進行閥檢，程序手動時直接進入閥檢，如果Transition3條件成立，通過STEP3打開純水調節閥FIC162并置調節器模式PID.MODE=AUTO，PIDA.SP=40.6，延時5秒后，檢查FIC162瞬時流量是否在正常范圍，否則調用Interrupt中斷程序，計時器T1停止計時，同時操作畫面提示流量低報警，這一過程通過主程序Main的STEP4“Interrupt condition”選項，在“Condition expression”中，寫入表達式FIC162.DACA.PVLOFL=1實現，在調節器FIC162自調或操作員干預待流量恢復正常后，Interrupt返回Main主程序并等待計時完成，此階段60分鐘計時內，實時檢測該瞬時流量，一旦低報警就跳到Interrupt，確保足夠的沖洗水量及沖洗質量，自動狀態下待T1計時60分鐘完成，動作塊STEP5關閉切斷閥KV160-1、KV163A、KV166A及FIC162調節閥，手動狀態下待T1計時60分鐘完成，操作員手動關閉沖洗閥待閥檢通過方可結束水洗I過程，同時在Step7（通過連接Step7.ACTIVEFL實現）執行時置第二階段反洗標志位等于ON，作為啟動反洗的一個條件。

在水洗I運行中，禁止的閥位檢測如果出現異常或緊急停車按鈕被觸發，無條件執行停止程序，只是閥檢異常執行停止程序僅退出水洗I過程，而緊急停車觸發將導致工作塔與再生塔同時停止運行。

第三階段：鹽酸再生，設定運行時間50分鐘。在水洗I組態的基礎上，酸再生階段需要實現切斷閥KV169-2和 KV169-3的聯鎖，在KV169-3關閉60秒后或FIC162瞬時流量正常時，方可打開KV169-2，該時間通過邏輯點ONDELAY設置；在純水FIC162瞬時流量偏低、KV169-3開啟、緊急停車指令發出或SCM程序的第十四步被執行時關閉KV169-2，SCM通過邏輯點控制閥門的邏輯圖組態如圖3所示。

從該邏輯圖我們可以看出，SCM對離散設備的控制，通過執行塊STEP的激活（STEP.ACTIVEFL），輸出連接到設備控制模塊DEVCTL.OI（0），執行關閉閥門（泵）指令、DEVCTL.OI（1）執行打開閥門（泵）指令。

三臺離子交換樹脂塔共26個切斷閥，3個調節閥及4個流量計，無論是再生塔還是工作塔，閥檢程序實時運行檢測，貫穿再生過程的九個階段，不同的階段閥檢的閥門不一樣。閥檢的故障報警，在再生步驟結束或樹脂塔切換結束的1分鐘內不進行，該1分鐘的延時DCS用TIM-KV進行設置，一旦閥門閥位異常，將在DCS控制畫面上閃爍，如果影響鹽水質量的閥位檢測出現異常，必須觸發再生停止程序，中斷再生過程以保證鹽水的質量，確保電解槽、離子膜的安全穩定運行。

5 結束語

二期工程自2011年7月投運以來，PKS R400.1系統一直運行穩定，完全滿足離子膜燒堿復雜工藝的各項要求，通過該項目的實施，我們深刻的領會到PKS 系統SCM 功能之強大，它集成了傳統工控系統各方面的強大功能，并以簡潔的組態方式為先進工藝離子膜燒堿提供了有效的控制解決方案。目前該工藝裝置運行良好，各項工藝指標穩定，噸堿耗電及鹽均創同行業最好水平，為公司創造了良好的經濟及社會效益。

[1]邢家悟. 離子膜法制燒堿操作問答[M]. 北京: 化學工業出版社, 2009.