ECS—100 DCS控制系統(tǒng)在多元醇丙烯酸酯生產(chǎn)上的應(yīng)用

【摘 要】多元醇丙烯酸酯具有高效、環(huán)保節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于印刷及涂料等各行業(yè)，被譽(yù)為面向21世紀(jì)可持續(xù)發(fā)展的綠色產(chǎn)業(yè)。本項(xiàng)目利用浙大中控ECS-100集散系統(tǒng)，對(duì)生產(chǎn)流程進(jìn)行集散控制。包括集散系統(tǒng)配置，系統(tǒng)設(shè)計(jì)文件，各操作畫面設(shè)計(jì)以及集散系統(tǒng)組態(tài)和測(cè)試。

【關(guān)鍵詞】ECS-100；DCS；多元醇丙烯酸酯

1.引言

我司在年產(chǎn)15000噸多元醇丙烯酸酯裝置中采用浙江中控技術(shù)股份有限公司研制的SUPCON WebField ECS-100 DCS系統(tǒng)。ECS-100控制系統(tǒng)融合了最新的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、嵌入式軟件技術(shù)、先進(jìn)控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。實(shí)現(xiàn)了多種總線兼容和異構(gòu)系統(tǒng)綜合集成，增強(qiáng)了過程控制的功能和效率，提高了工業(yè)自動(dòng)化的整體性和穩(wěn)定性。

2.ECS-100集散控制系統(tǒng)概述

2.1 ECS-100集散系統(tǒng)

浙大中控ECS-100的微處理器采用PhilipsP51XA，16位CPU，雙核處理器，主從結(jié)構(gòu)，實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件AdvanTrol是基于中文Windows NT/2000開發(fā)的應(yīng)用程序。基本組成包括工程師站、操作站、控制站和通訊網(wǎng)絡(luò)。工程師站是為專業(yè)技術(shù)人員設(shè)計(jì)的，內(nèi)裝有相應(yīng)的組態(tài)平臺(tái)和系統(tǒng)維護(hù)工具，通過系統(tǒng)組態(tài)平臺(tái)生成適合生產(chǎn)工藝要求的應(yīng)用程序。操作站是由工業(yè)PC機(jī)和相關(guān)外設(shè)組成的人機(jī)系統(tǒng)，是操作員進(jìn)行監(jiān)控和控制的平臺(tái)?？刂普臼窍到y(tǒng)中直接與現(xiàn)場(chǎng)打交道的I/O處理單元，完成整個(gè)工業(yè)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能。通訊網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)工程師站、操作站、控制站的連接。完成信息、控制命令等的傳輸。采用冗余設(shè)計(jì)，使信息傳輸更安全。

2.2 DCS系統(tǒng)硬件配置

2.2.1 工程師站

采用聯(lián)想的T400服務(wù)器作為工程師站。用來存放組態(tài)信息的工程文檔，通過其安裝的組態(tài)軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)硬件結(jié)構(gòu)、主控卡控制功能和監(jiān)控畫面的組態(tài)等功能。

2.2.2 操作站

由一臺(tái)聯(lián)想的T400服務(wù)器組成，用來監(jiān)控所有生產(chǎn)流程的畫面，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的操作

2.2.3控制站

控制站是控制系統(tǒng)中進(jìn)行I/O數(shù)據(jù)采集、信息交換、控制運(yùn)算、邏輯控制的核心，完成整個(gè)工業(yè)過程的實(shí)時(shí)控制功能。ECS-100 DCS系統(tǒng)控制站主要有機(jī)柜，機(jī)籠，供電單元，端子排和各類卡件組成。

該多元醇丙烯酸酯生產(chǎn)裝置控制站由3個(gè)機(jī)柜組成，包括1個(gè)系統(tǒng)配電柜，1個(gè)卡件機(jī)柜和一個(gè)端子板柜。系統(tǒng)配電柜主要是給系統(tǒng)控制站和現(xiàn)場(chǎng)儀表供電。配電柜總電源采用雙路供電方式，并且增加了避雷保護(hù)裝置，增強(qiáng)了系統(tǒng)防雷抗干擾能力?？窆灿?個(gè)機(jī)籠，包括1個(gè)電源機(jī)籠和5個(gè)卡件機(jī)籠。機(jī)籠內(nèi)電源分為5V和24V電源，均為冗余配置，確保了卡件不會(huì)因?yàn)閿嚯姷纫蛩卦斐缮a(chǎn)事故。系統(tǒng)包含一整套冗余的主控卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡和I/O卡件。主控卡是控制站的核心，協(xié)調(diào)控制站內(nèi)軟硬件關(guān)系和執(zhí)行各項(xiàng)控制任務(wù)。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡是控制站I/O單元的核心，是主控卡連接I/O卡件的中間環(huán)節(jié)。當(dāng)任一設(shè)置為冗余方式的工作卡件發(fā)生故障時(shí)，備用卡件迅速自動(dòng)切換成工作卡件，保證了整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。該DCS系統(tǒng)卡件配置了2塊主控卡、8塊數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡、6塊電源指示卡、2塊24V電源、2塊5V電源、8塊開關(guān)量輸入卡、6塊開關(guān)量輸出卡、19塊模擬量輸入卡、2塊熱電偶信號(hào)輸入卡、10塊熱電阻信號(hào)輸入卡、7塊模擬量輸出卡。

2.2.4 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

整個(gè)DCS系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)四層通信網(wǎng)絡(luò)。一是管理信息網(wǎng)，即可以實(shí)現(xiàn)管理層隨時(shí)查看各生產(chǎn)裝置的實(shí)時(shí)信息。二是過程信息網(wǎng)，在該過程信息網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)操作節(jié)點(diǎn)之間包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)報(bào)警、歷史趨勢(shì)、歷史報(bào)警、操作日志以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信和歷史數(shù)據(jù)查詢等。三是過程控制網(wǎng)，采用了高速冗余工業(yè)以太網(wǎng)作為其過程控制網(wǎng)絡(luò)。它直接連接了系統(tǒng)的控制站和操作站。是傳送過程控制實(shí)時(shí)信息的通道，具有很高的可靠性和實(shí)時(shí)性。四是控制站內(nèi)部I/O控制總線SBUS。SBUS總線是控制站內(nèi)部通訊網(wǎng)絡(luò)，總共分為兩層，連接數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡和I/O卡件的是SBUS-S1總線，連接主控卡和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡的是SBUS-S2總線。

3.多元醇丙烯酸酯工藝流程簡(jiǎn)介

3.1原理

基本反應(yīng)原理：烷氧基化多元醇和丙烯酸在酸性條件下，選擇特定的催化劑，控制一定的反應(yīng)溫度及反應(yīng)物配比，按一定的加料順序，進(jìn)行酯化反應(yīng)，生產(chǎn)目標(biāo)產(chǎn)物多元醇丙烯酸酯。

3.2工藝流程概述

多元醇丙烯酸酯所采用的生產(chǎn)工藝流程圖見圖。

投料：將定量的烷氧基化多元醇、丙烯酸以及各種輔助助劑按一定反應(yīng)順序，依次投入反應(yīng)釜內(nèi)。反應(yīng)釜采用自然循環(huán)內(nèi)部換熱結(jié)構(gòu)。

攪拌加溫：往反應(yīng)釜中加入一定量的溶劑（溶劑與反應(yīng)生成的水共沸，以便使水從反應(yīng)體系中分離出來，確保反應(yīng)正向進(jìn)行）。當(dāng)溶劑全部加入反應(yīng)釜后開始攪拌，在開始攪拌的同時(shí)打開蒸汽閥門，對(duì)反應(yīng)釜進(jìn)行加熱。保持反應(yīng)溫度在118～130℃之間。

酯化：讓烷氧基化多元醇和丙烯酸在酸性催化劑作用下進(jìn)行酯化反應(yīng)，讓有機(jī)酸的羧酸根與醇中的羥基進(jìn)行脫水反應(yīng)生成酯，在反應(yīng)過程中有大量的水生成，需要進(jìn)行除水以使反應(yīng)正向進(jìn)行。

除水：溶劑與水形成的共沸物，經(jīng)過冷凝器后進(jìn)入分水器，分離出的水經(jīng)處理后循環(huán)使用，溶劑通過分水器上部的溢流口回到酯化反應(yīng)釜中。

非均相中和：將完成酯化過程的物料打入中和反應(yīng)釜中，進(jìn)行非均相中和。

真空脫溶：將中和反應(yīng)釜中的酯溶液移入薄膜蒸發(fā)裝置中脫去溶劑，在真空的條件下用蒸汽將蒸發(fā)裝置加溫到90℃，回收溶劑。溶劑蒸汽經(jīng)三級(jí)冷凝，確?；厥章蔬_(dá)到99.9%以上。

4.主要控制回路

由于多元醇丙烯酸酯的生產(chǎn)過程中主要是對(duì)酯化反應(yīng)釜，脫水塔，分水器，薄膜蒸發(fā)裝置和汽提塔的溫度、液位、流量、壓力和真空度進(jìn)行監(jiān)視和控制。除采用常規(guī)單回路控制外，采用串級(jí)控制回路即可對(duì)各種工藝參數(shù)穩(wěn)定控制。主要采用的串級(jí)回路有：

酯化反應(yīng)釜釜內(nèi)溫度與蒸汽流量的控制；

酯化反應(yīng)釜釜內(nèi)真空度與放空調(diào)節(jié)閥的控制；

分水器水液位與去酯化水槽流量的控制；

分水器溶劑液位與進(jìn)脫水塔流量的控制；

薄膜蒸發(fā)裝置內(nèi)物料溫度與進(jìn)料流量的控制；

汽提塔內(nèi)物料溫度與進(jìn)料流量的控制；

汽提塔加熱溫度與進(jìn)蒸汽流量的控制；

5.結(jié)束語

自2011年12月多元醇丙烯酸酯裝置開車以來，DCS系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，效果良好，能夠適應(yīng)和滿足生產(chǎn)工藝的要求，該控制系統(tǒng)采用中文頁面，操作和維護(hù)都極為方便。而且具有詳盡的事故判斷及快速反應(yīng)能力，對(duì)各種意外情況進(jìn)行正確有效的提示和處理。減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。同時(shí)為企業(yè)節(jié)約了資金，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。