淺談高壓聚乙烯裝置工藝控制系統(tǒng)優(yōu)化方案

【摘要】本文針對大慶石化公司塑料廠高壓聚乙烯I裝置工藝過程復(fù)雜、、工藝條件苛刻、系統(tǒng)聯(lián)鎖多和操作難度大等特點(diǎn)，闡述了塑料廠高壓聚乙烯I裝置的控制系統(tǒng)優(yōu)化方案。文中結(jié)合SIEMENS PCS系統(tǒng)的控制功能和技術(shù)特點(diǎn)，提出了高壓聚乙烯I裝置控制系統(tǒng)的優(yōu)化方案。

【關(guān)鍵詞】高壓聚乙烯；塑料廠；PCS7；控制系統(tǒng)

前言

大慶石化公司塑料廠高壓聚乙烯I裝置采用德國伊姆豪遜專利，以乙烯為原料，氧氣作引發(fā)劑，采用一熱三冷四點(diǎn)進(jìn)料的管式法反應(yīng)。反應(yīng)設(shè)定溫度為310℃，反應(yīng)壓力為210～270MPa。裝置共有重要聯(lián)鎖7套（EP1～EP7），裝置風(fēng)送系統(tǒng)分為5個(gè)工段，共有16個(gè)料倉，要求工段連續(xù)送料和倒料時(shí)，風(fēng)機(jī)的啟停和切換、多路閥的換向、旋轉(zhuǎn)閥的啟停、下料閥的開關(guān)全部為自動(dòng)化。

1.高壓聚乙烯I裝置控制系統(tǒng)

1.1 配置方案

高壓聚乙烯I裝置采用西門子的新一代SIMATIC PCS7控制系統(tǒng)，將原控制系統(tǒng)改造為DCS+ESD聯(lián)合控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)包含17個(gè)機(jī)柜、8個(gè)控制站、8個(gè)操作站、1個(gè)輔助操作臺(tái)，1個(gè)就地PLC站和1個(gè)觸摸屏。

1.2 控制方案確定

（1）采用分散型控制系統(tǒng)（DCS）實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)過程模擬信號的常規(guī)控制、監(jiān)視報(bào)警和報(bào)表打印及生產(chǎn)管理。

（2）控制器實(shí)現(xiàn)與反應(yīng)器有關(guān)的重要的需要快速響應(yīng)的緊急停車聯(lián)鎖，獨(dú)立于DCS，并能與DCS進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊；完成原控制系統(tǒng)EP1（保護(hù)高壓分離器）、EP2（保護(hù)反應(yīng)器）及EP3（預(yù)防反應(yīng)器故障）功能。掃描周期為50 ms。

（3）控制器實(shí)現(xiàn)機(jī)泵聯(lián)鎖和與DCS進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的功能。完成原控制系統(tǒng)EP4（反應(yīng)器熱備用程序）、EP5 EP7（壓縮機(jī)安全程序）等聯(lián)鎖功能。掃描周期小于100ms。

（4）采用1套相對獨(dú)立的反應(yīng)器控制系統(tǒng)（RCS）對反應(yīng)器進(jìn)行壓力控制，完成裝置開車和正常運(yùn)行階段對脈沖閥的控制。掃描周期為10ms。

（5）裝置風(fēng)送系統(tǒng)全部控制功能在單獨(dú)的控制器內(nèi)實(shí)現(xiàn)，掃描周期100ms。

（6）裝置的事件順序記錄（SOE）在單獨(dú)的控制器內(nèi)實(shí)現(xiàn)，SOE的掃描周期1ms。

（7）反應(yīng)器溫度點(diǎn)曲線以棒圖形式進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，采用一套相對獨(dú)立的DCS操作站完成。掃描周期小于10ms。

1.3 控制系統(tǒng)功能

PCS7是西門子公司結(jié)合最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)，在西門子公司S5，S7系列可編程控制器及TELEPERM系列集散系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，面向所有過程控制應(yīng)用場合的先進(jìn)過程控制系統(tǒng)，是1種模塊化的基于現(xiàn)場總線的新一代過程控制系統(tǒng)。結(jié)合了傳統(tǒng)DCS和PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，將兩者的功能有機(jī)的結(jié)合在一起口。具有過程控制系統(tǒng)的所有特性和功能，過程控制簡單而安全、方便信息網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場總線及儀表的集成，設(shè)計(jì)模塊化，系統(tǒng)的擴(kuò)展性強(qiáng)。SIMATIC PCS7采用符合IEC-113l-3國際標(biāo)準(zhǔn)的編程軟件和現(xiàn)場設(shè)備庫，提供連續(xù)控制、順序控制及高級編程語言。控制站采用了功能強(qiáng)大的冗余控制器417H/FH，冗余采用事件同步技術(shù)，處理二進(jìn)制指令只需0.1us。

系統(tǒng)中的ET200M分布式I/O站配備2個(gè)通訊接口單元IM153-2。2塊IM153-2模塊分別與2條PROFIBUS-DP總線連接，每個(gè)站的IM153-2模塊通過有源總線底板相互聯(lián)接，此種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式保證CPU與I/O站的數(shù)據(jù)交換在任何情況下都不會(huì)中斷。ET200M分布式I/O插在有源總線模板上，保證I/O卡件可帶電插拔 。

控制站與操作員站及工程師站之間配備了工業(yè)交換機(jī)OSM，并采用環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，使工業(yè)以太網(wǎng)通訊速率可以達(dá)100M，同時(shí)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)冗余。快速交換式工業(yè)以太網(wǎng)在工業(yè)以太網(wǎng)的通信協(xié)議基礎(chǔ)上，將通信速率提高到了100M。由于采用了全雙工并行（FDX）通信模式，允許站點(diǎn)同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，通信速率可提高1倍。在快速以太網(wǎng)上還采用了交換技術(shù)。由于普通以太網(wǎng)網(wǎng)段上數(shù)據(jù)通信阻塞的存在，使得實(shí)際通信效率只有40%，采用了全雙工并行通信技術(shù)和交換技術(shù)后，使得網(wǎng)絡(luò)通信能力得以充分的利用。

1.4 控制系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)

（1）人機(jī)界面（ttMI）采用WINCC進(jìn)行組態(tài)

人機(jī)界面設(shè)計(jì)內(nèi)容有6項(xiàng)：

1）系統(tǒng)工藝流程顯示：依據(jù)設(shè)備系統(tǒng)工藝流程圖，按照功能組區(qū)域劃分。

2）調(diào)節(jié)系統(tǒng)、調(diào)節(jié)畫面：回路手操站，調(diào)節(jié)參數(shù)集中顯示。

3）重要參數(shù)趨勢顯示：有實(shí)時(shí)趨勢與歷史趨勢兩種顯示。

4）全局報(bào)警顯示：系統(tǒng)按照功能區(qū)分為若干個(gè)報(bào)警組，各個(gè)報(bào)警組的報(bào)警窗口分布于相應(yīng)功能顯示窗口的上方，全局報(bào)警顯示提供集中查看系統(tǒng)所有報(bào)警的能力，或按優(yōu)先級、報(bào)警組過濾查看，并具有全局報(bào)警確認(rèn)。

5）具有分層結(jié)構(gòu)和簡單導(dǎo)航以及固定區(qū)域的多窗口設(shè)計(jì)，方便用戶操作。

6）每個(gè)操作員/組可被分配自定義授權(quán)，報(bào)警過濾肪問控制由過程區(qū)域劃分，共享自定義功能，可鎖定/共享工廠分區(qū)，授權(quán)訪問使用口令，安全功能可應(yīng)用至每個(gè)操作或者對象。

（2）控制站

1）系統(tǒng)通過西門子獨(dú)有的反編碼技術(shù)故障安全CPU，PROFISAFE故障安全通信，內(nèi)置雙處理器的智能故障安全I(xiàn)/O模塊并且利用DCS與SIS的西門子獨(dú)特的兼容技術(shù)，使得該系統(tǒng)不僅滿足SIL3的安全等級要求，增強(qiáng)了可操作性及維護(hù)性。

2）通過S7-RED冗余通訊軟件，用于驅(qū)動(dòng)CP1613通訊卡和控制器冗余鏈接的驅(qū)動(dòng)程序。保障在冗余控制系統(tǒng)中，互為冗余的CPU發(fā)生故障切換時(shí)，操作員站與控制器問無擾鏈接。

3）使用ADDFEM高速掃描卡及GPS TIMESERVER的時(shí)間同步，實(shí)現(xiàn)SOE功能，分辨率小于1ms。

4）所有模塊均有完善的自診斷功能、傳感器斷線監(jiān)測功能、在線插拔功能，保證了系統(tǒng)安全、長時(shí)間運(yùn)行，提高了系統(tǒng)的可用性和可維護(hù)性。

5）使用高速掃描卡及wINcc的高速刷新功能實(shí)現(xiàn)溫峰指示功能。

6）利用西門子SCL語言及獨(dú)有的STL語言，開發(fā)若干自定義功能塊。

7）使用ADDFEM高速掃描卡實(shí)現(xiàn)LDPE裝置壓力控制調(diào)節(jié)，掃描周期只有10ms。

2.項(xiàng)目實(shí)施效果

自2010年8月9日控制系統(tǒng)投用裝置開工1次成功后，裝置一直運(yùn)行平穩(wěn)，未出現(xiàn)過任何控制故障。

2.1 系統(tǒng)的穩(wěn)定性

通過裝置實(shí)際生產(chǎn)測試和多次開停工以及程序動(dòng)作證明，系統(tǒng)的穩(wěn)定性是相當(dāng)可靠的。控制系統(tǒng)自投用以來，沒有出現(xiàn)控制失靈、故障、誤報(bào)、記錄不全等現(xiàn)象，沒有出現(xiàn)過無法控制，動(dòng)作錯(cuò)誤等問題。

2.2 操作的簡易性

多次開停工和正常生產(chǎn)操作證明，系統(tǒng)設(shè)計(jì)自動(dòng)化程度高，操作畫面直觀，操作簡易，系統(tǒng)和畫面信息全，為操作人員的正常監(jiān)盤和操作提供了便利條件，也減少了操作錯(cuò)誤的幾率。

2.3 系統(tǒng)的安全性

（1）緊急聯(lián)鎖停工和安全聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)成故障安全型。由于使用PCS7-FH故障安全系統(tǒng)完成停工邏輯，安全可靠且反應(yīng)速度快，因此反應(yīng)器有關(guān)的緊急聯(lián)鎖停車采用快速的PCS7-FH系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

（2）工藝過程的極關(guān)鍵檢測點(diǎn)均采用PCS7-FH專用故障安全系統(tǒng)處理，以達(dá)到系統(tǒng)安全要求。

（3）緊急停工系統(tǒng)及安全聯(lián)鎖系統(tǒng)均符合安全等級要求。

3.結(jié)束語

該控制方案解決了高壓反應(yīng)器壓力控制容易產(chǎn)生波動(dòng)、參數(shù)設(shè)置難以掌握的隱患，使工藝生產(chǎn)準(zhǔn)確度大幅提高；解決了風(fēng)送系統(tǒng)多年來三段至五段無法自動(dòng)投用和備用風(fēng)機(jī)不能自動(dòng)切換等問題；消除了開停工過程操作參數(shù)不直觀、聯(lián)鎖放空誤動(dòng)作的安全隱患問題。