離心機控制方案在Harmonas-DEO系統(tǒng)中的實現(xiàn)

趙 鐸

(河南神馬尼龍化工有限責(zé)任公司,河南 平頂山 467013)

淤渣離心機是己二胺裝置中的核心設(shè)備，用于分離粗己二胺中的NaOH泥渣，其分離效果對己二胺產(chǎn)品的質(zhì)量和后續(xù)精制工序的單耗起到重要作用。河南神馬尼龍化工有限責(zé)任公司的現(xiàn)役離心機由于運行時間長、能效低，已經(jīng)無法滿足現(xiàn)場需求，因此該公司引進了新離心機。但由于隨機所帶的PLC系統(tǒng)步序多、控制復(fù)雜，新離心機使用的原控制方案已不再適用。因此將PLC系統(tǒng)中的離心機控制方案轉(zhuǎn)化為在Harmonas-DEO系統(tǒng)中實現(xiàn)，成為新離心機能否成功應(yīng)用的關(guān)鍵。為此，筆者設(shè)計了離心機在Harmonas-DEO系統(tǒng)中的控制方案，并在實際應(yīng)用中得以實現(xiàn)。

離心機的控制與報警邏輯十分復(fù)雜，不能直接引用。經(jīng)過與設(shè)備廠家和工藝人員的溝通交流，決定對原控制方案進行重新設(shè)計，使其既滿足設(shè)備本身的安全與運行需要，又適合河南神馬尼龍化工有限責(zé)任公司目前的現(xiàn)場實際情況。

通過對原設(shè)計說明進行研究，將離心機控制程序分為初始狀態(tài)、加速過程、待機狀態(tài)、生產(chǎn)狀態(tài)、清洗狀態(tài)、手動大/小排渣和聯(lián)鎖停機7個狀態(tài)，每個狀態(tài)完成相應(yīng)的功能，以此來完成整個離心機的運行控制，各狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換如圖1所示。

在初始狀態(tài)中主要對程序中引用的一些內(nèi)外變量進行初始化。程序初始運行和聯(lián)鎖停機后都要首先進入此狀態(tài)。

圖1 離心機的狀態(tài)轉(zhuǎn)換

加速過程是離心機電機變頻器接收到DCS的加速信號后轉(zhuǎn)速由零加速到額定轉(zhuǎn)速的過程。離心機電機上電后，工藝人員在監(jiān)控畫面中將離心機程序投入運行，程序自動給變頻器一個100%的轉(zhuǎn)速給定信號，待電機轉(zhuǎn)速和電流滿足條件后，程序等待30s，加速過程結(jié)束。

加速過程結(jié)束后，程序進入待機狀態(tài)，此時各閥門都處于關(guān)閉狀態(tài)，離心機空載運行。在待機狀態(tài)中，工藝人員可在監(jiān)控畫面中選擇生產(chǎn)或清洗任一狀態(tài)，程序便進入到相應(yīng)的狀態(tài)運行；也可以選擇手動小排渣或手動大排渣進行手動排渣，排渣程序運行后程序重新返回待機狀態(tài)。待機狀態(tài)可轉(zhuǎn)換到生產(chǎn)狀態(tài)或清洗狀態(tài)，但生產(chǎn)狀態(tài)和清洗狀態(tài)之間根據(jù)原設(shè)計要求不能直接轉(zhuǎn)換，需先回到待機狀態(tài)，之后才能轉(zhuǎn)到另一狀態(tài)。

在待機狀態(tài)中選擇生產(chǎn)狀態(tài)后程序便進入生產(chǎn)狀態(tài)，生產(chǎn)狀態(tài)各閥門運行時序如圖2所示。在生產(chǎn)狀態(tài)中，進料閥XV535B-1始終打開，生產(chǎn)時間由Tpro控制，排渣程序運行時間由Tflushdur控制，Tpro與Tflushdur的默認時間分別為200s和40s，時間值在監(jiān)控畫面中均可更改。

圖2 生產(chǎn)狀態(tài)閥門運行時序

在待機狀態(tài)中選擇清洗狀態(tài)后程序便進入清洗狀態(tài)，清洗狀態(tài)各閥門運行時序如圖3所示。在清洗狀態(tài)中，進料閥XV535B-1始終關(guān)閉，清洗時間由Tcip控制，排渣程序運行時間由Tflushdur控制，Tcip與Tflushdur的默認時間分別為120s和40s，時間值在監(jiān)控畫面中均可更改。

圖3 清洗狀態(tài)閥門運行時序

在生產(chǎn)狀態(tài)和清洗狀態(tài)中可執(zhí)行自動排渣程序，也可以手動執(zhí)行小排渣或大排渣程序(生產(chǎn)狀態(tài)中執(zhí)行的是小排渣程序，清洗狀態(tài)中執(zhí)行的是大排渣程序)。另外，在待機狀態(tài)中也可以手動執(zhí)行小排渣或大排渣程序。排渣程序的時序如圖4所示。在排渣程序中，水洗閥XV535B-2關(guān)閉時間由Tpause控制，打開時間由Tflush控制，排渣閥(小排渣為XV535B-4閥，大排渣為XV535B-5閥)在水洗閥XV535B-2第一次打開后的關(guān)閉時刻打開，打開時間由Tdischarge控制，之后便一直處于關(guān)閉狀態(tài)，排渣程序總運行時間由Tflushdur控制。Tpause、Tflush、Tdischarge和Tflushdur的默認時間分別為7、3、5、40s，時間值在監(jiān)控畫面中均可更改。排渣閥打開期間離心機的振動可能比較大，因此在排渣閥打開時振動監(jiān)測量VI_535B的報警被禁止。

圖4 排渣程序時序

在離心機加速和運行過程中都可以觸發(fā)聯(lián)鎖引起離心機停機，離心機聯(lián)鎖邏輯如圖5所示。

圖5 離心機聯(lián)鎖邏輯

加速中，工藝人員在監(jiān)控畫面中啟動程序后，若在30s內(nèi)電機轉(zhuǎn)速一直低于36r/min，或者8min后電機轉(zhuǎn)速未能達到1 440r/min，則觸發(fā)聯(lián)鎖。在程序運行過程中，若電機轉(zhuǎn)速大于1 500r/min，或者離心機振動值大于6mm/s且在1s內(nèi)未恢復(fù)，或者電機轉(zhuǎn)速低于1 440r/min且在30s內(nèi)未恢復(fù)，則觸發(fā)聯(lián)鎖。

手動停機，工藝人員在監(jiān)控畫面中手動停止程序后，也會觸發(fā)聯(lián)鎖。

聯(lián)鎖動作，聯(lián)鎖動作條件觸發(fā)后，程序向變頻器發(fā)出停止信號，停止離心機運轉(zhuǎn)，等到電機轉(zhuǎn)速降到1 000r/min后，再等待30s，自動終止程序運行，回到初始狀態(tài)。

手動復(fù)位，聯(lián)鎖動作后，必須手動按動操作臺上的復(fù)位按鈕才能解除發(fā)給變頻器的停止信號，離心機才能重新啟動。手動復(fù)位按鈕應(yīng)在聯(lián)鎖動作后，電機轉(zhuǎn)速降到1 000r/min，并等待30s后按下才起作用。

報警，引起聯(lián)鎖的條件都有相應(yīng)的報警記錄，聯(lián)鎖動作后操作臺上有相應(yīng)的鈴聲報警。

任何時刻只要離心機的電機轉(zhuǎn)速大于725r/min，操作水閥XV535B-3便打開，否則該閥關(guān)閉。

2 離心機控制方案實現(xiàn)

河南神馬尼龍化工有限責(zé)任公司2#己二胺裝置采用的是Harmonas-DEO控制系統(tǒng)，將新設(shè)計的離心機控制方案轉(zhuǎn)化并在該系統(tǒng)中實現(xiàn)，不僅可以節(jié)省隨機所帶的PLC系統(tǒng)費用，而且也便于以后的系統(tǒng)維護。

2.1 控制算法選擇

在Harmonas-DEO系統(tǒng)中實現(xiàn)該離心機控制方案有多種選擇，如建立邏輯點、功能塊點及CL/DOPC程序等。由于離心機控制中要實現(xiàn)幾個狀態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)換，用邏輯點和功能塊點來實現(xiàn)較為復(fù)雜，綜合比較后，選擇CL/DOPC語言作為該控制方案的主要實現(xiàn)算法，邏輯點和功能塊點作為必要補充。

2.2 CL/DOPC控制語言

Harmonas-DEO系統(tǒng)提供的CL控制語言是一種高級算法控制語言，它運行于DOPC系列控制器內(nèi)，通常用來實現(xiàn)一些復(fù)雜的控制或時序邏輯。一個完整的CL/DOPC程序由主程序、子程序和異常處理程序組成。主程序只能有一個，而子程序和異常處理程序可以有多個。簡單的CL/DOPC程序僅包括一個主程序。異常處理程序在某些異常條件發(fā)生時執(zhí)行。CL/DOPC程序只有和過程模件數(shù)據(jù)點連接后才能被執(zhí)行，被連接的過程模件數(shù)據(jù)點在主程序的頭部指定。在Harmonas-DEO系統(tǒng)的RTC工程組態(tài)環(huán)境中，可以對所編寫的CL程序進行編譯生成目標文件，并對該目標文件進行裝載使其裝入到DOPC內(nèi)存中運行。

2.3 程序?qū)崿F(xiàn)

CL/DOPC程序代碼如下：

SEQUENCE TM_S535B(DOPC;POINT D2_SQ_S535B)

……

PHASE INITIAL

STEP ST01

……

PHASE ACC(SHUTDOWN ACCEL)

STEP ST01

……

PHASE READY(SHUTDOWN ILKSHUT)

STEP ST01

……

L002:SET D2_S535B_CS.PV=1

IF D2_DM_S535B.PV=2 THEN(SET D2_DM_S535B.PV=0;GOTO PHASE PRODUCT)

IF D2_DM_S535B.PV=3 THEN(SET D2_DM_S535B.PV=0;GOTO PHASE CIP)

IF D2_DM_S535B.PV=4 THEN(CALL SLAGOFF(0);SET D2_DM_S535B.PV=0)

IF D2_DM_S535B.PV=5 THEN(CALL SLAGOFF(1);SET D2_DM_S535B.PV=0)

GOTO L002

PHASE PRODUCT(SHUTDOWN ILKSHUT;HOLD STSCHG)

STEP ST01

SET D2_S535B_CS.PV=2

L003:……

CALL SLAGOFF(0)

GOTO L003

PHASE CIP(SHUTDOWN ILKSHUT;HOLD STSCHG)

STEP ST01

SET D2_S535B_CS.PV=3

L004:……

CALL SLAGOFF(1)

GOTO L004

EXIT

END TM_S535B

SHUTDOWN HANDLER ACCEL(WHEN NOT D2_S535B_STSW.PVFL OR ……)

……

RESTART

……

RESUME PHASE INITIAL

END ACCEL

SHUTDOWN HANDLER ILKSHUT(WHEN NOT D2_S535B_STSW.PVFL OR ……)

……

RESTART

……

RESUME PHASE INITIAL

END ILKSHUT

HOLD HANDLER STSCHG(WHEN D2_DM_S535B.PV=1 OR

& D2_DM_S535B.PV=4 OR

& D2_DM_S535B.PV=5)

WAIT 1 SECS

RESTART

IF D2_DM_S535B.PV=1 THEN(SET D2_DM_S535B.PV=0;RESUME PHASE READY)

ELSE IF(D2_DM_S535B.PV=4 AND D2_S535B_CS.PV=2)THEN(CALL SLAGOFF(0);

& SET D2_DM_S535B.PV=0;RESUME PHASE PRODUCT)

ELSE IF(D2_DM_S535B.PV=4 AND D2_S535B_CS.PV=3)THEN(CALL SLAGOFF(0);

& SET D2_DM_S535B.PV=0;RESUME PHASE CIP)

ELSE IF(D2_DM_S535B.PV=5 AND D2_S535B_CS.PV=2)THEN(CALL SLAGOFF(1);

& SET D2_DM_S535B.PV=0;RESUME PHASE PRODUCT)

ELSE IF(D2_DM_S535B.PV=5 AND D2_S535B_CS.PV=3)THEN(CALL SLAGOFF(1);

& SET D2_DM_S535B.PV=0;RESUME PHASE CIP)

END STSCHG

SUBROUTINE SLAGOFF(SL:IN NUMBER)

……

EXIT

END SLAGOFF

程序由主程序TM_S535B、異常處理程序ACCEL、ILKSHUT、STSCHG和子程序SLAGOFF組成。主程序TM_S535B由INITIAL、ACC、READY、PRODUCT和CIP組成，分別對應(yīng)圖1中的初始、加速、待機、生產(chǎn)和清洗5個狀態(tài)。異常處理程序ACCEL主要對在加速過程中出現(xiàn)的異常情況進行處理，處理后程序重新回到初始狀態(tài)。異常處理程序ILKSHUT主要完成在離心機運行過程中聯(lián)鎖情況的處理，處理后程序重新回到初始狀態(tài)。異常處理程序STSCHG是狀態(tài)轉(zhuǎn)換處理程序，完成生產(chǎn)或清洗狀態(tài)到待機狀態(tài)的轉(zhuǎn)換和手動大排渣或小排渣。子程序SLAGOFF完成離心機的排渣：當(dāng)傳遞給子程序的參數(shù)為0時進行小排渣處理，參數(shù)為1時完成大排渣處理。程序中，數(shù)據(jù)點D2_S535B_CS表示程序當(dāng)前的運行狀態(tài)，其值為1～3，分別表示待機、生產(chǎn)和清洗狀態(tài)；數(shù)據(jù)點D2_DM_S535B表示操作員手動選擇的命令，其值為1～5，分別表示待機、生產(chǎn)、清洗、手動小排渣和手動大排渣5個轉(zhuǎn)換命令。從上述程序可以看出，用CL/DOPC語言來實現(xiàn)控制是比較靈活的，狀態(tài)之間的語句控制和子程序的運用都是比較高效的。

2.4 程序運行

源程序編輯完成后需要進行編譯和語法檢查，鏈接綁定過程模件數(shù)據(jù)點，并生成目標文件。鏈接綁定的過程模件數(shù)據(jù)點在源程序的頭部指定，因此需事先建立(如程序中的D2_SQ_S535B)，目標文件生成后需將其轉(zhuǎn)入控制器內(nèi)存中才能運行，后續(xù)只需通過該過程模件數(shù)據(jù)點即可操作并運行此程序。編譯和裝載均在RTC工程組態(tài)環(huán)境中進行。

該離心機控制方案主要由上述的CL/DOPC控制語言來完成，還包括幾個邏輯點和功能塊點，實現(xiàn)排渣期間的報警禁止、聯(lián)鎖復(fù)位解除及同其他聯(lián)鎖之間的關(guān)聯(lián)等功能，同時還要結(jié)合流程圖畫面來實現(xiàn)工藝操作人員的監(jiān)控和操作。

3 結(jié)束語

筆者從實際應(yīng)用的角度介紹了離心機控制方案的設(shè)計構(gòu)思及其在Harmonas-DEO系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)化實現(xiàn)。該控制方案的實現(xiàn)不僅使河南神馬尼龍化工有限責(zé)任公司擺脫了對進口離心機隨機所帶控制系統(tǒng)的依賴，而且也節(jié)省了隨機所帶的PLC系統(tǒng)費用，節(jié)約了成本，減少了系統(tǒng)的維護工作量。