橫河CENTUM VP在聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯（PBT）裝置的應(yīng)用

蔡才發(fā)

摘要：本文針對(duì)橫河CENTUM VP系統(tǒng)在我公司聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯（PBT）裝置的應(yīng)用情況，簡(jiǎn)單介紹了該裝置的工藝流程及配套橫河CENTUM VP的系統(tǒng)配置，并結(jié)合該裝置的特點(diǎn)，闡述該裝置主要的控制程序方案

關(guān)鍵詞： CENTUM VP系統(tǒng)；PBT裝置；PID ；PROFIBUS；組態(tài)

中圖分類號(hào)：TQ323.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）10（b）-0000-00

Application of YOKOGAWA CENTUM VP system to PBT plants

Cai Caifa

（Fujian Meizhouwan Chlor-Alkali Industry Co.， Ltd. Cai Caifa Fujian QuanZhou 362801）

Abstract： Base on the application of Yokogawa CENTUM VP system on PBT plant of Fujian Meizhouwan Chlor-Alkali Industry Co.， Ltd.， a brief introduction on this PBT plant technical process and system configuration of the matched Yokogawa CENTUM VP was conducted， together with main process control plan for PBT plant on combination of its special features.

Keywords：CENTUM VP system；PBT plant；PID；PROFIBUS；configuration

我公司60kt/a高純樹脂PBT裝置于2014年四月順利開車投產(chǎn)，該生產(chǎn)裝置的自動(dòng)控制系統(tǒng)采用日本橫河的CentumVP分散型控制系統(tǒng)，從組態(tài)工作至系統(tǒng)投用，表現(xiàn)出良好的性能，既提高了組態(tài)工作的效率，又很好的完成了工藝流程控制的要求。本文即對(duì)此控制系統(tǒng)在PBT裝置上應(yīng)用的硬件配置及典型控制回路的組態(tài)進(jìn)行介紹，并對(duì)該裝置的工藝流程進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

1.PBT裝置工藝簡(jiǎn)介

我公司60kt/a高純樹脂PBT裝置采用從德國(guó)LURGI公司（原ZIMMER公司）引進(jìn)PTA直接酯化三釜流程的連續(xù)PBT工藝，該工藝采用鈦酸四丁酯作為催化劑，以對(duì)苯二甲酸（PTA），1，4丁二醇作為原料，通過酯化，預(yù)聚，終聚來連續(xù)生產(chǎn)黏度為（0.7-1.2）的PBT。該裝置包括原料1，4丁二醇的中間貯存和分送，回收1，4丁二醇的中間貯存和分送，催化劑配制，添加劑加料，原料對(duì)苯二甲酸（PTA）的加料、中間儲(chǔ)存和輸送，漿料的配制，酯化，預(yù)縮聚，切粒，丁二醇噴射真空系統(tǒng)，切片輸送、儲(chǔ)存和包裝，四氫呋喃回收，廢氣處理，熱媒系統(tǒng)等工段。工藝方塊流程圖如下：

圖一 工藝方塊流程圖

2.系統(tǒng)配置

橫河CENTUM VP系統(tǒng)具有更加直觀的人機(jī)界面，大容量現(xiàn)場(chǎng)控制站能夠更加快速無誤地處理數(shù)據(jù)。系統(tǒng)提供了更好的信息可見性和操作靈活性。其簡(jiǎn)單通用的結(jié)構(gòu)，適用于各種工廠規(guī)模和行業(yè)。我公司PBT裝置DCS系統(tǒng)的系統(tǒng)配置簡(jiǎn)圖如下：

圖二 PBT裝置DCS系統(tǒng)的系統(tǒng)配置簡(jiǎn)圖

橫河CENTUM VP系統(tǒng)主要由操作員站（HIS），工程師站（ENG），現(xiàn)場(chǎng)控制站（FCS），控制網(wǎng)絡(luò)（Vnet/IP）及其相關(guān)附屬設(shè)備組成。

2.1控制網(wǎng)絡(luò)（Vnet/IP）

橫河CENTUM VP 控制網(wǎng)絡(luò)Vnet/IP是一種符合IEEE802.3或IEC 61784-ED 2.0標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)，可提供1Gbpb帶寬的冗余網(wǎng)絡(luò)，它融合了橫河電機(jī)的技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)確定，可靠的安全的通信。我公司由于中控室與機(jī)柜間的距離較遠(yuǎn)，控制網(wǎng)絡(luò)硬件上采用兩對(duì)冗余的帶光口的交換機(jī)，兩路光纖一路走橋架，一路走地下分別敷設(shè)的方式來實(shí)現(xiàn)連接，光纜為6芯。

2.2 I/O點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)

根據(jù)裝置監(jiān)控的要求，PBT裝置的所需的I/O點(diǎn)如下：冗余AI 204，非冗余AI 728點(diǎn)，冗余AO 204點(diǎn)，DI點(diǎn)580點(diǎn)，DO點(diǎn) 420點(diǎn)，PROFIBUS通信點(diǎn)9點(diǎn)，MODBUS通信點(diǎn)5點(diǎn)。

2.3硬件配置

根據(jù)I/O點(diǎn)數(shù)量和裝置的監(jiān)控要求，并且為我司二期6萬噸/年裝置的控制系統(tǒng)預(yù)留，配置如下：4對(duì)冗余控制器，8個(gè)控制柜，2個(gè)電源柜，14個(gè)輔助端子柜，1臺(tái)硬聯(lián)鎖柜，5臺(tái)操作站，1臺(tái)工程師站，1臺(tái)OPC站，2對(duì)光口的交換機(jī)，三臺(tái)打印機(jī)臺(tái)，1臺(tái)輔助操作臺(tái)，24個(gè)本地節(jié)點(diǎn)單元，8個(gè)ESB BUS接口卡，模擬量輸入卡 100塊，模擬量輸出卡36塊，數(shù)字量輸入卡23塊，數(shù)字量輸出卡16塊，PROFIBUS通信卡 16塊，MODBUS通信卡 6塊以及配套的各類端子板，安全柵，連接電纜等。

3.在PBT裝置典型控制回路組態(tài)

3.1 漿料的配置

為了保證進(jìn)入漿料配制罐的PTA與BDO溶液保持一定的摩爾比，本裝置采用比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)，保證了PTA與BDO的自動(dòng)配比，從有利于控制準(zhǔn)確PBT裝置負(fù)荷的角度出發(fā)，采用以加入PTA量控制加入BDO溶解量的控制方式。同時(shí)為了保證漿料配置罐的液位的穩(wěn)定，可通過配置罐的液位來串級(jí)控制PTA的加料量。漿料配置摩爾比算法如下：

圖三 漿料配置摩爾比算法

漿料配置DCS控制組態(tài)如下：

圖四漿料配置DCS控制組態(tài)

該控制回路是通過PID塊，CALCU計(jì)算塊實(shí)現(xiàn)，實(shí)際摩爾比的顯示和摩爾比的設(shè)定通過BA30A10YK01 PID塊和BA30A10YKC01 CALCU計(jì)算塊實(shí)現(xiàn)，該組態(tài)方法有很高的技巧，取代了傳統(tǒng)的比值控制通過RATIO比率功能塊實(shí)現(xiàn)的方式，又很好地實(shí)現(xiàn)了控制顯示功能，是一種高級(jí)的組態(tài)方法，裝置投產(chǎn)后，實(shí)踐證明此復(fù)雜控制回路運(yùn)行平穩(wěn)可靠和靈活性，實(shí)現(xiàn)了工藝操作的要求。

3.2 裝置的產(chǎn)能控制組態(tài)

本裝置的控制采用了漿料進(jìn)料決定裝置產(chǎn)能的前反饋控制，中間產(chǎn)物和最終產(chǎn)物的量將根據(jù)進(jìn)入酯化釜的PTA的質(zhì)量流量來確定。總摩爾平衡式如下：

MWPBT = MWPTA + MRr * MWBD -2e * MWH2O

PBT裝置產(chǎn)能算法如下：

圖五-1 PBT裝置產(chǎn)能算法

圖五-2 PBT裝置產(chǎn)能算法

3.2.1 預(yù)聚釜的進(jìn)料控制

酯化釜到預(yù)縮聚反應(yīng)器的流量將由質(zhì)量流量計(jì)BA40A10FRC01進(jìn)行測(cè)量，到預(yù)縮聚反應(yīng)器的流量設(shè)定點(diǎn)將由BA40A10YK02模塊來計(jì)算；到預(yù)縮聚反應(yīng)器的流量與漿料泵轉(zhuǎn)速成正比，由酯化質(zhì)量分?jǐn)?shù)修正。預(yù)聚釜的進(jìn)料控制簡(jiǎn)圖如下：

圖六 預(yù)聚釜的進(jìn)料控制簡(jiǎn)圖

預(yù)聚釜的進(jìn)料控制組態(tài)如下：

圖七 預(yù)聚釜的進(jìn)料控制

該控制回路通過CALCU塊 BA40A10YKC02，PID塊BA40A10YK02，PBS5C塊實(shí)現(xiàn)根據(jù)液位，流量加液位，流量加質(zhì)量分?jǐn)?shù)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)四種方式可切換控制到預(yù)縮聚的流量控制，并實(shí)現(xiàn)與PTA相關(guān)的流量設(shè)定點(diǎn)的計(jì)算，顯示和設(shè)定。該組態(tài)同樣具有很高的技巧，編程思路有很多值得借鑒的地方。裝置投產(chǎn)后，實(shí)踐證明此復(fù)雜控制回路運(yùn)行平穩(wěn)可靠和靈活性，實(shí)現(xiàn)了工藝操作的要求。因?yàn)榫幊趟悸废嘟筒灰斒觥?/p>

3.2.2 終縮聚的進(jìn)料與熔體流量的控制

終縮聚的進(jìn)料控制組態(tài)如下：

圖八 終縮聚的進(jìn)料控制組態(tài)

產(chǎn)品出料的控制的組態(tài)如下

圖九產(chǎn)品出料的控制的組態(tài)

從以上兩圖可以看出，這兩個(gè)控制回路也是通過CALCU塊 BA40A10YKC02，PID塊BA40A10YK02，PBS5C塊實(shí)現(xiàn)根據(jù)液位，流量加液位兩種方式可切換控制到下游的流量控制，并實(shí)現(xiàn)與PTA相關(guān)的流量設(shè)定點(diǎn)的計(jì)算，顯示和設(shè)定。該組態(tài)同樣具有很高的技巧，編程思路有很多值得借鑒的地方。裝置投產(chǎn)后，實(shí)踐證明此復(fù)雜控制回路運(yùn)行平穩(wěn)可靠和靈活性，實(shí)現(xiàn)了工藝操作的要求。

3.3 裝置聯(lián)鎖邏輯

PBT裝置的聯(lián)鎖分為軟聯(lián)鎖和硬聯(lián)鎖，硬聯(lián)鎖通過獨(dú)立的硬聯(lián)鎖柜實(shí)現(xiàn)，與DCS之間的連接通過硬線連接實(shí)現(xiàn)。軟聯(lián)鎖CENTUM VP控制系統(tǒng)為用戶提供兩種邏輯聯(lián)鎖和順控的控制方式，分別是順控表方式（ST16）和邏輯圖方式（LC64）.該裝置的聯(lián)鎖邏輯基本都是采用順控表方式組態(tài)，該方式便于系統(tǒng)維護(hù)和查看。

3.4 裝置PROFIBUS DP通信組態(tài)

PROFIBUS 是一種了際化，開放式，不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，PROFIBUS傳送速度可在9.6kbaud-12Mbaud范圍內(nèi)選擇。CENTUM VP系統(tǒng)本身無法對(duì)PROFIBUS 主站，從站進(jìn)行配置，所以選用第三方軟件，德國(guó)的HILSCHER軟件進(jìn)行主站，從站配置。第三方軟件首先將從站的GSD文件拷貝到HILSCHER的數(shù)據(jù)庫中。本裝置的涉及到從站ABB，西門子，上海華電幾家的綜保以及1臺(tái)PTA計(jì)量系統(tǒng)。主站選擇橫河的ALP111卡件。根據(jù)制定的表格，將主，從站配置完畢，將此配置文件作為一個(gè)文件導(dǎo)出后綴為.DBM，然后將該文件導(dǎo)入到ZOM中，然后進(jìn)行下裝。本裝置各類從站較多有100多臺(tái)，分為9條總線。進(jìn)行PROFIBUS通信組態(tài)時(shí)，有幾個(gè)問題是要預(yù)先考慮的。ALP111的限制條件為不加中繼器1張ALP111卡可以帶31個(gè)從站，帶中繼器最多可以帶125個(gè)從站。1張ALP111通信數(shù)據(jù)量為總共為1000個(gè)字，對(duì)于輸入和輸出的分配沒有限制。1張ALP111通信I/O定義的數(shù)量最為200個(gè)。另外就是通信速率的選擇，要考慮通信距離，通信數(shù)據(jù)量，系統(tǒng)負(fù)荷，實(shí)時(shí)性要求，從站硬件條件等幾個(gè)方面。CENTUM VP PROFIBUS通信支持的數(shù)據(jù)類型有16位有符號(hào)整型，16位無符號(hào)整型，32位有符號(hào)整型，32位無符號(hào)整型，32位浮點(diǎn)型，位型（16位），輸入輸出支持的數(shù)量類型一樣，在組態(tài)過程中要嚴(yán)格匹配，另外還要考慮是否反向和掃描周期。

本裝置CENTUM VP系統(tǒng)采用PROFIBUS通信僅需少量的幾根通信電纜，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)本裝置180臺(tái)泵等設(shè)備電流，運(yùn)行信號(hào)，遠(yuǎn)程就地，扭矩，轉(zhuǎn)速等的顯示，并可實(shí)現(xiàn)這些泵的啟停控制，以及帶變頻器的設(shè)備的變頻控制。裝置投運(yùn)至今，該通信穩(wěn)定可靠，滿足了工藝的控制要求。

4結(jié)論

CENTUM VP控制系統(tǒng)在我公司60kt/Apbt裝置的應(yīng)用，充分體現(xiàn)了其優(yōu)越的開放性，靈活性，易操作性，易維護(hù)性等性能，自裝置開車至今，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，為該公司帶為了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

參與文獻(xiàn)：

[1] Yokogawa IM 33S01B30-01E 11th Edition ： Oct.28，2004-00

[2] Yokogawa IM 33S01B30-01E 13h Edition ：Dec.26，2005-00

[3] 橫河CENTUM VP系統(tǒng)培訓(xùn)資料2012

[4]福建湄洲氯堿工業(yè)有限公司PBT裝置操作規(guī)程2014版