CENTUM VP系統在螯合樹脂塔控制中的應用

臧 勇

(宿遷學院機電工程學院,江蘇 宿遷 223800)

CENTUMVP系統在螯合樹脂塔控制中的應用

臧 勇

(宿遷學院機電工程學院,江蘇 宿遷 223800)

針對目前離子膜制堿工藝對二次鹽水質量的嚴苛要求，以CENTUM VP系統為核心，設計了螯合樹脂塔DCS。給出了DCS的硬件結構、硬件組態及控制編程等。系統調試和實際應用結果表明：該螯合樹脂塔DCS對螯合樹脂塔二次鹽水質量控制持續、準確，完全滿足實際生產要求。

CENTUM VP系統 螯合樹脂塔 DCS 二次鹽水質量 組態

近年來，隨著計算機和自動化技術的發展，分布式控制系統(Distributed Control System,DCS)功能逐漸強大，化工生產過程的自控水平和安全性得到了提高，人工操作得以簡化。由于DCS具有分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活和組態方便的特點，在離子膜制堿工藝中得到了廣泛應用。

離子膜制堿工藝在我國氯堿行業有著廣泛的應用，該工藝產品質量高且耗能低；而螯合樹脂塔則是其中非常重要的工藝設備，螯合樹脂塔的控制效果直接關系到產品質量和生產安全。筆者以CENTUM VP系統為核心，設計了一套螯合樹脂塔DCS，以控制螯合樹脂塔的二次鹽水質量，保證離子膜制堿工段的產品質量和生產安全。

1 工藝流程簡介①

離子膜制堿工段包括鹽水、電解和脫氯3部分，其中鹽水質量是設備安全和產品質量的保證。初級鹽水含有大量的懸浮物、有機物和金屬陽離子，這些雜質對離子膜具有破壞作用，因此必須去除。螯合樹脂塔是二次鹽水精制中最重要的設備，離子膜制堿對二次鹽水的要求極高，因此必須保證對螯合樹脂塔的準確控制，使之可靠平穩運行。

螯合樹脂塔的整體工藝流程如圖1所示[1]。本項目共有3個螯合樹脂塔T160A/B/C，采用三塔聯排方式。螯合樹脂塔的工作狀態有兩個：線上交換反應和線下再生反應。T160B、C塔串聯運行，吸附鹽水高價陽離子；T160A塔線下進行再生反應，運行24h后，T160B塔下線進行再生反應；T160A、C塔串聯運行，經過24h運行后，T160C塔下線進行再生反應；T160A、B塔串聯運行。如此循環，可使每個塔在交換反應48h后進行24h的再生反應，保證了設備的連續運行[2]。

圖1 螯合樹脂塔工藝流程

經過鹽水離子交換反應后，螯合樹脂塔中的樹脂吸附了大量的多價陽離子，失去了交換能力，此時需要用鹽酸和燒堿進行再生反應，重新轉化成鈉型樹脂。經過24h的再生反應后，螯合樹脂塔恢復了交換能力并具備上線的功能。

2 系統硬件部分

筆者選用CENTUM VP系統作為螯合樹脂塔控制系統的核心，該系統性能可靠、功能先進，具有更為直觀的人機界面，大容量現場控制站能夠快速準確地處理數據，CPU的冗余容錯配置可以確保可用性高達99.999 99%的連續操作[3,4]。

螯合樹脂塔控制系統(圖2)包括一個DCS控制柜、一個安全柵繼電器柜、一個工程師站、一個操作員站和一臺打印機。

圖2 螯合樹脂塔控制系統配置

DCS控制柜的正面是DCS，包括CPU Node和交換機；背面放置空開、冗余電源及接線端子等。安全柵繼電器柜正面放置安全柵，背面安裝繼電器端子板[5,6]。

DCS控制單元連接示意圖如圖3所示，現場的變送器將采集到的模擬量信號通過安全柵接到DCS的模擬量卡件，現場閥門控制信號和狀態反饋信號則通過繼電器端子板連接到數字量卡件。

圖3 DCS控制單元連接示意圖

系統選用AFV30D-S41251型CPU Node，它是一個具有冗余電源和冗余CPU的控制單元，具有8個卡件槽位。模擬量卡件選擇具有8路AI和8路AO的AAI841-S，數字量輸入選擇具有32路DI的ADV151-P，數字量輸出選擇具有32路DO的ADV551-P。 CENTUM VP系統的CPU具有兩個通信口Bus1和Bus2，采用Vnet/IP通信協議，可以保證一路出現通信故障時，操作站還能夠正常讀取數據。通信口通過網線分別連接到兩臺交換機，然后再連接到工程師站和操作員站上的Vnet/IP通信卡[5,7]。

螯合樹脂塔控制系統共有7個AI、5個AO、28個DI和28個DO。根據I/O數量和模擬量通道的冗余配置，系統需要AAI841-S卡件兩個、ADV151-P卡件一個、ADV551-P卡件一個。實際I/O點數和卡件I/O點數見表1。

表1 I/O模塊配置

3 系統軟件部分

3.1硬件組態

硬件組態是DCS軟件編程的第一步，包括I/O卡件在CPU Node中的分布位置、I/O點的分配地址等。首先將所需卡件按設計位置組態到相應的槽位上，然后將DCS中需要的所有I/O點按照數據類型分配到相應的卡件通道中[8]。

3.2程序組態

硬件組態完成之后，進行程序編寫和畫面組態。系統的模擬量主要用于模擬顯示和PID控制，需要用到的功能塊有輸入指示PVI模塊和PID控制模塊；將功能塊調出后按照I/O表命名和模塊參數修改，將硬件組態定義好的通道與功能塊對應；這樣模擬量的顯示和調節閥的控制程序就編寫完成了。

系統對螯合樹脂塔的控制就是控制塔對應閥門的開關，由于涉及的閥門較多、再生步驟繁瑣，為了編程方便，筆者采用順控表編寫控制程序。

3.2.1線上運行

螯合樹脂塔T160A/B/C相鄰的兩個塔串聯通液，過濾一次鹽水。以T160A/B線上運行為例，程序打開通液入閥門KV161A、通液串閥門KV165A和通液出閥門KV164B，其余相應閥門關閉。

3.2.2線下再生

以T160A為例，螯合樹脂塔再生反應的控制過程如下：

a. 水洗1。下線塔中的樹脂顆粒包含很多鹽水，需要先用純水洗凈；純水從塔頂閥門KV163A進入，廢鹽水經塔底閥門KV166A、KV160-1流到鹽水槽再重新利用。

b. 反洗。為進一步清洗樹脂，純水經閥門KV160-3、KV166A從塔底進入，疏松樹脂顆粒，廢水從塔頂閥門KV167A流出樹脂塔。

c. HCl再生。鹽酸稀釋液從塔頂閥門KV163A送入樹脂塔中，用H+將樹脂顆粒中的二價金屬陽離子置換出來，廢酸液從塔底閥門KV166A、KV160-2排出。

d. 水洗2。用純水清洗塔中殘留的鹽酸，純水從塔頂閥門KV163A進入，廢液經塔底閥門KV166A、KV160-2流出。

e. NaOH再生。燒堿溶液從塔頂KV163A送入樹脂塔中，Na+將樹脂中的H+置換出來，變成鈉型樹脂，恢復該塔的交換能力，廢液經塔底閥門KV166A、KV160-2流出。

f. 水洗3。樹脂塔中剩余的燒堿用純水清洗，純水從塔頂閥門KV163A進入，廢液經塔底閥門KV166A、KV160-2流出。

g. 鹽水置換。二次精制鹽水經過閥門KV162、KV166A從塔底流入樹脂塔，將純水置換出塔，從閥門KV167A流出[9]。

樹脂再生的每一步都需要在規定的時間內打開或關閉相應閥門，通過順控表ST16和定時器TM模塊編寫控制程序；一個順控表對應一個步驟，相應閥門的條件和動作在順控表中都有判斷。每一步都設置了一個定時器，當前定時器溢出后，系統自動執行下一個步驟。

4 現場調試

螯合樹脂塔控制系統的軟硬件準備完成后，PC機和控制器建立通信，將程序下載到控制器中。 模擬量調試時，先用手持信號發生器模擬現場信號接入安全柵輸入端，測試每一個模擬量輸入通道的軟硬件設計是否正確。

將閥門輸出模式切換為手動模式，然后操作閥門，觀察對應的切斷閥是否打開或關閉，其狀態反饋是否正確。經過測試，閥門的控制準確無誤，界面閥門狀態顯示與現場閥門狀態一致。

樹脂塔程序控制時，首先依次選擇A塔、B塔、C塔進行線下再生，確定再生反應的7個步驟所對應閥門的開斷是否正確，相鄰兩個步驟是否能按定時或手動按鈕順利切換；其次，確定對應線上串液的兩個塔的閥門通斷是否和順控表一致。

通過現場測試，螯合樹脂塔控制系統對樹脂塔的控制及時準確。

5 結束語

為了保證離子膜電解設備的安全運行，避免造成離子膜的損耗，筆者利用CENTUM VP系統，根據旭化成二次鹽水控制流程，設計了一套螯合樹脂塔DCS。實際應用結果表明：該系統控制平穩、操作方便、響應迅速，既可以自動控制螯合樹脂塔也可以切換成人工控制模式，提高了系統的自動化程度和安全性。該系統在制堿生產過程中，可長時間連續運行，離子膜制堿的二次鹽水質量達標且穩定，為企業的安全生產提供了保障。

[1] 王喜剛,徐濤.CENTUM VP在聚丙烯酰胺裝置中的應用[J].自動化技術與應用,2015,34(1):56～59.

[2] 趙建軍.螯合樹脂塔運行程序的優化[J].中國氯堿,2011,(2):40～42.

[3] 高文群,董海棠.離子膜法燒堿電解系統中螯合樹脂塔的模塊[J].氯堿工業,2007,43(9):10～12.

[4] 何濤,戴曉峰.離子膜燒堿一次鹽水自控系統[J].化工自動化及儀表,2013,40(3):409～411.

[5] 臧勇,李秀榮,任茂文.基于ProSafe-RS的安全儀表系統設計及其應用[J].自動化與儀表,2014,29(11):49～52.

[6] 沈學強,白焰.安全儀表系統的功能安全評估方法性能分析[J].化工自動化及儀表,2012,39(6):703～706.

[7] 姜福杰,范恩魁.SmartPro DCS系統在聚酯生產中的應用[J].自動化與儀表,2009,24(12):17～20.

[8] 郭杰,楊會海,朱德明,等.DCS在焦爐地面除塵系統中的應用[J].自動化儀表,2012,33(4):38～40.

[9] 劉錦忠.螯合樹脂塔在鹽水二次精制中的作用[J].氯堿工業,1999,35(9):8～11.

2015-08-12

TH862

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1000-3932(2016)04-0439-04