ECS—100 DCS控制系統在多元醇丙烯酸酯生產上的應用

【摘 要】多元醇丙烯酸酯具有高效、環保節能等優點，已被廣泛應用于印刷及涂料等各行業，被譽為面向21世紀可持續發展的綠色產業。本項目利用浙大中控ECS-100集散系統，對生產流程進行集散控制。包括集散系統配置，系統設計文件，各操作畫面設計以及集散系統組態和測試。

【關鍵詞】ECS-100；DCS；多元醇丙烯酸酯

1.引言

我司在年產15000噸多元醇丙烯酸酯裝置中采用浙江中控技術股份有限公司研制的SUPCON WebField ECS-100 DCS系統。ECS-100控制系統融合了最新的現場總線技術、嵌入式軟件技術、先進控制技術和網絡技術。實現了多種總線兼容和異構系統綜合集成，增強了過程控制的功能和效率，提高了工業自動化的整體性和穩定性。

2.ECS-100集散控制系統概述

2.1 ECS-100集散系統

浙大中控ECS-100的微處理器采用PhilipsP51XA，16位CPU，雙核處理器，主從結構，實時監控軟件AdvanTrol是基于中文Windows NT/2000開發的應用程序。基本組成包括工程師站、操作站、控制站和通訊網絡。工程師站是為專業技術人員設計的，內裝有相應的組態平臺和系統維護工具，通過系統組態平臺生成適合生產工藝要求的應用程序。操作站是由工業PC機和相關外設組成的人機系統，是操作員進行監控和控制的平臺。控制站是系統中直接與現場打交道的I/O處理單元，完成整個工業過程的實時監控功能。通訊網絡是實現工程師站、操作站、控制站的連接。完成信息、控制命令等的傳輸。采用冗余設計，使信息傳輸更安全。

2.2 DCS系統硬件配置

2.2.1 工程師站

采用聯想的T400服務器作為工程師站。用來存放組態信息的工程文檔，通過其安裝的組態軟件，實現對整個硬件結構、主控卡控制功能和監控畫面的組態等功能。

2.2.2 操作站

由一臺聯想的T400服務器組成，用來監控所有生產流程的畫面，實現對生產過程的操作

2.2.3控制站

控制站是控制系統中進行I/O數據采集、信息交換、控制運算、邏輯控制的核心，完成整個工業過程的實時控制功能。ECS-100 DCS系統控制站主要有機柜，機籠，供電單元，端子排和各類卡件組成。

該多元醇丙烯酸酯生產裝置控制站由3個機柜組成，包括1個系統配電柜，1個卡件機柜和一個端子板柜。系統配電柜主要是給系統控制站和現場儀表供電。配電柜總電源采用雙路供電方式，并且增加了避雷保護裝置，增強了系統防雷抗干擾能力。卡件柜共有6個機籠，包括1個電源機籠和5個卡件機籠。機籠內電源分為5V和24V電源，均為冗余配置，確保了卡件不會因為斷電等因素造成生產事故。系統包含一整套冗余的主控卡、數據轉發卡和I/O卡件。主控卡是控制站的核心，協調控制站內軟硬件關系和執行各項控制任務。數據轉發卡是控制站I/O單元的核心，是主控卡連接I/O卡件的中間環節。當任一設置為冗余方式的工作卡件發生故障時，備用卡件迅速自動切換成工作卡件，保證了整個生產系統的正常運行。該DCS系統卡件配置了2塊主控卡、8塊數據轉發卡、6塊電源指示卡、2塊24V電源、2塊5V電源、8塊開關量輸入卡、6塊開關量輸出卡、19塊模擬量輸入卡、2塊熱電偶信號輸入卡、10塊熱電阻信號輸入卡、7塊模擬量輸出卡。

2.2.4 系統網絡結構

整個DCS系統可實現四層通信網絡。一是管理信息網，即可以實現管理層隨時查看各生產裝置的實時信息。二是過程信息網，在該過程信息網上實現操作節點之間包括實時數據、實時報警、歷史趨勢、歷史報警、操作日志以及實時數據通信和歷史數據查詢等。三是過程控制網，采用了高速冗余工業以太網作為其過程控制網絡。它直接連接了系統的控制站和操作站。是傳送過程控制實時信息的通道，具有很高的可靠性和實時性。四是控制站內部I/O控制總線SBUS。SBUS總線是控制站內部通訊網絡，總共分為兩層，連接數據轉發卡和I/O卡件的是SBUS-S1總線，連接主控卡和數據轉發卡的是SBUS-S2總線。

3.多元醇丙烯酸酯工藝流程簡介

3.1原理

基本反應原理：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，控制一定的反應溫度及反應物配比，按一定的加料順序，進行酯化反應，生產目標產物多元醇丙烯酸酯。

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順序，依次投入反應釜內。反應釜采用自然循環內部換熱結構。

攪拌加溫：往反應釜中加入一定量的溶劑（溶劑與反應生成的水共沸，以便使水從反應體系中分離出來，確保反應正向進行）。當溶劑全部加入反應釜后開始攪拌，在開始攪拌的同時打開蒸汽閥門，對反應釜進行加熱。保持反應溫度在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行酯化反應，讓有機酸的羧酸根與醇中的羥基進行脫水反應生成酯，在反應過程中有大量的水生成，需要進行除水以使反應正向進行。

除水：溶劑與水形成的共沸物，經過冷凝器后進入分水器，分離出的水經處理后循環使用，溶劑通過分水器上部的溢流口回到酯化反應釜中。

非均相中和：將完成酯化過程的物料打入中和反應釜中，進行非均相中和。

真空脫溶：將中和反應釜中的酯溶液移入薄膜蒸發裝置中脫去溶劑，在真空的條件下用蒸汽將蒸發裝置加溫到90℃，回收溶劑。溶劑蒸汽經三級冷凝，確保回收率達到99.9%以上。

4.主要控制回路

由于多元醇丙烯酸酯的生產過程中主要是對酯化反應釜，脫水塔，分水器，薄膜蒸發裝置和汽提塔的溫度、液位、流量、壓力和真空度進行監視和控制。除采用常規單回路控制外，采用串級控制回路即可對各種工藝參數穩定控制。主要采用的串級回路有：

酯化反應釜釜內溫度與蒸汽流量的控制；

酯化反應釜釜內真空度與放空調節閥的控制；

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脫水塔流量的控制；

薄膜蒸發裝置內物料溫度與進料流量的控制；

汽提塔內物料溫度與進料流量的控制；

汽提塔加熱溫度與進蒸汽流量的控制；

5.結束語

自2011年12月多元醇丙烯酸酯裝置開車以來，DCS系統運行穩定，效果良好，能夠適應和滿足生產工藝的要求，該控制系統采用中文頁面，操作和維護都極為方便。而且具有詳盡的事故判斷及快速反應能力，對各種意外情況進行正確有效的提示和處理。減輕了操作人員的勞動強度，提高了生產效率。同時為企業節約了資金，創造了良好的經濟效益和社會效益。