離心機控制方案在Harmonas-DEO系統中的實現

趙 鐸

(河南神馬尼龍化工有限責任公司,河南 平頂山 467013)

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

離心機的控制與報警邏輯十分復雜，不能直接引用。經過與設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計，使其既滿足設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任公司目前的現場實際情況。

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

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

圖1 離心機的狀態轉換

加速過程是離心機電機變頻器接收到DCS的加速信號后轉速由零加速到額定轉速的過程。離心機電機上電后，工藝人員在監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%的轉速給定信號，待電機轉速和電流滿足條件后，程序等待30s，加速過程結束。

加速過程結束后，程序進入待機狀態，此時各閥門都處于關閉狀態，離心機空載運行。在待機狀態中，工藝人員可在監控畫面中選擇生產或清洗任一狀態，程序便進入到相應的狀態運行；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。待機狀態可轉換到生產狀態或清洗狀態，但生產狀態和清洗狀態之間根據原設計要求不能直接轉換，需先回到待機狀態，之后才能轉到另一狀態。

在待機狀態中選擇生產狀態后程序便進入生產狀態，生產狀態各閥門運行時序如圖2所示。在生產狀態中，進料閥XV535B-1始終打開，生產時間由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，時間值在監控畫面中均可更改。

圖2 生產狀態閥門運行時序

在待機狀態中選擇清洗狀態后程序便進入清洗狀態，清洗狀態各閥門運行時序如圖3所示。在清洗狀態中，進料閥XV535B-1始終關閉，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，時間值在監控畫面中均可更改。

圖3 清洗狀態閥門運行時序

在生產狀態和清洗狀態中可執行自動排渣程序，也可以手動執行小排渣或大排渣程序(生產狀態中執行的是小排渣程序，清洗狀態中執行的是大排渣程序)。另外，在待機狀態中也可以手動執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第一次打開后的關閉時刻打開，打開時間由Tdischarge控制，之后便一直處于關閉狀態，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聯鎖引起離心機停機，離心機聯鎖邏輯如圖5所示。

圖5 離心機聯鎖邏輯

加速中，工藝人員在監控畫面中啟動程序后，若在30s內電機轉速一直低于36r/min，或者8min后電機轉速未能達到1 440r/min，則觸發聯鎖。在程序運行過程中，若電機轉速大于1 500r/min，或者離心機振動值大于6mm/s且在1s內未恢復，或者電機轉速低于1 440r/min且在30s內未恢復，則觸發聯鎖。

手動停機，工藝人員在監控畫面中手動停止程序后，也會觸發聯鎖。

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

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

報警，引起聯鎖的條件都有相應的報警記錄，聯鎖動作后操作臺上有相應的鈴聲報警。

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

2 離心機控制方案實現

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

2.1 控制算法選擇

在Harmonas-DEO系統中實現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幾個狀態之間的相互轉換，用邏輯點和功能塊點來實現較為復雜，綜合比較后，選擇CL/DOPC語言作為該控制方案的主要實現算法，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，通常用來實現一些復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生時執行。CL/DOPC程序只有和過程模件數據點連接后才能被執行，被連接的過程模件數據點在主程序的頭部指定。在Harmonas-DEO系統的RTC工程組態環境中，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內存中運行。

2.3 程序實現

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，分別對應圖1中的初始、加速、待機、生產和清洗5個狀態。異常處理程序ACCEL主要對在加速過程中出現的異常情況進行處理，處理后程序重新回到初始狀態。異常處理程序ILKSHUT主要完成在離心機運行過程中聯鎖情況的處理，處理后程序重新回到初始狀態。異常處理程序STSCHG是狀態轉換處理程序，完成生產或清洗狀態到待機狀態的轉換和手動大排渣或小排渣。子程序SLAGOFF完成離心機的排渣：當傳遞給子程序的參數為0時進行小排渣處理，參數為1時完成大排渣處理。程序中，數據點D2_S535B_CS表示程序當前的運行狀態，其值為1～3，分別表示待機、生產和清洗狀態；數據點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、清洗、手動小排渣和手動大排渣5個轉換命令。從上述程序可以看出，用CL/DOPC語言來實現控制是比較靈活的，狀態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據點，并生成目標文件。鏈接綁定的過程模件數據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入控制器內存中才能運行，后續只需通過該過程模件數據點即可操作并運行此程序。編譯和裝載均在RTC工程組態環境中進行。

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，實現排渣期間的報警禁止、聯鎖復位解除及同其他聯鎖之間的關聯等功能，同時還要結合流程圖畫面來實現工藝操作人員的監控和操作。

3 結束語

筆者從實際應用的角度介紹了離心機控制方案的設計構思及其在Harmonas-DEO系統中的轉化實現。該控制方案的實現不僅使河南神馬尼龍化工有限責任公司擺脫了對進口離心機隨機所帶控制系統的依賴，而且也節省了隨機所帶的PLC系統費用，節約了成本，減少了系統的維護工作量。