DeltaV系統(tǒng)在溶聚丁苯橡膠裝置上的應用

高 巍

(遼寧北方戴納索合成橡膠有限公司，遼寧 盤錦 124000)

DeltaV系統(tǒng)在溶聚丁苯橡膠裝置上的應用

高 巍

(遼寧北方戴納索合成橡膠有限公司，遼寧 盤錦 124000)

簡述溶聚丁苯橡膠的生產工藝流程，介紹DeltaV系統(tǒng)在遼寧北方戴納索合成橡膠有限公司年產10萬噸溶聚丁苯橡膠裝置上的應用，重點描述了基于DeltaV的控制系統(tǒng)的硬件組成和各站的功能，系統(tǒng)的軟件組態(tài)，苯乙烯儲罐的分程控制和聚合反應釜批量控制程序的組態(tài)。

DeltaV系統(tǒng) 溶聚丁苯橡膠 軟件組態(tài) 批量控制

隨著我國經濟建設的快速發(fā)展，國內市場對丁苯橡膠的需求量越來越大，尤其是溶聚丁苯橡膠憑借著其耐磨、耐寒、生熱低、回彈性高、收縮性低、灰分少及純度高等優(yōu)點更加受到用戶的青睞[1]。當前，國內大多數橡膠企業(yè)在批量生產方面的自動化程度不高，這直接影響了產品質量的提高，進而影響了企業(yè)的市場競爭力。

DeltaV系統(tǒng)是在傳統(tǒng)DCS系統(tǒng)優(yōu)勢的基礎上結合現場總線技術，并基于用戶需求的新一代過程控制系統(tǒng)[2]。它有著開放的網絡結構和OPC標準，具有基金會現場總線(FF)標準的數據結構，模塊化結構設計，即插即用、系統(tǒng)自動識別硬件卡件，所有卡件均可帶電插拔，操作維護不需要停車，實現了真正的在線擴展[3]。DeltaV系統(tǒng)由冗余的控制網絡、各類工作站和控制部分構成。DeltaV系統(tǒng)最多支持120個節(jié)點，100個(不冗余)或100對(冗余)控制器，60個工作站，80個遠程工作站，適合各類生產規(guī)模的工廠使用，硬件配置十分靈活。

為了滿足國內市場對溶聚丁苯橡膠產品的需求，遼寧北方戴納索合成橡膠有限公司新建了一套年產10萬噸的溶聚丁苯橡膠生產裝置，采用DeltaV系統(tǒng)作為集散控制系統(tǒng)的控制平臺，并采用DeltaV Batch技術對橡膠的配方進行批量控制和管理。筆者重點介紹該套裝置的硬件結構和軟件組態(tài)的實現。

1 溶聚丁苯橡膠生產工藝①

遼寧北方戴納索合成橡膠有限公司的年產10萬噸溶聚丁苯橡膠裝置由兩條間歇聚合工藝生產線組成。工廠使用的工藝生產技術是由Dynasol公司提供的陰離子間歇聚合技術。

溶聚丁苯橡膠的主要原料是丁二烯和苯乙烯，使用環(huán)己烷和正己烷為溶劑，正丁基鋰為催化劑。其工藝流程是：首先將原料丁二烯和苯乙烯進行精制后加入到聚合釜中，再加入配置好的催化劑、無規(guī)劑等在聚合釜中進行聚合反應[4]。由于聚合反應是放熱反應，并且在聚合過程中物料粘度急劇上升，因此傳熱和攪拌是聚合反應的關鍵，可以通過調節(jié)催化劑的用量配比控制門尼粘度和轉化率。聚合反應結束后，生成的膠液進入閃蒸罐去除未反應的單體和部分溶劑，膠液濃度提高后再進入摻混罐，通過摻混獲得希望的門尼粘度。摻混好的膠液會進入汽提釜，在熱水中進行凝聚和溶劑脫除工作。回收的溶劑經分層罐除去大量水分后，返回溶劑精制工序。凝聚后的膠粒進入到橡膠后處理生產線進行干燥處理，干燥后的膠粒再經過壓塊、稱重和包裝后成為成品。

2 控制系統(tǒng)的硬件組成

該裝置的DeltaV系統(tǒng)(圖1)由一個工程師站(PLUS Station)、一個批量執(zhí)行應用站(BE Station)、一個設備管理應用站(AMS Station)、一個歷史應用站(History Station)、6個操作員站和10對冗余控制器組成，信號類型包括模擬量輸入/輸出、數字量輸入/輸出及頻率信號輸入等。

圖1 溶聚丁苯橡膠生產裝置的DeltaV控制系統(tǒng)網絡結構框圖

DeltaV工程師站包含DeltaV系統(tǒng)的全部數據庫，對整個系統(tǒng)進行集中控制和管理。包括配置系統(tǒng)組態(tài)、控制和維護系統(tǒng)在內的所有軟件工具。DeltaV系統(tǒng)用戶的管理工作也在這里完成，通過工程師站可以設置登錄系統(tǒng)的賬戶和安全口令。在應急情況下，工程師站可以通過參數設置代替其他應用站或操作站使用。

DeltaV批量執(zhí)行應用站主要負責DeltaV系統(tǒng)內批量配方程序的分配和執(zhí)行，并自動采集存儲與批量控制相關的數據記錄。DeltaV的批量控制程序是基于ISA88標準進行開發(fā)設計的，為生產配方的快速變更提供了很高的靈活性。本套裝置生產的所有聚合反應配方均采用DeltaV的批量控制程序進行組態(tài)和執(zhí)行，實際使用效果良好，完全能滿足工藝生產的需要。

DeltaV設備管理應用站的主要設備管理工作都由AMS(Asset Management Solutions)軟件實現。AMS支持HART、Foundation Field bus和Wireless HART設備。通過設備管理應用站，可以與現場各類儀表進行在線通信和診斷，幫助維護人員及時了解現場儀表設備的工作狀態(tài)；同時通過現場設備發(fā)送的報警信息發(fā)現潛在的不安全因素，并采取相應的處理方案，避免非計劃停車，提高裝置的連續(xù)運行率。

2003年，廈門吉宏成立；2006年，廊坊分公司成立；2009年，呼和浩特公司成立；2013年，孝感公司成立，吉宏紙品公司成立；2014年，灤縣公司成立；2016年，公司上市……縱觀廈門吉宏的成長歷程，發(fā)展的腳步雖大卻很穩(wěn)健，這正是得益于領路人莊浩的決策。用她自己的話說，她是一個保守的人，只有看準了項目，在有一定把握之后，才會拍板決定。但其出手果斷，一旦決定就迅速執(zhí)行。當然，其也偶有判斷失誤之時，但稍感苗頭不對，便會立即停止該項目。

DeltaV歷史應用站的主要功能是對現場的工藝參數值、報警事件等相關數據進行采集并儲存到歷史數據庫，為操作人員提供數據歷史趨勢、報警記錄的查詢功能。不僅如此，DeltaV系統(tǒng)的歷史應用站還具有OPC功能，通過OPC技術，DeltaV可以與其他支持OPC技術的系統(tǒng)之間進行方便的數據交換，為企業(yè)的信息化發(fā)展提供了堅實的基礎。

DeltaV操作員站提供了友好的用戶界面和簡易的訪問特性，使操作員無論是查看工藝流程還是各類報警信息都一目了然。操作員站的主要功能包括：

a. 對工藝裝置的生產過程進行監(jiān)視和控制；

b. 通過點擊和修改流程畫面中的參數，直觀地對現場設備進行遠程控制和操作；

c. 按照不同的報警優(yōu)先級為操作人員提供報警信息；

d. 提供歷史趨勢和報警事件記錄的查詢。

本套裝置選擇了DeltaV S系列高性能冗余控制器以及與它配套的I/O卡件來完成生產過程中的基本控制、復雜控制和聯(lián)鎖功能控制。控制器和重要的I/O卡件均使用了冗余配置。所有的控制器和工作站之間都采用了冗余控制網絡，它們之間通過網絡交換機和屏蔽雙絞線連接。

3 DeltaV系統(tǒng)的組態(tài)軟件

DeltaV瀏覽器是組態(tài)系統(tǒng)的重要導航工具，它采用類似Windows瀏覽器的外觀，用一個視窗來展現整個系統(tǒng)，可以定義控制系統(tǒng)的組成、查看整體機構并完成系統(tǒng)布局。當系統(tǒng)中插入各種DeltaV卡件或現場智能設備時，DeltaV瀏覽器可以進行快速的自動識別，從而簡化組態(tài)定義過程。

DeltaV控制工作室能夠提供IEC61131圖形化控制策略，生產過程中的所有控制策略都可以使用標準圖形完成，同時它還支持VB語言編程，從而滿足用戶所需的各種特殊控制策略的實現。控制工作室中配置了控制模塊庫、標準圖形符號庫，拖放式、圖形化的組態(tài)方法大幅簡化了維護和編程工作量。

DeltaV圖形工作室使用的是Intellution公司iFIX軟件的核心技術，并且內部集成了微軟的VBA開發(fā)環(huán)境，系統(tǒng)調試十分方便快捷。組態(tài)人員在繪制流程圖頁面時，可以自由調用圖形庫中的管線、閥門等各類素材，對應的動態(tài)鏈接也可以在圖形屬性中按使用要求進行設置。

系統(tǒng)維護診斷工具對整個控制系統(tǒng)和現場儀表的維護、查錯提供了有效的策略，通過它可以快速查看全部控制網絡的通信狀態(tài)，控制器和I/O卡件的運行/冗余狀態(tài)和智能化儀表的狀態(tài)信息。

4 典型控制策略組態(tài)

4.1苯乙烯儲罐的分程控制

分程控制是一種典型的復雜控制回路，現以本套裝置中苯乙烯儲罐的壓力分程控制回路PIC-1055為例，介紹DeltaV系統(tǒng)在分程控制上的組態(tài)和應用。

PIC-1055壓力分程控制回路流程如圖2所示，106-V是經過干燥后的苯乙烯原料儲罐，工藝對儲罐的壓力控制要求是30kPa(設定值)，當實際壓力低于設定值時，控制器打開氮氣調節(jié)閥PV-1055A向儲罐補充氮氣；當實際壓力高于設定值時，控制器打開通往火炬系統(tǒng)的調節(jié)閥PV-1055B降低儲罐內的壓力。

圖2 PIC-1055壓力分程控制回路流程

首先在DeltaV瀏覽器中創(chuàng)建PIC-1055的control module，然后再使用圖形工作室工具對PIC-1055的控制模塊進行編輯。PIC-1055分程控制器的具體內部組態(tài)連接如圖3所示，其中AI1、AO1、AO2為模擬量輸入/輸出模塊，將壓力測量信號PI-1055連接到AI1上，將調節(jié)閥PV-1055A和PV-1055B的輸出信號分別連接到AO1和AO2上；PID1是整個回路的PID控制器模塊；SPLTR1是分程功能塊，其輸入連接PID模塊的輸出，其輸出分別連接AO1和AO2。

圖3 PIC-1055分程控制器內部組態(tài)連接示意圖

DeltaV系統(tǒng)的SPLTR分程模塊原理如圖4所示。通過設定SPLTR分程模塊中的IN_ARRAY和OUT_ARRAY兩個參數列表，可以根據生產工藝要求來調整分程控制器輸入信號與輸出信號之間的對應關系，從而完成分程控制回路的組態(tài)工作[6]。

圖4 SPLTR分程模塊原理

4.2聚合反應釜批量控制程序的組態(tài)

批量控制是現代工業(yè)生產過程中的一個重要組成部分，特別是在精細化工行業(yè)的生產中被廣泛采用。在DeltaV的批量控制中，主要通過引入程序功能圖PFC來描述整個配方的實現過程，PFC是批量過程控制專門研發(fā)的一種流程圖式功能圖，它由步驟、跳轉和有向連接線3個重要要素組成，并且具有嵌套功能。

程序功能圖中的每一個步驟都對應著一個子程序功能圖或階段配方程序；每一個跳轉都必須與相應的跳轉條件對應[7]。在批量配方程序執(zhí)行期間，運行到每一步時，其對應的子程序或階段配方程序就被調用觸發(fā)執(zhí)行，執(zhí)行結束后再返回到配方的主程序中按照跳轉條件執(zhí)行下一步程序。批量配方程序功能圖(PFC)的執(zhí)行過程如圖5所示。

圖5 DeltaV批量配方程序的執(zhí)行過程

本套裝置中的聚合反應程序組態(tài)全部采用DeltaV批量控制策略完成。使用DeltaV系統(tǒng)的配方工作時，按照生產工藝的要求繪制了聚合反應的批量配方程序(圖6)，并根據批量生產過程中的每一個步驟編輯了對應的子程序和設備執(zhí)行程序，最終實現了溶聚丁苯橡膠的批量生產。

圖6 聚合反應的批量配方程序

5 結束語

遼寧北方戴納索合成橡膠有限公司的年產10萬噸溶聚丁苯橡膠裝置在公司各類專業(yè)技術人員的共同努力下，已經正式投入了生產運行。DeltaV系統(tǒng)在項目中的成功使用，大幅提高了整個生產線的自動化程度，保證了工藝系統(tǒng)高效、連續(xù)、穩(wěn)定運行，可為國內同行提供很好的借鑒經驗。

[1] 夏斌,萬曉軍,李長途,等.溶聚丁苯橡膠發(fā)展概況[J].彈性體,2011,21(5):79～84.

[2] 王梅，石紅瑞，董翠微.DeltaV現場總線控制系統(tǒng)在芳烴抽提中的應用[J].石油化工自動化,2005,41(2):63～65.

[3] 徐善軍,張莉,趙承杰.DELTAV系統(tǒng)在聚氯乙烯生產中的應用[J].數字化工,2005,(7):50.

[4] 杜勇.DeltaV控制系統(tǒng)在蘭州石化10萬噸/年丁苯裝置中的應用[D].天津:天津大學,2009.

[5] 馬國英.淺析PLUS站的維護在EMERSONDELTAVDCS系統(tǒng)維護中的重要性[J].甘肅科技,2015,31(16):47～49.

[6] 雷軍霞,王赟.分程控制在DeltaV系統(tǒng)中的應用[J].化工自動化及儀表,2013,40(8):1068～1069.

[7] 賀國鋒,石紅瑞,郭亮.基于DeltaV系統(tǒng)的批量控制的階段的實現[J].工業(yè)儀表與自動化裝置,2008,(2):14～17.

ApplicationofDeltaVSysteminSSBRDevice

GAO Wei

(LiaoningNorthDynasolSyntheticRubbersCo.,Ltd.,Panjin124000,China)

The technological process of solution polymerized styrene-butadiene rubber(SSBR) was outlined, including DeltaV system’s application in a 100kt/a SSBR unit and the system’s hardware structure and software configuration and each station’s functions, the split control over styrene tanks and the batch control configuration for poly-reactors.

DeltaV system, SSBR, software configuration, batch control

TH862

B

1000-3932(2016)10-1028-05

2016-01-11(修改稿)