Honeywell Experion_PKS系統在硅烷法多晶硅生產裝置中的應用

余宏偉

摘 要：Experion_PKS（簡稱 EPKS系統）是Honeywell公司推出的基于過程知識系統的新一代集散控制系統。本文通過該系統在一套硅烷法多晶硅裝置中的應用實例，介紹EPKS系統在該裝置中的系統規模、硬件構成和網絡結構，對生產過程中需要進行特殊控制的回路控制方案以及組態方法進行了重點闡述，并就運行過程中遇到的問題及解決方法進行了具體介紹。

關鍵詞：Experion PKS；C300控制器；控制；組態

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.010

1 引言

硅烷法中寧硅業多晶硅生產裝置生產工藝復雜，一期1500t/a多晶硅項目，總投資15億，是目前國內唯一的一套采用硅烷法生產電子級多晶硅技術，該技術與傳統的三氯硅烷多晶硅技術、硅化鎂技術相比具有原料消耗低、生產成本低、生產過程毒性低、以及三廢容易治理等優勢。裝置采用霍尼韋爾Experion PKS系統作為DCS控制系統對生產過程進行監控。生產過程中如控制不好，容易有副反應發生，并且物料中有硅烷與二甲氧基乙烷形成的爆炸性混合物及甲苯、四氟化硅等有毒有害物質，此外還有硅烷的自燃性造成的火災爆炸危險。

2 裝置簡介

主要工藝過程如下：四氫化鋁鈉制備、硅烷制備、硅烷凈化、四氟化鋁鈉（SAF）干燥、多晶硅制備、四氟化硅（STF）制備。

3 EPKS系統特點

EPKS 過程知識系統是Honeywell 最新一代的過程自動化系統，它將人員與過程控制、經營和資產管理融合在一起。EPKS 為用戶提供了遠高于集散控制系統的能力，包括嵌入式的決策支持和診斷技術，為決策者提供所需的信息。它擁有全局數據庫，一次輸入控制器與監控系統服務器所需信息，無需多次對不同層次的數據庫分別組態。實時數據庫采用客戶機/服務器結構，正常情況下由服務器為客戶機提供所需要的實時數據，服務器故障時，C站可直接從控制器讀取所需要的實時數據。配置本系統的主要目的是實現浙江中寧硅業有限公司多晶硅項目的自動控制。Honeywell Epks系統將強大的處理引擎和直觀的用戶界面結合起來，采用Experion組態工作室組態開發，組態工作室的通用任務可在組態工作室內由Enterprise Model Builder、 Control Builder、 Quick Builder、 HMIWeb Display Builder完成。基于Web結構的人機界面的HoneywellHMIWeb技術，可以方便地集成過程控制數據和管理數據，以HTML為顯示畫面的基本文件格式，用戶通過IE瀏覽器可以直接訪問流程圖畫面，可實時監視所有的I/O 的數據量及開關量狀態，同時可對各個控制點進行直觀控制。

4 C300 控制器特點

C300是基于CEE執行環境的控制器。控制器硬件和控制軟件CEE（Control Execution Environment）和FTE等一些輔助設施組成了C300控制器。C300主要完成上位通訊、點對點通訊、IOLINK IO 通訊和確定控制執行環境等功能，集成化程度高：電源分配、電子模塊、信號接線端子和網絡連接集成在一塊卡板上，與同類產品相比節省了30%空間，系統的可靠性>99%。

4.1 系統硬件

每套C300控制器有兩個IOLINK 接口，能支持64個IOU，C系列IO卡件、PMIO卡件通過IOLINK與C300控制器連接。本司配PMIO卡件。為方便安裝與維護，卡件采用現場一體化供電。PMIO 由I/O模件和對應的FTA端子板組成， I/O模件具有自檢測和可帶電插拔功能。C300控制器必須與控制防火墻連接。控制防火墻通過Uplink 連接到FTE 交換機。FTE是Experion PKS 的控制網絡，具有容錯、快速網絡響應的特點，保證了工業以太網控制應用的安全性。

系統總體結構如圖1所示，主要由控制柜、操作站、服務器、FTE交換機等組成。控制柜內的主要設備為honeywell C300控制器和數字量輸入、數字量輸出、模擬量輸入、模擬量輸出模塊和其它輔助元件。工程師站、服務器及各單元操作站，為生產過程監控提供友好的人機接口。

4.2 系統軟件

Configuration studio是一種單一化、集成化的組態工作室。組態工作室提供給使用者的是一個任務窗口而不是單一的工具窗口。選定一個任務后，組態工作室里已集成了用戶需要的各種組態工具。這樣，組態工作就可在一地對系統中的所有服務器進行組態。克服了在不同窗口中采用各種不同的組態工具而導致的組態工作的混亂，提高了組態效率。

CEE-Control Execution Environment是功能強大靈活并經過實際考驗的控制環境。具有靈活多變，控制回路根據需要易于組態和修改的特性，操作員通過調用系統細目顯示控制方案圖，增強了工程的生產力。

Control Builder生成控制策略，提供標準算法庫外增加了高級控制算法模塊化，對復雜控制回路的控制方法進行優化，替代常規的PID模塊，實現模型預估控制，簡化了批量邏輯的實施，可進行在線監控。

5 控制系統方案

硅烷法多晶硅生產裝置工藝復雜，控制要求較高，具有多種復雜的控制和聯鎖回路。這些復雜控制和聯鎖回路都是在DCS內部實現的。現以SAH反應釜的控制方案對組態進行介紹。

根據控制要求，制定出如下控制系統方框圖2。

根據系統方框圖2，本復雜回路控制的實現就是通過系統軟件中固有的一些功能塊構成的。由Control Builder提供的眾多的控制功能模塊， 采用搭積木的形式來構建復雜的控制策略。將反應過程的控制組態為三個控制模塊CM（Control Module）塊。一個控制為一個CM塊，分別命名為FIC_R1，TIC_R1，PIC_R1。這三個CM塊相互關聯，有機結合完成了該復雜回路的控制。

6 運行過程中碰到的問題及觖決辦法

（1）在一次日常的檢查中，在組態工作室內發現有一個控制器下只有一個IOLINK，正常情況下每個控制器下都有兩個IOLINK，采用了Import導入功能，恢復DCS回路備份（系統工程師有定期對DCS回路做Export導出）。

（2）出現過工藝介質液位滿罐溢出，造成一次工藝事故。而此料罐配有高中低液位報警裝置，操作工反映儀表出現故障，沒有出現液位報警。利用Experion PKS系統報告的功能，進入服務器，根據事故發生的時間，編輯報告，從報告中導出事故發生時刻液位開關的狀態，結果顯示在事故發生前將近半小時內的時間內，液位開關從低報，高報，高高報均有發生。屬操作工操作失當，未能及時發現工況變化及報警。彌補了只有模擬量可查看歷史數據，為工況現場提供全面的歷史記錄，有事故發生時提供良好的分析。

7 結束語

自裝置2009年6月開車至今已連續平穩運行65640多小時，PKS控制系統運行平穩。該系統的應用， 企業取得了良好的經濟和技術效益。DCS為引領的過程控制將以嶄新的體系結構、技術、靈活多變的控制方式加結合可優化的控制組態、快速平穩的數據處理，伴隨著軟硬件技術的發展應用，實現更加復雜和多變的控制要求。從而使企業生產更加精細化、效益化和規范化。

參考文獻：

[1]Honeywell.Experion Quick Builder Guide.EP-DSX365，R310.2，3/08，2008.

[2]霍尼韋爾自動化學院.Experion PKS.中文參考手冊[M].Honeywell.