PKS系统在环氧乙烷衍生生产系统上的应用

2014-12-19王中华

制造业自动化 2014年9期

关键词：顺序控制环氧乙烷真空泵

王中华

WANG Zhong-hua

（南京工业大学电子信息与工程学院，南京 211816）

0 引言

随着我国经济的飞速发展，环氧乙烷衍生的精细化工产品的市场需求量越来越大，生产的企业也越来越多。实时有效的生产控制对保证生产安全、提高生产效率、避免事故的发生等方面有着十分重要的意义。

本文以某石化企业的环氧乙烷衍生精细化工生产项目为背景，在分析了生产系统的实际需求的基础上，使用先进的集散控制系统Experion PKS实现了整个生产系统的生产运行。

1 生产工艺

环氧乙烷衍生生产工艺流程的主要过程包括初始检查，导热油循环，链起始剂加入，预真空，反应，熟化，冷却、脱气和排净，生产工艺流程图如图1所示。

图1 生产工艺流程图

2 系统结构

环氧乙烷衍生生产系统生产工艺复杂并有一定的毒性，存在一定的危险性，所以整个生产过程的安全和稳定至关重要，为了确保稳定安全的同时又要确保生产系统的效率，本系统采用Honeywell公司的PKS集散控制系统，即新一代过程知识系统（Process Knowledge Solution，Experion PKS），它是Honeywell公司集30年来在过程控制、资源管理和行业知识等多方面的经验并结合六西格玛的方法论构成的一个统一的过程知识体系[1]。

环氧乙烷衍生精细化工生产的系统结构图2所示。从图中可以看出，系统主要分为四个部分：服务器、操作站（客户端）、控制系统和现场设备。服务器为冗余服务器，确保了在一台服务器出现问题时另一台能保证系统的正常运行。服务器与操作站组成服务器/客户端结构，在此系统中是指，系统中的生产数据、历史记录和报警记录都是动态存储在服务器中的，而操作站主要用于对工艺流程的监控，查看历史趋势和报警记录等。控制器采用冗余的C300控制器，输入/输出卡件也是采用冗余的C系列I/O卡件，这样确保了系统的安全、稳定，提升了系统的安全等级。

3 预真空顺序控制实现

图2 系统结构图

真空过程在环氧乙烷衍生精细化工生产系统中起着重要的作用，在反应多个过程中需要处于真空状态，不然将直接影响环氧乙烷衍生产品的质量，甚至导致产品不合格，更有可能引起事故。为了确保生产系统的稳定，确保真空过程能够正常运行，在对整个真空过程中设计了两套真空装置，两套装置可以同时使用，也可以在一套真空装置出现问题时，及时的使用另一套装置来做补充。真空过程工艺流程图如图3所示。如图3所示，真空过程的主要组成部分是两台真空泵P0106和P0108，提供抽真空的动力。PV165和PV172是两台调节阀，通过PID控制回路PIC165和PIC172设定需要抽取真空压力值。HV151A，HV151B，HV151C三个电磁阀控制使用哪一套真空装置，如果HV151A打开，HV151C关闭则说明使用的是P0106真空装置，如果HV151A关闭，HV151B打开，HV151C打开则说明使用的是P0108真空装置。

图3 真空过程工艺流程图

预真空顺序控制的实现主要使用的是PKS系统提供的顺序控制模块（Sequential Control Module，SCM），主要由四个部分组成，分别为Transition（条件块）、Step（步骤块）、SYNC（同步块）和Handler(处理程序块)[2]。预真空顺序控制流程图如图4所示：

从流程图中可以看出预真空的流程为：1）判断预真空标识位确定使用真空过程中那一套真空装置；2）检查真空泵的运行状态，如果停止则继续，否则提示手动停止真空泵，等待直至真空泵停止为止；3）手动全开真空泵前的调节阀；4）启动真空泵；5）打开阀HV124、HV125，同时启动定时器；6）等待HV124、HV125的开回讯反馈。如果定时器的定时时间到，而HV124、HV125的开回讯反馈信息还没有返回，说明HV124、HV125阀的状态异常，需要检查；7）检查处理过后，选择继续或者停止。如果选择继续，则真空泵的调节阀置于自动状态，设定需要的压力预置值；8）最后等待反应器压力达到所需要的预真空压力。

图4 预真空顺序控制流程

以上分析介绍了预真空顺序控制流程，我们主要介绍一下PKS系统中Interrupt异常处理程序如何实现。如图5所示，从图中可以看出程序首先判断了HV124，HV125的状态，当不全为开时，说明阀的状态异常，置异常标识位STATUS和选择标识位TIP为1，系统将报警，并且提示选择。当选择停止时，选择和异常标识位复位，通过停止标识位将主程序停止；当选择重新检查时，选择标识位复位，重新检查阀的状态，如果阀的状态没有异常，则异常标识位复位，异常处理程序结束，如果阀的状态仍为异常，则选择标识位仍将被置位，再次提示选择。

图5 异常处理实现

4 生产报表功能

PKS系统提供了丰富多样的并且功能强大的报表，可以满足各种生产系统的报表需求。根据生产系统生产报表需求，使用PKS系统提供的Free Format Report实现生产报表，然而PKS系统的报表不能自动保存，生产系统又要实现生产报表的历史查询，因此需要编程实现自动保存[3]。

下面以配方参数表信息和整个生产系统中反应过程中的温度最大值和最小值为例，说明自由格式报表的实现。

1）首先在PKS系统中创建一个报表，选择报表类型为Free Format，命名为报表，报表可以指定打印机，还可以设定周期性生成报表，但是根据生产需求，本系统生产报表需要条件触发生成。

2）设定自由格式报表的格式，新建一个.txt文件，使用文本编辑器，编辑完成后将文件名和后缀一起修改为rpt1即可。设定报表格式的部分程序如下：

程序的前半部分主要实现的是对报表中所需的数据进行读取，报表的实现部分从“B：”开始，读取的数据已经以数字进行编号，再次使用时只需要使用数字编号代替，但是数字编号一点要使用一组单引号包括在内，才能读取到数据。

3）编写完自定义格式报表的格式后，在报表设置的Content属性页面中指定所要生成的报表的格式为rpt1。

4）触发生成报表，当整个生产过程完成后，有一个标识位进行标识，就以标识位作为触发条件，PKS系统支持Point Scripts，支持点触发的事件。创建标识点的触发事件，编辑脚本如下：

5）生产报表的自动保存，生成的系统报表保存在系统指定目录下，每生成一次报表则更新一次目录里的报表，所以在指定目录下相应的报表只有一个。要实现生产报表的保存只需在生成报表之后，将指定目录下生产的报表保存到另一个自定义的目录下，并且按生产批号修改名称，生产报表保存的实现使生产报表的历史查询得以实现。生产报表保存中必须要避免一种情况的发生，就是由于操作人员的输入失误使此次生产批号与以往的生产批次同名，会引起程序的错误。根据需求，正确的做法是放弃这次生产报表的保存。生产报表的保存的程序代码如下：