摘要：介紹了橫河公司的Centum-CS3000控制系統(tǒng)在年產(chǎn)20萬噸聚酯裝置中的應(yīng)用，并列舉一些典型控制回路以探討該控制系統(tǒng)的用法。

關(guān)鍵詞：組態(tài)；聚酯裝置；Centum-CS3000控制系統(tǒng)

Abstract:The paper introduces the application of the Centum-CS3000 distributed control system in the 200 Mt/a PET plant and elaborates on typical control loop for some usage of the control system.

Keywords:Configuration; PET Plant; Centum-CS3000 Control System

1　前言

某20萬噸/年聚酯裝置于2007年七月下旬順利開車投產(chǎn)，整套裝置共有80余個(gè)控制回路，90余個(gè)測量回路，180余個(gè)報(bào)警聯(lián)鎖回路，I/O點(diǎn)數(shù)近900點(diǎn)。該生產(chǎn)裝置的自動(dòng)控制系統(tǒng)采用日本橫河的Centum-CS3000分散型控制系統(tǒng)，從組態(tài)工作至系統(tǒng)投用，表現(xiàn)出良好的性能，既提高了組態(tài)工作的效率，又很好的完成了工藝流程控制的要求。本文即對此控制系統(tǒng)在PET裝置上應(yīng)用的硬件配置及典型控制回路的組態(tài)進(jìn)行介紹。

2　系統(tǒng)構(gòu)成

Centum系統(tǒng)是日本橫河公司于1975年推出的世界上第一套分散型控制系統(tǒng)，自Centum系統(tǒng)問世以來，就以其可靠性高、技術(shù)先進(jìn)、功能強(qiáng)大、使用方便等特點(diǎn)而深受世界各地用戶的信賴。本裝置應(yīng)用的CS3000就是CS系列中最新的產(chǎn)品。Centum-CS3000是一個(gè)功能齊全的控制系統(tǒng)，綜合了各種控制、管理、自動(dòng)化以及實(shí)時(shí)控制數(shù)據(jù)和其它信息數(shù)據(jù)；其組態(tài)方便簡單；模塊采用表面安裝技術(shù)，可帶電插拔，并且具有1500VAC/分抗擊性能，系統(tǒng)接地電阻100歐姆等多項(xiàng)高可靠性尖端技術(shù)，使系統(tǒng)具有極高的抗干擾和耐環(huán)境等特點(diǎn)，非常適用于石油、化工行業(yè)的運(yùn)行環(huán)境。

Centum-CS3000控制系統(tǒng)在聚酯（PET）裝置上應(yīng)用的配置情況如圖1。





圖1 Centum-CS3000控制系統(tǒng)在聚酯裝置應(yīng)用配置圖

（1）FCS控制站：用于過程I/O信號輸入輸出及處理，完成連續(xù)的模擬量控制、邏輯/順序控制及各種復(fù)雜運(yùn)算等實(shí)時(shí)功能。為進(jìn)一步保證工廠運(yùn)行安全可靠，橫河獨(dú)家采用了可靠性極高的4CPU的“Pair&Spare”、“Fail Safe”結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)完全的容錯(cuò)冗余。

（2）HIS工程師站：采用中文版Windows XP作為操作系統(tǒng)的通用PC機(jī)，安裝組態(tài)、測試軟件包，可進(jìn)行工程組態(tài)和系統(tǒng)維護(hù)、軟件測試、FCS仿真。當(dāng)裝置投用后，可以切換工程師站為操作員站來使用，實(shí)現(xiàn)對過程數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)和控制系統(tǒng)的在線監(jiān)視和操作。

（3）HIS操作員站：硬件配置與工程師站相同，僅軟件配置不同。

（4）通信網(wǎng)絡(luò)：系統(tǒng)采用兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，上層網(wǎng)V.net/IP是人機(jī)接口與過程控制站通信的監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)，采用遵循IEEEE802.4工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的冗余實(shí)時(shí)控制網(wǎng)，通訊速率高達(dá)1Gbps；下層網(wǎng)為I/O網(wǎng)，連接著控制器與I/O卡件，采用與監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)相同的網(wǎng)絡(luò)。

3　裝置典型控制回路組態(tài)

3.1　第一酯化反應(yīng)器12-R01回流乙二醇（EG）摩爾比控制

第一酯化反應(yīng)器中通過一定的摩爾比（EG/PTA）發(fā)生酯化反應(yīng)，而為了減少新鮮EG的消耗量，通常采用加入乙二醇分離塔回收的EG以達(dá)到這個(gè)目的，加入的EG流量與第一酯化反應(yīng)器入口漿料流量成一定的比例加入，構(gòu)成比值控制回路，其流程如圖2所示。





圖2 漿料配置罐與第一酯化反應(yīng)工藝管道及儀表流程圖

CS3000系統(tǒng)提供了比率功能塊（RATIO），可通過它實(shí)現(xiàn)比值控制，組態(tài)構(gòu)成如圖3所示。





圖3 第一酯化反應(yīng)回流乙二醇流量比值控制組態(tài)

組態(tài)中使用了變量輸入監(jiān)視功能塊（PVI）、常規(guī)PID控制功能塊（PID），實(shí)現(xiàn)基本的模擬量監(jiān)視及控制功能，這兩個(gè)功能塊也是使用較多的功能塊。此外還用到了比率功能塊（RATIO）和計(jì)算功能塊（CALCU）等。組態(tài)中FF12002計(jì)算實(shí)際的回流比，YK12002用于設(shè)定回流比。SUM11023用于FI11023累計(jì)量的計(jì)算，這里需要說明的是在CS3000系統(tǒng)中，PVI、PID等功能塊具有累計(jì)功能，具體實(shí)現(xiàn)是通過在組態(tài)中把“Totalizer”一項(xiàng)中時(shí)間一項(xiàng)設(shè)置為“Hour”，而此處根據(jù)工藝要求，只在12-R01進(jìn)料時(shí)累積，回流狀態(tài)時(shí)不累積，所以在組態(tài)時(shí)通過計(jì)算功能塊實(shí)現(xiàn)了這項(xiàng)功能，具體做法是在CALCU功能塊中編程，當(dāng)12-R01進(jìn)料狀態(tài)（即XV12010.PV=1）時(shí)，其結(jié)果（CPV）等于FI11023的累計(jì)量，而當(dāng)12-R01進(jìn)料狀態(tài)（即XV12010.PV=0）時(shí)，使FI11023的累計(jì)值（SUM）等于SUM11023的結(jié)果（CPV）的值，SUM11023編程如下：

PROGRAM
IF (XV12010.PV>0) THEN
CPV=FI11023.SUM
END IF
IF (XV12010.PV<1) THEN
FI11023.SUM=CPV
END IF
END

3.2　第一酯化反應(yīng)器12-R01液位與漿料泵11-P01.1/2轉(zhuǎn)速串級控制

如圖2流程所示，第一酯化反應(yīng)器12-R01設(shè)置了兩臺液位變送器（LT-12009、LT-12019），正常生產(chǎn)時(shí)可供液位控制選擇之用。液位與漿料泵轉(zhuǎn)速之和控制功能塊SIC11022構(gòu)成串級回路，SIC11022的輸入值SF11022為轉(zhuǎn)速和，輸出再分別與兩臺漿料泵的各自速度控制功能塊作串級設(shè)定，從而達(dá)到液位與轉(zhuǎn)速的優(yōu)化控制，組態(tài)構(gòu)成如圖4所示




圖4 第一酯化反應(yīng)器液位與漿料泵轉(zhuǎn)速串級控制組態(tài)

組態(tài)中除3.1所述的常規(guī)PID控制功能塊（PID）和計(jì)算功能塊（CALCU）等，還使用了選擇功能塊（SS-H），裝置投運(yùn)后，操作人員可通過修改其SW值進(jìn)而選擇用于回路控制的液位變送器；此外還使用了串級控制信號分布功能塊（FOUT），用以把SIC11022的輸出信號分別給兩臺漿料泵各自轉(zhuǎn)速控制作設(shè)定。裝置投產(chǎn)后，實(shí)踐證明此復(fù)雜控制回路運(yùn)行平穩(wěn)可靠，實(shí)現(xiàn)了工藝操作的要求。

3.3　終縮聚反應(yīng)器液位與熔體出料泵轉(zhuǎn)速、時(shí)產(chǎn)量設(shè)定、日產(chǎn)量設(shè)定選擇控制





圖5 終縮聚反應(yīng)器液位與熔體出料泵轉(zhuǎn)速、時(shí)產(chǎn)量設(shè)定、
日產(chǎn)量設(shè)定選擇控制組態(tài)

組態(tài)構(gòu)成如圖5，此回路初期組態(tài)類似于3.2所述的液位與轉(zhuǎn)速串級控制，然而筆者在現(xiàn)場時(shí)，在與操作人員的交談中得知，由于不同人員的操作習(xí)慣，他們希望這個(gè)回路可以有多種選擇，熔體泵轉(zhuǎn)速和控制功能塊SIC16009的主回路設(shè)定除原設(shè)計(jì)的液位控制外，還可在時(shí)產(chǎn)量設(shè)定和日產(chǎn)量設(shè)定之間進(jìn)行選擇。由于熔體出料泵是兩臺容積泵，可根據(jù)其轉(zhuǎn)速容易的轉(zhuǎn)化為流量，于是在組態(tài)中通過幾個(gè)計(jì)算功能塊分別實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速與流量之間的轉(zhuǎn)換。由于不同轉(zhuǎn)速下出料泵的泵效會有所不同，組態(tài)中使用了數(shù)據(jù)輸入功能塊（DSET）用以輸入泵效，以及產(chǎn)量設(shè)定FY16HOUT、FY16DOUT，操作人員根據(jù)實(shí)際的運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)可總結(jié)出不同轉(zhuǎn)速下的泵效，把泵效使用在轉(zhuǎn)速與流量之間的轉(zhuǎn)換上，更加精確了這個(gè)過程。裝置投產(chǎn)一段時(shí)間后，根據(jù)操作人員的反映，通過裝置開車過程已經(jīng)總結(jié)了對應(yīng)不同產(chǎn)量的泵效值，在隨后的生產(chǎn)中，此回路更加方便了操作人員的操作，尤其是裝置提產(chǎn)降產(chǎn)過程，更加體現(xiàn)了出料泵轉(zhuǎn)速控制的靈活性及精確性。

4　裝置邏輯聯(lián)鎖組態(tài)

在Centum-CS3000控制系統(tǒng)中，為用戶提供了兩種邏輯聯(lián)鎖的組態(tài)方式，分別是順控表方式（ST16）和邏輯圖方式（LC64）。筆者結(jié)合聚酯裝置的邏輯聯(lián)鎖特點(diǎn)，并考慮到便于系統(tǒng)維護(hù)人員的維護(hù)，所有的邏輯聯(lián)鎖均采用了順控表的方式完成，下面以第一酯化反應(yīng)器12-R01進(jìn)料回流聯(lián)鎖為例予以說明。

邏輯聯(lián)鎖如圖6所示，當(dāng)發(fā)生如下任一情況時(shí)，12-R01漿料入口三通閥處于回流狀態(tài)：（1）當(dāng)兩臺漿料泵11-P01.1/2均停止；（2）12-R01兩臺液位變送器任一臺發(fā)生液位高高報(bào)警（LAHH-12009、LAHH-12019）；（3）12-R01氣相出口管線壓力高高報(bào)警（PAHH-12013）；（4）工藝塔塔釜壓力高高報(bào)警（PAHH-13063）。





圖6 第一酯化反應(yīng)器進(jìn)料回流聯(lián)鎖

順控表組態(tài)如表1，當(dāng)此順控表功能塊投運(yùn)后設(shè)置為自動(dòng)狀態(tài)（AUT）時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)上述功能。


表1 第一酯化反應(yīng)器12-R01回流邏輯聯(lián)鎖組態(tài)

5　結(jié)論

Centum-CS3000控制系統(tǒng)在聚酯裝置中的應(yīng)用，充分體現(xiàn)了其優(yōu)越的性能，自裝置開車至今，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，為該公司帶來了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王勇 . Centum-CS系統(tǒng)在石化生產(chǎn)裝置上的應(yīng)用 [J]. 石油化工自動(dòng)化 . 2006,1:66-67

項(xiàng) 飛（1981－）
男，內(nèi)蒙古赤峰人，工學(xué)學(xué)士，（中國紡織工業(yè)設(shè)計(jì)院，北京 100037）2003年畢業(yè)于北京化工大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)任中國紡織工業(yè)設(shè)計(jì)院助理工程師，從事工程設(shè)計(jì)工作，在職攻讀北京化工大學(xué)工程碩士。