横河电机(中国)有限公司

  　摘 要：从系统硬件、系统软件、系统网络3个方面介绍了横河公司的CENTUM—CS3000控制系统的组成。以酯化釜回流EG的流量控制、酯化釜液位控制系统和酯化釜搅拌电机联锁为例，论述了该控制系统在生产中的应用。

　　关键词：PET；控制系统；横河DCS

　　2005年，我公司与中科院固体物理研究所合作，共同完成了国家863计划的一个项目，即“聚酯／无机纳米粒子高性能复合材料”的中试研制任务，并获得了2项国家发明专利。2006年l2月，建成了国内第一套新型连续式高性能4万t／a无机纳米聚酯生产线，并顺利开车投产。该生产装置的控制系统采用的是性价比较高的日本横河CENTUM CS3000分散型控制系统。整套装置有6o余个控制回路，140余个测试回路，80余个报警联锁回路，I／O点数近500个。

　　1 系统组成

　　1．1 系统硬件

　　1．1．1 操作站

　　CS3000的人机接口站（Human Interface Sta—tion）简称HIS，它采用通用PC机作为人机接口站，以Windows2000作为操作系统，具有开放的操作环境，同时将DCS的功能与PC机完美紧密地结合起来，不但具有操作、监视功能，而且还具有进行系统生成和维护功能。在HIS的屏幕上，操作员可以观察到所有挂在通信总线上的各个设备状况，甚至可以观察到控制站上的某一个I／O点的状态。屏幕的扫描时间为1s，HIS可以显示各种画面，如流程图、控制组、趋势等。它也可以监视设备运行状态，通过指令窗口发送指令、记录报警及其他事项和确认报警。我公司选用了4台DELL PC机作为HIS，1台用于工程师站，3台用于操作员站。

　　1．1．2 控制站

　　现场控制站（Field Control Station）简称FCS，FCS为CS3000提供过程控制功能，如反馈控制、顺序控制、批量控制及其他复杂控制等。它接受来自现场的各种信号并根据工程设定条件和操作员站发出的指令完成对工业控制对象的过程控制，整个生产过程被控制在最优化状态下进行。

　　我公司控制站选用的是AFFSOD，一般控制站由4部分组成，见图1。

　　（1）电源模块（Power supply module）：接收来自电源分配卡的电源，经变压、整流后为各卡件或系统供电；（2）过程控制卡（PIocessor module）：实施各种控制运算；（3）Vnet通讯网络连接器（Vnet coupler unit）：进行网络通讯，实现各站之间的数据交换；（4）I／O模块（Iuput／Output module）：它接收来自现场的各种过程信号，完成各信号的模数转换、量程转换等。

　　1．1．3 I／0卡件

　　CENTUM—CS3000的I／O卡件采用集成度高、散热量低的固态电路以及表面封装方便，防尘、抗干扰能力强的卡件，并且要求卡件的编址不受插槽位置的影响，在机柜内的任何插槽位置上均能执行其功能。卡件带电插拔不会引起本卡件的故障，也不会影响其他卡件的正常工作。卡件插拔都有导轨和联锁装置，防止损坏或引起故障。卡件通用性强，种类规格少，有效地减少了备品备件的费用支出。我公司I／O卡件类型如表1所示。

　　1．2 系统软件

　　CS3000系统中的HIS分为工程师站和操作员站，两者的区别主要在于CS3000系统软件部分不同，操作员站只具有操作、监视功能，而工程师站除了有操作、监视功能外，还具有系统组态功能。软件配置如表2所示：

　　1．3 系统网络

　　CS3000网络连接有V网（Vnet）和以太网（Ethernet）。V网是连接系统内各部件的实时控制网，即用于连接HIS和FCS之问的通讯；以太网是系统内各HIS间进行数据交换的网络，即用于操作站和工程师站间的通讯，网络构成见图2。

　　2 主要控制系统的应用

　　本公司设计单系列生产能力为150t／d，采用PTA法四釜流程连续生产装置，以PTA装置的精对苯二甲酸和乙二醇为原料，经过浆料调配、酯化、预缩聚、终缩聚等工艺，生产熔体和聚酯切片。主要控制系统在应用中的组态以酯化釜为例。

　　2．1 酯化釜回流EG 的流量控制

　　在酯化釜中，按照一定的量比[n（EG）／n（TPA）]发生酯化反应，_二般为了减少新鲜EG的消耗量，通常是加入经过工艺塔回收的EG，加人的回流EG量与酯化釜的进料量成一定的比例关系，构成了串级控制回路，工艺流程如图3所示。

　　利用CS3000的组态平台，组态如图4所示。

    组态详细介绍

　　BDSET是个数据输人功能块（BDSET-1L），用于输入量比 参数和回流量比-，参数，这2个参数会在下面的CK-03计算模块中被引用。

　　CK-03是个计算模块（CALCU），根据酯化釜进料流量20FRC-01．PV，量比M和回流量比J按照一定的关系式计算出进酯化釜的回流EG量。程序为

　　PROGRAM

　　AUAS N 20FRC-01．PV

　　AUAS J BDSET．DT01 ! 回流量比设定

　　AUAS M BDSET．DT02 ! 量比设定

　　CPV=＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ! 计算结果为回流EG量

　　END

　　21FRC-03是个常规PID控制模块，实现回流EG流量的PID控制。CK-03和21FRC-03构成了串级控制回路，可以达到酯化釜的回流EG量和酯化釜的进料量自动匹配，自动调节，实现了产量变化时，仍然能自动平稳调节。

　　2．2 酯化釜液位控制系统

　　酯化釜液位复杂控制系统是酯化反应中重要控制系统之一，利用CS3000系统的控制组态平台，酯化釜液位20LRC-O1，进酯化釜的管道浆料流量20FRC-01与2台浆料泵的转速16SRC-01A／16SRC-01B构成了多级复杂控制回路，实现了对酯化釜液位的稳定调节，系统组态如图5所示。

　　组态中使用了常规PID控制功能块（PID），用以实现基本控制功能，而串级控制信号分布功能块（FOUT），用以把20FRC～I的输出信号分别给2台浆料泵各自转速控制作设定。装置投运后，操作人员可以根据工艺生产实际情况，通过修改各个功能块的工作方式，灵活调节复杂控制回路，有如下3种调节方法。

　　（1）20-FRC-01和16-SRC-01A／B串级控制：设置16-SRC-01A／B的工作方式为CAS，20．FRC-01的工作方式为AUT，20．LRC-01的工作方式为MAN，即由进酯化釜的浆料流量和浆料泵构成串级控制回路，液位作为监视参数。

　　（2）20一LRC-01，20一FRC-01和16一SRC-01A／B多级复杂控制：设置16．SRC～IA／B的工作方式为CAS，20．FRC-01的工作方式为CAS，20．LRC-01的工作方式为AUT，构成多级复杂控制回路，来调节酯化釜的液位。

　　（3）手动控制方式：20．FRC-01，20一LRC-01和16一SRC-01A／B的工作方式均为MAN，调节P一161A／B的频率控制浆料流量，从而稳定调节酯化釜液位。装置投产后，实践证明此复杂控制回路运行平稳可靠，实现了工艺操作的要求。

　　3 逻辑联锁组态

　　在CENTUM．CS3000控制系统中，为用户提供了2种逻辑联锁的组态方式，分别是顺控表方式（ST16）和逻辑图方式（LC64）。DCS维护工程师可以根据自己的习惯来选择采用什么方式来组态，这里介绍逻辑图组态方式（LC64），现以酯化釜搅拌电机联锁为例，顺控逻辑如图6所示。

　　联锁条件：

　　a．联锁按钮SW 状态为ENABLED，即联锁程序启用；联锁按钮SW状态为DISABLED，即联锁程序禁用。

　　b．酯化釜液位20LRC-01低报。

　　联锁动作：酯化釜搅拌电机停止。

　　联锁组态如下：

　　建立逻辑图（LC64）INTERLOCK，在逻辑图中的联锁组态如图7所示。

　　其中：SW为内部定义的开关量，用于联锁程序启用的按钮； 

　　20LRC-01．ALRM．LO代表酯化釜液位低报警；P-O1．MODE．AUT和P-01．CSV．0为联锁程序的执行动作，即酯化釜搅拌电机停止。

　　4 结语

　　该系统经过1a多的运行，充分体现了其优越的性能。运行结果表明其工作稳定可靠，操作界面友好，组态灵活，维护方便。