霍尼韋爾Experion PKS在40萬噸/年離子膜燒堿順控中的應(yīng)用

山東陽煤恒通化工股份有限公司 田夫濱

1 工藝特點及對DCS的要求

山東陽煤恒通化工股份有限公司40萬噸/年離子膜燒堿裝置成套引進日本旭化成公司世界領(lǐng)先節(jié)能零極距、自然循環(huán)NCZ電解槽及配套離子膜等設(shè)計工藝，工藝過程主要包括鹽水一次過濾、二次精制、電解、淡鹽水脫氯、氯氫處理及公用工程等工序；整套裝置要求自動化程度高，人員操作強度小，裝置運行穩(wěn)定，離子膜要有較長的使用壽命。

DCS 系統(tǒng)要有較強的順序控制功能，對工藝聯(lián)鎖和邏輯控制的可靠性、安全性要求高，控制系統(tǒng)要有抗強磁場干擾的能力，尤其是鹽水精制工序所有閥門都是周期性開關(guān)，每一閥門的動作順序都有嚴格的邏輯控制，禁止誤動作，因此更好地滿足工藝要求成為DCS組態(tài)的難點。

2 Experion PKS 系統(tǒng)特點

PKS（process knowledge system）是過程知識系統(tǒng)的簡稱，是霍尼韋爾公司為當前和將來的自控解決方案提供的一個智能平臺。Experion PKS融合了世界范圍的控制技術(shù)和實踐經(jīng)驗，通過提供圖形化的面向?qū)ο蟮慕M態(tài)工具和全套的過程控制算法庫，Experion PKS使用戶的控制工程能力顯著提高；硬件方面大量使用了可選的冗余容錯技術(shù)，能夠在線更換包括控制器在內(nèi)的所有硬件；軟件方面支持單點下裝和在線修改。Experion PKS通過提供高水平的性能、靈活性、易用性以及使用壽命周期長等特點，為混合型控制系統(tǒng)建立了新的標準。

而其提供的SCM（Sequential Control Module）模塊堪稱其中的杰出代表，SCM是通過特殊處理器把條件（transition）模塊和結(jié)果執(zhí)行（step）模塊組合到一起的集成塊。它通過控制模塊給現(xiàn)場的控制設(shè)備提供執(zhí)行指令，并且為控制設(shè)備提供直接的互動界面，使得整個控制過程簡單易懂。它的控制過程簡單說就是通過條件查詢（transition）詢問條件是否滿足，如果條件滿足，則通過命令執(zhí)行（step）的方式，驅(qū)動現(xiàn)場設(shè)備動作，即用一個控制模塊就完成了PLC 所擅長的順序控制功能，而不需要重新上一套PLC系統(tǒng)。

3 Experion PKS 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

鑒于PKS系統(tǒng)以上特點，本公司決定選用Honeywell 公司Experion PKS R400.1控制系統(tǒng)，下面就PKS在 40萬噸/年離子膜燒堿順控中的應(yīng)用為例，重點介紹PKS順控模塊SCM的強大功能。離子膜燒堿整個項目分兩期完成，兩期共配備C300控制器四對，服務(wù)器兩對，CONSOLE操作站12 臺，I/O輸入輸出卡件共176個，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 離子膜燒堿（40萬噸/年）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

4 PKS 順控SCM 組態(tài)方案

一次鹽水過濾及二次鹽水精制分別是兩套獨立的順控程序，二次鹽水精制過程相對復(fù)雜，我們重點介紹。二次鹽水工序共有三臺離子交換樹脂塔T-160A/B/C，正常工作時，兩臺串聯(lián)運行，一臺下線再生，24小時后第一臺串聯(lián)運行的塔下線再生，第二臺塔作為第一臺，再生完成的塔作為第二臺繼續(xù)串聯(lián)運行，下線塔中的樹脂吸附了大量的多價陽離子，需用鹽酸和燒堿再生；樹脂塔的切換和再生由程序控制每24小時進行一次，每一個塔運行48小時下線一次；樹脂塔的運行模式有自動和手動，自動模式下樹脂塔的切換和再生都是自動進行，手動模式下樹脂塔的切換和再生都是手動執(zhí)行，但DCS程序參與閥位檢測。

樹脂塔的再生過程共分九個階段，依次是水洗I、反洗、鹽酸再生、水洗II、堿再生、水洗III、等待I、鹽水洗滌、等待II。下面以樹脂塔A為例，如圖2所示，重點介紹水洗I和鹽酸再生兩個階段。

圖2 樹脂塔再生過程

第一階段：水洗I，設(shè)定運行時間60分鐘。在水洗I階段，下線塔作為再生塔，塔中剩余的鹽水用純水置換，純水從塔頂進入，廢鹽水回收到廢鹽水槽中。點擊流程圖操作畫面，“選擇A塔”、“選擇水洗I”、“自動”按鈕，水洗I主程序“Invokemain”條件滿足（如圖2所示），Transition1進行閥門反饋檢查，如果閥檢通過，動作塊STEP1執(zhí)行，啟動計時器T1，程序自動時STEP2執(zhí)行，打開切斷閥KV160-1、KV163A、KV166A，延時60秒（在STEP2“Min Wait time”中設(shè)置），對打開的閥門進行閥檢，程序手動時直接進入閥檢，如果Transition3條件成立，通過STEP3打開純水調(diào)節(jié)閥FIC162并置調(diào)節(jié)器模式PID.MODE=AUTO，PIDA.SP=40.6，延時5秒后，檢查FIC162瞬時流量是否在正常范圍，否則調(diào)用Interrupt中斷程序，計時器T1停止計時，同時操作畫面提示流量低報警，這一過程通過主程序Main的STEP4“Interrupt condition”選項，在“Condition expression”中，寫入表達式FIC162.DACA.PVLOFL=1實現(xiàn)，在調(diào)節(jié)器FIC162自調(diào)或操作員干預(yù)待流量恢復(fù)正常后，Interrupt返回Main主程序并等待計時完成，此階段60分鐘計時內(nèi)，實時檢測該瞬時流量，一旦低報警就跳到Interrupt，確保足夠的沖洗水量及沖洗質(zhì)量，自動狀態(tài)下待T1計時60分鐘完成，動作塊STEP5關(guān)閉切斷閥KV160-1、KV163A、KV166A及FIC162調(diào)節(jié)閥，手動狀態(tài)下待T1計時60分鐘完成，操作員手動關(guān)閉沖洗閥待閥檢通過方可結(jié)束水洗I過程，同時在Step7（通過連接Step7.ACTIVEFL實現(xiàn)）執(zhí)行時置第二階段反洗標志位等于ON，作為啟動反洗的一個條件。

在水洗I運行中，禁止的閥位檢測如果出現(xiàn)異?；蚓o急停車按鈕被觸發(fā)，無條件執(zhí)行停止程序，只是閥檢異常執(zhí)行停止程序僅退出水洗I過程，而緊急停車觸發(fā)將導(dǎo)致工作塔與再生塔同時停止運行。

第三階段：鹽酸再生，設(shè)定運行時間50分鐘。在水洗I組態(tài)的基礎(chǔ)上，酸再生階段需要實現(xiàn)切斷閥KV169-2和 KV169-3的聯(lián)鎖，在KV169-3關(guān)閉60秒后或FIC162瞬時流量正常時，方可打開KV169-2，該時間通過邏輯點ONDELAY設(shè)置；在純水FIC162瞬時流量偏低、KV169-3開啟、緊急停車指令發(fā)出或SCM程序的第十四步被執(zhí)行時關(guān)閉KV169-2，SCM通過邏輯點控制閥門的邏輯圖組態(tài)如圖3所示。

從該邏輯圖我們可以看出，SCM對離散設(shè)備的控制，通過執(zhí)行塊STEP的激活（STEP.ACTIVEFL），輸出連接到設(shè)備控制模塊DEVCTL.OI（0），執(zhí)行關(guān)閉閥門（泵）指令、DEVCTL.OI（1）執(zhí)行打開閥門（泵）指令。

三臺離子交換樹脂塔共26個切斷閥，3個調(diào)節(jié)閥及4個流量計，無論是再生塔還是工作塔，閥檢程序?qū)崟r運行檢測，貫穿再生過程的九個階段，不同的階段閥檢的閥門不一樣。閥檢的故障報警，在再生步驟結(jié)束或樹脂塔切換結(jié)束的1分鐘內(nèi)不進行，該1分鐘的延時DCS用TIM-KV進行設(shè)置，一旦閥門閥位異常，將在DCS控制畫面上閃爍，如果影響鹽水質(zhì)量的閥位檢測出現(xiàn)異常，必須觸發(fā)再生停止程序，中斷再生過程以保證鹽水的質(zhì)量，確保電解槽、離子膜的安全穩(wěn)定運行。

5 結(jié)束語

二期工程自2011年7月投運以來，PKS R400.1系統(tǒng)一直運行穩(wěn)定，完全滿足離子膜燒堿復(fù)雜工藝的各項要求，通過該項目的實施，我們深刻的領(lǐng)會到PKS 系統(tǒng)SCM 功能之強大，它集成了傳統(tǒng)工控系統(tǒng)各方面的強大功能，并以簡潔的組態(tài)方式為先進工藝離子膜燒堿提供了有效的控制解決方案。目前該工藝裝置運行良好，各項工藝指標穩(wěn)定，噸堿耗電及鹽均創(chuàng)同行業(yè)最好水平，為公司創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟及社會效益。

[1]邢家悟. 離子膜法制燒堿操作問答[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2009.