Honeywell Experion_PKS系統(tǒng)在硅烷法多晶硅生產(chǎn)裝置中的應(yīng)用

余宏偉

摘 要：Experion_PKS（簡(jiǎn)稱 EPKS系統(tǒng)）是Honeywell公司推出的基于過(guò)程知識(shí)系統(tǒng)的新一代集散控制系統(tǒng)。本文通過(guò)該系統(tǒng)在一套硅烷法多晶硅裝置中的應(yīng)用實(shí)例，介紹EPKS系統(tǒng)在該裝置中的系統(tǒng)規(guī)模、硬件構(gòu)成和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中需要進(jìn)行特殊控制的回路控制方案以及組態(tài)方法進(jìn)行了重點(diǎn)闡述，并就運(yùn)行過(guò)程中遇到的問(wèn)題及解決方法進(jìn)行了具體介紹。

關(guān)鍵詞：Experion PKS；C300控制器；控制；組態(tài)

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

1 引言

硅烷法中寧硅業(yè)多晶硅生產(chǎn)裝置生產(chǎn)工藝復(fù)雜，一期1500t/a多晶硅項(xiàng)目，總投資15億，是目前國(guó)內(nèi)唯一的一套采用硅烷法生產(chǎn)電子級(jí)多晶硅技術(shù)，該技術(shù)與傳統(tǒng)的三氯硅烷多晶硅技術(shù)、硅化鎂技術(shù)相比具有原料消耗低、生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)過(guò)程毒性低、以及三廢容易治理等優(yōu)勢(shì)。裝置采用霍尼韋爾Experion PKS系統(tǒng)作為DCS控制系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控。生產(chǎn)過(guò)程中如控制不好，容易有副反應(yīng)發(fā)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(zhì)，此外還有硅烷的自燃性造成的火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)。

2 裝置簡(jiǎn)介

主要工藝過(guò)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(tǒng)特點(diǎn)

EPKS 過(guò)程知識(shí)系統(tǒng)是Honeywell 最新一代的過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)，它將人員與過(guò)程控制、經(jīng)營(yíng)和資產(chǎn)管理融合在一起。EPKS 為用戶提供了遠(yuǎn)高于集散控制系統(tǒng)的能力，包括嵌入式的決策支持和診斷技術(shù)，為決策者提供所需的信息。它擁有全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)，一次輸入控制器與監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器所需信息，無(wú)需多次對(duì)不同層次的數(shù)據(jù)庫(kù)分別組態(tài)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)采用客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，正常情況下由服務(wù)器為客戶機(jī)提供所需要的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，服務(wù)器故障時(shí)，C站可直接從控制器讀取所需要的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。配置本系統(tǒng)的主要目的是實(shí)現(xiàn)浙江中寧硅業(yè)有限公司多晶硅項(xiàng)目的自動(dòng)控制。Honeywell Epks系統(tǒng)將強(qiáng)大的處理引擎和直觀的用戶界面結(jié)合起來(lái)，采用Experion組態(tài)工作室組態(tài)開發(fā)，組態(tài)工作室的通用任務(wù)可在組態(tài)工作室內(nèi)由Enterprise Model Builder、 Control Builder、 Quick Builder、 HMIWeb Display Builder完成?；赪eb結(jié)構(gòu)的人機(jī)界面的HoneywellHMIWeb技術(shù)，可以方便地集成過(guò)程控制數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)，以HTML為顯示畫面的基本文件格式，用戶通過(guò)IE瀏覽器可以直接訪問(wèn)流程圖畫面，可實(shí)時(shí)監(jiān)視所有的I/O 的數(shù)據(jù)量及開關(guān)量狀態(tài)，同時(shí)可對(duì)各個(gè)控制點(diǎn)進(jìn)行直觀控制。

4 C300 控制器特點(diǎn)

C300是基于CEE執(zhí)行環(huán)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(shè)施組成了C300控制器。C300主要完成上位通訊、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊、IOLINK IO 通訊和確定控制執(zhí)行環(huán)境等功能，集成化程度高：電源分配、電子模塊、信號(hào)接線端子和網(wǎng)絡(luò)連接集成在一塊卡板上，與同類產(chǎn)品相比節(jié)省了30%空間，系統(tǒng)的可靠性>99%。

4.1 系統(tǒng)硬件

每套C300控制器有兩個(gè)IOLINK 接口，能支持64個(gè)IOU，C系列IO卡件、PMIO卡件通過(guò)IOLINK與C300控制器連接。本司配PMIO卡件。為方便安裝與維護(hù)，卡件采用現(xiàn)場(chǎng)一體化供電。PMIO 由I/O模件和對(duì)應(yīng)的FTA端子板組成， I/O模件具有自檢測(cè)和可帶電插拔功能。C300控制器必須與控制防火墻連接?？刂品阑饓νㄟ^(guò)Uplink 連接到FTE 交換機(jī)。FTE是Experion PKS 的控制網(wǎng)絡(luò)，具有容錯(cuò)、快速網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)的特點(diǎn)，保證了工業(yè)以太網(wǎng)控制應(yīng)用的安全性。

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由控制柜、操作站、服務(wù)器、FTE交換機(jī)等組成?？刂乒駜?nèi)的主要設(shè)備為honeywell C300控制器和數(shù)字量輸入、數(shù)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(wù)器及各單元操作站，為生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控提供友好的人機(jī)接口。

4.2 系統(tǒng)軟件

Configuration studio是一種單一化、集成化的組態(tài)工作室。組態(tài)工作室提供給使用者的是一個(gè)任務(wù)窗口而不是單一的工具窗口。選定一個(gè)任務(wù)后，組態(tài)工作室里已集成了用戶需要的各種組態(tài)工具。這樣，組態(tài)工作就可在一地對(duì)系統(tǒng)中的所有服務(wù)器進(jìn)行組態(tài)?？朔嗽诓煌翱谥胁捎酶鞣N不同的組態(tài)工具而導(dǎo)致的組態(tài)工作的混亂，提高了組態(tài)效率。

CEE-Control Execution Environment是功能強(qiáng)大靈活并經(jīng)過(guò)實(shí)際考驗(yàn)的控制環(huán)境。具有靈活多變，控制回路根據(jù)需要易于組態(tài)和修改的特性，操作員通過(guò)調(diào)用系統(tǒng)細(xì)目顯示控制方案圖，增強(qiáng)了工程的生產(chǎn)力。

Control Builder生成控制策略，提供標(biāo)準(zhǔn)算法庫(kù)外增加了高級(jí)控制算法模塊化，對(duì)復(fù)雜控制回路的控制方法進(jìn)行優(yōu)化，替代常規(guī)的PID模塊，實(shí)現(xiàn)模型預(yù)估控制，簡(jiǎn)化了批量邏輯的實(shí)施，可進(jìn)行在線監(jiān)控。

5 控制系統(tǒng)方案

硅烷法多晶硅生產(chǎn)裝置工藝復(fù)雜，控制要求較高，具有多種復(fù)雜的控制和聯(lián)鎖回路。這些復(fù)雜控制和聯(lián)鎖回路都是在DCS內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的?，F(xiàn)以SAH反應(yīng)釜的控制方案對(duì)組態(tài)進(jìn)行介紹。

根據(jù)控制要求，制定出如下控制系統(tǒng)方框圖2。

根據(jù)系統(tǒng)方框圖2，本復(fù)雜回路控制的實(shí)現(xiàn)就是通過(guò)系統(tǒng)軟件中固有的一些功能塊構(gòu)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(lái)構(gòu)建復(fù)雜的控制策略。將反應(yīng)過(guò)程的控制組態(tài)為三個(gè)控制模塊CM（Control Module）塊。一個(gè)控制為一個(gè)CM塊，分別命名為FIC_R1，TIC_R1，PIC_R1。這三個(gè)CM塊相互關(guān)聯(lián)，有機(jī)結(jié)合完成了該復(fù)雜回路的控制。

6 運(yùn)行過(guò)程中碰到的問(wèn)題及觖決辦法

（1）在一次日常的檢查中，在組態(tài)工作室內(nèi)發(fā)現(xiàn)有一個(gè)控制器下只有一個(gè)IOLINK，正常情況下每個(gè)控制器下都有兩個(gè)IOLINK，采用了Import導(dǎo)入功能，恢復(fù)DCS回路備份（系統(tǒng)工程師有定期對(duì)DCS回路做Export導(dǎo)出）。

（2）出現(xiàn)過(guò)工藝介質(zhì)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(bào)警裝置，操作工反映儀表出現(xiàn)故障，沒有出現(xiàn)液位報(bào)警。利用Experion PKS系統(tǒng)報(bào)告的功能，進(jìn)入服務(wù)器，根據(jù)事故發(fā)生的時(shí)間，編輯報(bào)告，從報(bào)告中導(dǎo)出事故發(fā)生時(shí)刻液位開關(guān)的狀態(tài)，結(jié)果顯示在事故發(fā)生前將近半小時(shí)內(nèi)的時(shí)間內(nèi)，液位開關(guān)從低報(bào)，高報(bào)，高高報(bào)均有發(fā)生。屬操作工操作失當(dāng)，未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)工況變化及報(bào)警。彌補(bǔ)了只有模擬量可查看歷史數(shù)據(jù)，為工況現(xiàn)場(chǎng)提供全面的歷史記錄，有事故發(fā)生時(shí)提供良好的分析。

7 結(jié)束語(yǔ)

自裝置2009年6月開車至今已連續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行65640多小時(shí)，PKS控制系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)。該系統(tǒng)的應(yīng)用， 企業(yè)取得了良好的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)效益。DCS為引領(lǐng)的過(guò)程控制將以嶄新的體系結(jié)構(gòu)、技術(shù)、靈活多變的控制方式加結(jié)合可優(yōu)化的控制組態(tài)、快速平穩(wěn)的數(shù)據(jù)處理，伴隨著軟硬件技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜和多變的控制要求。從而使企業(yè)生產(chǎn)更加精細(xì)化、效益化和規(guī)范化。

參考文獻(xiàn)：

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

[2]霍尼韋爾自動(dòng)化學(xué)院.Experion PKS.中文參考手冊(cè)[M].Honeywell.