横河CS3000系统在聚丙烯装置中的应用

　　中国石油大庆炼化公司自1995年干粉装置首次采用日本横河公司CENTUM集散控制系统，到目前为止已经有8套装置使用该公司的DCS系统：干粉，1.3抗盐干粉，火炬，动力二厂循环水扩建，丙烯腈联合装置，30万吨/年聚丙烯等装置，动力二厂汽机改造，聚合物二厂改造（其中CENTUM-礨L系统：1套，CENTUM-CS1000系统2套, CENTUM-CS3000系统：5套）；横河DCS系统一直运行平稳可靠。下面重点对该系统在该公司今年新上的30万吨/年聚丙烯装置的典型应用加以介绍。
　　在30万吨/年聚丙烯装置中，CS3000系统需要实现的主要有常规控制、复杂控制、逻辑联锁控制、顺序控制4种功能，下面介绍如何运用横河公司的DCS控制系统的功能块解决聚丙烯装置中典型的控制和联锁方案。
　　一、R201（一级环管反应器）中氢气和丙烯的复杂控制方案的实现
　　本方案中丙烯的进料控制是利用控制一级环管反应器的密度来调节丙烯的进料流量，氢气的进料控制分三种情况：1、当分析仪表未投用或故障时操作人员通过HIC2013（氢气与丙烯比值）可手动输入一个值，通过这个比值与丙烯的流量相乘得出的值作为氢气流量调节回路的给定值；2、当分析仪表投用后，操作人员只需要设定分析仪表的氢浓度，通过一系列的自动调节就可以给出氢气流量调节回路的给定值；3、当操作稳定后，操作人员可将HS2014切换到氢气先进控制上，先进控制程序通过将一些参数进行采集运算后直接给出氢气流量调节回路的给定值。除了以上的控制方案，为了生产不同牌号的产品还需要选择不同的氢气管线，因此在氢气流量调节回路中还需要增加切换开关，以便在生产不同牌号的产品时工艺进行切换操作。氢气和丙烯的复杂控制回路见图1。

图1：氢气和丙烯的复杂控制回路

图2：氢气和丙烯的复杂控制功能块图

图3：蒸汽流量补偿功能块图

图4：TEAL与丙烯、TEAL与主催化剂、TEAL与
ATMER 的比值控制回路图

　　氢气和丙烯的复杂控制功能块见图2。
　　⑴、将PID调节器AIC2001A/B的MV值的上下限改成0-1，单位：KG/T，目的是与比例调节器HIC2013的SV（上下限也改成0-1，单位：KG/T）对应好，同样将比例调节器HIC2013的MV值的上下限与PID调节器FIC2001的SV的上下限对应好。
　　⑵、FX2001.CPV=FIC2001.PV*1000/FT2003.PV即氢气与丙烯的比值。
　　⑶、FFIC2013是模拟控制面板，在其组态画面中将其操作方式与HIC2013.MODE对应，将其测量值与FX2001.CPV对应，将其给定值、给定值高限、给定值低限与HIC2013.SV、HIC2013.SVH、HIC2013.SVL对应,将其输出值、输出值高限、输出值低限与HIC2013. MV、HIC2013.MH、HIC2013.ML对应。通过建立FFIC2013模拟控制面板，工艺操作人员操作它就可以完成上述氢气的进料控制前两种情况。
　　⑷、通过使用SEBOL编程块（H2CONTROL1）完成对氢气的先控程序，并将程序计算的结果推给数据块（H2SET），然后将数据块（H2SET）的给定值送给选择开关HS2014，工艺操作人员操作它就可以完成上述氢气的进料控制的第三种情况。
　　2、蒸汽流量补偿方案的实现
　　聚丙烯装置中其它介质（如氮气、瓦斯、仪表风）的流量温压补偿运算公式通过选用功能块TPFCL就可以完成流量温压补偿运算，但是蒸汽的流量温压补偿运算公式不属于常规补偿公式，且运算复杂，我们通过计算块里提供的数学运算公式很轻松的将此问题解决。蒸汽流量温压补偿公式：
　　Tc =T（测量温度）+T0
　　Pc =P（测量压力）+P0
　　V=R*Tc/Pc-A*（100/Tc）*E（2.82）- Pc *E（2） [B*（100/ Tc）*E（2.82）+ C*（100/ Tc）E（31.6）]
　　Tc= Tr（参考温度）+T0
　　PC= Pr（参考压力）+P0
　　Vr=R*Tc/Pc-A*（100/Tc）*E（2.82）- Pc *E（2） [B*（100/ Tc）*E（2.82）+ C*（100/ Tc）E（31.6）]
　　Q0=Qm*（Vr/V）0.5
　　其中T0=273.15℃，P0=1.01325bar，
　　R=0.004615,A=0.9172,B=13609 C=4.55*1015。
　　蒸汽流量补偿功能块见图3。
　　⑴、在计算块VMOL-MEASURE计算公式（见表１）。
　　⑵、在计算块VMOL-REFERENCE计算公式同上，只需将TI0204.PV和PI0205.PV用T-REF.PV和P-REF.PV替换。
　　⑶、在计算块FFI0204计算公式（见表2）。
　　⑷、将FFI0204的计算结果送给FI

0204进行显示。
　　3、TEAL与丙烯、TEAL与主催化剂、TEAL与ATMER的比值控制方案的实现
　　本方案采用比值调节，通过对一级环管反应器的密度进行控制，来确定丙烯流量，从而实现对TEAL、主催化剂、ATMER的流量控制。TEAL与丙烯、TEAL与主催化剂、TEAL与ATMER的比值控制回路见图4，组态功能块见图5。
　　⑴、FF1101、FF1102、FF2501三个计算块分别代表TEAL与丙烯的比值、TEAL与主催化剂的比值、TEAL与ATMER的比值。
　　⑵、操作人员通过给HIC1113、HIC1114、HIC2507三个比值调节器的给定值来控制TEAL、主催化剂、ATMER的流量。
　　⑶、操作人员通过HIC1507可以手动输入催化剂的浓度。
　　4、逻辑方案的实现
　　PK302（循环丙烯往复式压缩机）、PK602（氮气往复式压缩机）、PK603（仪表风往复式压缩机）、PK704（乙烯往复式压缩机）、PK705A/B（氢气往复式压缩机）这些机组没有采用PLC控制，它们的控制逻辑是通过DCS的LC64功能块实现的，DCS的联锁逻辑也是通过DCS的LC64功能块实现的，LC64功能块是一个按照联锁块图实现的功能块，输入条件或信号在变成输出动作前，通过逻辑元素进行处理，它有32点输入，32点输出和64个逻辑元素，逻辑元素有：与门、或门、延时、S/R触发器、一个扫描周期脉冲、比较大小等。下面我们用一些示例来加以说明。

图5：TEAL与丙烯、TEAL与主催化剂、TEAL与ATMER的比值控制块图


图6：脉冲逻辑图

图7：联锁信号首出逻辑图

图8：D5202加载和卸料逻辑功能块图

　　⑴、以上压缩机的逻辑中都需要5秒的脉冲，但是LC64功能块中只有一个扫描周期脉冲，我们通过将逻辑元素中：一个扫描周期脉冲、S/R触发器、延时组合在一起就能满足要求。脉冲逻辑见图6。
　　当输入信号由0变成1时，经过一个扫描周期脉冲后产生一个阶跃信号，经过S/R触发器后输出保持为1，但是经过上升延迟5秒后又将其复位为0，因此送给MCC的信号是一个保持5秒为1的信号。
　　⑵、以上压缩机的逻辑中都有5个或6个联锁停机信号，为了便于仪表人员在机组联锁停机时快速准确地查清楚停机原因，就需要将第一个导致机组停机的联锁停机信号保持住，经过仪表人员查看停机原因并经过处理后，才能将导致机组停机的联锁停机信号进行复位我们通过将逻辑元素中：与门、或门、S/R触发器组合在一起就能满足要求。联锁信号首出逻辑见图7。
　　在没有联锁的情况下，触发复位按扭使每个S/R触发器输出都为0，经过或门和非门后输出都为1，当润滑油压力低低时，机组停机，同时它后面的触发器（置位优先）输出为1，因此经过或门和非门后输出为0，这样就屏蔽了其它联锁停机信号，所以只有%AN0001为1，当润滑油压力恢复正常后，只有仪表人员通过复位才可以将%AN0001复位为0。

　　⑶、D5202加载和卸料顺控：当D503的XV5301B、XV5301D、XV5301C关闭且XV5301A打开时，通过KC5301计时或启动HS5301开始D503的卸料顺控，同时KC5302计时，如果在一定的时间（30秒-5分钟）后，卸料顺控没有完成，报警UA0511将会产生。如果卸料顺控正在执行时，联锁或人为停触发后，顺控会自动从第五步开始执行到最后一步。卸料顺控步骤如下：
　　第一步、XV5301A关闭并且回馈信号正确；第二步、XV5301C打开并且回馈信号正确；第三步、经过一定时间（10秒-1分钟）后，XV5301B打开并且回馈信号正确；第四步、经过一定时间（20秒-2分钟）后；第五步、XV5301C关闭并且回馈信号正确；第六步、XV5301B关闭并且回馈信号正确；第七步、XV5301D打开并且回馈信号正确；第八步、经过一定时间（10秒-30秒）后；第九步、XV5301D关闭并且回馈信号正确；第十步、XV5301A打开并且回馈信号正确，KC5301开始计时，经过一定时间（15 -150分钟）后，卸料顺控再次启动。D5202加载和卸料逻辑功能块见图8。

　　其中T1=20-120sec、T2=10-60sec、T3=10-30sec、T4=15-150min、T5=30-300sec、T6=10-30sec。
　　5、顺控方案的实现
　　PK604（氮气精制单元）和PK709（氢气精制单元）的控制就是通过顺控功能块ST16和顺控扩展块ST16E完成的，下面介绍一下我们完成的步骤：
　　第一步、了解工艺顺序控制步骤，做出一个工艺控制流程图。
　　第二步、建立相应的功能块如：TM块、LC64块、CTS块、RL块、SIO块、ST16块。
　　第三步、进入顺控功能块ST16块，规定好顺控表（见表3)的执行时间，规则号。
　　第四步、按照控制顺序将顺控表的

条件、顺控表的动作、步号、THEN、ELSE填好，如果规则项超出32项时，可以增加ST16E顺控扩展块，但需要在顺控功能块ST16块的NEXT栏中将ST16E顺控扩展块的工位号填上。顺控表的条件、顺控表的动作的填写是有固定格式的，下面列举一些条件和动作以做说明，更多的定义可以在FCS的功能手册中找到。
　　横河公司的CENTUM-CS3000 DCS系统，一直都平稳可靠，而且它的功能强大、应用范围广、用户操作界面友好，深受工艺操作人员及仪表维护人员的好评，是大庆炼化公司的两大主流DCS系统之一，也是该公司今后新增DCS系统的首要考虑目标之一。

文章编号：060309
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