摘要：本文主要對(duì) GE Fanuc iFIX監(jiān)控軟件成功解決芳烴吸附分離裝置旋轉(zhuǎn)閥自動(dòng)控制系統(tǒng)中的問(wèn)題，并對(duì)旋轉(zhuǎn)閥自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行介紹。
關(guān)鍵詞： 旋轉(zhuǎn)閥 對(duì)二甲苯 步進(jìn)
1 .工藝概況
對(duì)二甲苯吸附分離裝置吸附塔的工藝采用 UOP 吸附分離法，為解決其連續(xù)操作，采用模擬吸附移動(dòng)床的工藝原理，即以固定床的形式來(lái)模擬實(shí)現(xiàn)移動(dòng)床的操作。也就是說(shuō)保持床層位置固定不變， 使各種物料的進(jìn)出口的位置按一定時(shí)間間隔和順序沿吸附塔各床層自上而下地實(shí)現(xiàn)周期性地移動(dòng)，使固定床層模擬為移動(dòng)床層。各種物料進(jìn)出口位置的移動(dòng)，UOP 通過(guò)一個(gè)特殊設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。
旋轉(zhuǎn)閥是一個(gè)特殊的物料分導(dǎo)閥， 能同時(shí)將七股物料分別導(dǎo)入吸附塔內(nèi)不同床層和從不同床層導(dǎo)出之，使物料連續(xù)不斷地通過(guò)旋轉(zhuǎn)閥于是可以連續(xù)得到產(chǎn)品。
2.系統(tǒng)簡(jiǎn)介
旋轉(zhuǎn)閥及其控制是吸附分離裝置的最關(guān)鍵部分， 其控制系統(tǒng)的水平和可靠性直接影響到對(duì)二甲苯產(chǎn)品純度、收率和整個(gè)芳烴裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。
旋轉(zhuǎn)閥自動(dòng)控制系統(tǒng) 2002 年由清華大學(xué)開(kāi)發(fā)研制，由兩部分組成：上位操作站和下位控制站。上位操作站操作系統(tǒng)為 FIX7.0 軟件，主要監(jiān)測(cè)旋轉(zhuǎn)閥的狀態(tài)，操作站畫面顯示【系統(tǒng)總貌圖】、【報(bào)警一覽表】、【動(dòng)態(tài)模擬圖】、【實(shí)時(shí)趨勢(shì)】、【歷史趨勢(shì)】、【網(wǎng)絡(luò)流】、【工藝計(jì)算】、【PV切換】、【回路信息匯總】、【區(qū)域轉(zhuǎn)換控制】、【儀表系數(shù)修正】等畫面。下位控制站采用了西門子的S7－300PLC，下位控制站接收上位機(jī)的操作指令，自動(dòng)執(zhí)行控制程序，控制轉(zhuǎn)閥的步進(jìn)。
隨著自控水平不斷提高，工藝生產(chǎn)對(duì)系統(tǒng)安全性、通用性和易用性的要求也逐步提高。原轉(zhuǎn)閥系統(tǒng)控制功能已不能更好的滿足工藝要求，在實(shí)際使用過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在不完善之處，如對(duì)透平流量計(jì)故障等突發(fā)緊急事件系統(tǒng)自動(dòng)應(yīng)變功能不強(qiáng)，需要工藝人員手動(dòng)操作，易對(duì)生產(chǎn)造成影響。同時(shí)在系統(tǒng)安全、先進(jìn)控制方面也需要加強(qiáng)。因此在 2005 年芳烴裝置停車大修之際，對(duì)轉(zhuǎn)閥系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，將上位軟件升級(jí)為GE Fanuc iFIX 版本，更易于擴(kuò)展和集成，為工藝生產(chǎn)過(guò)程創(chuàng)建高性能的過(guò)程窗口， 同時(shí)把相關(guān)的下位機(jī)程序進(jìn)行合理的修改和增加新的功能，可以更精確地監(jiān)視、控制生產(chǎn)過(guò)程，并優(yōu)化生產(chǎn)設(shè)備，以便更好的滿足生產(chǎn)的需求。系統(tǒng)圖如下：
3.旋轉(zhuǎn)閥控制系統(tǒng)功能配置
3.1 系統(tǒng)配置
上位機(jī)操作員工作站采用DELL工控機(jī)2臺(tái)（CPU2.0GHZ、內(nèi)存256M、40G 硬盤）。 軟件部分：操作系統(tǒng)為中文Windows2000 Pro SP4 及IFIX3.5C軟件。
下位控制站采用了西門子的S7－300PLC，PLC通過(guò)PROFIBUS和上位操作站相連接，所有的PLC 模塊安裝在兩個(gè)機(jī)架上。
3.2采集參數(shù)：
頻率量輸入：6路
模擬量輸入：16路
模擬量輸出：8路
開(kāi)關(guān)量輸入：床層24點(diǎn)，區(qū)域7點(diǎn)，伸出到位1點(diǎn)，縮回到位1點(diǎn)
開(kāi)關(guān)量輸出：報(bào)警2點(diǎn)，伸出指令1點(diǎn)，縮回指令1點(diǎn)
內(nèi)部步進(jìn)計(jì)數(shù)：開(kāi)關(guān)量24點(diǎn)，區(qū)域7點(diǎn)
內(nèi)部步進(jìn)計(jì)數(shù)顯示 0～200，分辨率20毫秒
基本工藝參數(shù)：Vs，Vw，Va，Vl，CA，AFA，L2A，L3A，L4A，F(xiàn)，ABC，ABB。
基本負(fù)荷設(shè)定值：FF、FX，F(xiàn)D，F(xiàn)E，F(xiàn)H，F(xiàn)K，F(xiàn)T
3.3 實(shí)現(xiàn)功能
3.3.1PID控制功能
上位機(jī)操作員工作站的操作畫面上的PID 控制回路設(shè)置了兩個(gè)切換鍵，自動(dòng)/手動(dòng)、遠(yuǎn)程/本地， “自動(dòng)”是控制器根據(jù)設(shè)定值（SP）和測(cè)量值（PV）的差值自動(dòng)超減小偏差的方向，開(kāi)大或關(guān)小調(diào)節(jié)閥， 使得偏差最終為0。 “手動(dòng)”則由操作人員直接操作MV， 控制調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度。 在“自動(dòng)”狀態(tài)下，控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量與PID的參數(shù)設(shè)置有直接關(guān)系，特別是當(dāng)閥門開(kāi)度比較小時(shí)，系統(tǒng)的廣義對(duì)象的增益比較大，此時(shí)PID參數(shù)的KP 應(yīng)該相應(yīng)減小，否則系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定。操作人員遇到此情況應(yīng)切到“手動(dòng)”控制，請(qǐng)儀表技術(shù)人員進(jìn)行PID 參數(shù)設(shè)置。在“手動(dòng)”狀態(tài)下，“本地”的“SP”跟蹤 PV，而“遠(yuǎn)程”的“SP”則不跟蹤“PV” ，當(dāng)切換“自動(dòng)”時(shí)，應(yīng)手動(dòng)調(diào)整“PV”與預(yù)期的“SP”盡量接近。
“遠(yuǎn)程”是指PID 控制器的設(shè)定值“SP”來(lái)自于 iFIX 監(jiān)控軟件對(duì)工藝系統(tǒng)負(fù)荷情況的計(jì)算值，而不能由本機(jī)控制面板的“SP”拉桿控制。 “本地”則其“SP”是來(lái)自于本機(jī)，由控制面板的 “SP” 拉桿控制。 對(duì)旋轉(zhuǎn)閥的控制的特點(diǎn)決定了在正常生產(chǎn)狀態(tài)下， 各個(gè)控制器必須工作在 “遠(yuǎn)程”狀態(tài)（該功能類似于先進(jìn)控制系統(tǒng)APC功能） 。
3.3.2工藝計(jì)算功能
iFIX監(jiān)控軟件的 【工藝計(jì)算】 畫面提供裝置負(fù)荷的計(jì)算功能。 一般操作員無(wú)法進(jìn)行工藝計(jì)算，而儀表操作員和工藝工程師、系統(tǒng)管理員則具備這個(gè)權(quán)限。后者可以在輸入?yún)?shù)中作出更改后，點(diǎn)擊“工藝計(jì)算”按鍵，系統(tǒng)將自動(dòng)計(jì)算負(fù)荷值，并顯示在計(jì)算結(jié)果一欄中，F(xiàn)F、FT、FK、FH、FX、FD、FE、FR 分別表示計(jì)算得到的進(jìn)料F 的流量、步進(jìn)時(shí)間T、步進(jìn)時(shí)間常數(shù)K、循環(huán)液X的流量、解析劑D 的流量、抽出液 E 的流量以及抽余液 R 的流量。也可以對(duì)計(jì)算結(jié)果作直接負(fù)荷修改。如果計(jì)算完畢之后想采用新負(fù)荷，則點(diǎn)擊“采用新負(fù)荷”的按鍵，將彈出一個(gè)對(duì)話框，詢問(wèn)是否立即采用新負(fù)荷。 如果想立即采用新負(fù)荷， 鍵入Y， 則計(jì)算結(jié)果將會(huì)被當(dāng)作新負(fù)荷使用；否則，鍵入N。該功能充分體現(xiàn)了iFIX 監(jiān)控軟件的VBA的強(qiáng)大計(jì)算功能和靈活性。
轉(zhuǎn)閥控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是6股流量控制密切相關(guān)相互影響， 且與步進(jìn)時(shí)間T， 2區(qū)流量K相關(guān)，因此一般使用工藝計(jì)算就可以完成6股流量即K、T 值的設(shè)定，等需要對(duì)F、X、D、E、H、K、T七個(gè)參數(shù)中的個(gè)別參數(shù)進(jìn)行修改時(shí)，可以直接修改FF、FX、FD、FE 、FH、FK、FT，然后按采用新負(fù)荷值。
3.3.3報(bào)警信號(hào)處理
【報(bào)警一覽】畫面提供所有報(bào)警信息和確認(rèn)報(bào)警的手段。在報(bào)警信息一覽表中，操作員可以看到每一個(gè)報(bào)警信息，包括開(kāi)始日期、開(kāi)始時(shí)間、節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)庫(kù)的點(diǎn)名、狀態(tài)、數(shù)值、描述等，新的報(bào)警以紅顏色區(qū)分，并且閃爍；已確認(rèn)的報(bào)警在現(xiàn)場(chǎng)的點(diǎn)未恢復(fù)正常的情況下變?yōu)樽仙⑶以?#8220;ACK”欄中以“√”為標(biāo)記；已確認(rèn)的報(bào)警如果現(xiàn)場(chǎng)的點(diǎn)恢復(fù)正常，則自動(dòng)從報(bào)警一覽表中刪除。并且我們通過(guò)iFIX 軟件VBA 編程使工藝操作員能調(diào)用察看 Dynamics\Alarm 目錄下的報(bào)警信息。
3.3.4系統(tǒng)安全方面存在隱患的改進(jìn)
原系統(tǒng)當(dāng)高權(quán)限用戶進(jìn)行控制系統(tǒng)修改設(shè)置以后而未及時(shí)退出時(shí)，系統(tǒng)畫面無(wú)任何提示，讓人難以察覺(jué)。因此工藝人員操作時(shí)，極易造成超權(quán)限操作，可能誘發(fā)事故發(fā)生，嚴(yán)重可能會(huì)造成裝置停車。此次改造加強(qiáng)安全管理，通過(guò)iFIX軟件VBA 進(jìn)行編輯，每個(gè)畫面增加用戶名顯示，并設(shè)定重要操作畫面退出時(shí)， 系統(tǒng)控制權(quán)限會(huì)自動(dòng)退到工藝操作員權(quán)限， 有效避免誤操作的發(fā)生。
3.3.5動(dòng)態(tài)模擬圖
【動(dòng)態(tài)模擬圖】模擬轉(zhuǎn)閥床層的移動(dòng)，轉(zhuǎn)閥每步進(jìn)一次，該畫面也相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)一次，在畫面上可清楚地觀察到各股進(jìn)料的位置及泵送環(huán)路所在的區(qū)域。 在該畫面上方顯示有當(dāng)前系統(tǒng)的區(qū)域位置、床層位置、步進(jìn)時(shí)間。在畫面的兩側(cè)顯示有進(jìn)料、循環(huán)液、解吸劑、抽出液、沖洗液、泵送環(huán)流等各物料的設(shè)定值、孔板測(cè)量和透平測(cè)量瞬時(shí)值。
3.3.6報(bào)表功能
原系統(tǒng)只有控制功能，沒(méi)有報(bào)表打印等功能，因此工藝人員需花費(fèi)大量時(shí)間對(duì)重要參數(shù)進(jìn)行進(jìn)行累積和計(jì)算。此次增加報(bào)表打印畫面功能，將吸附分離中一些重要的工藝參數(shù)的班平均值、日平均值、月平均值以報(bào)表形式輸出打印，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化管理功能。
4. 結(jié)束語(yǔ)
旋轉(zhuǎn)閥系統(tǒng)中任何環(huán)節(jié)的誤動(dòng)作都將最終影響產(chǎn)品對(duì)二甲苯的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)旋轉(zhuǎn)閥的準(zhǔn)確、可靠的控制是保證產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量的關(guān)鍵所在。因此GE Fanuc iFIX監(jiān)控軟件在旋轉(zhuǎn)閥自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用，使工藝操作人員通過(guò)計(jì)算機(jī)就可采集生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)各類儀表、工藝狀態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)旋轉(zhuǎn)閥進(jìn)行準(zhǔn)確、 可靠的控制， 保證吸附分離裝置穩(wěn)定運(yùn)行。 今后還要充分利用本系統(tǒng)的控制功能，充分發(fā)揮系統(tǒng)自動(dòng)化管理的優(yōu)勢(shì)，取得更顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
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