摘 要 在PVC生产中采用JX—300X DCS控制系统，对聚合的全过程进行自动控制，实现了PVC生产的密闭化，达到了预期的效果。
河南神马氯碱化工股份有限公司是年产5万吨PVC的化工企业，原有的聚合DCS控制系统仅对釜温进行控制，系统规模小。2003年11月我们在进行聚氯乙稀密闭化生产技术改造时，由于原控制系统规模小而且无法扩容，经反复调研，最终决定控制系统采用JX-300X。我们在改造时把6台聚合釜的入料控制、升温控制、恒温控制、汽提控制，压缩冷凝回收控制、离心干燥等控制集中在一个DCS控制系统内，实现聚合入料、恒温、出料全过程自动控制。通过几个月来的连续运行，该套系统性能稳定，安全可靠，不仅提高了树脂产量、质量，减轻了工人的劳动强度，而且改善了聚合的工作环境、节约了能源，实现了我们预期的一百釜不清釜、不开盖的目的。现把JX—300X控制系统在聚氯乙稀密闭化生产中的应用情况总结如下：
1 系统选型、配置规模和结构
通过了解其他厂家的DCS运行状况，结合我们自己的实际情况，为便于转化、分馏DCS系统和聚合DCS两个系统网络连接，最后确定聚合DCS采用浙大中控的JX-300X系统。该套系统不仅能满足生产监视、过程控制、操作画面、参数报警、数据记录及趋势等功能，而且采用的是国内先进的软硬件技术，结构灵活、安全便于维护，满足了工艺要求的需要。根据聚合生产工艺的实际特点，该系统配置模拟量输入68点，热电阻52点，模拟量输出28点，开关量输入210点，开关量输出147点，合计505点。依据这些点数，我们确定设置操作站4台（包括一台工程师站）、控制站1个、控制机柜2个、继电器柜1个，控制回路28个，I/O机笼7个，电源箱4个等系统配置。
控制站是采集处理信号并进行运算输出，具有故障自诊断功能，控制站主控卡、数据转发卡、电源采用热备用冗余配置，故障时能自动无扰动切换。操作站是提供人机操作界面，接受从控制站传来的工艺流程实时数据，将它转化为相应的过程变量，在显示器上显示出来，供操作员监视、操作。工程师站既可当操作站又可用来进行系统组态。操作站与控制站之间通过高速通信网Scnet完成数据交换，本套系统工艺界面共设16幅，分别为：1）软水、稳定剂操作画面；2）单体操作画面；3）分散剂操作画面；4）引发剂操作画面；5）注水、终止剂操作画面；6）涂釜冲洗水操作画面；7）1#—6#釜的操作画面；8）回收操作画面；9）汽提操作画面；10）恒温控制参数；11）配方表。这些画面满足了聚合生产控制的需要。
2 现场配套电气仪表装置
这次对聚氯乙稀技术改造，除保留原有的检测变送测量装置、自动控制阀门、电气设备外，又增加检测变送测量设备21台，程控阀门和自动调节阀71台，程控泵15台。
3 控制方案
悬浮法聚氯乙稀生产过程是把软水、单体、分散剂、引发剂等助剂按一定比例密闭入料，而后通过热水夹套升温、恒温控制、自动注水、加终止剂，自动出料冲洗，通过汽提回收控制装置把残留单体进行回收，经过离心干燥去除水份最后包装成袋状树脂的过程。对于这么一个复杂的过程，采用全自动化控制后，它可以提高生产效率，降低消耗，减少环境污染。因此，这套控制系统主要由这几个部分构成：6台釜的密闭入料控制；6台釜的升温、恒温控制；6台釜的滏釜、出料冲洗控制；汽提塔控制；压缩冷凝回收控制及离心干燥控制等，分别介绍如下：
密闭入料控制过程比较复杂，控制要求高，采用SC控制语言编程来实现顺控，它包括九个子程序控制：软水程序、稳定剂程序、单体程序、分散剂程序、引发剂程序、中途注水程序、终止剂程序、涂釜程序、出料冲洗程序，各子程序既能相互独立启动，又能联锁启动。当入料主程序联锁按钮打到“IN”时，入料程序全部自动。另外还设有单体回流、冲洗水回流、中途注水回流三个自定义单回路控制。
3.1 软水稳定剂入料控制
在操作站上人工选择软水泵、釜号，设定入釜软水量，程序自动启动后判断选釜是否正确，相应阀门是否关闭，否则给以报警提示，程序不向下进行，等待确认后，程序自动打开釜上阀，总管阀、启动软水泵，通过总管上的质量流量计监视控制入釜的流量，当流量累积到配方表中所需的量后，程序发出指令，停泵、关釜上阀，并自动与软水计量槽上的差压变送器检测折算出流量相比较，超过设定误差给以报警提示，防止因进料误差影响产品的质量。另外，稳定剂的加入是在软水加入两吨后自动启动稳定剂程序的。
3.2 单体入料控制
如果入料主程序联锁打“IN”状态，软水入料程序结束后，自动启动单体入料程序，首先进行泵和相关阀门、单体槽液位检查，接着开釜上阀、总阀，启动单体泵，等单体流量累计到细流值时，程序发出指令，让单体回流阀固定在50%开度，当单体质量流量计累计到参数表中的设定值时，停泵、关阀，若单体入料量超过设定误差，给以报警提示。
3.3 分散剂程序控制
包括分散剂备料和分散剂入料两个程序控制，可以单独启动也可联锁启动。单独启动时，先选釜号进行分散剂备料，打开填充阀，关闭循环阀，向分散剂称量槽内加料，等加到设定值时，关闭填充阀，打开循环阀，称量槽进行超差判断，备料程序结束。由操作工启动入料程序，启动加料泵、打开分散剂加料总阀和釜上助剂阀向釜内入料，当称量槽重量达到槽冲洗点时，打开槽冲洗水阀进行槽冲洗，冲洗流量计进行累积清零到设定值时，关槽冲洗水阀，等称量槽重量达到管道冲洗点时，关加料阀、停泵，打开管道冲洗水阀，进行管道冲洗，冲洗水流量计清零累积到设定值后，关相应阀，程序结束。如果分散剂程序联锁打“IN”状态，备料和入料程序全部自动进行。
3.4 引发剂程序控制
单独启动时，首先进行选釜号，接着打开填充阀，关闭循环阀，向引发剂称量槽内进行备料，等达到设定值时，关闭填充阀，打开循环阀，称量槽进行超差判断，备料结束。启动入料程序，启动加料泵，打开引发剂加料总阀和釜上助剂阀，开始向釜内加料，等达到槽冲洗点时，打开槽冲洗水阀，进行槽冲洗，等称量槽的重量达到管道冲洗点时，打开管道冲洗水阀进行正冲、同冲、反冲程序，冲洗完毕后停泵、关阀，如果引发剂入料程序联锁打“IN”状态，引发剂的备料和入料全部自动进行。
3.5 升温、恒温控制
软水、单体、分散剂、引发剂等各种助剂加完后，用热水把聚合釜内的混合物料加热到一定温度，引发聚合反应。为缩短升温时间，我们采用全开热水阀的方法，随着釜温升高，热水阀开度逐渐变小，等到釜中部温度达到上限给定时，程序由升温切换到软手动操作，阀门给一固定开度，等釜温升到下限给定值时，由软手动切向恒温控制状态，夹套进口温度调节采用分程控制，4-12mADC控制冷水阀，12-20mADC控制热水阀，由于聚合反应是采用大流量低温差的强制循环冷却法，其工艺本身又是一个大滞后环节，而控制聚合釜内温度必须在±0.2℃内，才能获得聚氯乙烯均匀的分子量分布，提高树脂质量。因此，恒温控制我们采用以釜温为主参数、以夹套进口温度为付参数，釜压作为前馈的复合串级控制系统。参见48m3聚合釜恒温控制流程图、方框图如下图。
经过半年来的连续运行，恒温过程釜温控制在±0.1℃以内，拐点温度小于0.5℃，保证了PVC树脂的质量，达到了我们预期的效果。
为节约能源，夹套出口温度采用逻辑判断处理器，实现热回水和冷回水控制。当夹套出口温度大于55℃时，热回水阀打开，热水回到热水槽；小于50℃时冷回水阀打开，冷水回凉水塔。为公司节约了大量蒸汽能源。见下图。
3.6 中途注水控制
当反应釜恒温到一定时间后，自动启动注水程序，打开相应釜注水阀开始自动注水，计时到设定时间后，关釜上阀，停止注水。
3.7 终止剂入料控制
从安全角度考虑，我们把终止剂加入程序设计为一个独立程序。何时加终止剂由操作工启动确认，避免误动作带来的麻烦，程序启动后，开终止剂阀，启动终止剂计量泵，到设定时间后停泵、关阀。
3.8 出料冲洗控制
当反应釜的终止剂程序启动，确认终止剂已加入釜内，同时釜压降到参数表中的设定值时，程序自动启动出料冲洗程序。打开喷淋阀和冲洗水阀，达到冲冼设定时间后，关相应阀门。为保证冲洗效果，程序设计了两次冲洗过程。
3.9 涂釜程序控制
涂釜是密闭入料比较重要的顺控程序之一。涂釜的好坏不但影响树脂的产量、质量，而且决定该套系统运行良好关键步骤之一，我们采用涂釜顺控程序，打开冲洗水阀冲洗一定时间后，开蒸汽阀门烘干，接着开涂釜阀，启动涂釜计量泵，进行涂釜到设定时间后，停涂釜泵，关涂釜阀，继续让蒸汽阀打开一段时间固化，接着打开冲洗水阀进行第二次冲洗，实现自动涂釜过程。几个月来的运行，效果良好，大大提高了聚合釜的生产效率。
3.10 汽提塔控制
进料量和出料量是通过DCS采用变频器分别控制进料泵和出料泵电机的转速，从而保证进料量和塔底液位的稳定。塔顶压力和塔底温度控制是通过两个自定义单回路进行PID控制的。
3.11 压缩冷凝回收控制
通过DCS系统实现联锁控制，当泡沫捕集器压力≥0.3Mpa时高压阀打开进行高压回收控制。当泡沫捕集器压力降到0.3Mpa以下时低压阀打开,水环压缩机自动启动进行低压回收控制。
另外,其它一些控制如压缩冷凝尾排压力控制、回流控制、离心机进料控制等全部采用单回路的PID控制.
4 系统调试
为不影响生产，大部分调试工作都在聚合反应的间隙和停车检修期间进行的。
4.1 硬件设备调试：
对现场检测仪表，首先从现场加标准信号从DCS上观察温度、压力、流量显示是否在允许误差范围内,然后从操作站上输出信号看现场阀门动作状态是否符合要求，反馈状态、接点信号显示是否正常，通过此方法，调校自动阀门68台，液位变送器10台，流量仪表6台，重量变送器2台，从调校结果来看，全部满足了工艺要求需要，保证了仪表的精度。
4.2 软件调试：
现场仪表按各回路调试正常后，开始进行各子程序调试,向聚合釜内加水，进行水联动实验，启动每个单元的子程序模拟实验，观察阀门动作顺序是否按要求进行。实践证明，这一繁锁工作为主程序的联调打下基础，为最后一次投料成功提供了依据。
5 存在问题及解决办法
在刚开始的调试、投运过程中我们发现了一些问题并进行了处理。
5.1 软水和单体入釜过程中无论启动程序或停止程序那一瞬间，总听到工艺管道比较大的一声振动，起初怀疑工艺管道固定不好，后通过仔细观察发现启动程序的那一瞬间，泵、总阀、釜上阀同时启动，出现了共振现象，导致比较大的振动，通过修改启泵、开阀的先后顺序控制程序，解决了这一振动，消除了不安全隐患。
5.2 每台釜喷淋阀底阀上的限位开关，建议电气和仪表公用一套最好。
在实用过程中，我们发现喷淋阀和底阀的限位开关，电气、仪表上总出现反馈不同时回来的现象，影响程序继续进行，通过调整线路改造，达到电气、仪表共同的目的。满足了双方的要求。我们认为效果不错。
5.3 冲洗水泵出口的压力表总打坏。在投运当初，冲洗水泵出口的压力表总打坏，通过修改原有的程序，让冲洗水泵不频繁启动，以及泵出口回流一直处于自控状态，保证了泵出口压力的稳定，解决了大电机频繁启动带来的不安全因素。
6 应用结论
6.1 JX—300X DCS系统投入运行半年多来，运行稳定可靠、操作简便，使工艺指标得以进一步优化，充分发挥了现有设备生产的能力。
6.2 使聚合从入料到出料全部实现自动化控制，提高了树脂的产量、质量，稳定了工艺指标，简化了现场操作，减轻了操作人员的劳动强度，提高了劳动生产率。
6.3 使聚合生产达到一百釜不清釜、不开盖，聚合岗位上基本闻不到单体味，大大改善了聚合的工作环境，减少了有毒气体对人体伤害。
6.4 提供了通讯接口，通过集线器可以和远程计算机连接，为以后实现调度集中监视工艺过程控制提供了条件。
6.5 可靠性较高，降低了仪表维护工作量，且由于系统卡件的国产化和通用性，降低了备品备件的库存量和资金占用，降低了生产成本。
6.6 原有的控制系统，大部分采用常规仪表的控制，控制回路、检测点多，控制仪表多，控制柜多且安装分散。采用JX—300X系统后，整套系统只需2个控制柜、一个继电器柜、4个操作站，大大减少了控制装置的数量，节约资金和空间，充分体现了DCS系统的优越性。
6.7 由于该套系统功能齐全、技术先进、安全可靠，故障率较低，节约了大量的维护资金，创造了很好的经济效益和社会效益，实践证明，该系统应用是非常成功的。