化工自動(dòng)化基于ys―170和工控機(jī)的集散型丙烯聚合反應(yīng)過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)>李平1侯立剛1袁慶斌2李紀(jì)2（1.遼寧石油化工大學(xué)信息工程學(xué)院，遼寧撫順113⑴1；2.錦州石化公司儀表檢修安裝隊(duì)，遼寧錦州121001））―170調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上，使用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，建立一套由“基本控制層”和“上位控制層”組成的經(jīng)濟(jì)適用型集散控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)聚合反應(yīng)過(guò)程的集中監(jiān)控與管理首先將原料丙烯、活化劑、催化劑依次加入聚合釜，然后向聚合釜內(nèi)充氫氣，各種物料加完后，向釜套內(nèi)通入熱水升溫。此時(shí)，丙烯原料在與催化劑、活化劑充分混合的基礎(chǔ)上，吸收熱水提供的熱量，開(kāi)始進(jìn)行吸熱反應(yīng)，當(dāng)升溫到60~65吸熱反應(yīng)即將轉(zhuǎn)為放熱反應(yīng)。這時(shí)，停供熱水，靠反應(yīng)自身放熱，系統(tǒng)繼續(xù)升溫，在系統(tǒng)升溫同時(shí)，反應(yīng)壓力與反應(yīng)溫度同步提高，當(dāng)反應(yīng)壓力達(dá)到規(guī)定值后，進(jìn)入恒溫恒壓控制狀態(tài)。

1刖目20世紀(jì)90年代初以來(lái)，我國(guó)的工礦企業(yè)裝備了大量的單回路或多回路數(shù)字調(diào)節(jié)器，對(duì)節(jié)能降耗和提高產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量起到了重要的作用。

近年來(lái)，隨著集散控制系統(tǒng)應(yīng)用的逐漸普及和企業(yè)改革的不斷深入，許多企業(yè)迫切希望實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的集中監(jiān)測(cè)與管理，同時(shí)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的先進(jìn)控制，而又希望盡可能地利用己有的投資。

本文針對(duì)一個(gè)間歇式液相本體法聚丙烯裝置，在己有的ys170調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上，使用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，建立一套由“基本控制層”和“上位控制層”組成的經(jīng)濟(jì)適用型集散控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)丙烯聚合反應(yīng)過(guò)程的集中監(jiān)控與管理，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

101調(diào)節(jié)器，以反應(yīng)壓力為被控參數(shù)，以循環(huán)水流量為調(diào)節(jié)手段，實(shí)現(xiàn)聚合反應(yīng)過(guò)程的自動(dòng)控制。在恒溫恒壓末期，由于釜內(nèi)液相2工藝流程及特點(diǎn)2.1工藝流程簡(jiǎn)介間歇式液相本體法生產(chǎn)聚丙烯聚合工藝流程如所示。

教育部留學(xué)回國(guó)人員科研啟動(dòng)基金資助項(xiàng)目1987年獲該校飛行器導(dǎo)航控制系統(tǒng)專業(yè)碩士學(xué)位，1995年獲浙江大學(xué)工業(yè)自動(dòng)化專業(yè)博士學(xué)位，2⑴0―2⑴1年加拿1994-201大阿爾伯塔大學(xué)訪問(wèn)1教授。研究方向?yàn)楣I(yè)1過(guò)程的先進(jìn)控制和優(yōu)1化。allrightsreserved，http://www.cnki.net減少，固體顆粒多，溫度曲線呈上升趨勢(shì)，這時(shí)表明丙烯聚合反應(yīng)己近終結(jié)，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入回收及卸料階段。丙烯經(jīng)回收冷卻器，送丙烯儲(chǔ)罐，釜壓和冷凝器壓力平衡后，關(guān)閉回收閥，打開(kāi)釜底出料閥，向閃蒸釜放料。以上即為聚丙烯聚合生產(chǎn)工藝過(guò)程，屬一典型的間歇批量操作過(guò)程。

2.2工藝特點(diǎn)丙烯聚合反應(yīng)包括兩個(gè)過(guò)程：一個(gè)是有自衡能力的開(kāi)環(huán)穩(wěn)定過(guò)程（加熱升溫階段和反應(yīng)初期）另一個(gè)是無(wú)自衡能力的、不可逆的開(kāi)環(huán)不穩(wěn)定的強(qiáng)放熱反應(yīng)過(guò)程（反應(yīng)放熱中后期）反應(yīng)各段特性截然不同，同一次反應(yīng)中反應(yīng)速度又是變化的。聚合反應(yīng)機(jī)理復(fù)雜，條件苛刻，影響聚合反應(yīng)及聚合產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量的因素也很多，如生產(chǎn)方案、釜溫變化情況、原料加入量組分及純度、催化劑效能、活化劑的活性、原料的配比、夾套進(jìn)水水溫及流量、環(huán)境溫度等等。諸多因素對(duì)聚合反應(yīng)影響程度又有差異，使各次聚合放熱過(guò)程不盡相同。另外，聚合釜傳熱時(shí)間較長(zhǎng)，控制滯后較大，極易因局部過(guò)熱而爆聚。

從控制角度看，丙烯聚合反應(yīng)過(guò)程有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）動(dòng)態(tài)特性頻繁改變；（2）益變化很大；（3）擾動(dòng)和不確定因素很多；（4）純滯后時(shí)間大而不定。這些特點(diǎn)給實(shí)現(xiàn)聚合全過(guò)程自控帶來(lái)了許多困難。

3系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案與硬件配置根據(jù)丙烯聚合工藝流程的特點(diǎn)、己有的儀表盤(pán)上的儀表以及投資等因素，確定了如所示的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案與硬件系統(tǒng)配置。

―170智能可編程調(diào)節(jié)器為日本橫河公司推出的ys―100系到單回路儀表中具有代表性的產(chǎn)品，其特點(diǎn)如下：在繼承傳統(tǒng)的可編程調(diào)節(jié)器優(yōu)異功能基礎(chǔ)上，吸收dcs優(yōu)越的人機(jī)界面技術(shù)。如采用高清晰的液晶圖像顯示畫(huà)面、運(yùn)用了多用途與豐富多彩的畫(huà)面顯示功能、實(shí)現(xiàn)了完全的前面板操作。（b）適應(yīng)現(xiàn)代管控一體化的需要，強(qiáng)化其信息通信功能，裝備有計(jì)算機(jī)接口。

（c）隨著dcs系統(tǒng)軟件組態(tài)、生成概念、方法的引入，用戶程序的編制工作變得極為容易。（d）雙cpu，配有輸出后備換作回路，可靠性極高。

具有豐富的控制功能。

由于該系統(tǒng)同時(shí)監(jiān)控10臺(tái)聚合釜，為便于監(jiān)視和操作，在上位機(jī)中安裝了一塊澳大利亞生產(chǎn)的雙屏顯示卡，以支持兩臺(tái)大屏幕顯示器來(lái)分別監(jiān)視不同的狀態(tài)畫(huà)面，兩個(gè)屏幕受同一個(gè)鼠標(biāo)控制，同時(shí)采用工業(yè)薄膜鍵盤(pán)以提高設(shè)備的耐用性。工控機(jī)采用臺(tái)灣研華586工控機(jī)。

170調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上，使用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，建立一套由中，上位控制層除承擔(dān)“信息集成”和管理任務(wù)外，還要實(shí)現(xiàn)聚合反應(yīng)過(guò)程的先進(jìn)控制任務(wù)，它通過(guò)rs―485通訊接口對(duì)基本控制層進(jìn)行監(jiān)視與控制，同時(shí)基本控制層保持其獨(dú)立性。當(dāng)不進(jìn)行通訊時(shí)，ys170仍能完成其正?？刂七^(guò)程。這樣當(dāng)工控機(jī)一旦發(fā)生故障或需人工干預(yù)時(shí)，可自動(dòng)切換到y(tǒng)s―170手動(dòng)或自動(dòng)控制，同樣也可方便地切回到工控機(jī)控制狀態(tài)。

―170可編程調(diào)節(jié)器為核心，配以自主開(kāi)發(fā)的聚合程控狀態(tài)監(jiān)控儀，構(gòu)成典型的間歇控制系統(tǒng)。它以ys―170可編程調(diào)節(jié)器以及自制的pcm―94p程控狀態(tài)監(jiān)控儀為核心，輔助以電動(dòng)壓力、溫度變送器，兩位快速切斷閥，常規(guī)調(diào)節(jié)閥等儀表設(shè)備，通過(guò)編制ys―170程序，實(shí)現(xiàn)了丙烯聚合反應(yīng)中的從加熱升溫、反應(yīng)放熱到恒溫恒壓控制直至反應(yīng)終結(jié)、剩余丙烯回收等全過(guò)程的自動(dòng)控制。ys―170程序的編制除滿足基本的程序控制系統(tǒng)所要求的功能以外，還與上位機(jī)部分的優(yōu)化、先進(jìn)控制部分相協(xié)調(diào)，是實(shí)現(xiàn)上位優(yōu)化控制的紐帶和基礎(chǔ)。以ys-1：70i.net調(diào)節(jié)器為核心的基本控制層工作原理見(jiàn)。

4系統(tǒng)的軟件配置上位控制層軟件平臺(tái)為中文win98操作系統(tǒng)。過(guò)程監(jiān)控軟件用visualch~~+語(yǔ)言編寫(xiě)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)串行通信、先進(jìn)控制與優(yōu)化、工藝流程顯示、實(shí)時(shí)曲線顯示、歷史趨勢(shì)曲線顯示、實(shí)時(shí)報(bào)警與報(bào)警、事件記錄、聚合釜運(yùn)行狀態(tài)顯示、在線參數(shù)整定、和用戶配置等功能。

5結(jié)論―170調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上，充分利用己有投資，配置價(jià)格較低的工控機(jī)，構(gòu)成集散型控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)間歇式丙烯聚合反應(yīng)過(guò)程的集中監(jiān)控和操作，提高了生產(chǎn)管理水平。該系統(tǒng)的投用，實(shí)現(xiàn)了聚合反應(yīng)全過(guò)程的先進(jìn)控制和優(yōu)化，單釜轉(zhuǎn)化率平均提高7 %以上，降低了單耗，年利稅200多萬(wàn)元。大大提高了生產(chǎn)操作平穩(wěn)度和自動(dòng)化水平，減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益十分明顯。