Centum-CS控制系统在聚酯装置上的应用

摘要：介绍了横河公司的Centum-CS3000控制系统在年产20万吨聚酯装置中的应用，并列举一些典型控制回路以探讨该控制系统的用法。

关键词：组态；聚酯装置；Centum-CS3000控制系统

Abstract:The paper introduces the application of the Centum-CS3000 distributed control system in the 200 Mt/a PET plant and elaborates on typical control loop for some usage of the control system.

Keywords:Configuration; PET Plant; Centum-CS3000 Control System

1　前言

某20万吨/年聚酯装置于2007年七月下旬顺利开车投产，整套装置共有80余个控制回路，90余个测量回路，180余个报警联锁回路，I/O点数近900点。该生产装置的自动控制系统采用日本横河的Centum-CS3000分散型控制系统，从组态工作至系统投用，表现出良好的性能，既提高了组态工作的效率，又很好的完成了工艺流程控制的要求。本文即对此控制系统在PET装置上应用的硬件配置及典型控制回路的组态进行介绍。

2　系统构成

Centum系统是日本横河公司于1975年推出的世界上第一套分散型控制系统，自Centum系统问世以来，就以其可靠性高、技术先进、功能强大、使用方便等特点而深受世界各地用户的信赖。本装置应用的CS3000就是CS系列中最新的产品。Centum-CS3000是一个功能齐全的控制系统，综合了各种控制、管理、自动化以及实时控制数据和其它信息数据；其组态方便简单；模块采用表面安装技术，可带电插拔，并且具有1500VAC/分抗击性能，系统接地电阻100欧姆等多项高可靠性尖端技术，使系统具有极高的抗干扰和耐环境等特点，非常适用于石油、化工行业的运行环境。

Centum-CS3000控制系统在聚酯（PET）装置上应用的配置情况如图1。





图1 Centum-CS3000控制系统在聚酯装置应用配置图

（1）FCS控制站：用于过程I/O信号输入输出及处理，完成连续的模拟量控制、逻辑/顺序控制及各种复杂运算等实时功能。为进一步保证工厂运行安全可靠，横河独家采用了可靠性极高的4CPU的“Pair&Spare”、“Fail Safe”结构设计，实现完全的容错冗余。

（2）HIS工程师站：采用中文版Windows XP作为操作系统的通用PC机，安装组态、测试软件包，可进行工程组态和系统维护、软件测试、FCS仿真。当装置投用后，可以切换工程师站为操作员站来使用，实现对过程数据、设备状态和控制系统的在线监视和操作。

（3）HIS操作员站：硬件配置与工程师站相同，仅软件配置不同。

（4）通信网络：系统采用两层网络结构，上层网V.net/IP是人机接口与过程控制站通信的监视网络，采用遵循IEEEE802.4工业标准协议的冗余实时控制网，通讯速率高达1Gbps；下层网为I/O网，连接着控制器与I/O卡件，采用与监视网络相同的网络。

3　装置典型控制回路组态

3.1　第一酯化反应器12-R01回流乙二醇（EG）摩尔比控制

第一酯化反应器中通过一定的摩尔比（EG/PTA）发生酯化反应，而为了减少新鲜EG的消耗量，通常采用加入乙二醇分离塔回收的EG以达到这个目的，加入的EG流量与第一酯化反应器入口浆料流量成一定的比例加入，构成比值控制回路，其流程如图2所示。





图2 浆料配置罐与第一酯化反应工艺管道及仪表流程图

CS3000系统提供了比率功能块（RATIO），可通过它实现比值控制，组态构成如图3所示。





图3 第一酯化反应回流乙二醇流量比值控制组态

组态中使用了变量输入监视功能块（PVI）、常规PID控制功能块（PID），实现基本的模拟量监视及控制功能，这两个功能块也是使用较多的功能块。此外还用到了比率功能块（RATIO）和计算功能块（CALCU）等。组态中FF12002计算实际的回流比，YK12002用于设定回流比。SUM11023用于FI11023累计量的计算，这里需要说明的是在CS3000系统中，PVI、PID等功能块具有累计功能，具体实现是通过在组态中把“Totalizer”一项中时间一项设置为“Hour”，而此处根据工艺要求，只在12-R01进料时累积，回流状态时不累积，所以在组态时通过计算功能块实现了这项功能，具体做法是在CALCU功能块中编程，当12-R01进料状态（即XV12010.PV=1）时，其结果（CPV）等于FI11023的累计量，而当12-R01进料状态（即XV12010.PV=0）时，使FI11023的累计值（SUM）等于SUM11023的结果（CPV）的值，SUM11023编程如下：

PROGRAM
IF (XV12010.PV>0) THEN
CPV=FI11023.SUM
END IF
IF (XV12010.PV<1) THEN
FI11023.SUM=CPV
END IF
END

3.2　第一酯化反应器12-R01液位与浆料泵11-P01.1/2转速串级控制

如图2流程所示，第一酯化反应器12-R01设置了两台液位变送器（LT-12009、LT-12019），正常生产时可供液位控制选择之用。液位与浆料泵转速之和控制功能块SIC11022构成串级回路，SIC11022的输入值SF11022为转速和，输出再分别与两台浆料泵的各自速度控制功能块作串级设定，从而达到液位与转速的优化控制，组态构成如图4所示




图4 第一酯化反应器液位与浆料泵转速串级控制组态

组态中除3.1所述的常规PID控制功能块（PID）和计算功能块（CALCU）等，还使用了选择功能块（SS-H），装置投运后，操作人员可通过修改其SW值进而选择用于回路控制的液位变送器；此外还使用了串级控制信号分布功能块（FOUT），用以把SIC11022的输出信号分别给两台浆料泵各自转速控制作设定。装置投产后，实践证明此复杂控制回路运行平稳可靠，实现了工艺操作的要求。

3.3　终缩聚反应器液位与熔体出料泵转速、时产量设定、日产量设定选择控制





图5 终缩聚反应器液位与熔体出料泵转速、时产量设定、
日产量设定选择控制组态

组态构成如图5，此回路初期组态类似于3.2所述的液位与转速串级控制，然而笔者在现场时，在与操作人员的交谈中得知，由于不同人员的操作习惯，他们希望这个回路可以有多种选择，熔体泵转速和控制功能块SIC16009的主回路设定除原设计的液位控制外，还可在时产量设定和日产量设定之间进行选择。由于熔体出料泵是两台容积泵，可根据其转速容易的转化为流量，于是在组态中通过几个计算功能块分别实现转速与流量之间的转换。由于不同转速下出料泵的泵效会有所不同，组态中使用了数据输入功能块（DSET）用以输入泵效，以及产量设定FY16HOUT、FY16DOUT，操作人员根据实际的运转数据可总结出不同转速下的泵效，把泵效使用在转速与流量之间的转换上，更加精确了这个过程。装置投产一段时间后，根据操作人员的反映，通过装置开车过程已经总结了对应不同产量的泵效值，在随后的生产中，此回路更加方便了操作人员的操作，尤其是装置提产降产过程，更加体现了出料泵转速控制的灵活性及精确性。

4　装置逻辑联锁组态

在Centum-CS3000控制系统中，为用户提供了两种逻辑联锁的组态方式，分别是顺控表方式（ST16）和逻辑图方式（LC64）。笔者结合聚酯装置的逻辑联锁特点，并考虑到便于系统维护人员的维护，所有的逻辑联锁均采用了顺控表的方式完成，下面以第一酯化反应器12-R01进料回流联锁为例予以说明。

逻辑联锁如图6所示，当发生如下任一情况时，12-R01浆料入口三通阀处于回流状态：（1）当两台浆料泵11-P01.1/2均停止；（2）12-R01两台液位变送器任一台发生液位高高报警（LAHH-12009、LAHH-12019）；（3）12-R01气相出口管线压力高高报警（PAHH-12013）；（4）工艺塔塔釜压力高高报警（PAHH-13063）。





图6 第一酯化反应器进料回流联锁

顺控表组态如表1，当此顺控表功能块投运后设置为自动状态（AUT）时，即可实现上述功能。


表1 第一酯化反应器12-R01回流逻辑联锁组态

5　结论

Centum-CS3000控制系统在聚酯装置中的应用，充分体现了其优越的性能，自装置开车至今，运行稳定可靠，为该公司带来了较好的经济效益。

参考文献：

[1] 王勇 . Centum-CS系统在石化生产装置上的应用 [J]. 石油化工自动化 . 2006,1:66-67

项 飞（1981－）
男，内蒙古赤峰人，工学学士，（中国纺织工业设计院，北京 100037）2003年毕业于北京化工大学自动化专业，现任中国纺织工业设计院助理工程师，从事工程设计工作，在职攻读北京化工大学工程硕士。