摘要：本文主要對 GE Fanuc iFIX監(jiān)控軟件成功解決芳烴吸附分離裝置旋轉(zhuǎn)閥自動控制系統(tǒng)中的問題，并對旋轉(zhuǎn)閥自動控制系統(tǒng)的組成及實現(xiàn)的功能進(jìn)行介紹。
關(guān)鍵詞： 旋轉(zhuǎn)閥 對二甲苯 步進(jìn)
1 .工藝概況
對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，采用模擬吸附移動床的工藝原理，即以固定床的形式來模擬實現(xiàn)移動床的操作。也就是說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間間隔和順序沿吸附塔各床層自上而下地實現(xiàn)周期性地移動，使固定床層模擬為移動床層。各種物料進(jìn)出口位置的移動，UOP 通過一個特殊設(shè)計的旋轉(zhuǎn)閥來實現(xiàn)。
旋轉(zhuǎn)閥是一個特殊的物料分導(dǎo)閥， 能同時將七股物料分別導(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)不斷地通過旋轉(zhuǎn)閥于是可以連續(xù)得到產(chǎn)品。
2.系統(tǒng)簡介
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二甲苯產(chǎn)品純度、收率和整個芳烴裝置的穩(wěn)定運行。
旋轉(zhuǎn)閥自動控制系統(tǒng) 2002 年由清華大學(xué)開發(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)測旋轉(zhuǎn)閥的狀態(tài)，操作站畫面顯示【系統(tǒng)總貌圖】、【報警一覽表】、【動態(tài)模擬圖】、【實時趨勢】、【歷史趨勢】、【網(wǎng)絡(luò)流】、【工藝計算】、【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的操作指令，自動執(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，在實際使用過程中也發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計存在不完善之處，如對透平流量計故障等突發(fā)緊急事件系統(tǒng)自動應(yīng)變功能不強，需要工藝人員手動操作，易對生產(chǎn)造成影響。同時在系統(tǒng)安全、先進(jìn)控制方面也需要加強。因此在 2005 年芳烴裝置停車大修之際，對轉(zhuǎn)閥系統(tǒng)進(jìn)行升級改造，將上位軟件升級為GE Fanuc iFIX 版本，更易于擴展和集成，為工藝生產(chǎn)過程創(chuàng)建高性能的過程窗口， 同時把相關(guān)的下位機程序進(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
上位機操作員工作站采用DELL工控機2臺（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PROFIBUS和上位操作站相連接，所有的PLC 模塊安裝在兩個機架上。
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
開關(guān)量輸入：床層24點，區(qū)域7點，伸出到位1點，縮回到位1點
開關(guān)量輸出：報警2點，伸出指令1點，縮回指令1點
內(nèi)部步進(jìn)計數(shù)：開關(guān)量24點，區(qū)域7點
內(nèi)部步進(jìn)計數(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 實現(xiàn)功能
3.3.1PID控制功能
上位機操作員工作站的操作畫面上的PID 控制回路設(shè)置了兩個切換鍵，自動/手動、遠(yuǎn)程/本地， “自動”是控制器根據(jù)設(shè)定值（SP）和測量值（PV）的差值自動超減小偏差的方向，開大或關(guān)小調(diào)節(jié)閥， 使得偏差最終為0。 “手動”則由操作人員直接操作MV， 控制調(diào)節(jié)閥的開度。 在“自動”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)閥門開度比較小時，系統(tǒng)的廣義對象的增益比較大，此時PID參數(shù)的KP 應(yīng)該相應(yīng)減小，否則系統(tǒng)會出現(xiàn)不穩(wěn)定。操作人員遇到此情況應(yīng)切到“手動”控制，請儀表技術(shù)人員進(jìn)行PID 參數(shù)設(shè)置。在“手動”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”時，應(yīng)手動調(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”來自于 iFIX 監(jiān)控軟件對工藝系統(tǒng)負(fù)荷情況的計算值，而不能由本機控制面板的“SP”拉桿控制。 “本地”則其“SP”是來自于本機，由控制面板的 “SP” 拉桿控制。 對旋轉(zhuǎn)閥的控制的特點決定了在正常生產(chǎn)狀態(tài)下， 各個控制器必須工作在 “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工藝計算功能
iFIX監(jiān)控軟件的 【工藝計算】 畫面提供裝置負(fù)荷的計算功能。 一般操作員無法進(jìn)行工藝計算，而儀表操作員和工藝工程師、系統(tǒng)管理員則具備這個權(quán)限。后者可以在輸入?yún)?shù)中作出更改后，點擊“工藝計算”按鍵，系統(tǒng)將自動計算負(fù)荷值，并顯示在計算結(jié)果一欄中，F(xiàn)F、FT、FK、FH、FX、FD、FE、FR 分別表示計算得到的進(jìn)料F 的流量、步進(jìn)時間T、步進(jìn)時間常數(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。也可以對計算結(jié)果作直接負(fù)荷修改。如果計算完畢之后想采用新負(fù)荷，則點擊“采用新負(fù)荷”的按鍵，將彈出一個對話框，詢問是否立即采用新負(fù)荷。 如果想立即采用新負(fù)荷， 鍵入Y， 則計算結(jié)果將會被當(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的強大計算功能和靈活性。
轉(zhuǎn)閥控制系統(tǒng)的特點是6股流量控制密切相關(guān)相互影響， 且與步進(jìn)時間T， 2區(qū)流量K相關(guān)，因此一般使用工藝計算就可以完成6股流量即K、T 值的設(shè)定，等需要對F、X、D、E、H、K、T七個參數(shù)中的個別參數(shù)進(jìn)行修改時，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報警信號處理
【報警一覽】畫面提供所有報警信息和確認(rèn)報警的手段。在報警信息一覽表中，操作員可以看到每一個報警信息，包括開始日期、開始時間、節(jié)點、數(shù)據(jù)庫的點名、狀態(tài)、數(shù)值、描述等，新的報警以紅顏色區(qū)分，并且閃爍；已確認(rèn)的報警在現(xiàn)場的點未恢復(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)的報警如果現(xiàn)場的點恢復(fù)正常，則自動從報警一覽表中刪除。并且我們通過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)置以后而未及時退出時，系統(tǒng)畫面無任何提示，讓人難以察覺。因此工藝人員操作時，極易造成超權(quán)限操作，可能誘發(fā)事故發(fā)生，嚴(yán)重可能會造成裝置停車。此次改造加強安全管理，通過iFIX軟件VBA 進(jìn)行編輯，每個畫面增加用戶名顯示，并設(shè)定重要操作畫面退出時， 系統(tǒng)控制權(quán)限會自動退到工藝操作員權(quán)限， 有效避免誤操作的發(fā)生。
3.3.5動態(tài)模擬圖
【動態(tài)模擬圖】模擬轉(zhuǎn)閥床層的移動，轉(zhuǎn)閥每步進(jìn)一次，該畫面也相應(yīng)的轉(zhuǎn)動一次，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、孔板測量和透平測量瞬時值。
3.3.6報表功能
原系統(tǒng)只有控制功能，沒有報表打印等功能，因此工藝人員需花費大量時間對重要參數(shù)進(jìn)行進(jìn)行累積和計算。此次增加報表打印畫面功能，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、月平均值以報表形式輸出打印，進(jìn)一步實現(xiàn)了自動化管理功能。
4. 結(jié)束語
旋轉(zhuǎn)閥系統(tǒng)中任何環(huán)節(jié)的誤動作都將最終影響產(chǎn)品對二甲苯的質(zhì)量，實現(xiàn)對旋轉(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)閥自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用，使工藝操作人員通過計算機就可采集生產(chǎn)現(xiàn)場各類儀表、工藝狀態(tài)信息，實現(xiàn)對旋轉(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)自動化管理的優(yōu)勢，取得更顯著的經(jīng)濟效益。
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