清水劑生產(chǎn)自動(dòng)化改進(jìn)

王立尚

（中海油（天津）油田化工有限公司,天津 300400）

1 清水劑自動(dòng)化的工藝要求

1.1 反應(yīng)釜生產(chǎn)工藝流程

1）抽料：中控人員啟動(dòng)程序后，聚合釜自動(dòng)抽真空，當(dāng)壓力低于X kPa后，聚合釜自動(dòng)開啟釜底閥，現(xiàn)場人員抽料。現(xiàn)場人員抽料完畢通知中控人員，中控人員點(diǎn)擊“抽料結(jié)束”選項(xiàng)，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉釜底閥，開啟攪拌，并持續(xù)抽真空Xmin。

2）氮?dú)庵脫Q：聚合釜抽真空Xmin完畢，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入氮?dú)庵脫Q程序，同時(shí)系統(tǒng)提示“R***開始氮?dú)庵脫Q”過程為抽真空至XkPa以下補(bǔ)氮?dú)庵罼kPa以上為1次，反復(fù)X次，氮?dú)庵脫QX次后，系統(tǒng)自動(dòng)維持聚合釜壓力在XkPa～YkPa之間，同時(shí)提示“R***氮?dú)庵脫Q結(jié)束”。

3）第一次升溫：升溫，系統(tǒng)提示“R***開始升溫”，控制溫度X±Y℃，當(dāng)溫度在X℃以上時(shí)開始攪拌計(jì)時(shí)30min，攪拌開始和結(jié)束時(shí)，系統(tǒng)均做攪拌提醒。系統(tǒng)自動(dòng)維持聚合釜壓力在X～YkPa之間。

4）第二次升溫：低溫?cái)嚢栌?jì)時(shí)到后，系統(tǒng)自動(dòng)開始給聚合釜升溫“R***開始升溫”，控制溫度X～Y℃之間。系統(tǒng)自動(dòng)維持聚合釜壓力在X～YkPa之間。

5）滴加催化劑：聚合釜溫度達(dá)到X℃時(shí)，系統(tǒng)提醒“R***開始滴加催化劑”，中控人員啟動(dòng)“滴加催化劑”程序，系統(tǒng)開始滴加催化劑；滴加過程，聚合釜溫度系統(tǒng)控制在X～Y℃，壓力X～YkPa之間，超出溫度范圍，暫停滴加程序，待溫度恢復(fù)至范圍內(nèi)，催化劑恢復(fù)滴加；滴加速度為X kg/min；滴加程序啟動(dòng)后，當(dāng)高位槽壓力低于X kPa，重量低于Xkg時(shí)，滴加程序自動(dòng)結(jié)束，同時(shí)系統(tǒng)提示“R***滴加催化劑結(jié)束”。

6）反應(yīng)過程：催化劑滴加結(jié)束后，持續(xù)攪拌，并對(duì)聚合釜充入氮?dú)?，使釜?nèi)壓力保持在X～YkPa，控制溫度在X～Y℃，整個(gè)反應(yīng)時(shí)間計(jì)時(shí)X個(gè)h。

7）熟化：在反應(yīng)計(jì)時(shí)Xh后，程序自動(dòng)關(guān)閉攪拌，保持釜內(nèi)壓力在X～Y kPa之間，控制溫度在X～Y℃之間(怎么控制)程序控制，低于X℃升溫，高于X℃降溫，保溫保壓Xh，使釜內(nèi)物料充分熟化。熟化期間攪拌每隔Xmin開啟攪拌Xmin。

8）冷卻：熟化結(jié)束后，程序進(jìn)入冷卻階段，系統(tǒng)提示“R***開始冷卻”,系統(tǒng)自動(dòng)開啟循環(huán)水進(jìn)水閥和回水閥，將物料溫度降至X℃以下，系統(tǒng)提示“R***冷卻結(jié)束”。

9）移液：中控人員啟動(dòng)移程序，聚合釜自動(dòng)開啟釜底閥；聚合釜自動(dòng)補(bǔ)充氮?dú)猓瑝毫S持在X～Y kPa；當(dāng)聚合釜壓力低于X kPa，移液結(jié)束，系統(tǒng)關(guān)閉聚合釜的釜底閥，關(guān)閉氮?dú)忾y，提示“R***生產(chǎn)過程結(jié)束”。整個(gè)聚合程序到此結(jié)束。

1.2 高位槽生產(chǎn)工藝流程

1）抽料：點(diǎn)擊“抽料”，高位槽開始抽真空；點(diǎn)擊“抽料完畢”，高位槽持續(xù)抽真空，當(dāng)壓力在X kPa以下，計(jì)時(shí)X min，提示“開始氮?dú)庵脫Q”。

2）氮?dú)庵脫Q：開始氮?dú)庵脫QX次，X次后，提示氮?dú)庵脫Q結(jié)束。

3）滴加：氮?dú)庵脫Q結(jié)束后，提示“等待滴加”，當(dāng)R***程序提示“R***開始滴加催化劑”時(shí)，點(diǎn)擊“滴加催化劑”，開啟催化劑滴加的氣動(dòng)閥和調(diào)節(jié)閥。滴加程序通過調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)滴加速度，Xkg/min；滴加過程，聚合釜溫度系統(tǒng)控制在X～Y℃，壓力X～Y kPa之間，超出溫度范圍，暫停滴加程序，待溫度恢復(fù)至范圍內(nèi)，催化劑恢復(fù)滴加；滴加程序啟動(dòng)后，當(dāng)高位槽壓力低于X kPa，重量低于X kg時(shí)，滴加程序自動(dòng)結(jié)束，同時(shí)系統(tǒng)提示“R***滴加催化劑結(jié)束”。

2 清水劑工藝生產(chǎn)現(xiàn)狀

2.1 自動(dòng)控制設(shè)備現(xiàn)狀

目前現(xiàn)場安裝的自動(dòng)控制設(shè)備主要是氣動(dòng)閥和調(diào)節(jié)閥。氣動(dòng)閥門主要控制負(fù)責(zé)對(duì)真空、氮?dú)狻⒌渭?、循環(huán)水、排水管線的開關(guān)控制。調(diào)節(jié)閥主要負(fù)責(zé)對(duì)滴加、蒸汽管線的開度控制。監(jiān)測(cè)設(shè)備主要使用壓力變送器和熱電阻。壓力變送器主要監(jiān)測(cè)反應(yīng)釜和高位槽的壓力。熱電阻主要監(jiān)測(cè)反應(yīng)釜內(nèi)溫度和排水管線閥汽溫度?，F(xiàn)場安裝的設(shè)備比較齊全。這樣就為生產(chǎn)過程自動(dòng)化提供了前提條件。

2.2 工藝生產(chǎn)過程控制現(xiàn)狀

目前工藝生產(chǎn)過程控制主要以人工控制為主，自動(dòng)控制為輔。例如抽料過程，真空氣動(dòng)閥，釜底氣動(dòng)閥需要人工從DCS控制系統(tǒng)操作站手動(dòng)開啟。抽料完成后，手動(dòng)關(guān)閉釜底氣動(dòng)閥，真空氣動(dòng)閥然后進(jìn)行下一步操作。再比如滴加過程中高位槽需要控制氮?dú)忾y保持壓力，維持比反應(yīng)釜的壓力高于XkPa，并且高位槽壓力始終低于XkPa。這樣就需要人工手動(dòng)控制DCS系統(tǒng)操作站開關(guān)氮?dú)鈿鈩?dòng)閥。操作人員需要同時(shí)控制好幾個(gè)反應(yīng)釜，這樣就對(duì)操作人員形成了巨大的壓力，也不利于控制品質(zhì)的保障。

自動(dòng)控制方面，目前僅有反應(yīng)釜和高位槽的氮?dú)庵脫Q程序，反應(yīng)釜的移液排出程序。其他的工藝控制例如：攪拌時(shí)間控制、溫度控制、壓力控制等均依賴人工手動(dòng)控制。

3 自動(dòng)化改進(jìn)

3.1 程序設(shè)計(jì)

本次改進(jìn)是基于橫河DCS控制系統(tǒng)的程序編輯，使用ST16順序控制表作為反應(yīng)釜和高位槽的控制模塊可以提高編程效率減少調(diào)試時(shí)間。因此，選擇ST16模塊作為程序的主要控制模塊。根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)手冊(cè)，選擇TM計(jì)時(shí)器模塊作為時(shí)間計(jì)算模塊，選擇RL比較模塊負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)比較，選擇BDSET-1L數(shù)據(jù)塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存。

經(jīng)過總體的設(shè)計(jì)本次程序編輯共計(jì)需要4個(gè)ST16順序控制模塊，其中高位槽和反應(yīng)釜使用2個(gè)ST16順序控制模塊，反應(yīng)釜在反應(yīng)期間的溫度控制和壓力保持各使用1個(gè)ST16模塊。使用3個(gè)RL比較模塊。使用5個(gè)TM計(jì)時(shí)器模塊。使用1個(gè)BDSET-1L數(shù)據(jù)塊。通過對(duì)系統(tǒng)軟件資源的梳理，系統(tǒng)可以滿足本次程序編輯的功能可使用。

同時(shí)反應(yīng)釜控制主程序可以通過相應(yīng)的不同的內(nèi)部開關(guān)按鈕調(diào)用氮?dú)庵脫Q，壓力維持，溫度控制，加熱，冷卻等子程序。

3.2 程序編輯

以反應(yīng)釜的主控程序編輯過程為例：ST16位橫河DCS順序控制模塊，可采用步序進(jìn)行編輯，“→”前面為條件，后面為執(zhí)行。

反應(yīng)釜主控程序編輯ST16順序控制程序編寫：步序1：自控程序按鈕啟動(dòng)→自控程序按鈕復(fù)位，真空閥變?yōu)樽钥貭顟B(tài)，閥門CSV狀態(tài)變?yōu)?（打開狀態(tài)）進(jìn)入步序2。

步序2：比較模塊RL的第一比較組調(diào)用，反應(yīng)釜壓力變送器PI104W監(jiān)測(cè)值低于X kPa→釜底氣動(dòng)閥狀態(tài)變?yōu)锳UT，CSV狀態(tài)變?yōu)?（打開），抽料過程標(biāo)志按鈕值變?yōu)?，按鈕標(biāo)志字體變紅。進(jìn)入步序3。

步序3：抽料結(jié)束按鈕啟動(dòng)→釜底氣動(dòng)閥狀態(tài)變?yōu)锳UT，CSV狀態(tài)變?yōu)?（關(guān)閉），抽料結(jié)束按鈕復(fù)位，攪拌MT101W狀態(tài)變?yōu)锳UT，CSV狀態(tài)變?yōu)?（打開），抽料后真空計(jì)時(shí)器TM-1狀態(tài)變?yōu)镾TART，計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)。進(jìn)入步序4。

步序4：計(jì)時(shí)器TM-1時(shí)間到達(dá)，狀態(tài)為CTUP→氮?dú)庵脫Q按鈕啟動(dòng)調(diào)用氮?dú)庵脫Q子程序，操作提示按鈕%OG004的PV值變?yōu)镹ON，提示一次氮?dú)庵脫Q開始，氮?dú)庵脫Q標(biāo)志按鈕變?yōu)?，按鈕標(biāo)志字體變紅。進(jìn)入步序5。

步序5：氮?dú)庵脫Q程序結(jié)束，按鈕PV值復(fù)位→氮?dú)庵脫Q標(biāo)志按鈕復(fù)位，壓力維持按鈕啟動(dòng)，壓力維持子程序啟動(dòng)，升溫和攪拌計(jì)時(shí)按鈕啟動(dòng)，冷卻按鈕關(guān)閉，冷卻子程序停止，加熱按鈕啟動(dòng)，子程序。進(jìn)入步序6。

步序6：調(diào)用比較模塊RL，第4、5、6比較組，當(dāng)溫度檢測(cè)TC101W大于X℃，或者TC101W大于X℃且溫度變化率DT大于X℃/S→加熱按鈕復(fù)位，加熱子程序停止。進(jìn)入步序7。

步序7：調(diào)用比較模塊RL，第4比較組，當(dāng)溫度檢測(cè)TC101W大于X℃→啟動(dòng)升溫后攪拌計(jì)時(shí)按鈕，TM-2計(jì)時(shí)器啟動(dòng)。進(jìn)入步序8。

步序8：TM-2計(jì)時(shí)器時(shí)間到達(dá)，TM-2計(jì)時(shí)器狀態(tài)為CTUP→升溫計(jì)時(shí)按鈕PV值置為0，升溫標(biāo)志位按鈕PV值置為1，字體變紅。進(jìn)入步序9。

步序9：無條件→加熱按鈕啟動(dòng)，加熱子程序啟動(dòng)。進(jìn)入步序10。

步序10：溫度檢測(cè)TC101W大于X℃→加熱按鈕復(fù)位，加熱子程序停止。進(jìn)入步序11。

步序11：溫度檢測(cè)TC101W小于X℃，大于Y℃→升溫標(biāo)志位復(fù)位，溫度控制模塊開關(guān)開啟，溫度控制子程序開啟。進(jìn)入步序12。

步序12：高位槽程序滴加標(biāo)志位按鈕開啟→滴加接受標(biāo)志位按鈕開啟，操作提示%OG0047激活，滴加開始操作提示顯示一次。滴加氣動(dòng)閥狀態(tài)變?yōu)锳UT，CSV狀態(tài)變?yōu)?（打開）。進(jìn)入步序13。

步序13：滴加接受標(biāo)志位按鈕復(fù)位（高位槽滴加過程結(jié)束）→滴加氣動(dòng)閥狀態(tài)變?yōu)锳UT，CSV狀態(tài)變?yōu)?（關(guān)閉）。滴加后反應(yīng)計(jì)時(shí)器TM-3啟動(dòng)，進(jìn)入步序14。

步序14：滴加后反應(yīng)計(jì)時(shí)器TM-3時(shí)間到，狀態(tài)為CTUP→溫度控制模塊開關(guān)關(guān)閉，滴加接受標(biāo)志位開關(guān)關(guān)閉，熟化攪拌標(biāo)志位開關(guān)打開，熟化攪拌計(jì)時(shí)子程序啟動(dòng)，進(jìn)入步序15。

步序15：熟化子程序結(jié)束，熟化開關(guān)關(guān)閉→熟化攪拌標(biāo)志開關(guān)關(guān)閉，冷卻標(biāo)志位開啟，冷卻操作提示激活一次，冷卻開關(guān)打開，冷卻子程序啟動(dòng)，壓力維持開關(guān)關(guān)閉，壓力維持子程序，進(jìn)入步序16。

步序16：溫度檢測(cè)TC101W小于X℃→冷卻開關(guān)關(guān)閉，冷卻子程序關(guān)閉，冷卻標(biāo)志位開關(guān)關(guān)閉，冷卻結(jié)束操作提示激活一次，移液排出標(biāo)志位開關(guān)開啟，進(jìn)入步序17。

步序17：移液排出開關(guān)打開→進(jìn)入步序18。

步序18：比較模塊RL的第16比較組調(diào)用，反應(yīng)釜壓力變送器PI104W監(jiān)測(cè)值高于X kPa→進(jìn)入步序19。

步序19：比較模塊RL的第16比較組調(diào)用，反應(yīng)釜壓力變送器PI104W監(jiān)測(cè)值低于X kPa或者結(jié)束移液開關(guān)打開→結(jié)束移液開關(guān)關(guān)閉，移液排出結(jié)束操作提示激活一次，進(jìn)入步序20。

步序20：無條件→移液排出標(biāo)志位開關(guān)關(guān)閉復(fù)位，移液排出按鈕關(guān)閉復(fù)位，進(jìn)入步序1。等待下一次程序開啟。至此主控程序邏輯全部結(jié)束。

3.3 使用效果

程序編輯后通過模擬調(diào)試，水試和實(shí)驗(yàn)性生產(chǎn)。目前已經(jīng)投入應(yīng)用，使用效果很好。在滿足全部工藝要求的前提下，大大的降低了操作人員的操作壓力。反應(yīng)釜和高位槽從抽取原材料到，完成生產(chǎn)僅僅需要7次確認(rèn)性操作。分別是高位槽抽料開啟，抽料結(jié)束，滴加開始，反應(yīng)釜自控程序啟動(dòng)，抽料結(jié)束，移液開始，移液結(jié)束。

經(jīng)過一段時(shí)間的使用，自動(dòng)化改進(jìn)比較成功，產(chǎn)品生產(chǎn)過程控制的品質(zhì)明顯上升，產(chǎn)品質(zhì)量得到了有效的保障。