專利名稱：聚氯乙烯生產過程控制系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種通過計算機及編制的程序，實現聚氯乙烯生產過程控制的聚氯乙烯生產技術。
背景技術：
在化工生產過程中，聚氯乙烯生產過程的控制較為復雜，我國在20世紀80年代中期引進了三套采用美國古德里奇技術聚氯乙烯生產裝置，控制系統都采用了Fisher公司的Provox DCS系統，錦化經過十多年對這套美國古德里奇技術聚氯乙烯生產裝置的消化、吸收，形成了錦化獨有的聚氯乙烯生產技術(包括控制技術)。
錦化獨有的聚氯乙烯生產技術自2002年開始向外推廣過程中，聚氯乙烯生產裝置的控制沒有采用原Fisher公司的Provox系統，選用了美國艾默生公司的Deltav DCS控制系統。第一，原Provox DCS系統是上個世紀八十年代中期的產品，現已不再組織生產，若用戶堅持使用該系統，價格是Deltav系統的五倍左右；第二，隨著自動化領域DCS控制系統的發展以及對現有生產裝置的技術改進，原有的控制系統已不能滿足要求。為此，錦化選用Deltav系統重新編制了聚氯乙烯生產的批量控制軟件，對聚氯乙烯生產全過程進行控制，功能多樣化、精度高、性能可靠，與聚氯乙烯生產工藝技術結合，構成了錦化先進的聚氯乙烯生產技術。
發明內容本發明的目的是提供一種功能多樣化、精度高、性能可靠的聚氯乙烯生產過程控制系統。
采用的技術方案是A、Deltav DCS系統硬件包括配方站、組態工程師站，可進行組態與對控制器下裝。
多組冗余的控制器、操作員站、工程師站、通過集線器HUB網絡連接，實現人機對話，聯鎖報警和故障診斷，各控制器又與多個I/O卡相連，而各I/O卡與現場控制設備相連，完成整個生產裝置的控制，另配有打印機等。
1、數據采集將現場的各種工藝參數，如溫度、壓力、流量、液位等參數通過I/O卡采集到系統的控制器上，并將控制輸出送到輸出通道，連到現場設備以進行控制。
2、建立各種ModulAI、AO、DI、DO、LOOP、DC、PCI、RTD、Group3、建立Group邏輯及聯鎖邏輯，控制有關聯的相關設備，實現設備的安全保護及裝置安全聯鎖。
本發明的Deltav DCS系統操作軟件，可進行配方管理、原料檢查、原料的加料操作、聚合釜操作以及釜溫的控制，注入水、釜卸料、沖洗、涂壁、單體回收等單元操作。可進行反應過程熱力學和動力學模型計算，提供轉化率、轉化速率、釜內壁傳熱系統的變化狀況等，可給出粗料預測值，可進行緊急安全處理。
全部工藝流程的控制由1號釜、2號釜、3號釜……N號釜，后備檢查等Procedure來完成。
工藝上的不同單元被設置成聚合釜1、聚合釜2、聚合釜3……聚合釜N、脫鹽水、單體、緩沖劑、分散劑、引發劑、終止劑、涂壁劑、卸料、回收、抽真空等不同的Unit moduel。
每一個Unit moduel由若干個邏輯控制點、帶有反饋的DCD點(每臺泵、開關閥都是一個DCD點)、回路點、離散輸入(DI)和離散輸出點(DO)、模擬輸入點(AI)和模擬輸出點(AO)組成。
聚氯乙烯聚合生產操作軟件中最典型的是聚合循環(POLYCYCLE)生產程序。它是由16個過程(PCOCESS)和配方(RECIPE)構成。
聚合生產包括下述過程第一個過程是“SETUP”，即開始控制系統的初始化設定；第二個過程是“PRE C RN”，即涂壁前預沖洗；第三個過程是“COATING”，即涂壁；第四個過程是“PST C RN”即涂壁后沖洗；第五個過程是“SCHEDULE”，此過程中聚合釜執行“SCHEDULE”操作程序；第六個過程是“BUF FILL”，即充裝緩沖劑；第七個過程是“BUF CHG”，即聚合釜加緩沖劑；第八個過程是“VCM &DMW”，即加單體和水，緩沖劑第二次備料、分散劑備料；
第九個過程是“VCM MIX”，即單體與水混合；第十個過程是“EMULSIFR”，即加分散劑；第十一個過程是“EMLMIX”，即分散劑混合；第十二個過程是“CATALYST”，即向釜內加引發劑；第十三個過程是“REACTION”，即反應過程；第十四個過程是“SHORT STP”，即快速終止過程第十五個過程是“DROP CHK”，即卸料檢查；第十六個過程是“BLOW DOWN”，即卸料過程。
配方管理包括在配方站上進行配方編程和修改，可以對現行生產配方根據生產實際要求進行改變現有牌號。
本發明的聚氯乙烯生產過程控制系統，簡化了生產過程控制，功能多樣化，控制精度高，生產可靠，節約能源，生產成本低，產品質量高，具有顯著的技術進步。
圖1是軟件結構示意圖。
圖2是聚合循環生產程序框圖。
具體實施方式
本發明的聚氯乙烯生產過程控制系統，包括硬件和軟件兩大部分。
以年產8萬噸聚氯乙烯裝置為例本發明的聚氯乙烯生產過程控制系統的硬件，包括一臺配方站和一臺組態工程站可在此進行組態與對控制器下裝。
三組冗余的控制器和六臺操作員站、配方站、工程師站以及控制器之間通過集線器HUB網絡連接，從而實現人機對話，聯鎖報警和故障診斷，各控制器又與多個I/O卡相連，而各I/O卡與現場控制設備相連，完成整個生產裝置的控制。另配有打印機，記錄下完成每一批次的操作報告和狀態報警，以及配方的實際執行情況，還設有彩色打印機，可對整個工藝操作畫面和狀態信息進行拷貝。
1、數據采集將現場的各種工藝參數通過I/O卡采集到系統的控制器上，并將控制輸出送到輸出。
(溫度、壓力、流量、液位……)2、建立各種ModuelAI、AO、DI、DO、LOOP、DC、PCI、RTD、Group
3、建立Group邏輯及聯鎖邏輯，B、Deltav DCS系統操作軟件軟件結構如圖1所示可進行配方管理、原料檢查、原料的加料操作、聚合釜操作以及釜溫的控制，注入水、釜卸料、沖洗、涂壁、單體回收等單元操作。可進行反應過程熱力學和動力學模型計算，提供轉化率、轉化速率、釜內壁傳熱系統的變化狀況等，可給出粗料預測值，可進行緊急安全處理。
全部工藝流程的控制由1號釜、2號釜、3號釜、4號釜，后備檢查等Procedure來完成。
工藝上的不同單元被設置成聚合釜1、聚合釜2、聚合釜3、聚合釜4、脫鹽水、單體、緩沖劑、分散劑、引發劑、終止劑、涂壁劑、卸料、回收、抽真空等不同的Unit moduel。
每一個Unit moduel由多個邏輯控制點、帶有反饋的DCD點(每臺泵、開關閥都是一個DCD點)、回路點、離散輸入(DI)和離散輸出點(DO)、模擬輸入點(Al)和模擬輸出點(AO)組成。
當進行某一程序的動作時，控制臺上的Procedure啟動，通過執行命令調動所屬的Unit moduel進行單元控制。這些點通過具體的一個Unit moduel中的批量控制程序PHASE來完成一個具體的單元操作。
如進行聚合釜1加水和單體時，操作站上啟動1號釜程序，它同時調用聚合釜、脫鹽水和單體單元，對各單元所屬的各回路點、DCS點組點等進行控制。要對水溫和水量進行控制保證，加料結束后釜溫達到反應溫度。
只要辦調不同操作模式，各組點或DO點等還可獨立進行操作。如回收分離器漿料槽泵水就可用組點來完成，只要激活此組點就會自動完成開泵出入口閥，將水泵入漿料槽，當水液位到一定值時，就會自動關入口閥而打開沖洗水閥沖洗。
當反應進行到一定時間、速率很低時，就可以通過DO點單獨開某閥，向釜內補加一定的引發劑，因而具有較大的靈活性。
聚氯乙烯聚合生產操作軟件中最典型的是聚合循環(POLYCYCLE)生產程序。它是由16個過程(PCOCESS)和配方(RECIPE)構成。由名稱為“POLYCYCLE”UNIT RPOCEDURE執行，共完成29個操作(OPERATION)。程序框圖，如圖2所示，是一個完整的聚合循環生產程序的構成。
聚合生產的第一個過程是“SETUP”，即開始控制系統的設定，在此過程中首先調用了聚合釜單元，并同時執行“SETUP”操作程序。
第二個過程是“PRE C RN”，即涂壁前預沖洗。此過程調用第二個單元點，廢水單元。在聚合釜單元上執行的是“C RINSE”(涂壁沖洗)操作。沖洗次數是由配方給定的數決定。沖洗下的廢水送至廢水單元。在廢水單元上執行的是“PUMP OUT”操作。沖洗過程完成后，廢水單元被釋放。聚合釜單元仍被保持。
第三個過程是“COATING”，即涂壁。此過程調用涂壁單元與聚合單元一起工作。在聚合釜單元中執行的是“COT PLY”(聚合釜涂壁)操作程序在涂壁劑單元中執行完畢后，釋放涂壁劑單元。
第四個過程為“PSTCRN”，即涂壁后沖洗。在此過程中，廢水單元再次被調用與聚合釜單元協同工作。兩單元分別執行的操作程序為“PUMP OUT”和“CRINSE”(廢水排出和聚合釜沖洗)。沖洗次數和沖洗水量由配方給定。操作完成后，廢水單元被釋放。
第五個過程為“SCHEDULE”(安排)。此過程中聚合釜執行“SCHEDULE”操作程序，調用“BUFFER”(緩沖劑)、“VINYL”(單體)、“DM WATER”(脫鹽水)和“EMULSIFIER”(分散劑)四個單元。
第六個過程為“BUF FILL”(充裝緩沖劑)。此過程緩沖劑單元執行“FILLBUF”操作，從緩沖劑儲罐充入稱重槽的量由生產配方給出。
第七個過程是“BUF CHG”(聚合釜加緩沖劑)。此過程聚合釜單元執行“BUFPLY”(聚合釜加緩沖劑)操作，緩沖劑單元執行“CHGBUF”(向聚合釜加緩沖劑)操作。
第八個過程是“VCM &DMW”(加單體和水)。此過程中單體單元、水單元和聚合釜三個單元一同工作，分別執行“VCM CHG”(加單體)、“DMW CHG”(加脫鹽水)和“(CHG POLY)”三個操作程序。同時分散劑單元執行“FILL EML”(充裝分散劑)操作。向稱重槽內充入的分散劑的量由生產配方中給出。加入釜內的單體和水在加料期間時時檢測和計算，直至達到配方中所給定量為止。過程完成后，單體和水兩個單元被釋放。
第九個過程是“VCM MIX”(單體混合)。此過程是保證釜內的溫度達到或接近反應溫度。聚合釜單元執行的是“MIX/TRIM”操作程序。
第十個過程是“EMULSIFR”(加分散劑)。此過程完成向聚合釜內加兩種分散劑。聚合釜單元和分散劑單元分別執行“EML PLY”(聚合釜加分散劑)和“CHG EML”(向聚合釜加分散劑)兩個操作程序。在此過程中還調用引發劑單元做好準備。程序完成后釋放分散劑單元。第十一個過程，分散劑混合(“EML MIX”)。此過程聚合釜單元執行“MIX/TRIM”。(混合微調)操作，使釜內物料溫度接近于配方給定的反應溫度。而同時引發劑單元開始向稱重槽內充裝引發劑。引發劑單元執行的是“FIL CAT”操作程序。同時還打印出料報告。
第十二個過程為向釜內加引發劑過程，即“CATALYST”。此過程中，稱重槽內的引發劑被裝入到聚合釜內。聚合釜和引發劑兩單元分別完成“CAT PLY”(聚合釜加引發劑)和“CHG CAT”(向聚合釜加引發劑)兩個操作。完成后引發劑單元被釋放。
第十三個過程為反應過程(“REACTION”)。在反應過程中聚合釜單元和聚合釜反應檢測單元同時工作。聚合釜單元完成反應溫度控制，反應壓力控制、內檔板和夾套冷卻水流量控制，注入水流量控制等。而反應檢測單元則完成粗料予測控制、反應終點結束判定、滿釜試驗、反應壓力降計算，注入水流量計算等控制。兩單元分別執行“REACTION”和“MONITOR”操作。
第十四個過程為快速終止過程(“SHORT STP”)。此過程中快速終止劑單元首先被調用，并和聚合釜單元一起完成向釜內加終止劑操作。在反應不正常或緊急情況下和反應結束后，都需加入終止劑來終止反應過程。兩單元執行“SHSTPLY”和“CHG SHST”兩個操作。完畢后終止劑單元被釋放。
第十五個過程是卸料檢查(“DROP CHK”)。過程進行中，聚合釜執行“DROPCHK”(卸料檢查)操作，對出料槽內存量進行檢查，并給操作員以提示是否可以出料，同時還調用卸料單元和回收單元。
第十六個過程，卸料過程(“BLOW DOWN”)。在此過程中，聚合釜單元、卸料單元和回收單元一起完成卸料回收工作。三單元分別執行“PPZN PLY”、“DROP”和“RECOVER”三個操作。完畢后，聚合釜單元、卸料單元和回收單元被釋放。并打印批量結束報告。至此一個完整的生產過程全部結束。
對配方進行管理在配方站上進行配方編程和修改，可以對現行生產配方根據生產實際要求進行改變現有牌號，從生產SG-1到SG-8，如對各種助劑的用量增減、反應溫度的改變、出料壓降等。
Unit moduel也可進行在線修改。
串級調節聚合釜反應溫度，精度0.1℃。熱力學計算，算出釜內物料粘度及時調整防止轉型。
權利要求
1.聚氯乙烯生產過程控制系統，它包括Deltav DCS系統硬件和DeltavDCS系統操作軟件，其特征在于Deltav DCS硬件，包括配方站、組態工程師站，可進行組態與對控制器下裝多個冗余的控制器，操作員站、工程師站通過HUB網絡連接，實現人機對話，聯鎖報警和故障診斷，各控制器又與多個I/O卡相連，而各I/O卡與現場控制設備相連，完成整個生產裝置的控制；現場的各種工藝參數通過I/O卡采集到系統的控制器上，并將控制輸出送到輸出通道，連接到現場設備以進行控制；建立各種Moduel，包括邏輯控制點(AI)、(AO)、(DI)、(DO)、(LOOP)、(DC)、(PCI)、(RTD)、(Group)；建立Group邏輯及聯鎖邏輯，控制有關聯的相關設備，實現設備的安全保護及裝置安全聯鎖；Deltav DCS系統操作軟件，以年產8萬噸聚氯乙烯裝置為例全部工藝過程的控制由1號釜、2號釜、3號釜、4號釜，后備檢查等Procedure來完成；工藝上的不同單元被設置成聚合釜1、聚合釜2、聚合釜3、聚合釜4、脫鹽水、單體、緩沖劑、分散劑、引發劑、終止劑、涂壁劑、卸料、回收、抽真空等不同的Unit moduel；每一個Unit moduel由若干個邏輯控制點、帶有反饋的DCD點(每臺泵、開關閥都是一個DCD點)、回路點、離散輸入(DI)和離散輸出點(DO)、模擬輸入點(AI)和模擬輸出點(AO)組成；聚氯乙烯聚合生產操作軟件中聚合循環生產程序包括第一個過程“SETUP”；第二個過程“PRE CRN”；第三個過程“COATING”；第四個過程“PSTCRN”；第五個過程“SCHEDULE”；第六個過程“BUFFILL”；第七個過程“BUF CHG”；第八個過程“VCM & DMW”；第九個過程“VCM MIX”；第十個過程“EMULSIFR”；第十一個過程“EMLMIX”；第十二個過程“CATALYST”；第十三個過程“REACTION”；第十四個過程“SHORTSTP”；第十五個過程“DROPCHK”；第十六個過程“BLOW DOWN”；配方管理，包括在配方站上進行編程和修改，可以對現行的生產配方根據生產實際要求進行改變現有牌號；Deltav DCS系統操作軟件，可進行配方管理、原料檢查、原料的加料操作、聚合釜操作以及釜溫的控制，注入水、釜卸料、沖洗、涂壁、單體回收等單元操作，可進行反應過程熱力學和動力學模型計算，提供轉化率、轉化速率、釜內壁傳熱系統的變化狀況等，可給出粗料預測值，可進行緊急安全處理。
2.根據權利要求1所述的聚氯乙烯生產過程控制系統，其特征在于當進行某一程序的動作時，控制臺上的Procedure啟動，通過執行命令調動所屬的Unit moduel進行單元控制；這些點通過具體的一個Unit moduel中的批量控制程序PHASE來完成上個具體的單元操作。
3.根據權利要求1所述的聚氯乙烯生產過程控制系統，其特征在于只要協調不同操作模式，各邏輯控制點或(DCD)點、(DI)點、(DO)點、(AI)點、(AO)點均可獨立進行操作。
4.根據權利要求1所述的聚氯乙烯生產過程控制系統，其特征在于“SETUP”過程，即開始控制系統的設定，在此過程中首先調用了聚合釜單元，并同時執行“SETUP”操作程序；“PRE CRN”過程，即涂壁前預沖洗；此過程調用第二單元點，廢水單元；在聚合釜單元上執行的是“CRINSE”操作；沖洗次數是由配方給定的數決定；沖洗下的廢水送至廢水單元，在廢水單元上執行的是“PUMPOUT”操作；沖洗過程完成后，廢水單元被釋放；聚合釜單元仍被保持；“COATING”過程，即涂壁；此過程調用涂壁單元與聚合單元一起工作；在聚合釜單元中執行的是“COT PLY”操作程序；在涂壁劑單元中執行完畢后，釋放涂壁劑單元；“PSTCRN”過程，即涂壁后沖洗；在此過程中，廢水單元再次被調用與聚合釜單元協同工作；兩單元分別執行的操作程序為“PUMP OUT”和“CRINSE”；沖洗次數和沖洗水時由配方給定；操作完成后，廢水單元被釋放；“SCHEDULE”過程，此過程中聚合釜執行“SCHEDULE”操作程序，調用“BUFFER”、“VINYL”、“DM WATER”和“EMULSIFIER”四個單元；“BUF FILL”過程，即充裝緩沖劑，此過程緩沖劑單元執行“FILLBUF”操作，從緩沖劑儲罐充入稱重槽的量由生產配方給出；“BUF CHG”過程，即聚合釜加緩沖劑，此過程聚合釜單元執行“BUFPLY”操作，緩沖劑單元執行“CHGBUF”操作；“VCM & DMW”過程，即加單體和水，此過程中單體單元、水單元和聚合釜三個單元一同工作，分別執行“VCM&DMW”、“DMW CHG”和“CHGPOLY”三個操作程序；同時分散劑單元執行“FILL EML”操作；向稱重槽內充入的分散劑的量由生產配方中給出；加入釜內的單體和水在加料期間時檢測和計算，直至達到配方中所給定量為止；過程完成后，單體和水兩個單元被釋放；“VCM MIX”過程，即單體混合，此過程是保證釜內的溫度達到或接近反應溫度；聚合釜單元執行的是“MIX/TRIM”操作程序；“EMULSIFR”過程，即加分散劑；此過程完成向聚合釜內加兩種分散劑；聚合釜單元和分散劑單元分別執行“EML PLY”和“CHGEML”兩個操作程序；在此過程中還調用引發劑單元做好準備；程序完成釋放分散劑單元；“EMLMIX”過程，即分散劑混合；此過程聚合釜單元執行“MIX/TRIM”操作，使釜內物料溫度接近于配方給定的反應溫度；而同時引發劑單元開始向稱重槽內充裝引發劑；引發劑單元執行的是“FIL CAT”操作程序；“CATALYST”過程，即向釜內加引發劑過程，此過程中，稱重槽內的引發劑被裝入到聚合釜內；聚合釜內和引發劑兩單元分別完成“CATPLY”和“CHGCAT”兩個操作；完成后引發劑單元被釋放；“REACTION”過程，即反應過程；在反應過程中聚合釜單元和聚合釜反應檢測單元同時工作；聚合釜單元完成反應溫度控制，反應壓力控制、內檔板和夾套冷卻水流量控制，注入水流量控制等；而反應檢測單元則完成粗料預測控制、反應終點結束判定、滿釜試驗、反應壓力降計算，注入水流量計算等控制；兩單元分別執行“REACTION”和“MONITOR”操作；“SHORT STP”過程，即快速終止過程；此過程中快速終止劑單元首先被調用，并和聚合釜單元一起完成向釜內加終止劑操作；在反應不正常或緊急情況下和反應結束后，都需加入終止劑來終止反應過程；兩單元執行“SHSTPLY”和“CHGSHST”兩個操作；完畢后終止劑單元被釋放；“DROPCHK”過程，即卸料檢查；過程進行中，聚合釜執行“DROPCHK”操作，對出料槽內存量進行檢查，并給操作員以提示是否可以出料，同時還調用卸料單元和回收單元；“BLOWDOWN”過程，即卸料過程；在此過程中，聚合釜單元、卸料單元和回收單元一起完成卸料回收工作；三單元分別執行“PPZNPLY”、“DROP”和“RECOVER”三個操作；完畢后，聚合釜單元、卸料單元和回收單元被釋放。
全文摘要
聚氯乙烯生產過程控制系統，包括Deltav DCS系統硬件和系統軟件。硬件包括配方站、組態工程師站，可進行組態和控制器下裝，各控制器與多個I/O卡相連，各I/O卡與現場控制設備相連，完成整個生產裝置控制。Deltav DCS操作軟件，可進行配方管理，原料檢查、原料加料操作、聚合釜操作及釜溫控制，注入水、釜卸料、沖洗、涂壁、單體回收單元操作。可進行反應過程熱力學和動力學模型計算，提供轉化率、轉化速率、釜內壁傳熱系統的變化狀況等，可給出粗料預測值，可進行緊急安全處理。本發明簡化了生產過程控制，功能多樣化，控制精度高，生產可靠，節約能源，生產成本低，產品質量高，具有顯著的技術進步。
文檔編號C08F14/06GK1601516SQ20041005060
公開日2005年3月30日 申請日期2004年10月18日 優先權日2004年10月18日
發明者付野, 于利民, 何忠賢, 張建華 申請人:錦化化工(集團)有限責任公司