霍尼韦尔Experion PKS在40万吨/年离子膜烧碱顺控中的应用

山东阳煤恒通化工股份有限公司 田夫滨

1 工艺特点及对DCS的要求

山东阳煤恒通化工股份有限公司40万吨/年离子膜烧碱装置成套引进日本旭化成公司世界领先节能零极距、自然循环NCZ电解槽及配套离子膜等设计工艺，工艺过程主要包括盐水一次过滤、二次精制、电解、淡盐水脱氯、氯氢处理及公用工程等工序；整套装置要求自动化程度高，人员操作强度小，装置运行稳定，离子膜要有较长的使用寿命。

DCS 系统要有较强的顺序控制功能，对工艺联锁和逻辑控制的可靠性、安全性要求高，控制系统要有抗强磁场干扰的能力，尤其是盐水精制工序所有阀门都是周期性开关，每一阀门的动作顺序都有严格的逻辑控制，禁止误动作，因此更好地满足工艺要求成为DCS组态的难点。

2 Experion PKS 系统特点

PKS（process knowledge system）是过程知识系统的简称，是霍尼韦尔公司为当前和将来的自控解决方案提供的一个智能平台。Experion PKS融合了世界范围的控制技术和实践经验，通过提供图形化的面向对象的组态工具和全套的过程控制算法库，Experion PKS使用户的控制工程能力显著提高；硬件方面大量使用了可选的冗余容错技术，能够在线更换包括控制器在内的所有硬件；软件方面支持单点下装和在线修改。Experion PKS通过提供高水平的性能、灵活性、易用性以及使用寿命周期长等特点，为混合型控制系统建立了新的标准。

而其提供的SCM（Sequential Control Module）模块堪称其中的杰出代表，SCM是通过特殊处理器把条件（transition）模块和结果执行（step）模块组合到一起的集成块。它通过控制模块给现场的控制设备提供执行指令，并且为控制设备提供直接的互动界面，使得整个控制过程简单易懂。它的控制过程简单说就是通过条件查询（transition）询问条件是否满足，如果条件满足，则通过命令执行（step）的方式，驱动现场设备动作，即用一个控制模块就完成了PLC 所擅长的顺序控制功能，而不需要重新上一套PLC系统。

3 Experion PKS 网络结构

鉴于PKS系统以上特点，本公司决定选用Honeywell 公司Experion PKS R400.1控制系统，下面就PKS在 40万吨/年离子膜烧碱顺控中的应用为例，重点介绍PKS顺控模块SCM的强大功能。离子膜烧碱整个项目分两期完成，两期共配备C300控制器四对，服务器两对，CONSOLE操作站12 台，I/O输入输出卡件共176个，网络结构如图1所示。

图1 离子膜烧碱（40万吨/年）网络结构图

4 PKS 顺控SCM 组态方案

一次盐水过滤及二次盐水精制分别是两套独立的顺控程序，二次盐水精制过程相对复杂，我们重点介绍。二次盐水工序共有三台离子交换树脂塔T-160A/B/C，正常工作时，两台串联运行，一台下线再生，24小时后第一台串联运行的塔下线再生，第二台塔作为第一台，再生完成的塔作为第二台继续串联运行，下线塔中的树脂吸附了大量的多价阳离子，需用盐酸和烧碱再生；树脂塔的切换和再生由程序控制每24小时进行一次，每一个塔运行48小时下线一次；树脂塔的运行模式有自动和手动，自动模式下树脂塔的切换和再生都是自动进行，手动模式下树脂塔的切换和再生都是手动执行，但DCS程序参与阀位检测。

树脂塔的再生过程共分九个阶段，依次是水洗I、反洗、盐酸再生、水洗II、碱再生、水洗III、等待I、盐水洗涤、等待II。下面以树脂塔A为例，如图2所示，重点介绍水洗I和盐酸再生两个阶段。

图2 树脂塔再生过程

第一阶段：水洗I，设定运行时间60分钟。在水洗I阶段，下线塔作为再生塔，塔中剩余的盐水用纯水置换，纯水从塔顶进入，废盐水回收到废盐水槽中。点击流程图操作画面，“选择A塔”、“选择水洗I”、“自动”按钮，水洗I主程序“Invokemain”条件满足（如图2所示），Transition1进行阀门反馈检查，如果阀检通过，动作块STEP1执行，启动计时器T1，程序自动时STEP2执行，打开切断阀KV160-1、KV163A、KV166A，延时60秒（在STEP2“Min Wait time”中设置），对打开的阀门进行阀检，程序手动时直接进入阀检，如果Transition3条件成立，通过STEP3打开纯水调节阀FIC162并置调节器模式PID.MODE=AUTO，PIDA.SP=40.6，延时5秒后，检查FIC162瞬时流量是否在正常范围，否则调用Interrupt中断程序，计时器T1停止计时，同时操作画面提示流量低报警，这一过程通过主程序Main的STEP4“Interrupt condition”选项，在“Condition expression”中，写入表达式FIC162.DACA.PVLOFL=1实现，在调节器FIC162自调或操作员干预待流量恢复正常后，Interrupt返回Main主程序并等待计时完成，此阶段60分钟计时内，实时检测该瞬时流量，一旦低报警就跳到Interrupt，确保足够的冲洗水量及冲洗质量，自动状态下待T1计时60分钟完成，动作块STEP5关闭切断阀KV160-1、KV163A、KV166A及FIC162调节阀，手动状态下待T1计时60分钟完成，操作员手动关闭冲洗阀待阀检通过方可结束水洗I过程，同时在Step7（通过连接Step7.ACTIVEFL实现）执行时置第二阶段反洗标志位等于ON，作为启动反洗的一个条件。

在水洗I运行中，禁止的阀位检测如果出现异常或紧急停车按钮被触发，无条件执行停止程序，只是阀检异常执行停止程序仅退出水洗I过程，而紧急停车触发将导致工作塔与再生塔同时停止运行。

第三阶段：盐酸再生，设定运行时间50分钟。在水洗I组态的基础上，酸再生阶段需要实现切断阀KV169-2和 KV169-3的联锁，在KV169-3关闭60秒后或FIC162瞬时流量正常时，方可打开KV169-2，该时间通过逻辑点ONDELAY设置；在纯水FIC162瞬时流量偏低、KV169-3开启、紧急停车指令发出或SCM程序的第十四步被执行时关闭KV169-2，SCM通过逻辑点控制阀门的逻辑图组态如图3所示。

从该逻辑图我们可以看出，SCM对离散设备的控制，通过执行块STEP的激活（STEP.ACTIVEFL），输出连接到设备控制模块DEVCTL.OI（0），执行关闭阀门（泵）指令、DEVCTL.OI（1）执行打开阀门（泵）指令。

三台离子交换树脂塔共26个切断阀，3个调节阀及4个流量计，无论是再生塔还是工作塔，阀检程序实时运行检测，贯穿再生过程的九个阶段，不同的阶段阀检的阀门不一样。阀检的故障报警，在再生步骤结束或树脂塔切换结束的1分钟内不进行，该1分钟的延时DCS用TIM-KV进行设置，一旦阀门阀位异常，将在DCS控制画面上闪烁，如果影响盐水质量的阀位检测出现异常，必须触发再生停止程序，中断再生过程以保证盐水的质量，确保电解槽、离子膜的安全稳定运行。

5 结束语

二期工程自2011年7月投运以来，PKS R400.1系统一直运行稳定，完全满足离子膜烧碱复杂工艺的各项要求，通过该项目的实施，我们深刻的领会到PKS 系统SCM 功能之强大，它集成了传统工控系统各方面的强大功能，并以简洁的组态方式为先进工艺离子膜烧碱提供了有效的控制解决方案。目前该工艺装置运行良好，各项工艺指标稳定，吨碱耗电及盐均创同行业最好水平，为公司创造了良好的经济及社会效益。

[1]邢家悟. 离子膜法制烧碱操作问答[M]. 北京: 化学工业出版社, 2009.