赵 铎
(河南神马尼龙化工有限责任公司,河南 平顶山 467013)
淤渣离心机是己二胺装置中的核心设备,用于分离粗己二胺中的NaOH泥渣,其分离效果对己二胺产品的质量和后续精制工序的单耗起到重要作用。河南神马尼龙化工有限责任公司的现役离心机由于运行时间长、能效低,已经无法满足现场需求,因此该公司引进了新离心机。但由于随机所带的PLC系统步序多、控制复杂,新离心机使用的原控制方案已不再适用。因此将PLC系统中的离心机控制方案转化为在Harmonas-DEO系统中实现,成为新离心机能否成功应用的关键。为此,笔者设计了离心机在Harmonas-DEO系统中的控制方案,并在实际应用中得以实现。
离心机的控制与报警逻辑十分复杂,不能直接引用。经过与设备厂家和工艺人员的沟通交流,决定对原控制方案进行重新设计,使其既满足设备本身的安全与运行需要,又适合河南神马尼龙化工有限责任公司目前的现场实际情况。
通过对原设计说明进行研究,将离心机控制程序分为初始状态、加速过程、待机状态、生产状态、清洗状态、手动大/小排渣和联锁停机7个状态,每个状态完成相应的功能,以此来完成整个离心机的运行控制,各状态之间的转换如图1所示。
在初始状态中主要对程序中引用的一些内外变量进行初始化。程序初始运行和联锁停机后都要首先进入此状态。
图1 离心机的状态转换
加速过程是离心机电机变频器接收到DCS的加速信号后转速由零加速到额定转速的过程。离心机电机上电后,工艺人员在监控画面中将离心机程序投入运行,程序自动给变频器一个100%的转速给定信号,待电机转速和电流满足条件后,程序等待30s,加速过程结束。
加速过程结束后,程序进入待机状态,此时各阀门都处于关闭状态,离心机空载运行。在待机状态中,工艺人员可在监控画面中选择生产或清洗任一状态,程序便进入到相应的状态运行;也可以选择手动小排渣或手动大排渣进行手动排渣,排渣程序运行后程序重新返回待机状态。待机状态可转换到生产状态或清洗状态,但生产状态和清洗状态之间根据原设计要求不能直接转换,需先回到待机状态,之后才能转到另一状态。
在待机状态中选择生产状态后程序便进入生产状态,生产状态各阀门运行时序如图2所示。在生产状态中,进料阀XV535B-1始终打开,生产时间由Tpro控制,排渣程序运行时间由Tflushdur控制,Tpro与Tflushdur的默认时间分别为200s和40s,时间值在监控画面中均可更改。
图2 生产状态阀门运行时序
在待机状态中选择清洗状态后程序便进入清洗状态,清洗状态各阀门运行时序如图3所示。在清洗状态中,进料阀XV535B-1始终关闭,清洗时间由Tcip控制,排渣程序运行时间由Tflushdur控制,Tcip与Tflushdur的默认时间分别为120s和40s,时间值在监控画面中均可更改。
图3 清洗状态阀门运行时序
在生产状态和清洗状态中可执行自动排渣程序,也可以手动执行小排渣或大排渣程序(生产状态中执行的是小排渣程序,清洗状态中执行的是大排渣程序)。另外,在待机状态中也可以手动执行小排渣或大排渣程序。排渣程序的时序如图4所示。在排渣程序中,水洗阀XV535B-2关闭时间由Tpause控制,打开时间由Tflush控制,排渣阀(小排渣为XV535B-4阀,大排渣为XV535B-5阀)在水洗阀XV535B-2第一次打开后的关闭时刻打开,打开时间由Tdischarge控制,之后便一直处于关闭状态,排渣程序总运行时间由Tflushdur控制。Tpause、Tflush、Tdischarge和Tflushdur的默认时间分别为7、3、5、40s,时间值在监控画面中均可更改。排渣阀打开期间离心机的振动可能比较大,因此在排渣阀打开时振动监测量VI_535B的报警被禁止。
图4 排渣程序时序
在离心机加速和运行过程中都可以触发联锁引起离心机停机,离心机联锁逻辑如图5所示。
图5 离心机联锁逻辑
加速中,工艺人员在监控画面中启动程序后,若在30s内电机转速一直低于36r/min,或者8min后电机转速未能达到1 440r/min,则触发联锁。在程序运行过程中,若电机转速大于1 500r/min,或者离心机振动值大于6mm/s且在1s内未恢复,或者电机转速低于1 440r/min且在30s内未恢复,则触发联锁。
手动停机,工艺人员在监控画面中手动停止程序后,也会触发联锁。
联锁动作,联锁动作条件触发后,程序向变频器发出停止信号,停止离心机运转,等到电机转速降到1 000r/min后,再等待30s,自动终止程序运行,回到初始状态。
手动复位,联锁动作后,必须手动按动操作台上的复位按钮才能解除发给变频器的停止信号,离心机才能重新启动。手动复位按钮应在联锁动作后,电机转速降到1 000r/min,并等待30s后按下才起作用。
报警,引起联锁的条件都有相应的报警记录,联锁动作后操作台上有相应的铃声报警。
任何时刻只要离心机的电机转速大于725r/min,操作水阀XV535B-3便打开,否则该阀关闭。
河南神马尼龙化工有限责任公司2#己二胺装置采用的是Harmonas-DEO控制系统,将新设计的离心机控制方案转化并在该系统中实现,不仅可以节省随机所带的PLC系统费用,而且也便于以后的系统维护。
在Harmonas-DEO系统中实现该离心机控制方案有多种选择,如建立逻辑点、功能块点及CL/DOPC程序等。由于离心机控制中要实现几个状态之间的相互转换,用逻辑点和功能块点来实现较为复杂,综合比较后,选择CL/DOPC语言作为该控制方案的主要实现算法,逻辑点和功能块点作为必要补充。
Harmonas-DEO系统提供的CL控制语言是一种高级算法控制语言,它运行于DOPC系列控制器内,通常用来实现一些复杂的控制或时序逻辑。一个完整的CL/DOPC程序由主程序、子程序和异常处理程序组成。主程序只能有一个,而子程序和异常处理程序可以有多个。简单的CL/DOPC程序仅包括一个主程序。异常处理程序在某些异常条件发生时执行。CL/DOPC程序只有和过程模件数据点连接后才能被执行,被连接的过程模件数据点在主程序的头部指定。在Harmonas-DEO系统的RTC工程组态环境中,可以对所编写的CL程序进行编译生成目标文件,并对该目标文件进行装载使其装入到DOPC内存中运行。
CL/DOPC程序代码如下:
SEQUENCE TM_S535B(DOPC;POINT D2_SQ_S535B)
……
PHASE INITIAL
STEP ST01
……
PHASE ACC(SHUTDOWN ACCEL)
STEP ST01
……
PHASE READY(SHUTDOWN ILKSHUT)
STEP ST01
……
L002:SET D2_S535B_CS.PV=1
IF D2_DM_S535B.PV=2 THEN(SET D2_DM_S535B.PV=0;GOTO PHASE PRODUCT)
IF D2_DM_S535B.PV=3 THEN(SET D2_DM_S535B.PV=0;GOTO PHASE CIP)
IF D2_DM_S535B.PV=4 THEN(CALL SLAGOFF(0);SET D2_DM_S535B.PV=0)
IF D2_DM_S535B.PV=5 THEN(CALL SLAGOFF(1);SET D2_DM_S535B.PV=0)
GOTO L002
PHASE PRODUCT(SHUTDOWN ILKSHUT;HOLD STSCHG)
STEP ST01
SET D2_S535B_CS.PV=2
L003:……
CALL SLAGOFF(0)
GOTO L003
PHASE CIP(SHUTDOWN ILKSHUT;HOLD STSCHG)
STEP ST01
SET D2_S535B_CS.PV=3
L004:……
CALL SLAGOFF(1)
GOTO L004
EXIT
END TM_S535B
SHUTDOWN HANDLER ACCEL(WHEN NOT D2_S535B_STSW.PVFL OR ……)
……
RESTART
……
RESUME PHASE INITIAL
END ACCEL
SHUTDOWN HANDLER ILKSHUT(WHEN NOT D2_S535B_STSW.PVFL OR ……)
……
RESTART
……
RESUME PHASE INITIAL
END ILKSHUT
HOLD HANDLER STSCHG(WHEN D2_DM_S535B.PV=1 OR
& D2_DM_S535B.PV=4 OR
& D2_DM_S535B.PV=5)
WAIT 1 SECS
RESTART
IF D2_DM_S535B.PV=1 THEN(SET D2_DM_S535B.PV=0;RESUME PHASE READY)
ELSE IF(D2_DM_S535B.PV=4 AND D2_S535B_CS.PV=2)THEN(CALL SLAGOFF(0);
& SET D2_DM_S535B.PV=0;RESUME PHASE PRODUCT)
ELSE IF(D2_DM_S535B.PV=4 AND D2_S535B_CS.PV=3)THEN(CALL SLAGOFF(0);
& SET D2_DM_S535B.PV=0;RESUME PHASE CIP)
ELSE IF(D2_DM_S535B.PV=5 AND D2_S535B_CS.PV=2)THEN(CALL SLAGOFF(1);
& SET D2_DM_S535B.PV=0;RESUME PHASE PRODUCT)
ELSE IF(D2_DM_S535B.PV=5 AND D2_S535B_CS.PV=3)THEN(CALL SLAGOFF(1);
& SET D2_DM_S535B.PV=0;RESUME PHASE CIP)
END STSCHG
SUBROUTINE SLAGOFF(SL:IN NUMBER)
……
EXIT
END SLAGOFF
程序由主程序TM_S535B、异常处理程序ACCEL、ILKSHUT、STSCHG和子程序SLAGOFF组成。主程序TM_S535B由INITIAL、ACC、READY、PRODUCT和CIP组成,分别对应图1中的初始、加速、待机、生产和清洗5个状态。异常处理程序ACCEL主要对在加速过程中出现的异常情况进行处理,处理后程序重新回到初始状态。异常处理程序ILKSHUT主要完成在离心机运行过程中联锁情况的处理,处理后程序重新回到初始状态。异常处理程序STSCHG是状态转换处理程序,完成生产或清洗状态到待机状态的转换和手动大排渣或小排渣。子程序SLAGOFF完成离心机的排渣:当传递给子程序的参数为0时进行小排渣处理,参数为1时完成大排渣处理。程序中,数据点D2_S535B_CS表示程序当前的运行状态,其值为1~3,分别表示待机、生产和清洗状态;数据点D2_DM_S535B表示操作员手动选择的命令,其值为1~5,分别表示待机、生产、清洗、手动小排渣和手动大排渣5个转换命令。从上述程序可以看出,用CL/DOPC语言来实现控制是比较灵活的,状态之间的语句控制和子程序的运用都是比较高效的。
源程序编辑完成后需要进行编译和语法检查,链接绑定过程模件数据点,并生成目标文件。链接绑定的过程模件数据点在源程序的头部指定,因此需事先建立(如程序中的D2_SQ_S535B),目标文件生成后需将其转入控制器内存中才能运行,后续只需通过该过程模件数据点即可操作并运行此程序。编译和装载均在RTC工程组态环境中进行。
该离心机控制方案主要由上述的CL/DOPC控制语言来完成,还包括几个逻辑点和功能块点,实现排渣期间的报警禁止、联锁复位解除及同其他联锁之间的关联等功能,同时还要结合流程图画面来实现工艺操作人员的监控和操作。
笔者从实际应用的角度介绍了离心机控制方案的设计构思及其在Harmonas-DEO系统中的转化实现。该控制方案的实现不仅使河南神马尼龙化工有限责任公司摆脱了对进口离心机随机所带控制系统的依赖,而且也节省了随机所带的PLC系统费用,节约了成本,减少了系统的维护工作量。