专利名称：聚氯乙烯生产过程控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过计算机及编制的程序，实现聚氯乙烯生产过程控制的聚氯乙烯生产技术。
背景技术：
在化工生产过程中，聚氯乙烯生产过程的控制较为复杂，我国在20世纪80年代中期引进了三套采用美国古德里奇技术聚氯乙烯生产装置，控制系统都采用了Fisher公司的Provox DCS系统，锦化经过十多年对这套美国古德里奇技术聚氯乙烯生产装置的消化、吸收，形成了锦化独有的聚氯乙烯生产技术(包括控制技术)。
锦化独有的聚氯乙烯生产技术自2002年开始向外推广过程中，聚氯乙烯生产装置的控制没有采用原Fisher公司的Provox系统，选用了美国艾默生公司的Deltav DCS控制系统。第一，原Provox DCS系统是上个世纪八十年代中期的产品，现已不再组织生产，若用户坚持使用该系统，价格是Deltav系统的五倍左右；第二，随着自动化领域DCS控制系统的发展以及对现有生产装置的技术改进，原有的控制系统已不能满足要求。为此，锦化选用Deltav系统重新编制了聚氯乙烯生产的批量控制软件，对聚氯乙烯生产全过程进行控制，功能多样化、精度高、性能可靠，与聚氯乙烯生产工艺技术结合，构成了锦化先进的聚氯乙烯生产技术。
发明内容本发明的目的是提供一种功能多样化、精度高、性能可靠的聚氯乙烯生产过程控制系统。
采用的技术方案是A、Deltav DCS系统硬件包括配方站、组态工程师站，可进行组态与对控制器下装。
多组冗余的控制器、操作员站、工程师站、通过集线器HUB网络连接，实现人机对话，联锁报警和故障诊断，各控制器又与多个I/O卡相连，而各I/O卡与现场控制设备相连，完成整个生产装置的控制，另配有打印机等。
1、数据采集将现场的各种工艺参数，如温度、压力、流量、液位等参数通过I/O卡采集到系统的控制器上，并将控制输出送到输出通道，连到现场设备以进行控制。
2、建立各种ModulAI、AO、DI、DO、LOOP、DC、PCI、RTD、Group3、建立Group逻辑及联锁逻辑，控制有关联的相关设备，实现设备的安全保护及装置安全联锁。
本发明的Deltav DCS系统操作软件，可进行配方管理、原料检查、原料的加料操作、聚合釜操作以及釜温的控制，注入水、釜卸料、冲洗、涂壁、单体回收等单元操作。可进行反应过程热力学和动力学模型计算，提供转化率、转化速率、釜内壁传热系统的变化状况等，可给出粗料预测值，可进行紧急安全处理。
全部工艺流程的控制由1号釜、2号釜、3号釜……N号釜，后备检查等Procedure来完成。
工艺上的不同单元被设置成聚合釜1、聚合釜2、聚合釜3……聚合釜N、脱盐水、单体、缓冲剂、分散剂、引发剂、终止剂、涂壁剂、卸料、回收、抽真空等不同的Unit moduel。
每一个Unit moduel由若干个逻辑控制点、带有反馈的DCD点(每台泵、开关阀都是一个DCD点)、回路点、离散输入(DI)和离散输出点(DO)、模拟输入点(AI)和模拟输出点(AO)组成。
聚氯乙烯聚合生产操作软件中最典型的是聚合循环(POLYCYCLE)生产程序。它是由16个过程(PCOCESS)和配方(RECIPE)构成。
聚合生产包括下述过程第一个过程是“SETUP”，即开始控制系统的初始化设定；第二个过程是“PRE C RN”，即涂壁前预冲洗；第三个过程是“COATING”，即涂壁；第四个过程是“PST C RN”即涂壁后冲洗；第五个过程是“SCHEDULE”，此过程中聚合釜执行“SCHEDULE”操作程序；第六个过程是“BUF FILL”，即充装缓冲剂；第七个过程是“BUF CHG”，即聚合釜加缓冲剂；第八个过程是“VCM &DMW”，即加单体和水，缓冲剂第二次备料、分散剂备料；
第九个过程是“VCM MIX”，即单体与水混合；第十个过程是“EMULSIFR”，即加分散剂；第十一个过程是“EMLMIX”，即分散剂混合；第十二个过程是“CATALYST”，即向釜内加引发剂；第十三个过程是“REACTION”，即反应过程；第十四个过程是“SHORT STP”，即快速终止过程第十五个过程是“DROP CHK”，即卸料检查；第十六个过程是“BLOW DOWN”，即卸料过程。
配方管理包括在配方站上进行配方编程和修改，可以对现行生产配方根据生产实际要求进行改变现有牌号。
本发明的聚氯乙烯生产过程控制系统，简化了生产过程控制，功能多样化，控制精度高，生产可靠，节约能源，生产成本低，产品质量高，具有显著的技术进步。
图1是软件结构示意图。
图2是聚合循环生产程序框图。
具体实施方式
本发明的聚氯乙烯生产过程控制系统，包括硬件和软件两大部分。
以年产8万吨聚氯乙烯装置为例本发明的聚氯乙烯生产过程控制系统的硬件，包括一台配方站和一台组态工程站可在此进行组态与对控制器下装。
三组冗余的控制器和六台操作员站、配方站、工程师站以及控制器之间通过集线器HUB网络连接，从而实现人机对话，联锁报警和故障诊断，各控制器又与多个I/O卡相连，而各I/O卡与现场控制设备相连，完成整个生产装置的控制。另配有打印机，记录下完成每一批次的操作报告和状态报警，以及配方的实际执行情况，还设有彩色打印机，可对整个工艺操作画面和状态信息进行拷贝。
1、数据采集将现场的各种工艺参数通过I/O卡采集到系统的控制器上，并将控制输出送到输出。
(温度、压力、流量、液位……)2、建立各种ModuelAI、AO、DI、DO、LOOP、DC、PCI、RTD、Group
3、建立Group逻辑及联锁逻辑，B、Deltav DCS系统操作软件软件结构如图1所示可进行配方管理、原料检查、原料的加料操作、聚合釜操作以及釜温的控制，注入水、釜卸料、冲洗、涂壁、单体回收等单元操作。可进行反应过程热力学和动力学模型计算，提供转化率、转化速率、釜内壁传热系统的变化状况等，可给出粗料预测值，可进行紧急安全处理。
全部工艺流程的控制由1号釜、2号釜、3号釜、4号釜，后备检查等Procedure来完成。
工艺上的不同单元被设置成聚合釜1、聚合釜2、聚合釜3、聚合釜4、脱盐水、单体、缓冲剂、分散剂、引发剂、终止剂、涂壁剂、卸料、回收、抽真空等不同的Unit moduel。
每一个Unit moduel由多个逻辑控制点、带有反馈的DCD点(每台泵、开关阀都是一个DCD点)、回路点、离散输入(DI)和离散输出点(DO)、模拟输入点(Al)和模拟输出点(AO)组成。
当进行某一程序的动作时，控制台上的Procedure启动，通过执行命令调动所属的Unit moduel进行单元控制。这些点通过具体的一个Unit moduel中的批量控制程序PHASE来完成一个具体的单元操作。
如进行聚合釜1加水和单体时，操作站上启动1号釜程序，它同时调用聚合釜、脱盐水和单体单元，对各单元所属的各回路点、DCS点组点等进行控制。要对水温和水量进行控制保证，加料结束后釜温达到反应温度。
只要办调不同操作模式，各组点或DO点等还可独立进行操作。如回收分离器浆料槽泵水就可用组点来完成，只要激活此组点就会自动完成开泵出入口阀，将水泵入浆料槽，当水液位到一定值时，就会自动关入口阀而打开冲洗水阀冲洗。
当反应进行到一定时间、速率很低时，就可以通过DO点单独开某阀，向釜内补加一定的引发剂，因而具有较大的灵活性。
聚氯乙烯聚合生产操作软件中最典型的是聚合循环(POLYCYCLE)生产程序。它是由16个过程(PCOCESS)和配方(RECIPE)构成。由名称为“POLYCYCLE”UNIT RPOCEDURE执行，共完成29个操作(OPERATION)。程序框图，如图2所示，是一个完整的聚合循环生产程序的构成。
聚合生产的第一个过程是“SETUP”，即开始控制系统的设定，在此过程中首先调用了聚合釜单元，并同时执行“SETUP”操作程序。
第二个过程是“PRE C RN”，即涂壁前预冲洗。此过程调用第二个单元点，废水单元。在聚合釜单元上执行的是“C RINSE”(涂壁冲洗)操作。冲洗次数是由配方给定的数决定。冲洗下的废水送至废水单元。在废水单元上执行的是“PUMP OUT”操作。冲洗过程完成后，废水单元被释放。聚合釜单元仍被保持。
第三个过程是“COATING”，即涂壁。此过程调用涂壁单元与聚合单元一起工作。在聚合釜单元中执行的是“COT PLY”(聚合釜涂壁)操作程序在涂壁剂单元中执行完毕后，释放涂壁剂单元。
第四个过程为“PSTCRN”，即涂壁后冲洗。在此过程中，废水单元再次被调用与聚合釜单元协同工作。两单元分别执行的操作程序为“PUMP OUT”和“CRINSE”(废水排出和聚合釜冲洗)。冲洗次数和冲洗水量由配方给定。操作完成后，废水单元被释放。
第五个过程为“SCHEDULE”(安排)。此过程中聚合釜执行“SCHEDULE”操作程序，调用“BUFFER”(缓冲剂)、“VINYL”(单体)、“DM WATER”(脱盐水)和“EMULSIFIER”(分散剂)四个单元。
第六个过程为“BUF FILL”(充装缓冲剂)。此过程缓冲剂单元执行“FILLBUF”操作，从缓冲剂储罐充入称重槽的量由生产配方给出。
第七个过程是“BUF CHG”(聚合釜加缓冲剂)。此过程聚合釜单元执行“BUFPLY”(聚合釜加缓冲剂)操作，缓冲剂单元执行“CHGBUF”(向聚合釜加缓冲剂)操作。
第八个过程是“VCM &DMW”(加单体和水)。此过程中单体单元、水单元和聚合釜三个单元一同工作，分别执行“VCM CHG”(加单体)、“DMW CHG”(加脱盐水)和“(CHG POLY)”三个操作程序。同时分散剂单元执行“FILL EML”(充装分散剂)操作。向称重槽内充入的分散剂的量由生产配方中给出。加入釜内的单体和水在加料期间时时检测和计算，直至达到配方中所给定量为止。过程完成后，单体和水两个单元被释放。
第九个过程是“VCM MIX”(单体混合)。此过程是保证釜内的温度达到或接近反应温度。聚合釜单元执行的是“MIX/TRIM”操作程序。
第十个过程是“EMULSIFR”(加分散剂)。此过程完成向聚合釜内加两种分散剂。聚合釜单元和分散剂单元分别执行“EML PLY”(聚合釜加分散剂)和“CHG EML”(向聚合釜加分散剂)两个操作程序。在此过程中还调用引发剂单元做好准备。程序完成后释放分散剂单元。第十一个过程，分散剂混合(“EML MIX”)。此过程聚合釜单元执行“MIX/TRIM”。(混合微调)操作，使釜内物料温度接近于配方给定的反应温度。而同时引发剂单元开始向称重槽内充装引发剂。引发剂单元执行的是“FIL CAT”操作程序。同时还打印出料报告。
第十二个过程为向釜内加引发剂过程，即“CATALYST”。此过程中，称重槽内的引发剂被装入到聚合釜内。聚合釜和引发剂两单元分别完成“CAT PLY”(聚合釜加引发剂)和“CHG CAT”(向聚合釜加引发剂)两个操作。完成后引发剂单元被释放。
第十三个过程为反应过程(“REACTION”)。在反应过程中聚合釜单元和聚合釜反应检测单元同时工作。聚合釜单元完成反应温度控制，反应压力控制、内档板和夹套冷却水流量控制，注入水流量控制等。而反应检测单元则完成粗料予测控制、反应终点结束判定、满釜试验、反应压力降计算，注入水流量计算等控制。两单元分别执行“REACTION”和“MONITOR”操作。
第十四个过程为快速终止过程(“SHORT STP”)。此过程中快速终止剂单元首先被调用，并和聚合釜单元一起完成向釜内加终止剂操作。在反应不正常或紧急情况下和反应结束后，都需加入终止剂来终止反应过程。两单元执行“SHSTPLY”和“CHG SHST”两个操作。完毕后终止剂单元被释放。
第十五个过程是卸料检查(“DROP CHK”)。过程进行中，聚合釜执行“DROPCHK”(卸料检查)操作，对出料槽内存量进行检查，并给操作员以提示是否可以出料，同时还调用卸料单元和回收单元。
第十六个过程，卸料过程(“BLOW DOWN”)。在此过程中，聚合釜单元、卸料单元和回收单元一起完成卸料回收工作。三单元分别执行“PPZN PLY”、“DROP”和“RECOVER”三个操作。完毕后，聚合釜单元、卸料单元和回收单元被释放。并打印批量结束报告。至此一个完整的生产过程全部结束。
对配方进行管理在配方站上进行配方编程和修改，可以对现行生产配方根据生产实际要求进行改变现有牌号，从生产SG-1到SG-8，如对各种助剂的用量增减、反应温度的改变、出料压降等。
Unit moduel也可进行在线修改。
串级调节聚合釜反应温度，精度0.1℃。热力学计算，算出釜内物料粘度及时调整防止转型。
权利要求
1.聚氯乙烯生产过程控制系统，它包括Deltav DCS系统硬件和DeltavDCS系统操作软件，其特征在于Deltav DCS硬件，包括配方站、组态工程师站，可进行组态与对控制器下装多个冗余的控制器，操作员站、工程师站通过HUB网络连接，实现人机对话，联锁报警和故障诊断，各控制器又与多个I/O卡相连，而各I/O卡与现场控制设备相连，完成整个生产装置的控制；现场的各种工艺参数通过I/O卡采集到系统的控制器上，并将控制输出送到输出通道，连接到现场设备以进行控制；建立各种Moduel，包括逻辑控制点(AI)、(AO)、(DI)、(DO)、(LOOP)、(DC)、(PCI)、(RTD)、(Group)；建立Group逻辑及联锁逻辑，控制有关联的相关设备，实现设备的安全保护及装置安全联锁；Deltav DCS系统操作软件，以年产8万吨聚氯乙烯装置为例全部工艺过程的控制由1号釜、2号釜、3号釜、4号釜，后备检查等Procedure来完成；工艺上的不同单元被设置成聚合釜1、聚合釜2、聚合釜3、聚合釜4、脱盐水、单体、缓冲剂、分散剂、引发剂、终止剂、涂壁剂、卸料、回收、抽真空等不同的Unit moduel；每一个Unit moduel由若干个逻辑控制点、带有反馈的DCD点(每台泵、开关阀都是一个DCD点)、回路点、离散输入(DI)和离散输出点(DO)、模拟输入点(AI)和模拟输出点(AO)组成；聚氯乙烯聚合生产操作软件中聚合循环生产程序包括第一个过程“SETUP”；第二个过程“PRE CRN”；第三个过程“COATING”；第四个过程“PSTCRN”；第五个过程“SCHEDULE”；第六个过程“BUFFILL”；第七个过程“BUF CHG”；第八个过程“VCM & DMW”；第九个过程“VCM MIX”；第十个过程“EMULSIFR”；第十一个过程“EMLMIX”；第十二个过程“CATALYST”；第十三个过程“REACTION”；第十四个过程“SHORTSTP”；第十五个过程“DROPCHK”；第十六个过程“BLOW DOWN”；配方管理，包括在配方站上进行编程和修改，可以对现行的生产配方根据生产实际要求进行改变现有牌号；Deltav DCS系统操作软件，可进行配方管理、原料检查、原料的加料操作、聚合釜操作以及釜温的控制，注入水、釜卸料、冲洗、涂壁、单体回收等单元操作，可进行反应过程热力学和动力学模型计算，提供转化率、转化速率、釜内壁传热系统的变化状况等，可给出粗料预测值，可进行紧急安全处理。
2.根据权利要求1所述的聚氯乙烯生产过程控制系统，其特征在于当进行某一程序的动作时，控制台上的Procedure启动，通过执行命令调动所属的Unit moduel进行单元控制；这些点通过具体的一个Unit moduel中的批量控制程序PHASE来完成上个具体的单元操作。
3.根据权利要求1所述的聚氯乙烯生产过程控制系统，其特征在于只要协调不同操作模式，各逻辑控制点或(DCD)点、(DI)点、(DO)点、(AI)点、(AO)点均可独立进行操作。
4.根据权利要求1所述的聚氯乙烯生产过程控制系统，其特征在于“SETUP”过程，即开始控制系统的设定，在此过程中首先调用了聚合釜单元，并同时执行“SETUP”操作程序；“PRE CRN”过程，即涂壁前预冲洗；此过程调用第二单元点，废水单元；在聚合釜单元上执行的是“CRINSE”操作；冲洗次数是由配方给定的数决定；冲洗下的废水送至废水单元，在废水单元上执行的是“PUMPOUT”操作；冲洗过程完成后，废水单元被释放；聚合釜单元仍被保持；“COATING”过程，即涂壁；此过程调用涂壁单元与聚合单元一起工作；在聚合釜单元中执行的是“COT PLY”操作程序；在涂壁剂单元中执行完毕后，释放涂壁剂单元；“PSTCRN”过程，即涂壁后冲洗；在此过程中，废水单元再次被调用与聚合釜单元协同工作；两单元分别执行的操作程序为“PUMP OUT”和“CRINSE”；冲洗次数和冲洗水时由配方给定；操作完成后，废水单元被释放；“SCHEDULE”过程，此过程中聚合釜执行“SCHEDULE”操作程序，调用“BUFFER”、“VINYL”、“DM WATER”和“EMULSIFIER”四个单元；“BUF FILL”过程，即充装缓冲剂，此过程缓冲剂单元执行“FILLBUF”操作，从缓冲剂储罐充入称重槽的量由生产配方给出；“BUF CHG”过程，即聚合釜加缓冲剂，此过程聚合釜单元执行“BUFPLY”操作，缓冲剂单元执行“CHGBUF”操作；“VCM & DMW”过程，即加单体和水，此过程中单体单元、水单元和聚合釜三个单元一同工作，分别执行“VCM&DMW”、“DMW CHG”和“CHGPOLY”三个操作程序；同时分散剂单元执行“FILL EML”操作；向称重槽内充入的分散剂的量由生产配方中给出；加入釜内的单体和水在加料期间时检测和计算，直至达到配方中所给定量为止；过程完成后，单体和水两个单元被释放；“VCM MIX”过程，即单体混合，此过程是保证釜内的温度达到或接近反应温度；聚合釜单元执行的是“MIX/TRIM”操作程序；“EMULSIFR”过程，即加分散剂；此过程完成向聚合釜内加两种分散剂；聚合釜单元和分散剂单元分别执行“EML PLY”和“CHGEML”两个操作程序；在此过程中还调用引发剂单元做好准备；程序完成释放分散剂单元；“EMLMIX”过程，即分散剂混合；此过程聚合釜单元执行“MIX/TRIM”操作，使釜内物料温度接近于配方给定的反应温度；而同时引发剂单元开始向称重槽内充装引发剂；引发剂单元执行的是“FIL CAT”操作程序；“CATALYST”过程，即向釜内加引发剂过程，此过程中，称重槽内的引发剂被装入到聚合釜内；聚合釜内和引发剂两单元分别完成“CATPLY”和“CHGCAT”两个操作；完成后引发剂单元被释放；“REACTION”过程，即反应过程；在反应过程中聚合釜单元和聚合釜反应检测单元同时工作；聚合釜单元完成反应温度控制，反应压力控制、内档板和夹套冷却水流量控制，注入水流量控制等；而反应检测单元则完成粗料预测控制、反应终点结束判定、满釜试验、反应压力降计算，注入水流量计算等控制；两单元分别执行“REACTION”和“MONITOR”操作；“SHORT STP”过程，即快速终止过程；此过程中快速终止剂单元首先被调用，并和聚合釜单元一起完成向釜内加终止剂操作；在反应不正常或紧急情况下和反应结束后，都需加入终止剂来终止反应过程；两单元执行“SHSTPLY”和“CHGSHST”两个操作；完毕后终止剂单元被释放；“DROPCHK”过程，即卸料检查；过程进行中，聚合釜执行“DROPCHK”操作，对出料槽内存量进行检查，并给操作员以提示是否可以出料，同时还调用卸料单元和回收单元；“BLOWDOWN”过程，即卸料过程；在此过程中，聚合釜单元、卸料单元和回收单元一起完成卸料回收工作；三单元分别执行“PPZNPLY”、“DROP”和“RECOVER”三个操作；完毕后，聚合釜单元、卸料单元和回收单元被释放。
全文摘要
聚氯乙烯生产过程控制系统，包括Deltav DCS系统硬件和系统软件。硬件包括配方站、组态工程师站，可进行组态和控制器下装，各控制器与多个I/O卡相连，各I/O卡与现场控制设备相连，完成整个生产装置控制。Deltav DCS操作软件，可进行配方管理，原料检查、原料加料操作、聚合釜操作及釜温控制，注入水、釜卸料、冲洗、涂壁、单体回收单元操作。可进行反应过程热力学和动力学模型计算，提供转化率、转化速率、釜内壁传热系统的变化状况等，可给出粗料预测值，可进行紧急安全处理。本发明简化了生产过程控制，功能多样化，控制精度高，生产可靠，节约能源，生产成本低，产品质量高，具有显著的技术进步。
文档编号C08F14/06GK1601516SQ20041005060
公开日2005年3月30日 申请日期2004年10月18日 优先权日2004年10月18日
发明者付野, 于利民, 何忠贤, 张建华 申请人:锦化化工(集团)有限责任公司