JX-300X DCS 在CPE装置中的应用
日期：2006-4-23 21:24:10 来源：本文摘自《PLC&FA》
点击： 作者：未知
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氯化聚乙烯简称CPE，是由聚乙烯与氯气进行取代反应制得的一种新型合成材料。由于其大分子饱和结构及氯原子的引入，赋予该材料良好的柔韧性、优异的耐候性、耐热老化、耐化学药品、耐油、阻燃等性能;氯化聚乙烯与各种天然或合成的树脂、塑料、橡胶有极好的相容性，对各种填料(如滑石粉、碳酸钙、陶土、碳黑、云母和磁粉等)具有很高的充填性能。因此氯化聚乙烯既可作优良的塑料改性剂，又是氯丁橡胶的替代产品，市场前景极为广阔。
生产过程主要由氯化反应、脱酸、中和、干燥、包装等工序组成，生产工艺过程框图如图1所示。
图1 生产工艺过程框图
3 系统配置
控制系统采用JX-300X分散控制系统完成CPE装置的自动控制。根据设计要求，本次系统配置如图2所示，包括1个现场控制站，2个操作员站，1个远程工程师站。现场信号经DCS机柜进入系统。现场控制站主控制卡、电源系统、数据转发卡、通讯总线,均按1:1冗余配置。通过冗余的工业以太网(ScnetⅡ)将控制站和操作站连成一个整体，实现对生产装置的集中监控。
图2 系统配置框图
CPE生产是一个批量生产、间歇操作、顺序控制的过程。控制的重点是氯化反应，而氯化反应的难点是反应釜的温度控制和液氯的计量控制。通过理论分析以及现场的实际摸索，对这2个回路进行了方案设计，达到了很好的控制效果，下面分别进行介绍:
(1) 液氯流量控制
液氯的量对氯化反应有很大的影响，因此整个氯化反应过程要求液氯的流量控制准确，并对加入的液氯总量也有严格的要求。为了保证液氯计量的准确性，不仅需要采用高质量的进口质量流量计，而且还需要对液氯的流量进行高精度的自动控制，从而也对调节阀和阀门定位器的品质提出了很高的要求。经过现场实验，设计控制方案框图如图3所示:
图3 液氯流量控制方框图
图3中:F_set —流量设定值
F —液氯流量
P —液氯压力
P_set —釜压设定值
P_sv —经过压力补偿后的压力
pv —液氯流量反馈量
该方案的思路为:当液氯压力在正常范围内变化时，控制方式采用流量的单回路调节，当压力变化大于设定值(经验参数，可调)时引入压力补偿功能。
(2) 氯化釜温度控制
氯化反应过程的控制温度与液氯投入量存在一定的函数关系，工艺操作上把整个过程分为三个阶段:
·第一阶段:通入液氯总量的30％;
·第二阶段:通入液氯总量的30％～40％;
·第三阶段:通入液氯总量的40％～30％。
每一段液氯累积量与温度之间的函数关系可以采用折线表来实现。为了提高温度与流量的对应精度，我们采用了多段二维折线表的组合来实现液氯流量与氯化温度之间的高精度对应关系。
图4 氯化釜的简易控制流程示意图
图4为氯化釜的简易控制流程示意图，其中TVa、TVb为蒸汽调节阀(口径不同，相互之间采用分程调节，先开小阀再开大阀)，TVd、TVe为循环冷却水阀(口径不同，相互之间采用分程调节，先开小阀再开大阀)，TVc为循环水旁路阀，FV为液氯流量进釜调节阀。当氯化釜进行升温时，关闭循环冷却水阀TVd、TVe，打开TVc循环水旁路阀，调节TVa、TVb蒸汽调节阀控制升温速率，当温度升到设定值时，关闭蒸汽阀，控制冷水阀和旁路阀进行温度控制(在反应过程进入放热比较均衡的情况下，旁路阀控制在一个固定的开度)，通过以釜内温度为主环，夹套温度为副环的串级控制模式实现氯化釜反应温度的控制，控制方框图如图5所示。
1 引言
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氯化聚乙烯简称CPE，是由聚乙烯与氯气进行取代反应制得的一种新型合成材料。由于其大分子饱和结构及氯原子的引入，赋予该材料良好的柔韧性、优异的耐候性、耐热老化、耐化学药品、耐油、阻燃等性能;氯化聚乙烯与各种天然或合成的树脂、塑料、橡胶有极好的相容性，对各种填料(如滑石粉、碳酸钙、陶土、碳黑、云母和磁粉等)具有很高的充填性能。因此氯化聚乙烯既可作优良的塑料改性剂，又是氯丁橡胶的替代产品，市场前景极为广阔。
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2 工艺简介
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生产过程主要由氯化反应、脱酸、中和、干燥、包装等工序组成，生产工艺过程框图如图1所示。
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图1 生产工艺过程框图
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3 系统配置
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控制系统采用JX-300X分散控制系统完成CPE装置的自动控制。根据设计要求，本次系统配置如图2所示，包括1个现场控制站，2个操作员站，1个远程工程师站。现场信号经DCS机柜进入系统。现场控制站主控制卡、电源系统、数据转发卡、通讯总线,均按1:1冗余配置。通过冗余的工业以太网(ScnetⅡ)将控制站和操作站连成一个整体，实现对生产装置的集中监控。
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图2 系统配置框图
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4 控制方案设计
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CPE生产是一个批量生产、间歇操作、顺序控制的过程。控制的重点是氯化反应，而氯化反应的难点是反应釜的温度控制和液氯的计量控制。通过理论分析以及现场的实际摸索，对这2个回路进行了方案设计，达到了很好的控制效果，下面分别进行介绍:
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(1) 液氯流量控制
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液氯的量对氯化反应有很大的影响，因此整个氯化反应过程要求液氯的流量控制准确，并对加入的液氯总量也有严格的要求。为了保证液氯计量的准确性，不仅需要采用高质量的进口质量流量计，而且还需要对液氯的流量进行高精度的自动控制，从而也对调节阀和阀门定位器的品质提出了很高的要求。经过现场实验，设计控制方案框图如图3所示:
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图3 液氯流量控制方框图
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图3中:F_set —流量设定值
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F —液氯流量
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P —液氯压力
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P_set —釜压设定值
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P_sv —经过压力补偿后的压力
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pv —液氯流量反馈量
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该方案的思路为:当液氯压力在正常范围内变化时，控制方式采用流量的单回路调节，当压力变化大于设定值(经验参数，可调)时引入压力补偿功能。
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(2) 氯化釜温度控制
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氯化反应过程的控制温度与液氯投入量存在一定的函数关系，工艺操作上把整个过程分为三个阶段:
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·第一阶段:通入液氯总量的30％;
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·第二阶段:通入液氯总量的30％～40％;
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·第三阶段:通入液氯总量的40％～30％。
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每一段液氯累积量与温度之间的函数关系可以采用折线表来实现。为了提高温度与流量的对应精度，我们采用了多段二维折线表的组合来实现液氯流量与氯化温度之间的高精度对应关系。
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图4 氯化釜的简易控制流程示意图
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图4为氯化釜的简易控制流程示意图，其中TVa、TVb为蒸汽调节阀(口径不同，相互之间采用分程调节，先开小阀再开大阀)，TVd、TVe为循环冷却水阀(口径不同，相互之间采用分程调节，先开小阀再开大阀)，TVc为循环水旁路阀，FV为液氯流量进釜调节阀。当氯化釜进行升温时，关闭循环冷却水阀TVd、TVe，打开TVc循环水旁路阀，调节TVa、TVb蒸汽调节阀控制升温速率，当温度升到设定值时，关闭蒸汽阀，控制冷水阀和旁路阀进行温度控制(在反应过程进入放热比较均衡的情况下，旁路阀控制在一个固定的开度)，通过以釜内温度为主环，夹套温度为副环的串级控制模式实现氯化釜反应温度的控制，控制方框图如图5所示。
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