德州实华化工有限公司选用日本横河DCS CENTUM CS-3000控制系统控制36万t PVC装置生产，自投产至今，运行稳定，产品全部达到一级优级品，稳定的产品质量为企业带来了经济效益。同时，在产品换型时，只需要在DCS系统上的批处理模块中输入树脂型号，就可以完成整条生产线的产品换型工作，避免了过去在换型时人工输入数据错误造成的损失。

德州实华化工有限公司于2009年底，响应德州市政府“退城进园，低碳环保”的号召，于2010年在集团公司及昊华总公司的大力支持下，委托天津天辰工程设计院进行全面设计，在德州市天衢工业园建设实华新园区。

新园区建设规模为年产40万t离子膜烧碱，36万t PVC树脂，所用工艺设备、自动化控制系统的设计，要求采用国际、国内先进的设备及技术，建设具有世界一流水平的生产工厂。特别是在PVC树脂生产设计中，采用具有70年电石法生产PVC树脂经验、技术世界一流的日本智索公司108m3 PVC生产工艺包，生产过程控制全部采用日本横河DCS CENTUM CS-3000控制系统的软件、硬件，系统程序组态按日本智索公司提供的程序算法及逻辑控制框图，由国内多次与智索公司合作的沈阳华控自动化控制公司完成。紧急停车装置系统ESD（Emergency Shutdown Device）采用日本横河的Prosafe-RS系统，对整个生产过程提供安全保障。

装置简介

在36万t PVC树脂生产中，聚合主要设备装置包括聚合釜、出料槽、离心机和干燥床等设备；配套生产工艺中所需原辅材料包括去离子水、VCM、多种类分散剂和引发剂等。整个工艺DCS控制过程分为涂釜控制、加水控制、引发剂入料控制、单体入料控制、热水入料控制、正常反应控制、出料控制和出料槽切线入料控制共计八个模块。按要求分别把各种助剂通过密闭入料系统加入釜中。经过一定时间的冷搅后，使VCM、水、分散剂和引发剂等充分混合，然后加入热水，使釜温升至反应需要的温度，开始恒温控制，当反应压力降至预定值时，将此PVC浆料自压泄料至气提系统，经离心干燥后至成品包装。

根据工艺设计，36万t PVC树脂生产装置共有各种I/O点3800余点，因为工艺操作的复杂性，要求DCS除了完成常规的控制调节以外，还必须具有强大的逻辑处理能力来应对大量的逻辑运算；此外，还要求DCS系统具有组态、编程灵活方便的特点，以更高效率的实现工艺控制。

PVC树脂生产的另一个特点是需要根据产品的型号对配方进行调整，所以还要求在DCS系统的操作上具有快速切换配方的能力，以实现产品质量的优质、稳定。

针对以上要求，我们经过多家调研和对各厂家DCS系统的性能比较，通过对系统稳定性、控制站处理能力、软件算法、批量控制、网络结构等多方面综合论证，最后确定采用日本横河DCS CENTUM CS-3000控制系统。

CS-3000系统介绍

CENTUM系列DCS系统除了具有一般DCS系统的功能外，本项目所使用的CS-3000系统还具有控制站处理能力强，操作站画面调出、刷新迅速等特点。

CS-3000系统主要由过程控制站（FCS）、通信网络（Vnet/IP）和人机界面站（HIS）构成，结构如图1所示。

过程控制站（FCS）

CENTUM-CS3000系统的控制站采用了独特的Pair & Spare技术，即一对同时独立工作的FCS构成冗余配置，每一个FCS模块内都有一对CPU，每个CPU单独处理数据并时刻与对应的CPU进行比较并通过比较排除故障的FCS，因为冗余配置的FCS在同时进行着完全相同的工作，从而实现FCS的快速、无扰切换，保证了控制系统的长期稳定运行。处理能力方面，每个FCS可处理1760个模拟量和4096个数字量，同时提供过程控制功能（如常规控制、顺序控制、批量控制和复杂运算等）。FCS通过冗余的ESB数据总线与I/O卡件相连，接收来自现场的各种过程信号，并根据工程预设定条件和人机接口站（HIS）发出的指令完成工业控制对象的过程控制功能，完成整个生产过程控制核心单元计算的执行与运行，保证实时控制功能。系统组件都可以实现冗余，在任何单一部件故障情况下，系统仍能正常工作。

通信网络（Vnet/IP）

Vnet/IP是目前为止市场上各种DCS系统中通信速度最快的网络，控制站间、控制站与操作站和工程师站等站点之间均通过Vnet/IP网络实现信息交换。Vnet/IP网络集中了千兆以太网的高速通信能力以及Vnet网络的实时性和确定性于一身，非常适用于实时控制领域的应用。

操作站（HIS）及相关软件

操作站主要是利用图形窗口对生产过程进行操作和监视，同时也可以通过OPC或DDE传递过程数据、趋势数据、报警数据及其他信息。HIS的基本操作系统平台为WindowsXP专业版+ServerPack4，安装有此套控制系统配置的CENTUM CS3000基本组态软件可以进行硬件组态和控制程序编制。可编程控制器用于组态和编程的标准软件包。标准软件包内包括了逻辑运算功能块、顺序控制功能块等常用的控制功能模块，将这些控制功能块进行组合后就可以实现从简单的现场数据采集、PID控制到复杂的顺序控制、连锁控制等功能；通过这些功能块可以设计满足工艺要求的复杂的内容丰富的程序，达到预期的控制要求。

根据生产工艺设计、操作要求，36万t PVC树脂DCS系统共配置了现场控制站5套、工程师站2套、操作站9套。

控制方案

根据聚合反应的工艺流程，在控制上我们主要分为以下8个模块：

涂釜控制模块；

加水及助剂控制模块；

引发剂入料控制模块；

单体入料控制模块；

热水入料控制模块；

正常反应控制模块；

出料控制模块；

出料槽切线入料控制模块。

根据聚合实际工艺需要，我们依据以上8个模块来完成单釜树脂的生产，生产可以采用自动及分模块操作两种方式。自动状态下，在没有系统报警的情况下，七步反应可以自动顺序执行，如有问题可以在问题解决后继续执行。手动执行时，可以对八个模块分别手动控制执行各模块。由于CENTUM-CS3000系统的组态软件功能完善，在每个模块编程时灵活方便。

涂釜模块：编程中，根据工艺特性，我们主要采用了逻辑模块，使程序有严密的逻辑性，按工艺要求首先进行液封排水，程序启动真空泵，同时启动高搅电、涂釜蒸汽阀和涂釜液阀，将涂釜液均匀喷涂在釜壁。涂釜完成后自动关闭相应阀及电机。其中，如果有异常如电机、阀没有启动或打开，程序报警停止执行，或确定电机、阀没有故障可人工模拟进行。既可保证安全，又可保证正常生产。

加水及助剂模块：程序同样按工艺要求进行编制，分三步：1、分别开低搅电机、釜底、顶注水、无离子水在釜底加入釜中。2、同时加入分散剂，当分散剂量达设定要求时，开启分散剂进料管线的冲洗阀加入冲洗水，使残留在管线中的分散剂加入釜中，保证入釜分散剂量的精确。3、当开釜后首次加料时，加入氮气置换釜中空气，当加入量达设定要求时，关闭氮气阀门。

引发剂控制模块：由于引发剂受温度的影响较大，在常温下就会反应，所以是经加料泵直接由入料管线加入釜中，由程序控制对计量罐进行2~3次冲洗，当将最后一次冲洗水量控制在允许范围内时，关闭阀门及加料泵。

单体入料控制模块：按需要加入的单体量进行加入，首先开启入料阀和加料泵，加入到设定量时，停止泵、关闭加料阀。

热水入料控制模块：热水入料模块是整个加料中的重要环节，由于此工艺采用的是等温入料方式，当剩余的热水量加入后要达到正常的反应温度。这里需要对加入的物料进行热恒计算，保证热水加入后正好达到反应温度。

正常反应控制模块：这个过程同一般的聚合釜的反应一样，是一个釜中温度恒温控制，一般采用一个串级控制，釜中温度是主控制目标，夹套水量（或是夹套温度）是副控制目标，由此控制夹套进水阀的开度。目的是使温度控制更加平稳。保证树脂颗粒的分布更均匀。

出料控制模块：和一般的聚合釜出料控制相同，当反应后期釜压下降低于一定压力时（这根据不同型号树脂给一设定值）自压出料。出料前依据树脂型号，需要打开消泡剂阀加入消泡剂，经过一定时间的搅拌，自动打开出料阀出料。出料完成后控制对釜、釜顶冷凝器进行多次冲洗，还要冲洗出料管线。

出料槽切线入料控制模块：对出料部分依据工艺过程即汽化单体及汽提脱吸单体回收到气柜缓存，然后经压缩机回收冷凝到回收单体储槽。出料槽浆料经汽提、干燥工序完成生产过程，将成品输入成品料仓进行包装。

系统的组态依据智索公司的108m3聚合釜控制逻辑图完成，此控制逻辑图逻辑严密，编程时程序量大，如果采用一般的DCS控制系统，很难完成如此大的程序量，正因为如此，我们采用了CS3000系统，保证了控制器的负荷低于50%，保证多达208幅的操作画面能够快速的进行翻页操作。这是一些小的DCS系统无法完成的。

利用此系统，在完成正常操作画面的同时，还可以进行包括安全权限设置、实时数据采集、报警记录、历史趋势、报表及打印等其他功能的设置，以方便操作及现场控制的实现。

项目实施的经验与体会

本项目DCS系统的采购是在中化-横河框架协议下进行的，这种采购形式不同于传统的招标采购，相比有诸多好处，如：省略了招标、投标和评标的过程，节约了大量的人力、物力；供货商可以早期介入、更加关注于项目的设计和执行；可以按照需要选择最佳性价比的配置；缩短项目建设周期等。

本项目自2009年底开始委托设计，聚合生产线于2012年1月27日生产出第一釜料，经化验完全达到优级品，随后的连续生产的产品也都为优级品，质量好于公司原有的生产线的同类产品。至今，生产线已运行19个月，生产出SG-3、SG-5、SG-7和SG-8四个型号的树脂，产品全部达到一级优级品。另外，在产品换型时，只需要在DCS系统上的批处理模块中输入树脂型号，就可以完成整条生产线的产品换型工作，避免了过去在换型时人工输入数据错误造成的损失。

此套系统自投产至今，运行稳定，在初期调试阶段时，对相关的程序一些调节参数进行了跟踪，并进行了整定。特别是在生产不同型号树脂时，对其中一些PID参数进行微调，使平衡反应温度都控制在精度允许的±0.2℃内，拐点温度控制在±0.5℃内，保证反应平稳进行，给生产的稳定打下基础。同时，由此生产出的产品质量稳定，也为企业带来了经济效益。