DeltaV系统在溶聚丁苯橡胶装置上的应用

高 巍

(辽宁北方戴纳索合成橡胶有限公司，辽宁 盘锦 124000)

DeltaV系统在溶聚丁苯橡胶装置上的应用

高 巍

(辽宁北方戴纳索合成橡胶有限公司，辽宁 盘锦 124000)

简述溶聚丁苯橡胶的生产工艺流程，介绍DeltaV系统在辽宁北方戴纳索合成橡胶有限公司年产10万吨溶聚丁苯橡胶装置上的应用，重点描述了基于DeltaV的控制系统的硬件组成和各站的功能，系统的软件组态，苯乙烯储罐的分程控制和聚合反应釜批量控制程序的组态。

DeltaV系统 溶聚丁苯橡胶 软件组态 批量控制

随着我国经济建设的快速发展，国内市场对丁苯橡胶的需求量越来越大，尤其是溶聚丁苯橡胶凭借着其耐磨、耐寒、生热低、回弹性高、收缩性低、灰分少及纯度高等优点更加受到用户的青睐[1]。当前，国内大多数橡胶企业在批量生产方面的自动化程度不高，这直接影响了产品质量的提高，进而影响了企业的市场竞争力。

DeltaV系统是在传统DCS系统优势的基础上结合现场总线技术，并基于用户需求的新一代过程控制系统[2]。它有着开放的网络结构和OPC标准，具有基金会现场总线(FF)标准的数据结构，模块化结构设计，即插即用、系统自动识别硬件卡件，所有卡件均可带电插拔，操作维护不需要停车，实现了真正的在线扩展[3]。DeltaV系统由冗余的控制网络、各类工作站和控制部分构成。DeltaV系统最多支持120个节点，100个(不冗余)或100对(冗余)控制器，60个工作站，80个远程工作站，适合各类生产规模的工厂使用，硬件配置十分灵活。

为了满足国内市场对溶聚丁苯橡胶产品的需求，辽宁北方戴纳索合成橡胶有限公司新建了一套年产10万吨的溶聚丁苯橡胶生产装置，采用DeltaV系统作为集散控制系统的控制平台，并采用DeltaV Batch技术对橡胶的配方进行批量控制和管理。笔者重点介绍该套装置的硬件结构和软件组态的实现。

1 溶聚丁苯橡胶生产工艺①

辽宁北方戴纳索合成橡胶有限公司的年产10万吨溶聚丁苯橡胶装置由两条间歇聚合工艺生产线组成。工厂使用的工艺生产技术是由Dynasol公司提供的阴离子间歇聚合技术。

溶聚丁苯橡胶的主要原料是丁二烯和苯乙烯，使用环己烷和正己烷为溶剂，正丁基锂为催化剂。其工艺流程是：首先将原料丁二烯和苯乙烯进行精制后加入到聚合釜中，再加入配置好的催化剂、无规剂等在聚合釜中进行聚合反应[4]。由于聚合反应是放热反应，并且在聚合过程中物料粘度急剧上升，因此传热和搅拌是聚合反应的关键，可以通过调节催化剂的用量配比控制门尼粘度和转化率。聚合反应结束后，生成的胶液进入闪蒸罐去除未反应的单体和部分溶剂，胶液浓度提高后再进入掺混罐，通过掺混获得希望的门尼粘度。掺混好的胶液会进入汽提釜，在热水中进行凝聚和溶剂脱除工作。回收的溶剂经分层罐除去大量水分后，返回溶剂精制工序。凝聚后的胶粒进入到橡胶后处理生产线进行干燥处理，干燥后的胶粒再经过压块、称重和包装后成为成品。

2 控制系统的硬件组成

该装置的DeltaV系统(图1)由一个工程师站(PLUS Station)、一个批量执行应用站(BE Station)、一个设备管理应用站(AMS Station)、一个历史应用站(History Station)、6个操作员站和10对冗余控制器组成，信号类型包括模拟量输入/输出、数字量输入/输出及频率信号输入等。

图1 溶聚丁苯橡胶生产装置的DeltaV控制系统网络结构框图

DeltaV工程师站包含DeltaV系统的全部数据库，对整个系统进行集中控制和管理。包括配置系统组态、控制和维护系统在内的所有软件工具。DeltaV系统用户的管理工作也在这里完成，通过工程师站可以设置登录系统的账户和安全口令。在应急情况下，工程师站可以通过参数设置代替其他应用站或操作站使用。

DeltaV批量执行应用站主要负责DeltaV系统内批量配方程序的分配和执行，并自动采集存储与批量控制相关的数据记录。DeltaV的批量控制程序是基于ISA88标准进行开发设计的，为生产配方的快速变更提供了很高的灵活性。本套装置生产的所有聚合反应配方均采用DeltaV的批量控制程序进行组态和执行，实际使用效果良好，完全能满足工艺生产的需要。

DeltaV设备管理应用站的主要设备管理工作都由AMS(Asset Management Solutions)软件实现。AMS支持HART、Foundation Field bus和Wireless HART设备。通过设备管理应用站，可以与现场各类仪表进行在线通信和诊断，帮助维护人员及时了解现场仪表设备的工作状态；同时通过现场设备发送的报警信息发现潜在的不安全因素，并采取相应的处理方案，避免非计划停车，提高装置的连续运行率。

2003年，厦门吉宏成立；2006年，廊坊分公司成立；2009年，呼和浩特公司成立；2013年，孝感公司成立，吉宏纸品公司成立；2014年，滦县公司成立；2016年，公司上市……纵观厦门吉宏的成长历程，发展的脚步虽大却很稳健，这正是得益于领路人庄浩的决策。用她自己的话说，她是一个保守的人，只有看准了项目，在有一定把握之后，才会拍板决定。但其出手果断，一旦决定就迅速执行。当然，其也偶有判断失误之时，但稍感苗头不对，便会立即停止该项目。

DeltaV历史应用站的主要功能是对现场的工艺参数值、报警事件等相关数据进行采集并储存到历史数据库，为操作人员提供数据历史趋势、报警记录的查询功能。不仅如此，DeltaV系统的历史应用站还具有OPC功能，通过OPC技术，DeltaV可以与其他支持OPC技术的系统之间进行方便的数据交换，为企业的信息化发展提供了坚实的基础。

DeltaV操作员站提供了友好的用户界面和简易的访问特性，使操作员无论是查看工艺流程还是各类报警信息都一目了然。操作员站的主要功能包括：

a. 对工艺装置的生产过程进行监视和控制；

b. 通过点击和修改流程画面中的参数，直观地对现场设备进行远程控制和操作；

c. 按照不同的报警优先级为操作人员提供报警信息；

d. 提供历史趋势和报警事件记录的查询。

本套装置选择了DeltaV S系列高性能冗余控制器以及与它配套的I/O卡件来完成生产过程中的基本控制、复杂控制和联锁功能控制。控制器和重要的I/O卡件均使用了冗余配置。所有的控制器和工作站之间都采用了冗余控制网络，它们之间通过网络交换机和屏蔽双绞线连接。

3 DeltaV系统的组态软件

DeltaV浏览器是组态系统的重要导航工具，它采用类似Windows浏览器的外观，用一个视窗来展现整个系统，可以定义控制系统的组成、查看整体机构并完成系统布局。当系统中插入各种DeltaV卡件或现场智能设备时，DeltaV浏览器可以进行快速的自动识别，从而简化组态定义过程。

DeltaV控制工作室能够提供IEC61131图形化控制策略，生产过程中的所有控制策略都可以使用标准图形完成，同时它还支持VB语言编程，从而满足用户所需的各种特殊控制策略的实现。控制工作室中配置了控制模块库、标准图形符号库，拖放式、图形化的组态方法大幅简化了维护和编程工作量。

DeltaV图形工作室使用的是Intellution公司iFIX软件的核心技术，并且内部集成了微软的VBA开发环境，系统调试十分方便快捷。组态人员在绘制流程图页面时，可以自由调用图形库中的管线、阀门等各类素材，对应的动态链接也可以在图形属性中按使用要求进行设置。

系统维护诊断工具对整个控制系统和现场仪表的维护、查错提供了有效的策略，通过它可以快速查看全部控制网络的通信状态，控制器和I/O卡件的运行/冗余状态和智能化仪表的状态信息。

4 典型控制策略组态

4.1苯乙烯储罐的分程控制

分程控制是一种典型的复杂控制回路，现以本套装置中苯乙烯储罐的压力分程控制回路PIC-1055为例，介绍DeltaV系统在分程控制上的组态和应用。

PIC-1055压力分程控制回路流程如图2所示，106-V是经过干燥后的苯乙烯原料储罐，工艺对储罐的压力控制要求是30kPa(设定值)，当实际压力低于设定值时，控制器打开氮气调节阀PV-1055A向储罐补充氮气；当实际压力高于设定值时，控制器打开通往火炬系统的调节阀PV-1055B降低储罐内的压力。

图2 PIC-1055压力分程控制回路流程

首先在DeltaV浏览器中创建PIC-1055的control module，然后再使用图形工作室工具对PIC-1055的控制模块进行编辑。PIC-1055分程控制器的具体内部组态连接如图3所示，其中AI1、AO1、AO2为模拟量输入/输出模块，将压力测量信号PI-1055连接到AI1上，将调节阀PV-1055A和PV-1055B的输出信号分别连接到AO1和AO2上；PID1是整个回路的PID控制器模块；SPLTR1是分程功能块，其输入连接PID模块的输出，其输出分别连接AO1和AO2。

图3 PIC-1055分程控制器内部组态连接示意图

DeltaV系统的SPLTR分程模块原理如图4所示。通过设定SPLTR分程模块中的IN_ARRAY和OUT_ARRAY两个参数列表，可以根据生产工艺要求来调整分程控制器输入信号与输出信号之间的对应关系，从而完成分程控制回路的组态工作[6]。

图4 SPLTR分程模块原理

4.2聚合反应釜批量控制程序的组态

批量控制是现代工业生产过程中的一个重要组成部分，特别是在精细化工行业的生产中被广泛采用。在DeltaV的批量控制中，主要通过引入程序功能图PFC来描述整个配方的实现过程，PFC是批量过程控制专门研发的一种流程图式功能图，它由步骤、跳转和有向连接线3个重要要素组成，并且具有嵌套功能。

程序功能图中的每一个步骤都对应着一个子程序功能图或阶段配方程序；每一个跳转都必须与相应的跳转条件对应[7]。在批量配方程序执行期间，运行到每一步时，其对应的子程序或阶段配方程序就被调用触发执行，执行结束后再返回到配方的主程序中按照跳转条件执行下一步程序。批量配方程序功能图(PFC)的执行过程如图5所示。

图5 DeltaV批量配方程序的执行过程

本套装置中的聚合反应程序组态全部采用DeltaV批量控制策略完成。使用DeltaV系统的配方工作时，按照生产工艺的要求绘制了聚合反应的批量配方程序(图6)，并根据批量生产过程中的每一个步骤编辑了对应的子程序和设备执行程序，最终实现了溶聚丁苯橡胶的批量生产。

图6 聚合反应的批量配方程序

5 结束语

辽宁北方戴纳索合成橡胶有限公司的年产10万吨溶聚丁苯橡胶装置在公司各类专业技术人员的共同努力下，已经正式投入了生产运行。DeltaV系统在项目中的成功使用，大幅提高了整个生产线的自动化程度，保证了工艺系统高效、连续、稳定运行，可为国内同行提供很好的借鉴经验。

[1] 夏斌,万晓军,李长途,等.溶聚丁苯橡胶发展概况[J].弹性体,2011,21(5):79～84.

[2] 王梅，石红瑞，董翠微.DeltaV现场总线控制系统在芳烃抽提中的应用[J].石油化工自动化,2005,41(2):63～65.

[3] 徐善军,张莉,赵承杰.DELTAV系统在聚氯乙烯生产中的应用[J].数字化工,2005,(7):50.

[4] 杜勇.DeltaV控制系统在兰州石化10万吨/年丁苯装置中的应用[D].天津:天津大学,2009.

[5] 马国英.浅析PLUS站的维护在EMERSONDELTAVDCS系统维护中的重要性[J].甘肃科技,2015,31(16):47～49.

[6] 雷军霞,王赟.分程控制在DeltaV系统中的应用[J].化工自动化及仪表,2013,40(8):1068～1069.

[7] 贺国锋,石红瑞,郭亮.基于DeltaV系统的批量控制的阶段的实现[J].工业仪表与自动化装置,2008,(2):14～17.

ApplicationofDeltaVSysteminSSBRDevice

GAO Wei

(LiaoningNorthDynasolSyntheticRubbersCo.,Ltd.,Panjin124000,China)

The technological process of solution polymerized styrene-butadiene rubber(SSBR) was outlined, including DeltaV system’s application in a 100kt/a SSBR unit and the system’s hardware structure and software configuration and each station’s functions, the split control over styrene tanks and the batch control configuration for poly-reactors.

DeltaV system, SSBR, software configuration, batch control

TH862

B

1000-3932(2016)10-1028-05

2016-01-11(修改稿)