Honeywell Experion_PKS系统在硅烷法多晶硅生产装置中的应用

余宏伟

摘 要：Experion_PKS（简称 EPKS系统）是Honeywell公司推出的基于过程知识系统的新一代集散控制系统。本文通过该系统在一套硅烷法多晶硅装置中的应用实例，介绍EPKS系统在该装置中的系统规模、硬件构成和网络结构，对生产过程中需要进行特殊控制的回路控制方案以及组态方法进行了重点阐述，并就运行过程中遇到的问题及解决方法进行了具体介绍。

关键词：Experion PKS；C300控制器；控制；组态

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.010

1 引言

硅烷法中宁硅业多晶硅生产装置生产工艺复杂，一期1500t/a多晶硅项目，总投资15亿，是目前国内唯一的一套采用硅烷法生产电子级多晶硅技术，该技术与传统的三氯硅烷多晶硅技术、硅化镁技术相比具有原料消耗低、生产成本低、生产过程毒性低、以及三废容易治理等优势。装置采用霍尼韦尔Experion PKS系统作为DCS控制系统对生产过程进行监控。生产过程中如控制不好，容易有副反应发生，并且物料中有硅烷与二甲氧基乙烷形成的爆炸性混合物及甲苯、四氟化硅等有毒有害物质，此外还有硅烷的自燃性造成的火灾爆炸危险。

2 装置简介

主要工艺过程如下：四氢化铝钠制备、硅烷制备、硅烷净化、四氟化铝钠（SAF）干燥、多晶硅制备、四氟化硅（STF）制备。

3 EPKS系统特点

EPKS 过程知识系统是Honeywell 最新一代的过程自动化系统，它将人员与过程控制、经营和资产管理融合在一起。EPKS 为用户提供了远高于集散控制系统的能力，包括嵌入式的决策支持和诊断技术，为决策者提供所需的信息。它拥有全局数据库，一次输入控制器与监控系统服务器所需信息，无需多次对不同层次的数据库分别组态。实时数据库采用客户机/服务器结构，正常情况下由服务器为客户机提供所需要的实时数据，服务器故障时，C站可直接从控制器读取所需要的实时数据。配置本系统的主要目的是实现浙江中宁硅业有限公司多晶硅项目的自動控制。Honeywell Epks系统将强大的处理引擎和直观的用户界面结合起来，采用Experion组态工作室组态开发，组态工作室的通用任务可在组态工作室内由Enterprise Model Builder、 Control Builder、 Quick Builder、 HMIWeb Display Builder完成。基于Web结构的人机界面的HoneywellHMIWeb技术，可以方便地集成过程控制数据和管理数据，以HTML为显示画面的基本文件格式，用户通过IE浏览器可以直接访问流程图画面，可实时监视所有的I/O 的数据量及开关量状态，同时可对各个控制点进行直观控制。

4 C300 控制器特点

C300是基于CEE执行环境的控制器。控制器硬件和控制软件CEE（Control Execution Environment）和FTE等一些辅助设施组成了C300控制器。C300主要完成上位通讯、点对点通讯、IOLINK IO 通讯和确定控制执行环境等功能，集成化程度高：电源分配、电子模块、信号接线端子和网络连接集成在一块卡板上，与同类产品相比节省了30%空间，系统的可靠性>99%。

4.1 系统硬件

每套C300控制器有两个IOLINK 接口，能支持64个IOU，C系列IO卡件、PMIO卡件通过IOLINK与C300控制器连接。本司配PMIO卡件。为方便安装与维护，卡件采用现场一体化供电。PMIO 由I/O模件和对应的FTA端子板组成， I/O模件具有自检测和可带电插拔功能。C300控制器必须与控制防火墙连接。控制防火墙通过Uplink 连接到FTE 交换机。FTE是Experion PKS 的控制网络，具有容错、快速网络响应的特点，保证了工业以太网控制应用的安全性。

系统总体结构如图1所示，主要由控制柜、操作站、服务器、FTE交换机等组成。控制柜内的主要设备为honeywell C300控制器和数字量输入、数字量输出、模拟量输入、模拟量输出模块和其它辅助元件。工程师站、服务器及各单元操作站，为生产过程监控提供友好的人机接口。

4.2 系统软件

Configuration studio是一种单一化、集成化的组态工作室。组态工作室提供给使用者的是一个任务窗口而不是单一的工具窗口。选定一个任务后，组态工作室里已集成了用户需要的各种组态工具。这样，组态工作就可在一地对系统中的所有服务器进行组态。克服了在不同窗口中采用各种不同的组态工具而导致的组态工作的混乱，提高了组态效率。

CEE-Control Execution Environment是功能强大灵活并经过实际考验的控制环境。具有灵活多变，控制回路根据需要易于组态和修改的特性，操作员通过调用系统细目显示控制方案图，增强了工程的生产力。

Control Builder生成控制策略，提供标准算法库外增加了高级控制算法模块化，对复杂控制回路的控制方法进行优化，替代常规的PID模块，实现模型预估控制，简化了批量逻辑的实施，可进行在线监控。

5 控制系统方案

硅烷法多晶硅生产装置工艺复杂，控制要求较高，具有多种复杂的控制和联锁回路。这些复杂控制和联锁回路都是在DCS内部实现的。现以SAH反应釜的控制方案对组态进行介绍。

根据控制要求，制定出如下控制系统方框图2。

根据系统方框图2，本复杂回路控制的实现就是通过系统软件中固有的一些功能块构成的。由Control Builder提供的众多的控制功能模块， 采用搭积木的形式来构建复杂的控制策略。将反应过程的控制组态为三个控制模块CM（Control Module）块。一个控制为一个CM块，分别命名为FIC_R1，TIC_R1，PIC_R1。这三个CM块相互关联，有机结合完成了该复杂回路的控制。

6 运行过程中碰到的问题及觖决办法

（1）在一次日常的检查中，在组态工作室内发现有一个控制器下只有一个IOLINK，正常情况下每个控制器下都有两个IOLINK，采用了Import导入功能，恢复DCS回路备份（系统工程师有定期对DCS回路做Export导出）。

（2）出现过工艺介质液位满罐溢出，造成一次工艺事故。而此料罐配有高中低液位报警装置，操作工反映仪表出现故障，没有出现液位报警。利用Experion PKS系统报告的功能，进入服务器，根据事故发生的时间，编辑报告，从报告中导出事故发生时刻液位开关的状态，结果显示在事故发生前将近半小时内的时间内，液位开关从低报，高报，高高报均有发生。属操作工操作失当，未能及时发现工况变化及报警。弥补了只有模拟量可查看历史数据，为工况现场提供全面的历史记录，有事故发生时提供良好的分析。

7 结束语

自装置2009年6月开车至今已连续平稳运行65640多小时，PKS控制系统运行平稳。该系统的应用， 企业取得了良好的经济和技术效益。DCS为引领的过程控制将以崭新的体系结构、技术、灵活多变的控制方式加结合可优化的控制组态、快速平稳的数据处理，伴随着软硬件技术的发展应用，实现更加复杂和多变的控制要求。从而使企业生产更加精细化、效益化和规范化。

参考文献：

[1]Honeywell.Experion Quick Builder Guide.EP-DSX365，R310.2，3/08，2008.

[2]霍尼韦尔自动化学院.Experion PKS.中文参考手册[M].Honeywell.