利用PLM实现PP催化剂的配置

技改与创新化工自动化及仪表，2009，36(5)：102—104ControlandInstrumentsinChemicalIndustry

利用PLM实现PP催化剂的配置

龚红梅8，王晓梅6，牟玉龙8，张红蓉8

(兰州石油化工公司a．设备维修公司；b．动力厂，兰州730060)

摘要：简述了PP装置催化剂配置的工艺过程，以及DeltaV系统中顺序功能表SFC和相逻辑模块PLM的功能，详尽说明如何利用DeltaV系统中的PLM模块功能实现催化荆配置的过程。关键词：DeltaV系统；PLM；SFC；催化剂配置中图分类号：TP273文献标识码：B文章编号：1000—3932(2009)05-0102-03

1引言兰州石化兰港公司PP装置投建于1994年，经

过1999年、2003年、2008年的3次改扩建，装置的处理量由4×105t／a增产到1．1×106t／a，系统也升级改造为Emerson．DeltaV控制系统。PP装置包括

丙烯精制、催化剂配置、聚合反应及干燥、挤压造粒、料仓及包装、公用工程等部分，其中催化剂配置、聚合下料控制、料仓工段是Batch程序控制的，原控制

系统中的程序是用Rosemount—RS3的RBL语言编写的，在DeltaV系统中，利用PLM与SFC、Module的

有机结合，实现了上述顺序逻辑控制的工艺过程。下面就以PI．M、SFC和Module三者的结合，浅谈催化剂配置过程。①

2催化剂配置过程催化剂配置是PP装置的关键工段。该工段的

主要目的是将粉状的TK催化剂用己烷配置成悬浮

状的溶液，从而改进主聚合过程的产品的等规度和

松密度；再就是将浓AT催化剂(三乙基铝)配置成

浓度为15％(wt)的溶液，以利于装置的安全生产。

丙烯聚合的催化剂体系由3种催化剂构成：主催化

剂TK、助催化剂AT、第三组分催化剂OF，主催化剂需要配置，其余两种催化剂由厂外购进。其主催化剂配置工艺流程如图l所示。

配置过程是：首先在D-101中按比例加入己烷溶液和AT催化剂，通过夹层冷却水将温度控

制在0℃后加入TK主催化剂，低速搅拌1h后，自动升至高速搅拌，催化剂配置开始。丙烯以8Nm3／h流量通过控制阀FIC一110进入D一101，lh后丙烯以22Nm3／h流量进入，直到丙烯进料达到123．7Nm’后停止进料，在这两个进料过程中温度要分别控制在5℃和15℃，丙烯进料结束后继

续搅拌，直到釜内温度降至5℃后，再进行反应釜的氮气置换，搅拌由高速转为低速运行，然后停止搅拌，催化剂配置结束。由于配置过程是一个放热过程，为了能更好地控制温度，提高PP聚

合反应的质量，所以需要根据预设温度的设定值来控制第二阶段丙烯的进料量。

图1催化剂配置流程简图

3程序功能模块的设计

为了准确实现催化剂配置的工艺过程，这里选

用了DeltaV系统的相逻辑模块PLM、顺序功能表

SFC，以及标准的Module，通过以上三者的有机结合实现了Batch程序控制。

3．1顺序功能表SFC

SFC(SequentiMFunctionCharts)用于控制时间／事件序列等，如控制一套装置中多个设备的启停顺

序。SFC由Steps(步)、Transitions(传输)、Termina-tion(终止)三部分构成，其结构包括分支和并行两种。

在催化剂配置程序中，利用SFC编写调用的子程序，选用了赋值类型的Actions，执行方式用

到了脉冲和保持，对现场的搅拌和两位式的控制阀都在相应的Actions里增加了confirms功能，如

①收稿日期：2009-05-

02第5期龚红梅等．利用PLM实现PP催化剂的配置103

己烷进料(HEX—FEED)、AT-CAT进料、丙烯第一

阶段进料(C3一FEED—P)、丙烯第二阶段进料(c3一FEED一2P)、反应釜搅拌启停(J101一SPD—STOP)、升降速等。3．2相逻辑模块PLM

PLM(Phaselogicmodule)是一个定义了某个阶

段状态及这个相关状态逻辑的模块。它更是SFC顺序功能表的整合、调用及控制为一体的顺序逻辑

模块。也就是说PLM不但是用SFC的步进程序(step，transition)来控制设备的动作、调节控制阀的开度，从中实现催化剂配置的工艺过程，而且它多了

一个控制中心failure—monitor(故障监测)，一旦发现故障，failure—monitor可以发出Xcommand命令，

要求程序做holding(保持)、aborting(中断)、restar-ring(重新开始)或是stopping(停止)的相应逻辑处理过程。PLM可以与Module、SFC的顺序控制功能

很好的结合运用。3．3程序逻辑设计

催化剂配置聚合程序的整个主干是在PLM的Running里实现的，相同部分的工艺控制用

SFC模块编写成子程序，在PLM中的Running里多次被调用；failure—monitor实现了程序故障的监测，实时提示操作人员；当催化剂配置过程发生

联锁，可以利用failure—monitor的实时监测功能，

在stopping里停止程序的运行，同时将控制阀设定到自保状态，确保装置的安全运行。若因操作混乱，导致程序死循环，aborting可以放弃程序的执行。如果因仪表故障或人为因素干预，需要暂

停程序可在holding里实现，程序暂停后可在re

starting里从中断处重新启动程序。3．3．1子程序的调用

为了实现子程序的调用，我们将子程序编写成循环执行的，在对应的子程序里定义相应的入

口参数，当主程序要调用子程序时，先在主程序的步进Actions里对此参数进行赋值call—subpro

(nameset：值1)，返回主程序时就在子程序的结

束步进Actions里对此参数再次赋值call—mainpro

(nameset：值2)。在催化剂配置程序的开始，将所有子程序人口参数赋值为call—diable(name

set：值0)，通过对子程序调用参数的赋值。可以准确控制子程序的调用过程。

3．3．2Failure——monitorFailure—monitor主要实现催化剂配置过程中

故障和联锁的实时监测。在PLM模块中有一个参可以实现自动中断主程序，这个参就是Fail—index，当Fail—index值不等于0，程序就自动进入Holding。当程序进入Hold状态时，一般会处理故障或人为干预停相应的设备或控制阀，这时希望不再监测设备故障，于是在Failure—moni-tor功能模块中增加一个非常重要的功能块，即条

件功能块(CNDl)。当程序执行开始时，赋值条件功能的使能参数disabled值为0，此时条件功

能块输出(CNDI：OUT．CV)值为1，程序处在实时监测中。反之，程序中断或有外因干预时，dis-abled赋值为1，则输出值为0，程序实时监测取

消。利用这两个参数值，可以实现监控程序的启、停功能。

因催化剂配置子程序的功能主要是实现设备的启停，以及控制阀的开关，为了继承主程序的实时监

测功能，基本依靠设备或控制阀的状态信息来实现Failure—monitor功能。将错误的状态信息定义为Nameset(1～255的任意值)赋值给Fail—index和

Message(故障信息提示参数)，当检测到Fail—index非零值，就会自动中断程序，同时将信息显示在操作

窗口上。3．3．3配方计算由于PP装置丙烯聚合是一个连续的过程，除了丙烯总量和调合时间有时需要改变，其它配方参

数基本上是固定的。为此，我们特别组态了一副配方输入的人机界面图，将需要改变的配方参数值直

接关联程序，方便程序执行过程中，人为的根据工况

调整配置时间。3．3．4计时器催化剂配置是几种溶剂的聚合放热反应，所以在配置过程中要不断地搅拌，为能配置出合格

的主催化剂产品，控制搅拌时间是相当重要的。在配置的整个过程中，温度控制被分成三个阶段，造成搅拌的时间也就不尽相同，为了能及时

根据工况的不同调整时间，我们将计时器的功能用module实现。

3．3．5搅拌调速模块在原控制系统RS3中，搅拌的升降速判定是通

过RBL语言编写的一段程序实现的，当速度小于

45rmp，判定是低速；当大于125rmp是高速。在

DeltaV系统中，利用系统自带标准库中的三状态电

机控制模块(3_MOTO—NC)和Action模块，利用Ac—tion块里的条件和赋值语句比较高、低速，实现了搅拌速度的判定过程，同时根据判定结果直接把升降

速控制信号输出至现场设备，极大地简化了搅拌的升降速过程。

催化剂的配置程序是通过PLM与SFC、Module相结合共同完成的，与原来的控制

案相比，这种顺104化工自动化及仪表第36卷

序功能表的方式使程序编制更加简单，结构化更加清晰，鼠标拖放式组态使组态工作简单有效；同时

DeltaV系统的在线仿真功能使程序的调试更加方便，增强了程序的可读性。

4程序的编制4．1程序的关键数据催化剂配置程序主要由4部分组成：聚合、联锁、故障监测、中断，其中包括10个子程序：初始化、配方计算、补充N：、D一101放空、己烷进料(HEX—

FEED)、ATCAT进料、丙烯第一阶段进料(C3一FEED—P)、丙烯第二阶段进料(C3一FEED_2P)、搅拌的启停(J101_SPD—STOP)、搅拌升、降速。配方数据

计算公式具体如下：

”／CATCAT．CV，：=”／OTKCAT．CV’…／ORATrK．CV’{1+(650／…／OATCON．CV’)／114．2}；”／CHEXA．CV，：=…／OTKCAT．CV’／”／OTKCON．CV，650；”／CPROP．CV’．-…／OTKCAT．CV7…／ORPPTK．CV，}

22．4／42；”／CCTIME．CV’：=(”／CPROP．CV’一…／OFll0SI．CV’

}”／OPRTIMEI．CV’／60)／’“／OFll0S2．CV’60程序所用参数含义见表1。

表1催化剂配置配方参数解释一览统计表

参数名称描述参数名称描述0TKCATTK催化剂进料量0T110S2高速搅拌温度ORACATAT催化剂密度町110S3丙烯进料温度0RPPTKTK催化剂密度0F110SI丙烯第一阶段进料流星0TKCON己烷进料量0F110S2丙烯第二阶段进料流量0ATCONAT催化剂浓度CHEXA己烷进料累计蕈0CL，兀’IMETK进料时间CATCATAT催化剂进料量0PRTIMEl预聚合第一阶段时间CPROP丙烯进料量OPOTIME聚合时间CCnME预聚合第二阶段时间0Tll0S1低速搅拌温度

催化剂配置程序的关键控制是温度，它直接影响丙烯聚合反应的质量，配置过程温度的控制点设定值分为三个过程：己烷进料0oC、丙烯第一阶段进料5℃、丙烯第二阶段进料15℃。温度控制除了加

套循环水PID单回路控制外，还需控制预聚合反应中丙烯的进料流量，流量的控制公式如下：

F1105"2一F1105"2×(TIClIO／PV一1"11083)×0．5式中：TICl10／Py——丙烯进料实际测量温度值。

4．2说明

4．2．1数据采集的保持在催化剂配置程序中，因要根据现场工况的实

时性，改变丙烯进料控制的设定值，所以对于参与流

量控制计算公式的模拟量数据读取方式，采用了Actions的保持(store)执行方式，即程序或子程序执行全过程都在采样数据。4．2．2子程序的中断