AX系统在台塑集团30万吨PVC上的应用

富士电机于1975年10月发布DCS系统，是世界上最早研发出DCS系统的厂家之一。AX-2000集散控制系统是富士的第五代产品系统，是开放的新一代综合控制系统，智能可靠的Process I／O 单元同时也被横河的CS3000系统所采用。AX-2000系统具有良好的控制性能、实时灵活的通讯能力、直观清晰的人机接口，系统扩展方便，获得用户较高评价。目前AX-2000系统广泛应用与钢铁、化工、纸业、学校、医院、汽电共生、发电厂等过程。

台塑企业自1954年起，即投入PVC相关过程的生产，历经五十余年之努力，目前ＰＶＣ粉年产能已达二佰八十七万吨，不仅是台湾最大生产厂商，且是世界上最大的ＰＶＣ粉生产厂商之一。为争取大陆内销市场，台塑企业积极进行大陆布局，并于大陆宁波经济技术开发区规划一石化专区，且获准投资包括年产能30万公吨PVC厂，已于2005年1月完工生产。PVC厂的自动化控制采用了AX-2000系统，本系统有效融合了高可靠性的技术和符合当代自动化发展要求的通用技术，既能发挥开放性系统优点又能有效避免开放性系统缺点。

聚氯乙烯 (PVC -- Poly vinyl chloride)，为五大泛用树脂之一 (PE、PP、PS、ABS)，自1934年左右被广泛使用，至今已70余年；PVC是通用型树脂，具价格低廉、易加工、重量轻、强度高、耐化学药品性良好等优点，可经由不同的配料与加工程序制造成各种不同形貌且功能各异之产品，故用途非常广泛。PVC的是由VCM (Vinyal Chloride Monomer) 聚合而成，而VCM的来源为EDC (Ethylene DiChloride 二氯乙烷)，EDC则来自乙烯 (Ethylene) 及盐 (Salt)， 工业上对于VCM之聚合，依照反应系统而区分为四种：

1. 悬浮聚合 (Suspension Polymerization )

以少量分散剂加入水中，再加入VCM后保持搅拌，使VCM形成细小的微滴分散于水中，使用之启发剂为单体可溶性者，使聚合反应在单体微滴内进行，反应后再经过过滤、干燥等过程。以此方法所得聚合物不纯物含量少，反应温度控制容易，为PVC制造的主流。

2. 乳化聚合 (Dispersion Polymerization)

因VCM不溶于水中，因此需加入乳化剂，使整个反应形成乳化状态，乳化剂一般为阴离子或非离子之界面活性剂，而使用水溶性之启发剂，此类水溶性启发剂一般为过硫酸盐或过氧化氢，聚合后形成乳浊液经喷雾干燥后可得粒径0.5~5u之乳化粉。

3. 块状聚合 (Bulk Polymerization)

即不加入聚合介质，而直接使单体可溶性的启发剂在反应槽中行聚合反应，生成聚合体成松脆之块状物，因此必须予以粉碎，由于不加入任何添加剂，故纯度高，透明性优良。

4. 溶液聚合 (Solution Polymerization)

以VCM、有机溶剂、启发剂形成均匀的反应系再实施聚合反应，如此一部份反应热可藉溶剂来传递，因此温度调节较容易，然而由于溶剂连锁移动 (Chain transfer) 的现象，使得分子聚合度降低，聚合速度也较慢，此外溶剂本身回收成本高；一般利用于制造涂料与接着剂用途。

下图为悬浮聚合典型的生产流程方块图，其中原料加料、聚合釜及卸料槽为批次过程控制，脱除塔、干燥机及SILO为连续式控制，若采用传统仪表控制系统，将很难达到全厂集成之功能，而DCS控制系统，可完全解决此问题，以先进的硬件控制系统，搭配强大的软件功能，可完全实现复杂控制需求。

台塑宁波PVC厂的生产规模大致如下:

. 聚合釜8槽

. 卸料槽4槽

. 脱除塔4塔

. 干燥机3列

. PVC粉SILO 31槽

针对此生产规模，规划之DCS系统提供过程控制盘26盘 (含12控制站) ，配电盘4盘，继电器盘21盘，中继盘15盘，讯息库站1站，工程师站1站，历史讯息站1站，SQL讯息库1站，打印机2台，人机接口设备: 中控室操作站8站，现场操作站3站，远程操作站4站，紧急操作盘3盘，气体侦测监视站1站。

依据过程控制的需求，DCS系统总共采用了12个二重化的控制站，总共安装了622个I/O模块，各类型I/O点数统计如下:

由上表可以看出总使用点数达11256点，依照过程分区将这些监控点分配到12个控制站，分站原则如下:

该系统采用中央监视和分散控制的原理。

数据库站(ADS－PC2000)——对数据库进行一元化管理。

操作站(AOS－PC2000)——用于设备监控。

控制站(ACS－PC2000)——用于设备控制。控制站通过有效结合EI(电气和仪表)两种机能结构。能自由提取在监视控制系统中存储数据，想得到的数据可随时被取出。

控制局域网(FL—net相对应)，用于连接控制站，数据库站，操作站，形成网络，使得数据得以传输。

另外，系统与商用软件包相连也很简单，能实现信息的高效率使用。

4.1 副原料调配

4.2 PVC品别配方管理

4.3 加料自动控制

4.4 连锁控制

4.4 加料画面监视

4.5 聚合釜程序监控

4.6 聚合釜温度控制

4.7 聚合釜搅拌机

4.8 聚合釜清洗

4.9 抑制剂中止

4.10 卸料槽过程控制

4.11 VCM回收

4.12 脱除塔过程控制

4.13 离心机连锁

4.14 旋风干燥机

4.15 流动床干燥机

4.16 粉体输送控制

经过干燥后的 PVC 粉会被输送至 SILO 储存，每一列干燥机透过鼓风机可以输送至不同的 SILO，利用程控，操作人员只需要选取干燥机及目的 SILO，其间的三向阀将由程控自动转向，除了可以简化操作，亦可避免人为的错误发生，尤其当路径数量庞大时，更能减轻操作人员的负担，由于输送软件已规格化，新增路径的操作相当简单，路径最多可达1024条。

4.17 公用设备监视

除了主生产流程的控制，针对公用设备、套装设备或独立小系统，均可提供控制、监视或集成的功能:

. RS-232/422/485 Modbus通讯接口支持。

. ETHERNET Modbus通讯接口支持。

. 冷冻机遥控启停节能。

. VCM压缩机讯息通讯监视。

. 空气压缩机讯息通讯监视。

. 红黑渣分析仪讯息通讯监视。

. 冷却水塔砂滤槽再生过程控制。

. 冷却水塔风车自动启停节能。

. 废水处理过程控制。

. 废气废液燃烧炉监视控制。

. 厂区照明自动控制。

. 供电回路电表讯息通讯读取及统计。

. 公用流体用量监视及统计。

. 全厂区破裂盘状态集成监视。

整个工程在2004年10月开始进行回路测试及各分区设备试运转，经过各单位人员的合作及努力，终于在2005年1月份产出首批PVC粉， AX系统运转稳定正常，系统各项功能均投入使用中。

参考文献：