余宏偉

摘 要：Experion_PKS（簡稱 EPKS系統(tǒng)）是Honeywell公司推出的基于過程知識系統(tǒng)的新一代集散控制系統(tǒng)。本文通過該系統(tǒng)在一套硅烷法多晶硅裝置中的應用實例，介紹EPKS系統(tǒng)在該裝置中的系統(tǒng)規(guī)模、硬件構成和網絡結構，對生產過程中需要進行特殊控制的回路控制方案以及組態(tài)方法進行了重點闡述，并就運行過程中遇到的問題及解決方法進行了具體介紹。

關鍵詞：Experion PKS；C300控制器；控制；組態(tài)

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

1 引言

硅烷法中寧硅業(yè)多晶硅生產裝置生產工藝復雜，一期1500t/a多晶硅項目，總投資15億，是目前國內唯一的一套采用硅烷法生產電子級多晶硅技術，該技術與傳統(tǒng)的三氯硅烷多晶硅技術、硅化鎂技術相比具有原料消耗低、生產成本低、生產過程毒性低、以及三廢容易治理等優(yōu)勢。裝置采用霍尼韋爾Experion PKS系統(tǒng)作為DCS控制系統(tǒng)對生產過程進行監(jiān)控。生產過程中如控制不好，容易有副反應發(fā)生，并且物料中有硅烷與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質，此外還有硅烷的自燃性造成的火災爆炸危險。

2 裝置簡介

主要工藝過程如下：四氫化鋁鈉制備、硅烷制備、硅烷凈化、四氟化鋁鈉（SAF）干燥、多晶硅制備、四氟化硅（STF）制備。

3 EPKS系統(tǒng)特點

EPKS 過程知識系統(tǒng)是Honeywell 最新一代的過程自動化系統(tǒng)，它將人員與過程控制、經營和資產管理融合在一起。EPKS 為用戶提供了遠高于集散控制系統(tǒng)的能力，包括嵌入式的決策支持和診斷技術，為決策者提供所需的信息。它擁有全局數據庫，一次輸入控制器與監(jiān)控系統(tǒng)服務器所需信息，無需多次對不同層次的數據庫分別組態(tài)。實時數據庫采用客戶機/服務器結構，正常情況下由服務器為客戶機提供所需要的實時數據，服務器故障時，C站可直接從控制器讀取所需要的實時數據。配置本系統(tǒng)的主要目的是實現浙江中寧硅業(yè)有限公司多晶硅項目的自動控制。Honeywell Epks系統(tǒng)將強大的處理引擎和直觀的用戶界面結合起來，采用Experion組態(tài)工作室組態(tài)開發(fā)，組態(tài)工作室的通用任務可在組態(tài)工作室內由Enterprise Model Builder、 Control Builder、 Quick Builder、 HMIWeb Display Builder完成?；赪eb結構的人機界面的HoneywellHMIWeb技術，可以方便地集成過程控制數據和管理數據，以HTML為顯示畫面的基本文件格式，用戶通過IE瀏覽器可以直接訪問流程圖畫面，可實時監(jiān)視所有的I/O 的數據量及開關量狀態(tài)，同時可對各個控制點進行直觀控制。

4 C300 控制器特點

C300是基于CEE執(zhí)行環(huán)境的控制器?？刂破饔布涂刂栖浖﨏EE（Control Execution Environment）和FTE等一些輔助設施組成了C300控制器。C300主要完成上位通訊、點對點通訊、IOLINK IO 通訊和確定控制執(zhí)行環(huán)境等功能，集成化程度高：電源分配、電子模塊、信號接線端子和網絡連接集成在一塊卡板上，與同類產品相比節(jié)省了30%空間，系統(tǒng)的可靠性>99%。

4.1 系統(tǒng)硬件

每套C300控制器有兩個IOLINK 接口，能支持64個IOU，C系列IO卡件、PMIO卡件通過IOLINK與C300控制器連接。本司配PMIO卡件。為方便安裝與維護，卡件采用現場一體化供電。PMIO 由I/O模件和對應的FTA端子板組成， I/O模件具有自檢測和可帶電插拔功能。C300控制器必須與控制防火墻連接?？刂品阑饓νㄟ^Uplink 連接到FTE 交換機。FTE是Experion PKS 的控制網絡，具有容錯、快速網絡響應的特點，保證了工業(yè)以太網控制應用的安全性。

系統(tǒng)總體結構如圖1所示，主要由控制柜、操作站、服務器、FTE交換機等組成?？刂乒駜鹊闹饕O備為honeywell C300控制器和數字量輸入、數字量輸出、模擬量輸入、模擬量輸出模塊和其它輔助元件。工程師站、服務器及各單元操作站，為生產過程監(jiān)控提供友好的人機接口。

4.2 系統(tǒng)軟件

Configuration studio是一種單一化、集成化的組態(tài)工作室。組態(tài)工作室提供給使用者的是一個任務窗口而不是單一的工具窗口。選定一個任務后，組態(tài)工作室里已集成了用戶需要的各種組態(tài)工具。這樣，組態(tài)工作就可在一地對系統(tǒng)中的所有服務器進行組態(tài)?？朔嗽诓煌翱谥胁捎酶鞣N不同的組態(tài)工具而導致的組態(tài)工作的混亂，提高了組態(tài)效率。

CEE-Control Execution Environment是功能強大靈活并經過實際考驗的控制環(huán)境。具有靈活多變，控制回路根據需要易于組態(tài)和修改的特性，操作員通過調用系統(tǒng)細目顯示控制方案圖，增強了工程的生產力。

Control Builder生成控制策略，提供標準算法庫外增加了高級控制算法模塊化，對復雜控制回路的控制方法進行優(yōu)化，替代常規(guī)的PID模塊，實現模型預估控制，簡化了批量邏輯的實施，可進行在線監(jiān)控。

5 控制系統(tǒng)方案

硅烷法多晶硅生產裝置工藝復雜，控制要求較高，具有多種復雜的控制和聯(lián)鎖回路。這些復雜控制和聯(lián)鎖回路都是在DCS內部實現的?，F以SAH反應釜的控制方案對組態(tài)進行介紹。

根據控制要求，制定出如下控制系統(tǒng)方框圖2。

根據系統(tǒng)方框圖2，本復雜回路控制的實現就是通過系統(tǒng)軟件中固有的一些功能塊構成的。由Control Builder提供的眾多的控制功能模塊， 采用搭積木的形式來構建復雜的控制策略。將反應過程的控制組態(tài)為三個控制模塊CM（Control Module）塊。一個控制為一個CM塊，分別命名為FIC_R1，TIC_R1，PIC_R1。這三個CM塊相互關聯(lián)，有機結合完成了該復雜回路的控制。

6 運行過程中碰到的問題及觖決辦法

（1）在一次日常的檢查中，在組態(tài)工作室內發(fā)現有一個控制器下只有一個IOLINK，正常情況下每個控制器下都有兩個IOLINK，采用了Import導入功能，恢復DCS回路備份（系統(tǒng)工程師有定期對DCS回路做Export導出）。

（2）出現過工藝介質液位滿罐溢出，造成一次工藝事故。而此料罐配有高中低液位報警裝置，操作工反映儀表出現故障，沒有出現液位報警。利用Experion PKS系統(tǒng)報告的功能，進入服務器，根據事故發(fā)生的時間，編輯報告，從報告中導出事故發(fā)生時刻液位開關的狀態(tài)，結果顯示在事故發(fā)生前將近半小時內的時間內，液位開關從低報，高報，高高報均有發(fā)生。屬操作工操作失當，未能及時發(fā)現工況變化及報警。彌補了只有模擬量可查看歷史數據，為工況現場提供全面的歷史記錄，有事故發(fā)生時提供良好的分析。

7 結束語

自裝置2009年6月開車至今已連續(xù)平穩(wěn)運行65640多小時，PKS控制系統(tǒng)運行平穩(wěn)。該系統(tǒng)的應用， 企業(yè)取得了良好的經濟和技術效益。DCS為引領的過程控制將以嶄新的體系結構、技術、靈活多變的控制方式加結合可優(yōu)化的控制組態(tài)、快速平穩(wěn)的數據處理，伴隨著軟硬件技術的發(fā)展應用，實現更加復雜和多變的控制要求。從而使企業(yè)生產更加精細化、效益化和規(guī)范化。

參考文獻：

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

[2]霍尼韋爾自動化學院.Experion PKS.中文參考手冊[M].Honeywell.