本文作者：肖佳紅
數(shù)字化時代，強調(diào)的是質(zhì)量與成本的雙向控制，精益與安全比任何時候都顯得更加重要。艾默生作為全球自動化與數(shù)字化領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)廠商，攜手亨斯邁打造流程工業(yè)數(shù)字化安全樣板車間，推進行業(yè)數(shù)字化加速轉(zhuǎn)型。
亨斯邁丨Huntsman
亨斯邁作為一家覆蓋30多個國家，成功經(jīng)營超過75個生產(chǎn)基地及研發(fā)機構(gòu)的全球化學(xué)品上市公司。
亨斯邁在上海設(shè)立的聚氨酯生產(chǎn)基地，目前現(xiàn)有的3條生產(chǎn)線共計年產(chǎn)40萬噸MDI及20萬噸預(yù)聚體。如此龐大的工廠內(nèi)，在每條生產(chǎn)線上僅配置1名DCS操作員，該操作員不僅需要保質(zhì)保量的完成班組生產(chǎn)任務(wù)，還需要隨時應(yīng)對突發(fā)報警信息，操作員長期處于高負荷的工作狀態(tài)，為安全生產(chǎn)埋藏了諸多不利隱患。在這樣隱患下，任何一個關(guān)鍵參數(shù)的失控或操作員的誤操作，都有可能造成裝置的非計劃性停車，甚至導(dǎo)致安全或環(huán)保事件。如何在確保產(chǎn)品質(zhì)量的同時，提升操作員效率成為了解決問題的關(guān)鍵。
針對存在的問題及隱患，艾默生與亨斯邁，成功制定并實施了控制性能提升項目，在幫助工廠提高產(chǎn)品質(zhì)量和自動化程度的同時，降低操作員的負荷及能源的消耗，從而使生產(chǎn)變得更加安全、穩(wěn)定和高效。
獎狀
影響產(chǎn)品質(zhì)量及操作員負荷的原因分析：
1、自動控制投用率低導(dǎo)致操作員需頻繁手動干預(yù)
工廠在經(jīng)歷了10多年的運營后，雖然整個工廠的控制回路在項目建設(shè)之初就設(shè)計為自動操作，但由于種種原因，在實際運行期間，很多控制回路都在手動操作。
2、控制不穩(wěn)定導(dǎo)致過程值報警，需操作員頻繁響應(yīng)
工藝參數(shù)控制不穩(wěn)定導(dǎo)致的過程變量超限報警頻繁。
3、關(guān)鍵工藝參數(shù)的控制精度不夠，影響產(chǎn)品質(zhì)量
關(guān)鍵參數(shù)如物料粘度及反應(yīng)器溫度的控制偏差大，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量，且過度加熱會導(dǎo)致蒸汽的浪費，甚至帶來工藝安全問題。
項目執(zhí)行遇到的挑戰(zhàn)：
1、在線優(yōu)化需確保生產(chǎn)的穩(wěn)定
裝置可操作空間狹窄，工藝可接受調(diào)整幅度較小，給優(yōu)化帶來困難。
2、調(diào)試周期緊張
預(yù)聚體產(chǎn)品多樣化，需每天根據(jù)客戶需求切換產(chǎn)品，項目需要根據(jù)主要產(chǎn)品進行調(diào)試，可供進行回路整定及調(diào)試的周期不確定且時間緊張。
解決方案丨實施
各生產(chǎn)裝置整體評估
熟悉工藝；
診斷存在的控制問題；
與生產(chǎn)及自控人員共同制定執(zhí)行方案；
制定詳細的執(zhí)行計劃；
控制回路整定及優(yōu)化
與裝置人員共同整定控制回路參數(shù)；
評估整定結(jié)果；
針對復(fù)雜回路設(shè)計或優(yōu)化控制策略；
針對關(guān)鍵參數(shù)（如粘度）設(shè)計APC先進控制策略
控制器設(shè)計；
階躍測試及建模；
操作界面設(shè)計；
調(diào)試及投用；
詳細撰寫優(yōu)化報告
方便工廠工程師后續(xù)對每個控制回路的維護，以確?？刂苹芈房梢蚤L期保持性能良好；
人員培訓(xùn)
幫助工廠工藝及自動化人員掌握回路整定知識，從而可以長期維護控制性能良好；
項目丨成果
01、控制性能優(yōu)化、產(chǎn)品質(zhì)量提升：
原自動控制回路中的過程變量波動有明顯的改善；
成功實施Batch反應(yīng)器溫度控制優(yōu)化；
針對復(fù)雜回路設(shè)計并投用了APC控制，從而提高了產(chǎn)品質(zhì)量；
02、節(jié)約了大量的蒸汽
避免材料重復(fù)加熱，減少蒸汽消耗；
03、操作員負荷大大降低
在滿足工藝控制需求的前提下，消除手動控制回路，提高自動化率；
Spliter2裝置實現(xiàn)全流程自動化控制；
04、工廠工程師經(jīng)過培訓(xùn)可以獨立完成回路PID參數(shù)的整定
優(yōu)化結(jié)果數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析比較：
1、操作員負荷改善數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析比較：
利用Emerson Entech軟件包，高效整定優(yōu)化超過30個控制回路；
圖表1：原手動控制回路自動控制投用對比
圖表2：過程參數(shù)控制穩(wěn)定性提高對比
裝置達成100%自動化率；
圖表3：自動化投用率提高對比
降低操作員30%操作負荷；
圖表4：操作員負荷降低對比
報警率降低32%；
圖表 5：裝置報警率降低對比
2、質(zhì)量優(yōu)化數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析比較：
影響產(chǎn)品質(zhì)量典型問題1：蒸汽流量與精餾裝置液位的串級回路在進料階段擾動嚴重。
通過參數(shù)整定，及增加相關(guān)前饋變量達到消除擾動穩(wěn)定過程變量的目的。
優(yōu)化成果：液位控制精度由最大的±25% 提升至±5%，節(jié)約了大量的蒸汽，提升了產(chǎn)品質(zhì)量。
圖表 6：復(fù)雜控制穩(wěn)定性提升對比
影響產(chǎn)品質(zhì)量典型問題2：預(yù)聚體反應(yīng)器溫度控制精度不足。
優(yōu)化成果：降低了5個Batch反應(yīng)器的溫度波動，由±5℃降低為±1℃，提升了產(chǎn)品質(zhì)量；
圖表 7：預(yù)制體反應(yīng)器溫度控制精度提升對比
影響產(chǎn)品質(zhì)量典型問題3：產(chǎn)品粘度控制在手動控制下精度低，影響產(chǎn)品質(zhì)量。
優(yōu)化成果：設(shè)計實施了針對產(chǎn)品粘度的APC控制，利用 Emerson的MPC (Model Predictive Control-模型預(yù)測控制)模塊提升了粘度的控制精度，進而提高了產(chǎn)品質(zhì)量。
圖表 8：產(chǎn)品粘度控制優(yōu)化對比
本次控制性能優(yōu)化項目的成功是艾默生與亨斯邁雙方保持長期合作伙伴關(guān)系的又一次成功實踐。艾默生致力于提供全球領(lǐng)先的自動化產(chǎn)品及服務(wù)，來幫助客戶建立、運營和維護一個更安全、更穩(wěn)定、更自動化的工廠。
