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          威盛DCS系統(tǒng)在雙氧水工藝控制中的應(yīng)用

          2009年05月16日 15:59:37人氣:833來源:煙臺勾股通信技術(shù)有限公司

            一、工藝簡述
            1、工藝
              本生產(chǎn)裝置包含五個工序:氫化工序、氧化工序、萃取凈化工序、后處理工序、包裝工序。
              由外管送來的氫氣(氯堿車間),經(jīng)過加壓,然后送入氫化釜使其與工作液進行氫化反應(yīng),得到的氫化液再和氧氣反應(yīng),得到的氧化液(包括工作液和雙氧水),經(jīng)過萃取分離,得到雙氧水,并使工作液得到再生,循環(huán)使用。
            
              氫化工序把蒽醌轉(zhuǎn)化蒽*或四氫化蒽醌。氧化工序用空氣中的氧直接氧化蒽*和四氫化蒽*,并轉(zhuǎn)化為蒽醌、四氫化蒽醌,同時生成雙氧水。萃取的作用是用無離子水從氧化液中萃取回收雙氧水,生產(chǎn)一定濃度的雙氧水溶液,該溶液再經(jīng)過凈化處理后,不僅降低有機碳的含量,而且生產(chǎn)27.5~35%的產(chǎn)品出售市場。來自萃取的萃余液經(jīng)過后處理再生處理后進入下一個使用循環(huán)過程。
            
            2、本工藝的特點和難點
              控制回路較多,生產(chǎn)的連續(xù)性很強,塔式設(shè)備較多,而且各個參數(shù)之間關(guān)聯(lián)較嚴(yán)重。有些對象特性屬于電加熱爐式,比較難控制,其中如氫化工序的氫化釜壓力,當(dāng)氫氣通入釜內(nèi)時,壓力很快升高,而要將壓力降下來,則要依靠氫化釜自身反應(yīng)將氫氣吸收,這樣的對象在自控時要盡量避免上超調(diào),否則很容易造成系統(tǒng)的失控。另外,氫化釜壓力對象還具有正反饋特性,需要在控制時予以考慮。
            
            3、工藝對控制系統(tǒng)的要求
              a、實現(xiàn)各個單元操作的集中監(jiān)控,包括:溫度、壓力、流量、液位等物理量的監(jiān)測與控制。動態(tài)參數(shù)檢測、控制必須準(zhǔn)確、可靠。
             b、必要的遙控措施,對突發(fā)事件如停電等,系統(tǒng)應(yīng)采取相應(yīng)的保護措施,確保在緊急情況下或需要的時候?qū)σ恍╆P(guān)鍵的控制點(閥門、馬達等)實施遙控。
             c、配置必要的報警和聯(lián)鎖。
             d、重要參數(shù)的記錄和方便地查閱其實時趨勢和歷史趨勢。
             e、可隨時監(jiān)測有關(guān)單元的有關(guān)參數(shù)或重要設(shè)備的運行情況。
             f、控制系統(tǒng)操作簡單,參數(shù)設(shè)置、調(diào)整方便,便于操作,人性化的操作界面。
             g、操作員站顯示整個生產(chǎn)工藝流程,修改和打印各種有關(guān)參數(shù)。
            
            二、系統(tǒng)組成
            1、系統(tǒng)配置
              本項目控制系統(tǒng)采用的是FB-2000NS DCS。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)控制、批量控制和邏輯控制等多種控制算法。根據(jù)帶控制點的工藝流程圖,與工藝技術(shù)人員認(rèn)真細(xì)致地分析了生產(chǎn)工藝對控制的要求,合理地設(shè)計了方便于操作工監(jiān)視、操作的流程圖畫面。本工程采用1個控制站、1個操作站,操作站和控制站處于同一中控室內(nèi),兩操作站是*對等的,其中任意一臺操作站均可兼作工程師站。控制站與操作站之間由CNET雙重化冗余的過程控制網(wǎng)連接。我們從生產(chǎn)更為可靠和經(jīng)濟方面考慮,主控制器、CNET網(wǎng)絡(luò)通訊卡采用熱備冗余。其作用是當(dāng)主板發(fā)生故障時,冗余板會自動投入工作,以確保系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地運行。其DCS的硬件配置為:FB-2001NS2塊,F(xiàn)B-2005NS網(wǎng)卡2塊,F(xiàn)B-2010NS-6塊,F(xiàn)B-SC14NS-6塊;FB-2020NS-7塊,F(xiàn)B-SC20NS -7塊; FB-2030NS-3塊,F(xiàn)B-SC30NS-3塊; FB-2040NS-1塊,F(xiàn)B-SC43NS/R-1塊。這樣就構(gòu)成了一套分布式數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)。另外現(xiàn)場有一臺6KVAUPS在線式不間斷電源,所有模擬量信號通過隔離模塊后,進入輸入端子板,且所有模擬量輸出信號均通過隔離模塊,進入現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)。     
            
            2. DCS系統(tǒng)規(guī)模
            AI:96個
            AOU:23個
            DIN:48個
            DOUT:16個
            
            三 控制策略及實施方案
              本系統(tǒng)共有23個控制回路,基本上是采用單回路PID控制,屬于常規(guī)的控制方案。我們對常規(guī)控制方案在組態(tài)方面做了若干優(yōu)化,如調(diào)節(jié)器的正反作用的設(shè)置,與工藝人員協(xié)商后,采用忽略調(diào)節(jié)閥氣開、氣關(guān)形式的方法,調(diào)節(jié)閥的開關(guān)形式在組態(tài)軟件中設(shè)置,這樣,系統(tǒng)大大簡化了調(diào)節(jié)器作用的設(shè)置。
              對于參數(shù)關(guān)聯(lián)比較大的對象,適當(dāng)采取前饋解耦。如在雙氧水生產(chǎn)過程中,氫化液儲罐作為氫化工段的成品儲罐,其液位是一個很關(guān)鍵的參數(shù),同時它也是與從氫化到氧化工段的工況穩(wěn)定性密切相關(guān)的重要參數(shù),當(dāng)氫化工序進料增大時,相應(yīng)希望氫化液儲罐的出料(即氧化工序的進料)也增大,這樣才能有效地保證氫化液儲罐液位的平穩(wěn)。因此,對氫化液貯罐液位(LIC-1102)采用均勻控制和前饋控制相結(jié)合的方法,使整個系統(tǒng)的生產(chǎn)的連續(xù)性和物料的平衡得到有力的保障。  
            
              對于類似電加熱爐特性對象,則采用自適應(yīng)PID的方法來避免上超調(diào)。如上所述氫化釜的壓力就是這類對象。因此,我們將釜內(nèi)壓力分為3段,分別用不同的PID參數(shù)來整定。
            可以看到,氫化釜壓力在升壓過程中的時間常數(shù)很小,因而我們把升壓過程分為3個階段:
            (1)低壓階段。此時,氫化釜的壓力上升很快,對象對調(diào)節(jié)作用很敏感,這時可以將調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用設(shè)得較弱。
            (2)中壓階段。此時,氫化釜的特性比較穩(wěn)定,魯棒性也較強,可以保持相對較強的控制作用。
           ?。?)高壓階段。此時,對象的魯棒性很強,對調(diào)節(jié)作用很不敏感,需要將積分作用切除,盡量避免超調(diào)。
            
            1、 進氧化塔下節(jié)空氣流量控制
              進氧化塔下節(jié)空氣流量控制的目標(biāo)是保證進氧化塔下節(jié)的空氣流量的平穩(wěn),是一個十分關(guān)鍵的調(diào)節(jié)控制,雖然采用的也是單回路PID調(diào)節(jié)方式,根據(jù)現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)的特殊性,當(dāng)輸出為20mA電流時執(zhí)行機構(gòu)狀態(tài)為全關(guān)閉,當(dāng)輸出為4mA時執(zhí)行機構(gòu)為全開,且為線性變化,于在模擬量輸出模塊前加一個減法器  
             
            2、 進氧化塔上節(jié)空氣流量控制
              進氧化塔上節(jié)空氣流量控制是一個單回路的PID調(diào)節(jié)控制
             
            3、 氫化尾氣流量控制
              氫化尾氣流量控制也是一個單回路PID調(diào)節(jié)控制,它的控制方案和上面的進氧化塔上節(jié)空氣流量控制的方案是一樣的。
              工作液預(yù)熱器出口溫度調(diào)節(jié)、氫化液冷卻器出口溫度調(diào)節(jié)控制、氫化床頂部壓力控制、氫化液汽液分離器液位調(diào)節(jié)控制、氫化液貯槽液位調(diào)節(jié)控制、進氫化床再生床氫化液流量調(diào)節(jié)控制、氧化塔上節(jié)溫度調(diào)節(jié)控制、氧化塔下節(jié)溫度調(diào)節(jié)控制、氧化液汽液分離器B液位調(diào)節(jié)控制、氧化塔尾氣壓力調(diào)節(jié)控制、氧化液貯槽液位調(diào)節(jié)控制、萃取塔出口萃取液流量調(diào)節(jié)控制、萃取塔界面調(diào)節(jié)控制、凈化塔界面調(diào)節(jié)控制、工作液計量罐液位調(diào)節(jié)控制、干燥塔界面調(diào)節(jié)控制、循環(huán)工作液液位調(diào)節(jié)控制、干燥塔底出堿流量調(diào)節(jié)控制、干燥塔旁路調(diào)節(jié)控制這些調(diào)節(jié)回路都采用的單回路PID調(diào)節(jié)控制的方式,它們的控制方案和進氧化塔上節(jié)空氣流量調(diào)節(jié)控制是一樣的,控制方案框圖略。
            
            四、畫面構(gòu)成
            1、 共分控制畫面、PID調(diào)節(jié)畫面、氫化畫面、氧化畫面、萃取凈化畫面、后處理畫面、包裝畫面、風(fēng)機泵畫面、參數(shù)畫面、歷史趨勢1、歷史趨勢2一起11個畫面。
            2、 動態(tài)數(shù)據(jù):在流程圖上相應(yīng)處顯示。
            3、 動態(tài)畫面的鍵接:在每幅畫面上做按鈕,可相互切換。
            4、 點擊工藝流程圖上相應(yīng)的調(diào)節(jié)閥,既可彈出PID畫面,可在線修改給定值和輸出值。
            
            六、報表
            按分組生成報表,8小時打印。
            
            七、趨勢
              根據(jù)用戶要求進行分組,在歷史趨勢畫面1和2上具備52個比較重要參數(shù)的全部歷史趨勢,這些歷史數(shù)據(jù)以每一秒采集一次的周期顯示在歷史趨勢圖上
            
            八、報警
              根據(jù)客戶要求,采用聲音報警及畫面報警提示,一共是對82個參數(shù)進行了報警設(shè)置。
            
            四 結(jié)束語
              系統(tǒng)開車、上電調(diào)試后,再生液罐的液位、氫化釜壓力及液位等關(guān)鍵參數(shù)的穩(wěn)定性非常好,生產(chǎn)的連續(xù)性和物料的平衡得到了很好的保證。在降低工人勞動強度的同時,產(chǎn)品收率、消耗和質(zhì)量方面達到預(yù)期的效果。DCS系統(tǒng)在雙氧水生產(chǎn)過程中能夠發(fā)揮其強大、靈活的功能,取得良好的經(jīng)濟效益。
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