DCS控制系统在元明粉生产中的应用.doc

2004年中国化工学会无机盐学术年会DCS控制系统在元明粉生产中的应用孟献亮，相安庆(上海太平洋化工(集团)淮安元明粉有限公司江苏淮安223343)摘 要：本文通过生产实践详细闱述了在元明粉生产过程中采用DCS控制系统的可行性基本构成和配置、不足之处及发展前景关键词：DCS控制元明粉生产1元明粉的生产现状概况 元明粉(无水硫酸钠)是一种基本的化工原料，广泛应用于洗涤剂、印染、玻璃等行业。国外元明粉生产，特别是欧美发达国家，其生产过程中的参数都集中于控制室进行遥控，从而使其生产过程处于最佳工作状态下运行节约能源、降低消耗、稳定生产，提高生产效率。我国元明 粉近年来发展迅速、生产能力近500万吨，生产装置有几十套，规模小的有几千吨，大的30万 吨左右，在其生产过程中大多只有很少的就地检测的简易仪表，远不能满足生产工艺的需要， 特别是一些老的装置，不要说与国外制硝行业相比，就与国内目前相似的制盐行业相比，都有 较大的差距。除副产元明粉工艺外，大多采用回溶蒸发法进行生产，流程图如下：原料硝水一脱氧器一蒸发罐一硝浆桶一离心机一干燥器一成品 根据同行业多年的生产经验表明：传统的四效、五效制硝蒸发工艺，存在着事故发生率高、人为操作失误频率高、易堵、易倒罐、易翻罐、真空度偏高、操作烦琐等缺陷。 上海太平洋化工(集团)淮安元明粉有限公司现有两条元明粉生产线，年生产能力近40万吨。在工程建设之初，我们就强调生产控制的先进性，提高工程的技术含量，通过和自贡轻工设 计院、上海焦化设计院合作，大胆在元明粉生产工艺中采用D(葛集散控制系统技术，系统运行 以来，情况良好，与同行业相比，提高了操作管理水平，保证了生产的稳定性，延长了生产运行 周期，最终达到提高经济效益、社会效益和环境效益的目的。现将有关情况介绍如下。2 DCS控制系统概述FXS英文名称为Distributed Control System，也即集中分散控制系统(简称集散控制系 统)，也叫分布式控制系统。是集计算机技术、控制技术、通讯技术和CRT技术为一体的综合性 高技术产品。DCS通过操作站对整个工艺过程进行监视、操作、管理，通过控制站对工艺过程 各部分进行分散控制。既不同于常规仪表控制系统，又不同于集中式的计算机控制系统，而是 集中了两者的优点，克服了它们各自的不足。DCS是一个以微机为基础的标准产品的分级系 列，这些产品可以根据控制对象任意组合。为连续或间歇过程提供任意程度的分散控制。具有 如下特点：控制功能多样化、操作简便、系统便于扩展、维护方便、可靠性高、便于与其它计算机 联用等。上海太平洋化工(集团)淮安元明粉有限公司元明粉生产过程，包括了动力、制硝、矿山开 采。全厂拥有自控回路46套，测量报警回路200多套，总数据输X输出点数近300点。通过 对国内外几种主要的DCS产品性能进行比较，我们选择横河公司CSlOOO系统作为DCS集散控制系统。3682004年中国化工学会无机盐学术年会3 CSl 000系统情况介绍及内容31 系统构成CSl000作为系统的主要控制设备，集数据采集和过程控制为一体，智能化的输入输出处 理和高速数据通讯能力。全过程数据处理和VI。net网络效据问对等通讯和数据访问提供了 极大的方便，尤其是实用的控制，逻辑运算等算法和用于编程功能，包含了调节控制，逻辑判 断，变量运算，顺控执行等这些功能数据的灵活应用及组合，可以构成一系列从简单到复杂、从 基本到高级的控制策略，满足过程控制和管理的需要。构成(281000系统控制组态应用的主 体。其基本构成如图l所示。HIS：Human Inle*,aoe$131i1醐1撬嚣阢窘潞器罐暖BCV； 8惦惦erAC821I0 Po,le雌1ran cd断neVnet-C0nIroI雠Ethernet： lnfoTmaI；Dn9I LAN图】3Z系统的配置CSl000系统由工程师站、操作员站、现场站等组成，它们之间由VI，net通信总线相联。3692004年中国化工学会无机盐学术年会现场站里的tgt原,、CPU卡、通信藕合器等都是双重冗余配置。操作员站由装机CENTUM使用软件的PC机组成，并配有专用操作键盘。基本配置如下表1所示。表1DCS基本配置33系统uo点数(见袁2) 序号 名称 型号 数量 表2121RT操作站Dell 2台 序号 信号类型IO点数 备注2 网卡 Vlnet2 1 热电阻信号 56Ptl003 操作员键盘 2 2 电压信号 15 分度号：K4 打印机 HP1 3 电流信号 1 61 420mA5 机柜 1套4 模拟信号输出 45 420mA6 现场站 3套5 数字信号输入 16ONOFF7 UPS电源3kw 1套 6 数字信号输出 l 6 ONOFF8 电流输入卡 AMNlO24块 34 系统软件配置如下：9 电压输入卡 AMN212块 标准操作监视功能；DDE开放数据接10电阻输入卡 AMN52T2块 口软件包；OPC功能接口软件包；组态功1l 电流输出卡 AMN5024块 能；流程图功能；报表软件包；控制画面组12 数字输入输出卡 2块 态软件包；自行文件功能；离线测试功能35 CSl000系统应用的具体内容 CSl000集散系统主要在以下几个方面的应用： (1)制硝装置：包括硝水顶处理、蒸发、结晶、脱水干燥等程序； (2)动力系统：包括锅炉、发电机组、减温减压系统和除氧给水系统 根据CSl000和工艺特点，系统设置两台操作站及相应的控制站，其中1#控制站控制制硝系统，2#控制站控制动力系统；根据两个系统的检测内容，设置相应并有冗余的机器及器件，以便实施检测与控制，并设置一台工程师操作站，方便修改组态的冗余控制。351制硝装置内容，本部分共有检测控制点109556台件，其中自动调节11套自动检测 点89个。主要控制测试情况：Ik V效蒸发缸液位调节，Ik V效平衡桶、闪发桶液位调节，生产 过程中的料液、蒸汽、水、空气等温度、压力、流量、特为等参数的检测控制均进入系统352动力系统内容，共分21个检测点。其中自动调节6套，遥控4套。主要检测控制检况： 除氧器压力、液位、锅炉气泡水位，减温减压器出口压力、温度，减温器出口温度等等参数自动 调节，井附声光越限报警信号。锅炉超压和极限水位与鼓风机连锁控制，汽轮机轴向位移过大， 润滑油压力过低与汽机磁力断路油门和发电机跳闸，引风机风门遥控，生产过程中水、空气、烟 气、蒸汽、油等杂质温度、压力、流量、液位等主要参数进入集散系统。制硝和动力两个系统分别 设置中央控制室，在制硝中央控制室设计宏观的工艺动态模拟盘。4系统应用效果 通过生产中的实践，DCS系统的应用效果明显。 液位控制传统制硝生产过程中的液位都是安排操作人员现场观察，由于岗位人员的责任心或疲劳，以及工况变化快，岗位联系慢等原因，经常出现翻罐以致“放炮”现象，使得生产起伏3702004年中国化工学会无机盐学术年会较大，甚至造成生产事故。采用DCS系统后，将IV效蒸发罐液面和冷凝水桶液位采用自动 调节，使得液面的变化在电脑屏幕上很清晰地显示出来，并能够及时作出调节，保证液位的波 动在设计控制的范围内，从而使生产得以稳定运行。转料控制传统制硝过程中转料都是由人工控制，或快或慢都容易使生产波动大，转料过 快液面上升，转料过幔，液位下降，整条生产线不易稳定。采用DCS系统控制后，转料平稳进 行泵的使用也比较正常，电流平稳，既确保了生产，也有利于设备的稳定运行。联锁控制元明粉项目中还包含有动力系统，该系统为自备热电站，主要用以满足制硝的 用汽和用电需要。主要设备是25th锅炉和1500kW发电机组。在生产过程中，对其关键部位采取了联锁控制，保证机组的运行安全，如风机风门和锅炉温度的联锁，汽机进汽和发电机的联锁等。只要机组出现意外，就会自动切断相关工序的运行，保证机组的安全 正是由于这些难点的艇决，使得lO万吨年元明粉项目比以往相同的装置操作要稳定，产量也大幅增长。原设计日产量为330吨，采用DCS系统后，日产量最高的可达630吨，平均也 要有550吨以上，取得了良好的经济效益。该项目同时也被江苏省科委列人省科技发展计划 (工业攻关)项目。5存在的不足之处5 1 由于芒硝本身物理特性，决定了其粘度、管内流速等参数的不确定性，导致不能轻易融合 DCS技术，达到完全自控的目标，有时控制的效果不好，容易出现堵塞现象，从而阻碍DCS技 术的发挥。52 CSl000系统具有十分强大和灵活应用的控制组态功能，遗憾的是很多功能在我厂尚未 得到充分利用，有大马拉小车的感觉。53原设计中制硝和动力系统集中设置于中央控制室，远离锅炉，实际生产中存在现场和控 制室操作不协调的情况，甚至危及生产安全。54 由于淮安地区元明粉生产工艺的特点，频繁洗罐，打破了生产的连续性，限制了DCS系统的作用。6结论我公司的两条生产线分别投产于2000年和2002年，经过24年的应用，基本达到了设 计目标，仪表维修人员减少，效率提高，操作人员工作强度降低，调节精度提高，生产周期延长， 停产检修时间缩短，产品质量得到保证，2003年的产量超过35