DCS控制系统在甲醛生产工艺中的应用

1、DCS 控制系统在甲醛生产工艺中地应用化工自动化及仪表第 38卷 DCS 控制系统在甲醛生产 工艺中地应用刘增环杨兵(1.河北项目大学信息与电气项目学院,河北邯郸 056038。2.山东晋煤明水化工集团有限公司 ,山东章丘 250200摘要将浙大中控地 WebFeildJX-300XPDCSE制系统应用于甲醛生产工艺，实 现对工业甲醛生产系统地实时监控.实践表明 ,该系统自动化程度高 ,使用简易,甲醇转化效率稳定 ,有效地降低了系统运行地人工费用和项目地维护费 用.关键词 DCS 数据通讯冗余 CPU 分散式监控系统中图 分 类 号 TP273文 献 标 识 码 B 文 章 编 号100039

2、32(201808-0982-03甲醛是一种重要地有机原料 ,工业上常用催化氧化法由甲醇制取甲醛.目前,国内地甲醛行业受建材行业需求地带动 ,生产势头较好 ,而农药 ,医药及其下游产品 地需求也十分稳健 ,从而使得甲醛具有较好地市场需求.为提高甲醛地产品质量和生产能力 ,降低成本 ,保证生产地稳定性和安全性 ,很 多化工厂家对生产地自动控制提出了更高地要求 .1生产工艺流程山东晋煤明水化工集团有限公司甲醛生产采用电解银催化剂法甲醇氧 化制甲醛地方法 .甲醇由高位槽进入蒸发器加热,水洗后经过加热 ,到蒸白 发器地甲醇层 (约 50? C ,为甲醇蒸汽所饱和并与水蒸气混合。然后经加热器加热至100

3、-120? C,经阻火器和加热器进入氧化反应器，反应器地温度一般控制在600650,在催化剂地作用下,大部分甲醇转化为甲醛 .转化后地气体冷却到 100120C 进入吸收塔 ,用稀 甲醛溶液或水吸收 ,未被吸收地气体从塔顶排出 ,送到尾气锅炉燃 烧,提供热量. 根据甲醛工艺流程 （图 1 和厂方要求 ,山东晋煤明水化工集团有限公司新建 地甲醛生产控制系统采用了浙江中控技术股份有限公司生产地WebFeildJX300XP较先进地DCS控制系统进行监控.系统通过现场控制站（I图1甲 醛生产吸收工序流程收稿日期:2018-0310第8期刘增环等.DCS控制系统在甲醛生产工艺中地应用983 /0站,数

4、据通讯系统,人机接口单元（操作员站OPS项目师站ENS才把控制任务分配到现 场,便于分散控制 ,降低了事故发生对整个系统造成地影响 .2系统硬件设计JX-300XP硬件包括控制站硬件,操作站硬件和网络硬件 3部分（图2.DCS控 制对象主要有 反应塔压力 ,反应塔温度 ,料位探测仪 ,甲醇流量 ,甲醛流量及调节阀等.监控系统硬件由电源单 元,CPU单元， 输入输出单元 ,通讯单元 ,操作站和 网络部件构成 .图 2 系统硬件总图 2.1控制站硬件控制站硬件包括机柜，机笼及系统供电，主控 制卡（CPU数 据转发卡和I/O卡件I4J；其中 机笼分为电源机笼和卡件机 笼 .电源机笼可以配 置 4 个

5、电源模块。卡件机笼主要放置 各类卡件 ,一个卡件机笼有 20 个槽位 ,用来放置两块主控制 卡,两块数据转发卡和16 块 I/O 卡件 .机笼背面 有 4 个SBUS S2网络接口，一组电源接线端子和16个 I/O 端子接口插座 .系统采用双路交流供电两路220V交流电冗余配电一路通过UPS给系统供电，一路直接给系统供电2.2操作站硬件操作站负责显示控制站采集地信号点 ,并下 达操作员地命令到控制站 ,同时 对一些实时或历史地数据进行保存，它是DCS中不可缺少地硬件组成部分. 操作站地硬件由工控 PC机（包括计 算机主机，显示器及操作员键盘等 ，操作 台,打 印机和操作员软件狗组成 .2.3网

6、络硬件网络硬件包括网卡 ,通信线缆以及其它网络 辅助配件等 ,它负责控制站和操 作站之间或操作 站与操作站之间不同设备地信息传输 ,并实现系 统规模地 扩展.3系统软件设计针对晋煤明水化工集团有限公司甲醛生产系 统地特点 ,为实现甲醛生产系统 长周期安全稳定运行,对原中控版本地 Adva ntrolPro软件包进行了改进与升 级,在继承原版本软件功能丰富,界面 友好 ,使用简单等特点地基础上,形成了更为丰富 地软件包 ,特别完善了防爆曲线监控软件 .为保证安全生产 ,要求使甲醇和蒸汽混合后温度控制在规定地范围内 .如果温度超出允许 地范围 ,则会因为反应剧烈不可控制而产生爆 炸,这是非常危险地

7、情况 .为了有效监视该反应 过程混 合气体地温度情况 ,并以直观地形象表示 出来 ,同时给出报警指示信息 ,以 指导生产操作人 员进行适当地操作 ,需要一套计算机爆炸监控曲线软件 ,完成对生产操作地监控 .防爆曲线软件系统运行于windows2000+sp2系统之上.防爆曲线软件有两种运行方式 :一个 是模拟运算状态。一个是实际计算状态.模拟计 算状态可以模拟系统在模拟信号下计算地数值 , 并显示出来。实际计算可用 AdvanTrol.ProV2.40 自带地 OPC 软件与系统地通讯数据计算实际地 系统 负荷工况下地各值 ,系统可以从模拟计算状 态切换到实际计算状态 . 监控爆炸曲线系统地要

8、求较高,该系统地输 入有甲醇流量 ,蒸汽流量 ,补加蒸汽流量和与这些流量相关地温度，压力以及物质地密度等j.根据这些基本 量来计算甲醇和蒸汽二者混合物地温 度.同时根据用户提供地资料给出一 个直观地画 面.画面包括甲醇溶解釜温度,蒸发器温度及过 热器出口温度 .在功能上 ,要求该系统具有信息报警,记录轨迹 ,数据打印和曲线放大功能 .防爆 曲线工作状态如图 3所示 . 4卡件地选型和配置 4.1卡件选择步骤 根据项目要求中地测点清单 ,分类统计出同 类信号地点数 ,对照卡件介绍查 出该信号类型所 对应地接收卡件和每块卡件对该类型信号地最大 接收容 量 （即一块最多可带多少个点 , 然后算出 这

9、些信号点需要地卡件数,根据卡件数统计端子 板数量 .本项目中 ,已知电流信号 19点,考虑日后扩展 ,预留备 用通道 5个,共 24点,选择电流信化工自动化及仪表第 38卷图 3防爆曲线工作状态号输入卡XP313,因为XP313卡是6路通道信号 输入，则需4块卡件，本项目 中都选用端子板XP520一块端子板可供两块卡件使用根据上面地卡件选择及卡件数量统计 ,本项目需要配置 两个机笼 ,一个控制站 .其中主控制卡和 数据转 发卡设置冗余 .4 . 2卡件布置设置为了使卡件能够按照要求工作,根据卡件选 择,系统规模设置及卡机排布原则 ,对卡件进行地址设置 .主控制卡地址范围 2? 63,该项目中,

10、地 址设置为 2和 3.因为数据转发 卡地址范围是 015,且必须从 0开始 ,依次设置 ,因此第 1机笼 地址是 0和 1,第 2机笼地地址是 2 和 3.4.3UPS及电源设置UPS即不间断电源，主要由充电器,整流器,电池组合及逆变器等部分组成 .根据项目实际要 求地带负荷能力和可靠性 , 选择了山特品牌，型号 为山特AUPS-6K,配套电池用德国阳光铅酸电池.5组态设置及实时监控 完成测点统计和卡件选型工作 ,并对各卡件 进行合 理布置后 ,对 DCS 地软件 ,硬件构成进行 配置即组态设计 ,包括控制站 ,操作 站等硬件设 备在软件中地配置 ,操作画面设计 ,流程图绘制 , 控制方案编

11、写 及报告制作等 .操作人员操作台计算机地鼠标和键盘,通过 软件对象列表中相关对象地调用即可对生产系统 地运行设备仪表进行查看 ,调节和控制 .主要实 现地操作 功能有报警一览画面操作 ,系统总貌画 面操作,控制分组画面操作 ,趋势画面操 作,流程图画面操作 ,报表画面操作 ,数据一览画面操作以 及弹出式报警操作等 .6 结束语DCS 控制系统已在山东晋煤明水化工集团有 限公司甲醛生产线上得 以成功应用 .该系统自投 运以来运行稳定 ,可靠,各项功能如数据采集 ,模 拟量控制 ,顺序控制和联锁以及人机操作界面等功能都得以实现 ,保证了 甲醛生产系统地安全运 行.通过应用 DCS 控制系统 ,使

12、得操作人员能方便地控制各种参数 ,确保了生产工艺流程地稳定性 ,同时降低了操作人员地劳动强度 ,提高了系统 地安全性及工作效率 ,得到了用户地好评 . 参考文献1 王君红刘宝瞿虎免疫智能控制算法在 JX-300 DCS中地应用J.化工 自动化及仪表 ,2009,36 (3:73? 75.2 刘东红 ,牛军涛 .一种分布式控制系统地设计与应用J/CL.ID:2412113,201841.3 王常力.分布式控制系统(DCS设计与应用实例M.第2版.北京：电 子工业出版社 ,2004:3? 62.4 吴锡祺,何镇湖.多级分布式控制与集散系统 M. 北京 ：中国计量出版社,20ol:7 30. 张则军

13、，陈永明，罗麟浅析DCS温度调节回路故障 对生产影响地改进思路J化工自动化及仪表,2008,35(4:84? 86.陈勇何通能?基于PLC地配料计量装置地设计J.自动化与仪表，2006,21:52? 54.7詹飞，王燕红理于DCS地冶炼烟气制酸生产监控系统J.自动化技术与应用，2007,26(7:5 54.DCSApplicationinFormaldehydeProductionUUZenghuan.YANGBing (l.CollegeoflnformationandElectricalEngineering，HebeiUniversityofEngin eeri ng,Ha nda n056038,China2.ShandongSXCOALMingshuiChemicalGroupCo，Zhan”gqiu250200，C hinaAbstractFeil