一、工藝簡述 1、工藝 本生產(chǎn)裝置包含五個(gè)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(jìn)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。 其生產(chǎn)過程如下: 氫化工序把蒽醌轉(zhuǎn)化蒽氫醌或四氫化蒽醌。氧化工序用空氣中的氧直接氧化蒽氫醌和四氫化蒽氫醌，并轉(zhuǎn)化為蒽醌、四氫化蒽醌，同時(shí)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(jī)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(jìn)入下一個(gè)使用循環(huán)過程。 2、本工藝的特點(diǎn)和難點(diǎn) 控制回路較多，生產(chǎn)的連續(xù)性很強(qiáng)，塔式設(shè)備較多，而且各個(gè)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(shí)，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(shí)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(shí)予以考慮。 3、工藝對控制系統(tǒng)的要求 a、實(shí)現(xiàn)各個(gè)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(hù)措施，確保在緊急情況下或需要的時(shí)候?qū)σ恍╆P(guān)鍵的控制點(diǎn)（閥門、馬達(dá)等）實(shí)施遙控。 c、配置必要的報(bào)警和聯(lián)鎖。 d、重要參數(shù)的記錄和方便地查閱其實(shí)時(shí)趨勢和歷史趨勢。 e、可隨時(shí)監(jiān)測有關(guān)單元的有關(guān)參數(shù)或重要設(shè)備的運(yùn)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(gè)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(xiàng)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(diǎn)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(jì)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(gè)控制站、1個(gè)操作站，操作站和控制站處于同一中控室內(nèi)，兩操作站是完全對等的，其中任意一臺操作站均可兼作工程師站?？刂普九c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(jì)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(shí)，冗余板會自動投入工作，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地運(yùn)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(jìn)入輸入端子板，且所有模擬量輸出信號均通過隔離模塊，進(jìn)入現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)。現(xiàn)場控制站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如下： 2. DCS系統(tǒng)規(guī)模 AI：96個(gè) AOU：23個(gè) DIN：48個(gè) DOUT：16個(gè) 三、控制策略及實(shí)施方案 本系統(tǒng)共有23個(gè)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(gè)很關(guān)鍵的參數(shù)，同時(shí)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(jìn)料增大時(shí)，相應(yīng)希望氫化液儲罐的出料（即氧化工序的進(jìn)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(gè)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(shí)間常數(shù)很小，因而我們把升壓過程分為3個(gè)階段： （1）低壓階段。此時(shí)，氫化釜的壓力上升很快，對象對調(diào)節(jié)作用很敏感，這時(shí)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(shí)，氫化釜的特性比較穩(wěn)定，魯棒性也較強(qiáng)，可以保持相對較強(qiáng)的控制作用。 （3）高壓階段。此時(shí)，對象的魯棒性很強(qiáng)，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(jìn)氧化塔下節(jié)空氣流量控制 進(jìn)氧化塔下節(jié)空氣流量控制的目標(biāo)是保證進(jìn)氧化塔下節(jié)的空氣流量的平穩(wěn)，是一個(gè)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(jī)構(gòu)的特殊性，當(dāng)輸出為20mA電流時(shí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)狀態(tài)為全關(guān)閉，當(dāng)輸出為4mA時(shí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)為全開，且為線性變化，于在模擬量輸出模塊前加一個(gè)減法器，其控制方案框圖如下： 2、進(jìn)氧化塔上節(jié)空氣流量控制 進(jìn)氧化塔上節(jié)空氣流量控制是一個(gè)單回路的PID調(diào)節(jié)控制，它的控制方案框圖如下： 3、 氫化尾氣流量控制 氫化尾氣流量控制也是一個(gè)單回路PID調(diào)節(jié)控制，它的控制方案和上面的進(jìn)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(jìn)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(jì)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(jìn)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(jī)泵畫面、參數(shù)畫面、歷史趨勢1、歷史趨勢2一起11個(gè)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(diǎn)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(bào)表 按分組生成報(bào)表，8小時(shí)打印。 七、趨勢 根據(jù)用戶要求進(jìn)行分組，在歷史趨勢畫面1和2上具備52個(gè)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(bào)警 根據(jù)客戶要求，采用聲音報(bào)警及畫面報(bào)警提示，一共是對82個(gè)參數(shù)進(jìn)行了報(bào)警設(shè)置。 九、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(qiáng)度的同時(shí)，產(chǎn)品收率、消耗和質(zhì)量方面達(dá)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(qiáng)大、靈活的功能，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。